電解工基礎(chǔ)培訓

鋁電解工技能鑒定培訓

學習與輔導2014年12月李慶宏*關(guān)于鑒定考試*1、考題的內(nèi)容：理論、實操各100分。

實操：筆試、操作各50分；——每科各滿60分為合格。2、筆試時間：初級90min；中級100+60min；高級以上120+60min3、考題的基本類型：級別理論考題實操筆試填空選擇判斷簡答計算論述合計選擇分析解答合計初級工10×220×210×24×5————100______0中級工5×225×213×21×61×8——100391150高級工5×225×215×110×11×52×52×51×10100391150技師5×225×210×12×52×51×10100351550高技師10×1.525×115×14--251×71/p>

☆鋁電解的主要相關(guān)理論知識

☆有關(guān)計算舉例

☆關(guān)于實操問題

☆其他類習題分析舉例☆復習要點提示

☆相關(guān)知識中國鋁電解技術(shù)發(fā)展歷程及技術(shù)解析三高型

高槽溫高分之比高AO濃度散熱型保溫型環(huán)保型第一講

鋁電解的主要相關(guān)理論知識2.1鋁的主要特性

鋁是自然界分布極廣，含量極豐富的金屬元素，地殼總含量7.35%(8.2%)

，第三位，占金屬總量的三分之一，

第三周期3號主族元素(原子序號為13—電子13；三層；外三）,可離解3個電子（3s23p1

）而為正三價或正一價的離子；

原子量26.98154－－27.0

密度2.699g/cm3

液態(tài)（660℃）2.30g/cm3

，輕金屬

熔點659℃；沸點2467℃；硬度為3；

導電系數(shù)36～37×10-4Ω–1cm-1(為銀的36.1％），電化當量0.3356

g/A.h

2.980A.h/g

鋁——儲能銀行（生命周期長；產(chǎn)、用異地；節(jié)能減排）

——萬能金屬

——節(jié)能環(huán)保型，循環(huán)性經(jīng)濟——硬度低、彈性小、與銅有電化學腐蝕。2.2、

相關(guān)基礎(chǔ)理論①分解電壓、過電壓、極化電壓；

——與陽極材料有關(guān)

炭陽極:UFj=1.1~1.2v（惰性2.1～2.2v）;Uguo=0.5~0.6v;Ujh=1.7v

②電極電位；部分金屬的電位值

LiKBaCaNaMgAlMnSiZnFeNiCu-3.01-2.92-2.92-2.84-2.71-2.38-1.66-1.05-0.86-0.76-0.44-0.23+0.34

③溶液----溶質(zhì)、溶劑、溶（熔）液；

濃度＝溶質(zhì)量÷溶液量；

溶質(zhì)量＝溶液量×濃度。

極化電壓：克服反電動勢的~；主要=生成+濃差陽過0.4~0.6v=氣膜+放電+濃差。陰過:10mv④冰晶石的分子（摩爾）比電解質(zhì)（冰晶石）的分子比＝＝

＝＝重量比×2例：某冰晶石中，氟化鋁含量為48%，求其分子比是多少？解：CR==

=104/48=2.17答：該冰晶石的分子比為2.17⑤兩類導體。

自由電子、離子；

K、Na、Ca、Mg、Al

Zn、Fe、Sn、PbCu、Hg、Ag、

Pt、Au活潑金屬電解鹽或氧化物較活潑金屬H、C、Al、Na還原不活潑金屬直接加熱自然單質(zhì)淘洗電解法熱還原法熱分解法物理法化學法：火法冶金；濕法冶金⑥電流強度、電流密度、電阻、歐姆定律

陽極、陰極、經(jīng)濟、臨界。

R=V=IR=I=

PL+b⑦、金屬的冶煉方法（按金屬活動順序表）2.3、

大型槽技術(shù)參數(shù)1、一般參數(shù)設定電壓：4.0~4.15；氧化鋁濃度：1.5~3.5%；槽溫：930~950℃；分子比：2.3~2.4；鋁水平：18~20cm；電解質(zhì)水平：20~22cm;

效應系數(shù)：0.3~0.08次/槽.日。2、

工藝技術(shù)(條件)的演變與進步

三低一高五低一高(三窄)VCRtAOAE

i陽

CRtAOL（V）

低槽電壓：3.80~3.88V

低分子比：2.2～2.3

低過熱度：10℃左右低氧化鋁濃度：1.8～2.5％

低陽極效應系數(shù)：≤0.02

高電流密度：>0.83A/cm2

窄物料平衡工作區(qū)

窄熱平衡工作區(qū)

窄磁流體穩(wěn)定性調(diào)節(jié)區(qū)平衡、穩(wěn)定2.4、

陽極效應與效應管理一、陽極效應定義：陽極效應(簡稱效應)是熔鹽電解過程中發(fā)生在陽極上的一種氣膜放電的特殊現(xiàn)象?！?、陽極效應發(fā)生時的外觀現(xiàn)象：(1)火眼冒出的火苗顏色由藍色變紫進而變黃；(2)電解質(zhì)與陽極接觸周邊有弧光放電，并伴有劈啪響聲，陽極四周的電解質(zhì)停止沸騰；(3).槽電壓急劇升高到30伏左右，效應信號燈亮；(4).發(fā)生陽極效應時陽極氣體二氧化碳降至20％左右，一氧化碳升到60％左右，另有20％左右全氟化碳PFCs（CF45～20％＋

C2F61％

)；(5).槽電壓噪聲頻率增大?！葟木植堪l(fā)生，前奏——誘發(fā)，再到全槽。

▲2、陽極效應對生產(chǎn)的危害1）浪費大量的電能；（300kA—1000--1200kwh）；2）增加氟化鹽的揮發(fā)損失,加大了物料消耗；3）效應多發(fā)頻發(fā)，系列電流會降低，影響系列電流的穩(wěn)定性；4）增大了環(huán)境污染；

當Al2O3濃度小于1％時，電解質(zhì)就與陽極碳發(fā)生反應：

Na3AlF6+3/4C=Al+

3/4CF4+3NaF

Na3AlF6+3/4C+3/2CO2=1/2Al2O3+3/4CF4+3NaF+3/2CONa3AlF6+C=Al+

1/2C2F6+3NaFPFC＝CF4+

C2F6

6500或9200CO2

具有：大氣存留時間長;吸收紅外輻射能力強。

5）高熱量提高了槽溫，降低了電流效率；6)增加了工人的勞動強度；

——效應的評述分析

陽極效應的危害是明顯的，因此，低(零）效應管理技術(shù)已成為大型槽新的管理理念，先進鋁電解槽陽極效應控制在0.03（0.08）以下。為降低電耗，減少污染，還應控制好效應持續(xù)時間（<1min），效應熄滅操作亦是現(xiàn)場管理人員的重要技能之一。

▲3、陽極效應產(chǎn)生的原因

：氧化鋁濃度低；槽溫（過熱度）過低?！_到臨界電流密度?？刂坪娩X電解槽的物料與能量的平衡，可有利減少陽極效應?！?、

AE與臨界電流密度：——根本原因（1）定義：給定電解條件下，電解槽發(fā)生陽極效應的陽極電流密度——表示電解質(zhì)熔體發(fā)生AE的能力，臨界電流密度越高，AE越不容易發(fā)生。（2）影響臨界電流密度的因素：

——氧化鋁濃度：ccd=0.43.AO%;——過熱度：隨之升高（傳質(zhì)）；

——電解質(zhì)成分（粘度）；

——陽極材料與形狀?！?、適當陽極效應（對病槽）的可利用之處：1).消除爐底沉淀,潔凈電解液(排出碳渣)

發(fā)生效應時,電解質(zhì)對碳的濕潤性不良,混入電解質(zhì)中的碳渣可良好分離出來；效應時產(chǎn)生的大量熱量可以熔化部分爐底沉淀。啟動初期的電解槽：適當（早、多）的陽極效應有利提高槽底溫度，防止爐底結(jié)殼；并有利炭渣的打撈。2)清理陽極底掌,規(guī)整槽膛。當陽極底掌出現(xiàn)局部消耗不良,效應時,可在突出部分產(chǎn)生強烈電弧使之迅速燒掉,使陽極底掌平整；效應期間產(chǎn)生的高熱量，可使局部突出的伸腿熔化,使爐膛規(guī)整。3）調(diào)整槽子的熱平衡4）發(fā)生效應的各種數(shù)據(jù)，可提供槽子運行狀態(tài)的信息,作為了解槽況及AL203投入量的依據(jù)。VAE＜15v；VAE＞35v；AE早發(fā)、頻發(fā)；AE遲發(fā)、少發(fā)▲6、陽極效應的機理發(fā)生陽極效應的內(nèi)在原因是電解質(zhì)中缺氧化鋁，電解質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生了變化，外在原因是陽極氣體排出困難，它與氧化鋁濃度、電解質(zhì)的過熱度、陽極電流密度有關(guān)。其發(fā)生機理有：①濕潤性理論：當氧化鋁濃度低時，電解液對陽極的濕潤性變壞，陽極氣泡難排而聚成氣膜層，造成槽電壓升高，電弧產(chǎn)生，從而發(fā)生陽極效應。②氟離子放電理論：當氧化鋁濃度低于1%時氟離子與氧離子共同放電，陽極被鈍化，陽極氣體大量聚集，引發(fā)陽極效應（有20％左右CF4)。③靜電吸引理論：氧化鋁濃度高時電解質(zhì)氣泡帶正電荷，反之帶負電荷而被陽極吸引，從而引起陽極效應。④綜合理論。一、二種理論的綜合理論。

AO低，F(xiàn)離子放電，使陽極鈍化，同時電解質(zhì)對陽極的濕潤性變差，使氣體難排，形成氣膜，放電——發(fā)生陽極效應。二、陽極效應管理▲1、幾種非正常陽極效應及參考處理辦法1）暗淡效應：槽電壓較低，10—20伏。一般是槽溫高，電解質(zhì)不干凈，極距過低?！m當提高極距；適當加冰晶石降溫；待炭渣分離撈出后熄滅或20v以上時正常熄滅。2）閃爍效應：槽壓高且擺。一般是槽膛不規(guī)整、陽極長包，或槽溫低、極距低、槽底有結(jié)殼?！Ц邩O距，加冰晶石并提高槽溫；扎空處槽幫，必要時加鋁水；待槽壓穩(wěn)定、溫度提高后熄滅。3）瞬時效應：剛發(fā)生即自動回去，并反復出現(xiàn)。一般是槽溫低或兩水平低，沉淀多，或系列降電流、停電恢復后——抬高陽極，穩(wěn)定電壓，待提高溫度后熄滅?！崆靶Ｐ獪笮y滅效應▲2、熄滅陽極效應的作業(yè)熄滅陽極效應：向槽中補充物料，陰陽極局部瞬間短路而驅(qū)趕陽極氣泡（插木棒、通氣、自動升降陽極），使陽極恢復正常工作。大型中心下料預焙槽，計算機兼有自動熄滅效應的程序，可通過效應加工、升降陽極的操作自動熄滅效應；人工熄滅效應是采用效應加工后向陽極下插入木棒，木棒插入高溫電解質(zhì)中產(chǎn)生氣泡,趕走陽極底面上的滯氣層,使陽極得到凈化恢復正常工作。熄滅陽極效應的作業(yè)的質(zhì)量控制點:控制效應持續(xù)時間從效應發(fā)生到熄滅的時間間隔稱為效應持續(xù)時間,即計算機檢出時間、效應加工時間和熄滅操作的最少時間之和，

一般在3～5分鐘（可望縮短到1分鐘左右）。

——準備充分；方法得當?！?、新啟動槽的陽極效應管理特點：無電解質(zhì)結(jié)殼，散熱面大，散熱量較大；內(nèi)襯吸熱多,

電解質(zhì)分子比高,其初晶溫度高,槽溫高；現(xiàn)象：

爐底容易出現(xiàn)過冷，易形成畸形爐膛；陰極內(nèi)襯出現(xiàn)裂紋、爆層、起坑等危害,——導致電解槽早期破損。要求：新啟動槽前期必須保持足夠的爐底溫度，適當增大效應系數(shù),通過效應產(chǎn)生的高熱量使爐底沉淀及時熔化掉,保持爐底干凈。

啟動后效應一般要求：

第一個效應在啟動后8h盡量發(fā)生15天內(nèi)為1.0—1.2次/槽日；

15～45天內(nèi)為1.0次/槽日，45天以后逐漸到正常控制?！枠O效應是衡量電解槽熱平衡和物料平衡的重要參數(shù)。2.5、槽電壓管理一、電壓管理基本概念：現(xiàn)代大型槽的電壓管理一般由計算機按照設定電壓及應用程序自動執(zhí)行。

V=aL+b采信號—算電阻---分為效應、壞、正常---平滑處理—排除干擾—實電阻

R實=（V平-E）/I平平滑處理

R設定折合

R實＞

R設折

降陽極

R實＜

R設折

升陽極電壓管理是電解槽能量平衡的主要管理，其實質(zhì)是增、減極距的槽電阻管理——“過熱度”調(diào)節(jié)的主要手段。二、工作電壓的組成

VNET=V陽+V極化+V電解質(zhì)+V陰+V周母V陽=330—350mv，炭塊、導桿鋼爪、焊接、組裝、卡具壓接；V極化=1700mv，霍爾法基本不變；V電解質(zhì)=1470—1500mv，成分、過熱度、極距；V陰=350－380mv，與槽齡、陰極材料、組裝有關(guān)，短期不變；V周母=180—200mv，設計建成后不變。Σ=4.00～4.13vV平=V陽+V質(zhì)+V極化+V陰+V周母+△VAE+V公用母——黑電壓△VAE=

=

0.020～0.060v例：某系列，槽平均工作電壓4.10v，平均效應系數(shù)0.3次/槽日，平均效應電壓29.0v,效應持續(xù)時間5分鐘，其效應分攤電壓多少？解：△VAE=

＝

＝0.026（v)三、設定電壓的調(diào)整（p74）——根據(jù)熱平衡需要1、上調(diào)情況:

槽子熱量不足，效應多發(fā)或早發(fā)；質(zhì)水平連續(xù)下降，需要投料；槽幫變厚，爐底出現(xiàn)沉淀結(jié)殼；發(fā)生針振＞300mv；鋁水超過基準值10mm以上；

8小時內(nèi)更換兩組陽極；系列停電恢復送電后；出現(xiàn)病槽2、下調(diào)情況:

槽子熱量過剩，效應遲發(fā)少發(fā)；電解質(zhì)水平連續(xù)在上限之上，投入物料已熔化，無須再補充熱量；針振消失后；爐底沉淀、結(jié)殼消除；病槽好轉(zhuǎn)。3、調(diào)整幅度:

4.30v以上時每次100mv4.20—4.10v時每次50mv4.10—4.00v時每次30mv

4.00v以下時每次20mv2.6、下料間隔——效應2.7、槽況分析---依照槽狀態(tài)參數(shù)①、陽極下降量——無異常出鋁，

下降量＞標準量，槽膛大—槽熱下降量＜標準量，槽冷有超量物料投入

②、分子比變化——正常添加氟化鹽

突降----堿性成分偏析，酸化，變冷突升----轉(zhuǎn)熱，化幫③、鋁質(zhì)量變化——無異常雜質(zhì)增加

雜質(zhì)增多----化幫，趨熱硅量下降----伸腿、沉淀發(fā)育，趨冷④、效應電壓

VAE

＜15v槽熱，陽極有病或炭渣多

VAE

＞35v槽冷鋁水高或電解質(zhì)低⑤、氧化鋁消耗電流效率

ηAO=物料產(chǎn)量/電能理論產(chǎn)量

=有效AO投入量×54/102/電能理論產(chǎn)量

=M氧化鋁/M電理

ηAO

＝93.0％

η電能＝

92.0％

——冷、沉淀、凝固；ηAO＞

η電能

——槽趨冷，物料過?；蛴谐恋砩桑沪茿O＜η電能——槽趨熱，沉淀熔化。⑥、電解質(zhì)的電阻——槽底潔凈程度

>60～55～50>(Ωm)—（μΩ/cm)

劣差良優(yōu)冷熱2.8、常見添加劑及對電解質(zhì)性質(zhì)的影響性質(zhì)初晶溫度密度導電度粘度表面性質(zhì)揮發(fā)性AO溶解氟化鋁AlF31%降約2℃減小減小減小減小界面張力增大濕潤角增大減小氟化鈣CaF21%降約3℃增大減小增大增大界面張力增大濕潤角降低減小氟化鎂MgF21%降約5℃增大減小增大增大界面張力增大濕潤角降低減小氟化鋰LiF1%降約8℃減小明顯提高減小影響微小降低明顯減小要求越小越好密度差大大小適中張力大小好

采用低分子比電解質(zhì)電解，電解溫度會——，電阻會——，粘度會——，電解質(zhì)與鋁的密度差會——，揮發(fā)損失——，對陽極炭塊的濕潤性會——，同時氧化鋁的溶解度會——。2.8、電流效率一、鋁的電化當量、理論產(chǎn)量及電流效率1、法拉第定律與電化當量(英MichaelFaraday)

①M=kq=kIt

②

k=1/F×m/n

F=1mol電子的電量——電解1mol一價物質(zhì)的電量的庫侖數(shù)，F(xiàn)亦稱法拉第常數(shù)

—c/mol

F＝1.6022×10-19×6.022×1023

＝96485c/mol=96485A.h/3600mol=26.80A.h/mol

m/n：化學當量（一價物質(zhì)的克原子量）對于鋁：k=1/26.80×26.98/3

=

0.33557g/A.h

=

0.3356g/A.h2、電解鋁的槽日理論產(chǎn)量

M理=

k

I

t

=0.3356×24×I×10-3

kg3、電流效率η=M實/M理×100%二、電流效率降低的原因1、鋁的溶解和再氧化損失——二次氧化損失

物理溶解

飽和約0.05～0.10％（溫度升、濃度降）

化學溶解

2Al+AlF3=3AlF——變?yōu)榈蛢r離子

Al+Na3AlF6=3AlF+3NaFAl+6NaF=Na3AlF6+3Na

再氧化損失

2Al+3CO2=Al2O3+3CO

溶解氧化過程的步驟：

1、鋁在界面上發(fā)生溶解反應；（0.08～0.10％)

2、反應物從界面層擴散出來（溫度、界面張力、攪動－－控制步驟）

3、反應物均勻溶入電解質(zhì)整體

4、反應物被陽極氣體氧化。（陽極下2～3cm處反應）

2、高價鋁離子的不完全放電（高-低價離子循環(huán)轉(zhuǎn)換）

極限電流（低于分解電壓的電流）

Al3++2e=Al+

Al+-2e=Al3+沒有鋁生成

溫度、攪拌、低極距、低電流密度、雜質(zhì)元素（高價的V、P、S）

——高—低循環(huán)、空耗。3、鈉離子放電

隨溫度升高鈉的析出電位升高，與鋁的差縮小

鈉離子放電的條件：高溫

陰極電流密度大高分子比；

低氧化鋁濃度4、其他損失——水解、炭化鋁生成（高溫含炭滾鋁）

2H2O2H2+O2

4Al+3C=Al4C3

溫度

電流效率

10℃1.5％975℃——3001000——2501070——1001150——0第三講有關(guān)計算（6）3.1、電解質(zhì)成分的調(diào)整計算使用重量比計算公式（p77~78）

QAlF3=

QNaF=

使用分子比計算公式

QAlF3=

QNaF=上式中：p——槽中液體純冰晶石的質(zhì)量

K1、K2

－分別為調(diào)整前后分子（重量）比例1、某160kA槽約10000kg電解質(zhì)成分:CaF24.9%Al2O33.1%分子比2.5（1.25）要調(diào)到2.4（1.20）加AlF3------理論量?解：P冰晶石=

10000kg×(1-4.9%-3.1%)=9200kgQAlF3=P（K1-K2）÷K2（1+K1）

=9200×(1.25-1.20)/[1.20×(1+1.25)]

=170.37(kg)QAlF3=2P（K1-K2）÷K2（2+K1）

=2×9200（2.5-2.4）/2.4（2+2.5）

=170.37(kg)答：（略）例2、某新啟動槽熔體總重12噸成分CaF25%Al2O32.8%分子比2.70(1.35)

－→

2.80(1.40)

求加Na2CO3?解：3Na2CO3+2Na3AlF6=Al2O3+12NaF+3CO23×106

12×42x

1X=318÷504=0.631——轉(zhuǎn)換系數(shù)P=[12000

×

(1-5%-2.8%)]=11064

(kg)QNaF=p×(

K2-K1）÷(1+K1)=11064×(1.40-1.35)÷(1+1.35)≈

235.4(kg)QNa2co3

=235.4kg×0.631=

148.54kg答：該槽電解質(zhì)分子比由2.70提升到2.80需加純堿148.54kg

例3、某臺生產(chǎn)中的鋁電解槽，槽內(nèi)液體電解質(zhì)總量15000kg，成分為：CaF2

3.7%、Al2O33.0%、MgF2

3.3%、NaF50%。為保證分子比2.4的運行條件，應補充多少AlF3才能滿足要求？分析：QAlF3

=題目缺電解質(zhì)的分子比或重量比？解：K1=50

÷（100-3.7-3.0-3.3-50）=1.25

P=15000×(1-3.7%-3.0%-3.3%)=15000×90%=13500(kg)QALF3=

=13500×(1.25-1.20)÷[1.2(1+1.25)]=675÷2.7=250(kg)

方法2：設100公斤電解質(zhì)應加入氟化鋁X公斤，所以100公斤熔體中氟化鈉、氟化鋁分別為50、40公斤則有：1.2=50÷（40+X）X=（50-48）÷1.2=1.667（kg）AlF3加入總量=15000/100×1.667=250(kg)答：（略）3.2、出鋁管理——MTVV（鋁水有效值法）要點：五天為一管理周期，期末三點測量計算鋁水高度平滑處理，得出鋁水有效值，下達期內(nèi)指令表

MTVV=

M0+

〔M1-（j-k）〕

式中：J—五日陽極下降量=實際總吸出量

k—五日標準陽極下降量=長期平均值

j-k五日吸出誤差

M0三點測量鋁水平均高度

M1上次鋁水有效高度單位均為mm合理制定處理量表及指令表當j>k較多時，則表明鋁水吸出量偏多例4：某300kA槽，鋁水平標準高度190mm，陽極標準下降量14.2mm/d。管理期三點測得鋁水高度200mm,五日前測得鋁水有效值為196mm，據(jù)回轉(zhuǎn)計讀數(shù)計算五日陽極實際下降72mm。計算該槽鋁水高度有效值，并對照下表安排五日計劃。

5日出鋁計劃表單位：kgMTVV與基準值之差5日總吸出量 第一天第二天第三天第四天第五天＋20～+11mm

12050

2450

2400

2400

2400

2400

+10~-5mm

11250

2250

2250

2250

2250

2250

-6~-15mm

10400

2050

2100

2050

2100

2100解：5日陽極標準下降量k=14.2×5=71(mm)

MTVV=

200

+

[196-(72-71)]=67+130=197(mm)

MTVV與基準值之差＝197-190=+7mm

查表知：

5日出鋁量為11250kg，每日吸出量均為2250kg答：(略)

（p82優(yōu)點）3.3、氧化鋁加料量計算一、氧化鋁的實際單耗？

實際消（單）耗=理論消耗÷化學純度÷有效使用率＝

1889÷

0.985÷（

1－0.3％－0.25％）＝1928.4(kg/t.Al)

二、槽日AO加料量＝？

AO日加料量＝AO實際單耗×槽日產(chǎn)鋁量

——300kA;槽日鋁產(chǎn)量為2250kg,98.6%,0.3%，0.4%,

AO日加料量＝AO實際單耗×槽日產(chǎn)鋁量

＝

1.889÷0.986÷（1－0.3%－0.4%）×2250＝1.9293

(kg/kg.Al)

×2250(kg.Al/槽日)＝4341kg/日3.4、最大電壓計算V額定≥V系列＋ni×ΔVAE＋∑V母線=V最大例5、某160kA系列，252臺，槽工作電壓4.15v公用母線均攤25mv，系列設計允許同時發(fā)生4個效應，效應電壓為30V。求：系列V額定=？解：V額定＝

V系列＋ni×ΔVAE＋∑ΔV母線＝4.15×252+4×（30-4.15）＋252×0.025＝1045.8

+103.4+6.3＝1155.5（v）答：該電解槽系列額定最小電壓為1155.5v，

V最大＝（4.15＋0.025

）×252+4×（30-4.15）＝1052.1

+103.4＝1155.5（v）3.5、電流效率計算及相關(guān)公式①

、η=M實/M理×100%②、η=M實/M理=[Σmi+（M2-M1）]÷

[0.3356×I×t×10-3

]

Σmi:累計出鋁量；（M2-M1）：在產(chǎn)鋁的變化③、M0=Mcu（1-k1）/（k2-k1）④、W直耗＝2980×

⑤、hc＝(cm/d)

⑥、△VAE＝（v）⑦鋁電解槽的平均電壓及其計算☆V平=V陽+V質(zhì)+V極化+V陰+V槽母+△V效應

+V公用母

=VNET+△VAE

+V公用母

＝

VNET+V黑

☆

V平=ＶＨ（同期電壓小時計讀數(shù)）÷（運行槽時數(shù)）

=ＶＨ÷（２４×槽日）例6：200臺槽系列，一個月（30天）電壓小時計讀數(shù)為597600，當月電流效率92.5%。計算當月直流電耗率。解：V平=597600÷(200×30×24)=4.15(V)

W直耗＝2980×V平÷η

＝2980×4.15÷92.5％＝13370

kwh/t.Al答：（略）例7：某160kA系列8月份平均電流159800A，其中86#槽7月底M1=8055kg,8月底出鋁后M2＝7980kg，全月累計出鋁37500kg，η86#槽8月＝？

解：M實＝累計出鋁量+在產(chǎn)鋁的變化

＝

∑Mi+△M0=37500+(7980-8055)=37425（kg）

η＝M實/M理＝37425÷(0.3356×24×159.8×31）＝37425÷39890＝93.82％答：86＃槽8月份電流效率為93.82％例8：一臺160kA槽，加銅前測得本底銅濃度0.010％，加入1kg銅KCU2=0.021%，求M0解：M0=Mcu（1-k1）/（k2-k1）＝1×（1-0.00010）÷（0.00021-0.00010）＝9090（kg）例9

、某160kA槽，η=92%，24組陽極，陽極更換周期28天，計算消耗一組陽極產(chǎn)原鋁＝？解：消耗一組陽極產(chǎn)量＝一個周期的產(chǎn)量÷陽極組數(shù)

M周期＝0.3356×24×160×92％×28＝33197kg

M塊極＝33197÷

24＝1383.2

（kg/組）

答：該槽子消耗一組陽極可產(chǎn)鋁1383.2kg例10：4月份某槽平均電流159.85kA，加98.5%氧化鋁69305kg，當損失0.6％時計算氧化鋁（消耗）電流效率？解：ηAO=物料產(chǎn)量÷電能理論產(chǎn)量

=有效AO投入量×

54/102÷電能理論產(chǎn)量

=M氧化鋁÷M電理M氧化鋁

=69305×（1－0.6％）×98.5％×54/102＝35923.68(kg)M電理＝0.3356×24×159.85×30＝38624.88(kg)ηAO=M氧化鋁÷M電理＝35923.68÷38624.88=93.01%答：(略)

Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2

10254例11、一臺200kA槽，測得本底銅濃度0.010％，加入1kg銅K2=0.021%，第二天K3＝0.018％，一日內(nèi)總銅量不變；該電解槽的電流效率為多少？

解：M0=1×(1-0.00010)÷(0.00021-0.00010)=9090kg

M3=k2M0÷k3

=0.00021×9090÷0.00018=10605kg

η=

M實

÷M理

=10605-9090）÷（0.3356×24×200）

=1515÷1611=94.05%答：該電解槽的電流效率為94.05%例12、某鋁業(yè)公司擁有兩條理論產(chǎn)能相等的鋁電解系列，一條是中間下料大型鋁電解系列；另一條是由274臺原自焙槽改造的邊部下料的小預焙槽生產(chǎn)系列。2006年度，小預焙系列平均電流強度為72kA，平均電流效率為89%。與大型預焙系列相比，小預焙生產(chǎn)系列當年度少生產(chǎn)原鋁3247.86噸，求：大型中間下料預焙系列槽2006年度平均電流效率是多少？解：M小=0.3356×24×72×274×365×89%＝51617756（kg)＝51617.76（t)

M大=M小+

M多＝51617.76+3247.86＝54865.62（t)

η大＝M實÷

M理

＝M大÷

M理小

＝

54865.62÷[0.3356×24×72×365×274×10-3

]＝54865.62÷57997.48=94.60%答：該系列2006年的電流效率為94.60％例13、160kA使用24塊陽極i陽=0.72A/cm2

5月份η=93.00%

Wc=

420kg/t.Al陽極總高560mm

dc=1.60g/cm3殘極高160mm

計算：M塊=?分析：——先求出陽極更換周期？

H更=

有效高度÷陽極日消耗解：hc=[8.054×i陽×Wc×η]×10-3÷dc=8.054×0.72×420×93.0%×10-3

÷1.60=1.416cm/dH更=（56-16）÷hc=40÷1.416=28.25≈28(d)M塊=[0.3356×24×160×0.93×28]÷24

=1398.24（kg/塊）答：（略）3.6、關(guān)于熱損失計算

α熱損=V體系－（0.48+1.64η）(V)

W熱損=α熱損I

t例：300kAV=4.18vV周母=180mv

平均電流效率93.0%計算槽熱損系數(shù)及一臺槽一天損失電能。解：V體系=VNET－

V周母

=

4.18－0.18=4.0v

α熱損=V體系－（0.48+1.64η）

=

4.0－（0.48+1.64×0.93）

=1.995(V)W=α熱損It=1.995×300×24

=14364kwh

答：(略）第四講、關(guān)于實操內(nèi)容4.1、陽極更換作業(yè)規(guī)程作業(yè)準備：1）確認槽號、極號：從換極周期表中查出擬換極所在的槽號及相應極號，并記入作業(yè)日記。2）備塊：準備好碎結(jié)殼面塊，新陽極碳塊。3）準備好操爐工具。換極作業(yè)步驟：1）揭開槽罩：以所換極為中心，視極數(shù)揭開三塊或四塊槽罩。2）扒料：用鋁耙呈扇形將應換極上的氧化鋁浮料和邊部可扒出的殼面塊扒干凈。3）聯(lián)系計算機：按槽控箱上的‘更換陽極’鍵，與計算機取得聯(lián)系。4）開縫：指揮天車工下降多功能機組打殼裝置，打開擬換極四周的結(jié)殼，（靠鄰前兩天所換極一側(cè)不需開口），當換兩塊極時，必須打開兩塊極中間結(jié)殼。5）拔出殘極：指揮天車工下降多功能機組陽極提升裝置，卡住導桿，下降陽極扳手，旋松卡具，緩慢地將陽極拔出，并吊離電解槽至通道位置。6）畫線：用卡尺底部水平貼緊殘極底掌，把水平母線上的下劃線與卡尺對齊并在卡尺上畫線，同時觀察陽極的形狀，看陽極是否有長包、掉角、氧化、化爪、裂紋等異?，F(xiàn)象并作記錄，然后指揮天車把殘極吊至殘極清理架放好。7）勾塊：用大鉤等工具把落入槽內(nèi)的塊勾出來，并進行“三摸一推”

：

i.摸爐底情況。察看爐底是否有沉淀、結(jié)殼塊、陰極破損等，進行處理并記錄；

ii.摸相鄰殘極的情況。檢查鄰極是否有裂紋、長包、化爪等異常，如有裂紋、化爪則提前換極，如有長包則提極清理，并記錄清楚；

iii.摸側(cè)部爐幫狀況；iv.將爐底沉淀推開。8）新極定位：天車工把殘極吊至殘極清理架上后，吊回一塊新極，用卡尺底部水平貼緊新極底掌，以卡尺上劃線為基準在新極導桿上水平畫定位線，導桿上定位線應比卡尺上定位線低1.5~2cm。在此過程，注意檢查陽極是否合格，不合格的不能用。清刷鋁導桿與水平母線的壓接面。9）陽極設置：天車工把新極掛到水平母線上，操作者在下面指揮陽極安裝位置，使定位線下沿與母線下沿平齊。然后用陽極板手旋緊卡具，并進行三次松緊動作保證陽極不下滑。10）收邊：待電解質(zhì)表面冷凝后把碎殼面塊加入邊部，用鐵鍬拍實并收齊、整形，使其形成邊平內(nèi)高的斜坡狀。11）添加保溫料：天車工下降下料管，在操爐工指揮下在新極和前兩天極上加保溫料，并用鋁耙拍實、整形。保溫料厚約14~16cm，基本與陽極鋼爪窗孔頂端平齊。12）收尾：清掃工作面衛(wèi)生，蓋上槽罩。在導桿上用粉筆記錄換極日期。13）巡視電壓：檢查槽電壓是否正常。14）記錄：紀錄換極情況。包括鋁水、鄰極、爐底、殘極狀況。4.2、出鋁作業(yè)規(guī)程1）聯(lián)系計算機：按槽控箱的‘出鋁’鍵，啟動出鋁控制程序。2）打開出鋁洞口：打開出鋁洞口的端蓋，操作出鋁打擊頭打開洞口殼面，然后用碳渣漏鏟撈凈洞口的結(jié)殼塊和炭渣。打出的洞口尺寸要大于吸出管管徑。3）接管及下管：將吸出軟管一頭用快速接頭接高壓風入口，然后指揮天車將吸出管對準出鋁口，慢慢下管，觸到底部后稍微上抬（約10cm）。4）虹吸：打開風閥開始虹吸抽鋁。觀察電子稱數(shù)字的變化情況，到達出鋁目標量后及時關(guān)閉風閥，停止虹吸。5）取出抬包：虹吸完后，操作天車，上升抬包，提出吸出管，準備進行下一臺槽的吸出作業(yè)。一包最多虹吸兩臺槽的鋁液，鋁水重量不超過抬包的容量。6）吸出時如果發(fā)生陽極效應，應立即停止吸出，并將吸出管從槽中抽出，待效應熄滅后，再繼續(xù)進行出鋁作業(yè)。7）清理出鋁洞口，蓋上端蓋。8）放包：當抽2臺槽的鋁水后，已達到抬包的容量，這時，把抬包移到通行道，將抬包吊上抬包車，放穩(wěn)后，脫開吊鉤。9）填寫記錄：吸出工依據(jù)重量單，計算每臺槽的出鋁量，認真填寫吸出記錄。例14.某鋁廠在一次出鋁操作中，由吸出工甲聯(lián)系計算機，按槽控箱的“出鋁”鍵，然后將吸出軟管一頭用快換接頭接高壓風入口；吸出工乙用出鋁打擊頭打開洞口殼面，然后用碳渣漏鏟撈凈洞口的結(jié)殼塊和爐底沉淀；吸出工丙指揮天車將抬包吸出管對準出鋁口，慢慢下管，當觸到底部后稍微上抬，待高壓風接好打開風閥后開始虹吸抽鋁；吸出工班長丁觀察電子稱數(shù)字的變化情況，并負總責。在還沒有到達出鋁目標量時，該槽發(fā)生了陽極效應，丁趕緊命令停止吸出，并指揮將吸出管從槽中抽出，然后親自熄滅效應，再準備進行下一臺槽的出鋁作業(yè)。(1)在以上操作過程中，你認為以下誰的工作最關(guān)鍵（）。

(A)乙(B)丙(C)丁(D)一樣重要(2)請問與吸出精度最相關(guān)的工作是（）的操作。

(A)乙(B)丙(C)丁(D)丙和丁(3)在以上的操作過程中，有一位職工的操作不當，你認為他是（）。

(A)甲(B)乙(C)丙(D)丁4.3、鋁電解生產(chǎn)中的常規(guī)測量★1、陽極電流分布測量基本定義:每個陽極上導電的均勻程度用途：焙燒；新極16h；槽異常、陽極病變。工具：電壓表、測量叉；原理：陽極導桿等距壓降；停測情況：效應、對地電壓異常、降壓、操作作業(yè)?！?、鋁水、電解質(zhì)高度測量

用途：關(guān)系熱平衡、出鋁的依據(jù)；

定義（鋁水）：槽內(nèi)含沉淀在內(nèi)所有鋁水的深度;

關(guān)于鋁水測量：1點（每天了解條件變化）——出鋁口、換極3點（條件管理、出鋁）——一大面均三點；多（6）點（全面了解爐底情況臨時需要）——Ａ、Ｂ面各三點

——其方法、工具都相同

工具：４５°測量釬、水平尺、直尺

★3、陰極電流分布測量目的：了解陰極特性，爐底破損情況。方法：陰極軟母線的壓降×修正系數(shù)★4、爐底隆起測量——破損情況——1、基本測量法：

X：槽沿板到測量棒的距離

y：測量棒的高度

z：爐底平面到槽沿板間的距離＝槽膛深－槽沿板高舉例：槽膛深550mm，槽沿板高80mm，測量棒高850mm，當測量槽沿板到測量棒的距離為405mm，計算爐底隆起高度？

解：

Z=550-80=470mm

H=X+Z-Y=405+470–850=25mm=2.5cmyxzH水平尺H=X+Z-Y——2、簡易測量法：簡單普查用

H=液體高度極差值=液體最高量－最低量例15.某電解車間進行爐底隆起情況的普查（已知該車間電解槽的爐膛深度為55cm，槽沿板到爐口高度為8cm），對069號采用兩種方法進行測量，一種是由電解工甲進行操作，首先他將測量棒前端從陽極之間的縫隙伸入爐底隆起部位，在水平端放上水平器使之保持水平，然后用直尺觸及槽沿板量出到測量棒之間的垂直距離為360mm，并記錄數(shù)據(jù)和測量位置，取出測量棒，以同樣方式放置在地平面上，量出測量棒的水平高度為800mm，并記錄。另一種方法是由電解工乙操作，他用直角測量釬測量槽內(nèi)4個不同點的液體高度，分別記錄為：422mm、423mm、450mm、449mm。(1)對于電解工甲，其測量結(jié)果得出的爐底隆起高度為（）。(A)20mm(B)25mm(C)30mm(D)35mm(2)對于電解工乙，其測量結(jié)果得出的爐底隆起高度為（）。(A)28mm(B)27mm(C)26mm(D)1mm(3)對比電解工甲和乙所用的測量方法，你認為在生產(chǎn)中比較實用的是（）。(A)甲(B)乙(C)一樣實用(D)都不實用★電解質(zhì)（槽溫）溫度測量（p137)目的與方法：了解運行狀態(tài)；

熱電偶法；工具：Ni-Gr:Ni-Al熱偶、補償線、測溫計、套管（鎧裝）；要求：避鋁水、避2天新極；過程注意：測前檢查工具；

30～60度放入；

深±15cm；正、負分連；

穩(wěn)定后讀數(shù)；

效應+1～-2h不能測；

-900、+1000℃時檢查。例16.某電解車間的058號槽的鋁水平為19cm，電解質(zhì)水平為22cm，該槽效應發(fā)生1個半小時后，看槽工小王為了了解該槽是否運行在正常溫度范圍內(nèi)，于是決定對該槽進行溫度測量。首先，小王觀察到該電解槽火苗呈淡藍色，強勁有力，電解質(zhì)顏色紅而稍微發(fā)亮，黃適中，沸騰比較均勻，其次，小王選定一位置打好測量洞，將保護管直插入電解質(zhì)中，約插入17cm左右停住，然后將熱電偶插入保護管內(nèi)，1分鐘后用補償導線把熱電偶與高溫溫度計按、極相對應接好，過了1分鐘，表上所顯數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，小王從溫度計上直接讀取該數(shù)據(jù)為1030℃，做好記錄后，結(jié)束了電解質(zhì)溫度測量。(1)單從整個電解質(zhì)溫度測量來看，小王漏了一個重要步驟，它是（）。

(A)測量之前應確認槽號；

(B)測量之前應檢查測量工具、儀表是否正常

(C)測量之前應判斷槽況，并做好記錄

(D)測量之前應先檢查該槽的槽幫情況(2)根據(jù)以上的整個測量過程，你認為以下說法有誤的是（）。

(A)效應1個半小時后不應該進行溫度測量

(B)保護管應在一定角度范圍內(nèi)斜插入電解質(zhì)中

(C)保護管插入深度有誤，超過了標準的15cm(D)從溫度計上直接讀取所測數(shù)據(jù)的作法正確(3)根據(jù)以上信息，你可以得出的結(jié)論是（）。

(A)該電解槽處于熱行程

(B)本次溫度測量無效，主要原因是測量不合時宜

(C)本次溫度測量無效，主要原因是熱電偶和溫度計不正常

(D)本次溫度測量無效，主要原因是熱電偶和溫度計不正常且測量不合時宜第五講、相關(guān)習題分析舉例1．某鋁業(yè)公司160kA大型預焙鋁電解生產(chǎn)系列，共有252臺工作鋁電解槽，系列設計電解槽工作電壓4.15V，母線分攤電壓（V母）為0.025V，電解槽效應系數(shù)（K）0.4次/臺·天，效應電壓（V效）30V，效應持續(xù)時間（τ）5分鐘，系列允許同時發(fā)生4個陽極效應，系列設計平均電流效率93.5%，計算系列最高電壓（Vmax）和噸鋁直流電耗（W）。--解：V額定＝

V系列＋ni×ΔVAE＋∑ΔV母線

＝4.15×252

＋4×（30—4.15）＋Δ0.025×252

＝1045.8

＋

103.4＋6.3

＝1155.5（v）

W直耗＝

2980×V平÷η

＝2980×{[4.15+0.4×(30-4.15)×5÷1440]+

0.025}÷93.5%

＝2980×{4.15+0.036+0.025}÷93.5%

＝2980×4.211÷93.5%

＝13421(kwh/t.Al)2．某臺平均電流強度為200kA的鋁電解槽，出鋁中取樣分析測得槽內(nèi)鋁液中銅的濃度為0.011%，剛出鋁后隨即加入1kg的銅，待充分溶解均勻，取樣測得鋁中銅的濃度為0.0211%；第二天的同一時間，出鋁1500kg，并測得槽內(nèi)銅含量為0.0181%。已知該槽全天工作電壓平均為4.18V，其中槽周母線電壓為180mV，計算該槽的熱損失系數(shù)和全天熱損失的電能？分析：α＝V體系－（0.48+1.64η）A＝α.I.t

V體系＝V工作－V槽周

η=?

M0=Mcu（1-k1）/（k2-k1）

解：M0=1×(1-0.000101)÷(0.000211-0.000101)=9090kg

M3=k2M0÷k3=0.000211×9090÷0.000181=10597kg

η=

M實

÷M理=

（10597-9090）÷（0.3356×24×200）

=1507÷1611=93.54%

α＝4.18-0.18-（0.48+1.64×0.9354）=1.986(v)

A＝α.I.t=1.986×200×24=9533(kwh/d)答：該電解槽的熱損系數(shù)為1.986v，日電能損失9533kwh3．某臺新起動的鋁電解槽，槽內(nèi)液體電解質(zhì)為14000kg，成分為CaF25%，Al2O32.8%，需將分子比由2.7迅速提高到2.8，不采用加NaF的辦法，而采用加Na2CO3的辦法，需要加入多少Na2CO3？提示：Na2CO3加入電解質(zhì)中后所發(fā)生的反應為：3Na2CO3＋2Na3AlF6＝Al2O3＋12NaF＋3CO24．某公司有兩條理論產(chǎn)能相等的生產(chǎn)系列，一條是邊部下料小預焙槽系列，平均電流效率為87.8%；另一條為120臺中間下料電流強度為200kA大預焙槽，年均效率93.5%，該系列每年（按365天計算）比小系列多產(chǎn)原鋁多少噸？

多出產(chǎn)量=理論產(chǎn)量×效率差5．某生產(chǎn)線，陽極電流密度為0.73A/cm2，電流效率為93.4%，陽極碳塊為：1400mm×660mm×540mm，體密度為1.6g/cm3，陽極碳塊利用率為70%，每塊碳塊產(chǎn)原鋁1320kg。陽極大母線安全行程量上至50mm，下至320mm。計算抬母線的周期。（下頁解）分析：H=S效÷hc

Wc＝炭凈耗量（kg）÷耗炭產(chǎn)鋁量(t)解：

Wc＝(14×6.6×5.4×1.6）×70％÷1.320

＝558.8÷1.320＝423（kg/t.Al)hc=8.054×0.73×93.4％×423×10-3÷1.6

＝1.452（cm/d)H=S效÷hc=(32-5)÷1.452＝18.60（d）答：（略）其他類習題：

一、選擇類、二填空類、三判斷類。一、選擇類例題1.在電解過程中，（）是保證電解過程能夠進行的重要條件之一。(A)液體電解質(zhì)(B)初晶溫度(C)導電度(D)粘度。2.在鋁電解生產(chǎn)中，為了改善電解質(zhì)的性質(zhì)，有利于生產(chǎn)，通常向電解質(zhì)中添加各種添加劑。以下添加劑中能明顯降低氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度和溶解速度的是（）。(A)氟化鋁(B)氟化鈣(C)氟化鎂(D)氟化鋰3.鋁電解生產(chǎn)中的狀態(tài)報表主要反映的是槽子8小時內(nèi)狀態(tài)情況，以下屬于狀態(tài)報表的是（）。

(A)日報表(B)班報表

(C)出鋁指示量表(D)電解質(zhì)取樣表4.陽極效應是鋁電解過程中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。關(guān)于陽極效應，以下說法最恰當?shù)氖牵ǎ?A)陽極效應是由于電解液對陽極的濕潤性改變所致(B)陽極效應是由于陽極-氣體之間的靜電引力所引起(C)陽極效應是由于陽極過程發(fā)生了改變，即氟離子放電所為(D)研究陽極效應，一般應從三相本身的變化及其相互關(guān)系的變化上綜合進行討論

5.氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)中的主原料，在生產(chǎn)中要求它的水分含量要低，主要原因是氧化鋁中的水分會分解冰晶石，關(guān)于其后果，以下說法有誤的是（）。(A)引起氟化鹽消耗(B)增加鋁中的氫含量(C)減緩氧化鋁的溶解(D)產(chǎn)生氟化氫氣體污染環(huán)境6.抑制高價鋁離子不完全放電可以提高電流效率，以下對高價鋁離子不完全放電沒有影響的是（）。

(A)槽溫升高；(B)強化系列電流；

(C)電解質(zhì)被攪拌；(D)電解質(zhì)中有高價離子7.在大型鋁電解槽的生產(chǎn)中，出現(xiàn)了各種進電方式和母線配置方案，其作用是（）。

(A)降低母線磁場影響(B)提高母線導電性能(C)節(jié)約母線材料(D)提高母線強度8.與陽極效應密切相關(guān)的電流密度應是（）。

(A)陽極電流密度(B)臨界電流密度

(C)陰極電流密度(D)極限電流密度

9、效應電壓高于正常效應電壓上限的槽子是（）

A.槽子過熱；B.電解質(zhì)太低或槽子過冷；

C.物料過剩；D.陽極有病，引起局部斷路。10、熱槽、冷槽都會引起陽極長包，它們長包的的共同點是（）

A.包在極中；B.槽不來效應，即使來，電壓低、不穩(wěn)；

C.包在極端頭,槽子不顯得太熱；D.電壓明顯擺動。11、電解槽需要縮短加料間隔的情況應是以下的（）

A.熱行程槽；B.冷行程槽；

C.病槽好轉(zhuǎn)、效率恢復；D.提前來效應。12、電解槽頻發(fā)、突發(fā)陽極效應，分析該槽原因是（）

A、陽極病變，如長包；B、物料過剩；

C、電壓偏低，熱輸入不足;D、電壓高，或鋁水低。13、在鋁電解的生產(chǎn)實踐中，為了確保新極安裝精度，新極上槽后16小時，需進行的測試是（）。

(A)導電量檢查(B)槽電壓測試

(C)陽極高度測量(D)陽極電流密度檢測14、以下不會造成陰極內(nèi)襯破損的條件是（）。A鈉離子的侵入；B陰極材料的膨脹收縮；C保持槽子穩(wěn)定生產(chǎn)；D氧化鋁濃度穩(wěn)定較低15）鋁電解生產(chǎn)中，電解槽出現(xiàn)（）的情況時，應延長加料間隔時間

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