450KA的鋁電解槽設(shè)計13000字【論文】

450KA的鋁電解槽設(shè)計因此，在目前有的320KA~350KA鋁電解槽的基礎(chǔ)之上，450KA的超大型鋁電解槽技術(shù)在國內(nèi)外受到很多企業(yè)的研究，不過我們國家也有許多鋁電解企業(yè)建成了450KA級鋁電解生產(chǎn)線。450KA的鋁電解槽設(shè)計的主要內(nèi)容是鋁電解槽研究，電壓的得到解決，從而降低電解鋁生產(chǎn)車間的維護和維修成本，關(guān)鍵詞：鋁電解槽，物料平衡，能量平衡，電壓平衡，車間設(shè)計 42鋁電解簡介 42.1鋁的用途和性質(zhì) 42.1.1鋁的性質(zhì) 52.1.2鋁的用途 52.2現(xiàn)代鋁電解的發(fā)展 62.3鋁電解基本原理及工藝流程 72.4鋁電解原材料 82.4.1氧化鋁 82.4.2輔助原料一氟化鹽 92.4.3碳陽極 錯誤!未定義書簽。3鋁電解槽參數(shù)計算 3.1主要技術(shù)參數(shù)的選擇 3.1.1電流強度 3.1.2電流效率 3.1.4兩水平 3.1.7極距 3.1.8陽極電流密度 3.2.2單槽產(chǎn)量 3.2.3電解槽數(shù)量 3.2.6原材料損耗 3.3.1鋁產(chǎn)量 4電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1槽構(gòu)造及各部分尺寸計算 244.1.1陽極尺寸 4.1.2槽膛深度 4.1.4槽膛尺寸 4.2陽極結(jié)構(gòu) 4.2.1鋁導(dǎo)桿 4.2.3陽極塊 4.3.3陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計算 4.4母線結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4.1陽極母線 4.4.2陰極母線 4.5電壓平衡 4.5.1極化電壓 錯誤!未定義書簽。4.5.2電解質(zhì)電壓 4.5.3陽極電壓降 4.5.4陰極電壓降 4.5.5分攤電壓降 4.5.6連接母線壓降 4.6能量平衡 4.6.1能量平衡計算 4.6.2能量平衡表 1緒論與當前的中國鋁電解行業(yè)的發(fā)展狀況相適應(yīng)的是容量為450kA的鋁電解槽的設(shè)槽的年產(chǎn)量增加100噸以上，產(chǎn)量有一個質(zhì)的飛躍，保護了壞境，節(jié)約了能源。450KA大型鋁電解槽的使用，在現(xiàn)代社會得到了升級，有利于鋁電解槽的發(fā)展，電中的含量大約在8%左右。在所有元素中，僅次于氧和硅，排在第三位金屬元素中，鋁是地殼中其含量最豐富的。鋁的密度小，小到只有2.7克/厘米3,不到銅的三分之量只有銅的30%,按重量算，鋁的用量還是節(jié)省了一半左右。鋁及鋁合金具有輕量有色金屬之首。鋁具有很好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐熱性、和金屬延展性，是我國經(jīng)濟發(fā)展不可缺少的基礎(chǔ)材料。鋁廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實際中，有生活中有非常多的應(yīng)用，鋁的特點有很多：1.鋁的導(dǎo)電性很強，是因為它的電阻很小，所以導(dǎo)電性能就很強，用來當導(dǎo)體很好，而且它致密的氧化膜可以絕緣，也是很好的絕緣體，可應(yīng)用于電運輸工業(yè)，制造2.鋁的延展性能也很好，可以加工成很多物件，比如包裝物，很細的條等。在一定溫度范圍內(nèi)可加工成非常薄的鋁箔。3.鋁是一種具有兩種性的金屬。這兩種性是會和酸和堿都發(fā)生反應(yīng)，鋁很容易和非常稀的酸發(fā)生反應(yīng)，不過呢純度很高的鋁能抵御大多數(shù)酸的腐蝕作用，鋁又很易讓苛性鈉溶液侵蝕其表面，所以純度相對較高的鋁容器可用于儲存一些化學(xué)試劑。4.鋁的傳輸效果很好，是因為它密度小，可以傳熱，可應(yīng)用于散熱器中，可以符5.鋁還有一個很重要的特性，那就是它擁有良好的抗腐蝕性能，在空氣中，鋁表面容易形成一層致密的氧化鋁薄膜，這個氧化膜作用很大，抑制鋁的進一步氧化，這樣鋁的抗腐蝕性能和抗氧化能力就會進一步提升。6.可以用來制造很多好的器械，鋁有許多價態(tài)較低的化合物(如AlF、AlCl、Al?S、Al?O等)。按照上面所寫的，鋁原子通過失去一個電子；會生成Al+,還會生因為鋁的優(yōu)秀性質(zhì)，決定了它的很多用處，在每一個方面都有廣泛的應(yīng)用?？梢詰?yīng)用在生活中衣食住行等很多方面，對其進行簡單介紹。1.建筑方面。鋁的耐蝕性使得其使用時間很長，可以增大房屋的壽命。用鋁制的器件可以用來當作節(jié)能材料，不會對壞境造成很大污染，而且，鋁建筑構(gòu)件還可以可2.飲食方面。鋁可以制成鋁鍋，很實用，比一般的不銹鋼和鑄鐵都要好很多。3.輸送方面。鋁在運輸行業(yè)有很大的應(yīng)用，例如航空航天領(lǐng)域、道路運輸、軌道2.2鋁電解發(fā)展態(tài)勢鋁電解工業(yè)發(fā)展中期，鋁電解技術(shù)有了很大進步，鋁電解槽技術(shù)有了一定的提為獲取高電流效率和小的能量損耗提供了很好的條件。在未來的工業(yè)發(fā)展中，生產(chǎn)當然，也出現(xiàn)了一些問題。比如，一些大型的鋁電解槽的陽極電流密度過于高了，導(dǎo)致許多大型電解池的能量消耗比1980年代初的小型電解槽還要多得多。還有1.其電流效率達到96%;3.電解過程能量效率有了很大提升，趨近于50%,其余的能量作為熱量損失而消常重要。熱能平衡和槽壽命有很大關(guān)系，熱能平衡足夠穩(wěn)定可以提高槽壽命。慢慢2.3鋁電解生產(chǎn)工藝流程鋁礦石的作用也很大，它可以用于生產(chǎn)純度較高的氧化鋁固體，鋁礦石是電解就可以用來當作鋁鍋，其熔點達2050°C以上。提取鋁不能用直接熔融的方法，這種方法不適合來提取鋁。不過，固態(tài)的氧化鋁會形成均勻的熔體，該熔體的導(dǎo)電性在電解陽極上，就會產(chǎn)生大量的氧化氣體，除了這個，還會產(chǎn)生包含一些相當含量的有毒物質(zhì)，會對人體和環(huán)境構(gòu)成威脅和破壞。為了安全起見，我們需要凈化陽極氣體，從而來消除有害氣體和一些固體，這樣排放在大氣中才會影響較小，不冰晶石冰晶石直流電能廢氣鋁液氧化鋁非常多的原料共同參與了電解鋁的過程反應(yīng)，其原料是氧化鋁，其他原料是一些輔助性的原料，雖然用量很少，不過對于電解鋁的過程地確不可缺少的，如冰晶石、氟化鋁、氟化鈣及陽極糊[7-10]。2.4.1氧化鋁氧化鋁是鋁電解過程中所需的原料之一，氧化鋁是一種白色粉末狀固體，在生活中比較常見，熔點非常高，沸騰溫度更高。鋁礦石作為氧化鋁生產(chǎn)的主要原料，鋁電解技術(shù)中氧化鋁的生產(chǎn)很重要，現(xiàn)在鋁土礦在氧化鋁生產(chǎn)的原料中達到了很高的占比。生產(chǎn)氧化鋁的方法有很多，堿法是生產(chǎn)氧化鋁中最常見的方法，也比較普匯總表如圖2.1所示。雜質(zhì)干燥的氫氧化鋁煅燒后氧化鋁灼減氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)進其簡單介紹，在化學(xué)性質(zhì)方面，其純度要求較高，氧化鋁的化學(xué)純度要求很高，氧化鋁中的雜質(zhì)和水分含量一定要低。氧化鋁中的雜質(zhì)較多時會使原鋁產(chǎn)量大大降低，然后電解質(zhì)組成就會發(fā)生改變，氟鹽耗量也會增加。氧化鋁中的水分也會造成冰晶石的分解。這主要和它的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。氧化鋁的物理性能也很重要，最重要的是催動電解過程的正常的進行和提高氣體凈化的效率。通常選擇氧化鋁是有標準的，是：吸水性較小、活性好、適宜粒度。不過其在冰晶石中氧化鋁的形態(tài)有好幾種，主要將其分為三類，可以分為砂狀、粉狀和中間狀，這三類的形態(tài)都不一樣，物理性能也就不一樣，其三個的主要區(qū)別，見表2.2。砂型中間型粉型μm安息角比表面積/(m2·g-1)密度/(g·cm-3)到了完整與改進12,13]。氟鋁酸鈉就是所謂的冰晶石，在實際生產(chǎn)之中，我們用的做多的是什么呢，那在所有礦石中，跟其他礦石相比，其他天然礦石很難得到，天然冰晶石采獲相對簡單。在鋁電解中需要用到大量的冰晶石，也就是說，冰晶石是熔劑中的主要成分，它的作用是獨一無二的，至少目前并沒有發(fā)現(xiàn)哪種比冰晶石更有利于鋁電解生產(chǎn)的物質(zhì)，其主要作為鋁電解的助溶劑。冰晶石有如此作用的原因有兩個：其一它溶解氧化的效果非常好；其二就是因為它兩個密度之間的差距很是懸殊?，F(xiàn)在，冰氟化鋁的性質(zhì)很穩(wěn)定，是無色或者白色結(jié)晶。在加熱的情況下它會水解，溫度達到1272℃,蒸汽壓達到一定值時，開始升華，在電解鋁的生產(chǎn)過程中，氟化鋁同樣是無法被取代的，它在多個不同的方面都發(fā)揮著很重要的作用，最主要的作用是氟化鈣的用途很是廣泛，是一種無色結(jié)晶或白色粉末狀固體。在生活中不是很常見，相對密度3.18克/立方厘米，熔點比較高，溶解時會放出一種氣體。氟化鈣的添加量一般為為4~6%。最主要的是其不溶于水。氟化鎂，是一種沒有顏色的、呈四方形的晶體或者是粉末，它的熔點達到1248度，當溫度達到2260度時，它會開始沸騰。在鋁電解工業(yè)中，最早大概是上世紀五十年代，人們把氟化鎂作為電解質(zhì)的添加劑氟化鎂，主要是用工業(yè)合成的方法制成氟化鈉是一種離子化合物，是沒有顏色的且發(fā)亮的晶體，或者是白色的呈粉末狀的物體。熔點較低，熔點為993攝氏度，沸點為1695攝氏度，在水中溶解度不是很大，水溶液有很弱的堿性，是一種輔助劑，可作為添加劑，氟化鈉的用途也很多。碳酸鈉，別名有純堿、蘇打等。常溫下的碳酸鈉一般是白色并且沒有味道的粉末，有時也呈顆粒狀。它很容易溶解在水中，吸水性很強。從某些方面來講，它的作用跟上文提到的氟化鈉是一致的：例如，它們都能致使升高電解質(zhì)中的分子比。通常情況下，碳陽極需要滿足能耐受高溫而且不會輕易被侵蝕的條件，除此之外，它還被要求有低透氣性以及良好的空氣氧化性。鋁電解池中使用兩種類型的碳其可以分為自焙陽極和預(yù)焙陽極兩種，自焙可以分為上插式和側(cè)插式兩種，要區(qū)分上插式和側(cè)插式這兩者就是要看導(dǎo)電金屬棒是從哪個方向插入的。陽極漿料通常用作碳陽極的原料，不同數(shù)量的陽極碳塊合并在一起。每組碳陽極塊由2至4個碳陽極塊，鋼爪，導(dǎo)桿等組成。陽極具有間歇性的運動，大多數(shù)預(yù)煮陽極是間歇性運行的，每組陽極通常18-28天就要換一次，輪換周期比較頻繁。為了防止鋼爪熔化，當陽極碳塊的消耗量是原始高度的四分之一時，必須將舊的陽極碳塊取下并換成新的一組陽極碳塊。因為這種具有操作簡單和不會造成環(huán)境污染的優(yōu)點，所以這種類型的陽極在重建大型鋁廠和自煮陽極電解池中被頻繁使用。在國內(nèi)和國外都被使用3.1主要技術(shù)參數(shù)的選擇鋁電解生產(chǎn)過程中，鋁電解槽的技術(shù)參數(shù)主要有：電流強度、壓、兩水平、氧化鋁濃度、陽極效應(yīng)系數(shù)、極距、陽極電流密度、電解質(zhì)成份等。參數(shù)相對較多，這些標準都相互關(guān)聯(lián)著，一個影響著一個，當其的平衡，下面對他們分別介紹?，F(xiàn)在，鋁電解一般都使用的是強直流電，強直流電也有一定的標準，每一個電解槽系列其電流強度都是有標準的，鋁產(chǎn)量隨著電流強度的增大而增大，其呈正比。額定電流強度是變化的，是根據(jù)電力變化的，需要根據(jù)電力供應(yīng)情況隨時做出調(diào)整，怎樣變化的呢，只要供應(yīng)足夠大的電力時，就會讓電流強度在一定程度上變大；如果供應(yīng)的電力不是很充足的時侯，應(yīng)當一定程度上減小一下電流強度。所以電力一定要供應(yīng)足夠。不過，電流強度得到確認以后，就要保持其在一段時間內(nèi)不發(fā)生變化，而且要盡可能使其不被陽極效應(yīng)干擾。為了使其正常運行，電流強度達到一定數(shù)值之后，采取適當前鋁電解效率是指根據(jù)一種定律而計算出來的，就是法拉第定律，陰極上實際產(chǎn)生的鋁相比于理論上產(chǎn)生的鋁的含量比對比。電解電流的效率很是重要，在鋁電解中具有相當重要的地位，是作為其重要技術(shù)和雄厚的經(jīng)濟指標，而且和鋁的實際生產(chǎn)，材料消耗和一些其他條件下的能量消耗(無變化)有很大關(guān)系。我們都知道，不管怎么樣，都不可以把損耗的能量完全消除掉干凈，所以呢電流效率也是不會到達100%的，鋁電解廠現(xiàn)在的通?？梢赃_到87%~98%的電流效率，我的設(shè)計設(shè)定的電流效率為95%。槽工作電壓主要有陽極壓降、電解質(zhì)壓降、陽極壓降、母線壓降、極化電壓、效應(yīng)分攤電壓組成的。這其中呢，母線壓降基本是固定的，極化電壓的變化也很小，陽極壓降、電解質(zhì)壓降、陰極壓降變化較大，電解質(zhì)壓降時刻在變，因此平時工作電壓的高低就是電解質(zhì)壓降的高低。槽電壓過高會使電解質(zhì)熱量收入增加，還會浪費電氧化鋁的濃度是與生產(chǎn)的穩(wěn)定性和電流效率密切相關(guān)的，他們是呈反比的，通過大量實踐和經(jīng)驗證明，陽極效應(yīng)的發(fā)生的條件是氧化鋁的濃度濃度大小，其濃度要低于百分之一。氧化鋁的效應(yīng)極限濃度會隨著槽運行溫度的不同而產(chǎn)生較大的不同。當氧化鋁濃度如果達到很高的時候，電解溫度發(fā)生一些變動的時侯，在爐的底部他的狀態(tài)很是容易發(fā)生突然變話會對電解槽的壽命形成較大的沖擊；還會形成爐底沉淀物。,突發(fā)效應(yīng)很容易發(fā)生的時候呢，是氧化鋁濃度非常低的時候。所以呢為了保持生產(chǎn)一定的穩(wěn)定性，一般氧化爐就需要確保在合理的區(qū)間之內(nèi)。此設(shè)計選取氧化爐濃度為2%~3%。陽極效應(yīng)系數(shù)是指每天分攤給每個槽上的陽極效應(yīng)次數(shù)。陽極效應(yīng)系數(shù)的發(fā)生通常與電解質(zhì)中缺少氧化鋁有很大的關(guān)系，生產(chǎn)實踐告訴我們電解槽的效應(yīng)不易發(fā)生時通常隱藏著一些對生產(chǎn)不利的因素。陽極效應(yīng)的正常發(fā)生可以有效的檢查陽極工作狀極距會直接影響電流效率和點解溫度。提高極距會減少鋁的損失，能提高電流效率，因此在不影響電流效率的情況下盡量保持較低的極距(4-4.5cm),以此來取得更涉及到兩水平時，許多數(shù)情況下是指鋁液水平和電解質(zhì)水平這兩個參數(shù)的相對高度。因為生產(chǎn)實際的所要求，這兩個應(yīng)當在一定的水平上，如果不是這樣，必然會很電流密度，是一個跟重要的物理量，它的主要意義就是通過單位面積上的電流強度。所以陽極電流密度，顧所以呢說的是經(jīng)過陽極單位面積上的電流強度。對于鋁電解過程最重要的是什么呢，那就是陽極電流密度，陽極電流密度對鋁電解槽的生產(chǎn)影響很大，選擇陽極電流密度也要正確選擇，本設(shè)計陽極電流密度選0.89A/cm2。3.19電解質(zhì)成份眾所周知，電解質(zhì)成份又叫做分子比。電解鋁的電解質(zhì)主要時熔融的冰晶石和氧化鋁溶解在其中組成，另外就是還有其他的一些添加物。如圖3.1為電解質(zhì)酸堿度觀察電解質(zhì)酸面固體電解質(zhì)電解質(zhì)檢測亮黃色很致密電解質(zhì)層厚顏色發(fā)黑易脫落中性致密電解質(zhì)層致密呈白色有空隙電解質(zhì)層薄致密呈白色暗紅色酥松多空隙電解質(zhì)層薄呈白色不易脫落圖3.1電解質(zhì)酸堿度觀察表3.2綜合技術(shù)經(jīng)濟指標的運算電解槽的壽命在電解槽的設(shè)計中尤為重要，影響電解槽壽命的因素有很多，其中主要因素有電解槽選型、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝的質(zhì)量、焙燒制度、生產(chǎn)操作等組很多方面。為了提高電解槽壽命我們要設(shè)置好數(shù)值，盡可能延長其壽命。此設(shè)計把預(yù)焙槽壽命設(shè)定為5年。延長電解槽壽命的方法有很多，主要有以下幾個方面：按照設(shè)計要求，此設(shè)計所要求的電流強度為450KA,電流效率呢則取95%,下列計算因此槽●天)=Y年=3443.26×365=1256788.44(kg/槽●年)=1256.8(t/槽●年)(3.2)生產(chǎn)規(guī)?？扇?0萬t/年；鑄造成品實收率為99.4%;槽壽命：2000天，停槽日①274臺工作時：1117.1×274=306085.4②288臺工作時：1117.1×288=321724.8t鑄造成品實收率為99.4%,所以274臺槽運轉(zhuǎn)時其對應(yīng)的產(chǎn)量為：306085.4×99.4%=304248.9t電解槽輔助設(shè)備的選擇也很難重要，首先就是多功能機組，隨著許多大型鋁電解槽的出現(xiàn)，鋁電解槽多功能機組也顯得越來越重要。這樣就更有利于鋁電解槽形成一然后就是當是小車的時候首先考慮其運行速度，之后要考慮運行機構(gòu)的電動機功然會就是副小車首先是起重量、運行速度、運行電動機功率的選擇，之后要考慮就母線提升機技術(shù)參數(shù)的選擇也有很多選擇，考慮到設(shè)備我們要選擇4臺母線提代入數(shù)據(jù)得Vc=1.82cm/日，故母線提升機每一塊陽極使鋁槽時間大約2880分鐘，然后計算出抬陽極需時間為288分鐘，最后每班要取出50分我們研究得每一個廠房要放置一臺多功能機組，因此每棟廠房各需要2臺多功能機因為一些機器壞了以后所需維修一系列不可控的因素，此設(shè)計需要使用抬包25工作臺數(shù)11臺備用臺數(shù)6臺然會要選擇槽控機和混合爐設(shè)備的數(shù)目，槽控機還是比較好選擇的，槽控機主要是由有邏輯部分、動力部分、顯示部分、操作按鈕部分這四部分組成的。之后就是混于一些不必要因素的影響，車間產(chǎn)量其實為353897.28噸/年。我們選用40噸燃氣保溫爐作為它的混合爐。原鋁最大處理量為10000噸；混合爐容量為42噸；受到一些不確定因素的影響，我們?nèi)』旌蠣t臺數(shù)為5臺；我們選取鋁錠連續(xù)鑄造機組4臺，進行計算。電解槽的配置怎樣合適呢，我們根據(jù)電解槽的數(shù)量，選擇兩個車間，兩棟電解廠房，兩廠房肩并肩平行排列，廠房一共有兩層，槽體和陰極母線安裝在底層，槽與槽之間的距離取為6.5米，則每棟廠房長為561米寬則50米，廠房兩頭的支撐柱與最前面的電解槽及最后面的電解槽之間的距離分別為29.75米和24.75米。首先我們計算氧化鋁損耗，其化學(xué)方程式如下：任何都有一個理論值，我們計算得其理論消耗能量為1888.89kg/t,受外界因素的然后就是要計算陽極炭塊得能量消耗，其化學(xué)方程式如下：最后我們計算其實際碳消耗量如下：3.2.7主要技術(shù)經(jīng)濟指標的確定如圖3.1所示，為其主要技術(shù)經(jīng)濟指標。3.3物料平衡概算我們?nèi)尾郛a(chǎn)量為P,其計算公式如下：指標名稱備注1電流強度2電解槽數(shù)臺臺3電流效率%4陽極電流密度5電解溫度℃678電解質(zhì)水平9陽極效應(yīng)系數(shù)電能消耗率V陽極炭塊單耗55分子比3.3.2氧化鋁消耗量上面算得實際損耗量為1950,以此來進行下列計算。理論單耗為：1888.89×143.46×0.001=需消耗冰晶石：5×143.46×10-3=0.72kg/槽·h需消耗氟化鋁：25×143.46×10-3=3.59kg/槽·h需消耗氟化鎂：5×143.46×10-3=0.72kg/槽·h需消耗氟化鈣：4×143.46×10-3=0.57kg/槽·h3.3.4陽極炭塊的消耗量CO產(chǎn)出量為：碳損耗為：Q實-Q理=57.3854.65=2.73kg/h物料平衡表見圖3.2收入支出氧化鋁原鋁氟化鋁氟化鋁陽極炭塊CO?生成量4電解槽構(gòu)造與設(shè)計4.1陽極結(jié)構(gòu)4.1.1爆炸焊片從書中可知，鋁導(dǎo)桿和鋼板的接連是采用鋁鋼爆炸焊。我的設(shè)計共用到了40根陽極導(dǎo)桿，其抗拉強度要大于0.7MPa,耐熱性要大于350攝氏度，故導(dǎo)桿的電流密度為：4.1.2鋼爪我們設(shè)定陽極上每組碳塊上都有四個鋼爪，其直徑為160毫米長度為280毫米。其換極周期公式如下：我們得知碳陽極的密度為1.6g/cm3,陽極炭塊需要消耗的量為：145×66×(54-16)×1.6=581856g=581.856kg在電解鋁工藝中，陰極結(jié)構(gòu)占有很重要的地位，陰極結(jié)構(gòu)中主要包括了槽殼的設(shè)計和選擇、槽底部內(nèi)襯的選擇和設(shè)計、槽側(cè)部內(nèi)襯的選擇和設(shè)計。4.2.1槽殼槽殼是電解槽殼體的一種，一般殼槽都選擇搖籃式結(jié)構(gòu)，本設(shè)計槽殼也采用搖籃式結(jié)構(gòu)。為了降低鋁電解槽的電能消耗，我們就要從內(nèi)襯下手。電解槽的內(nèi)襯材料有很多種，襯里材料是最常用的一種。其設(shè)計和熔爐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量對電解池的生產(chǎn)率和壽命有著非常直觀的影響。一般大型的鋁電解槽采用單圍帶、側(cè)部焊接散熱片、優(yōu)良的碳化硅磚、工廠強制通風(fēng)來降低能耗。4.2.3陰極結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇及計算下面是陽極結(jié)構(gòu)的參數(shù)的選擇和計算如下陰極鋼棒數(shù);故取57根陰極鋼棒。(4.4)校驗陰極鋼棒的電流密度為：4.3.1陽極母線陽極母線主要包括陽極橫母線、陽極軟母線、立柱母線三種，我們分別對這三種母線進行設(shè)計和計算。陽極橫母線上電流為總電流強度的八分之一，是因為它上面有四個端口，本設(shè)計電流強度為450KA,母線上的電流密度作為0.347A/cm2,陽極橫截面積計算如下：對母線的電流密度進行校檢得：取陽極軟母線的的電流密度為0.25安每平方厘米，陽極軟母線的片數(shù)為：,取375片(4.5)取軟母線的長度為1.55米。我們?nèi)×⒅妇€的電流密度為0.35安/平方厘米，此設(shè)計電流立柱母線橫截面積計算如下我們對立柱母線的電流密度進行校檢得列出陽極母線規(guī)格表，如圖4.1所示：母線類型面積電流/(A/mm2)陽極橫母線陽極軟母線立柱母線名稱電流密度/(A/mm2)陰極軟母線槽周陰極母線AB側(cè)側(cè)4.4槽結(jié)構(gòu)設(shè)計及各部分尺寸選擇首先是陽極尺寸得選擇，通常來說電解槽的容量越大，其陽極尺寸也就要更大一些。與電解槽容量成正比。然后就是陽極到槽幫的距離選擇，我的設(shè)計此距離選擇為300毫米和420毫米。其次是槽膛尺寸的選擇，我們計算得出槽膛長度為14800mm,槽寬度為3900mm,槽膛深度的大小通常是由兩水平及其操作工藝所決定，槽深度為5電壓平衡鋁電解生產(chǎn)工藝中，槽電壓是一個很重要的參數(shù)，所以電壓平衡在鋁電解中顯得5.1電解質(zhì)電壓5.2陽極電壓降取橫母線平均溫度t=66℃,po=0.028Q●mm2/m,α=0.0038,由此計算得：Pt=po(1+α●t)=0.028×(1+0.0038×66)=0.035Q●mm2/m一共需要40根陽極導(dǎo)桿，單根導(dǎo)桿的電流計算如下：軟母線尺寸規(guī)格為600毫米×2毫米，長度為1550毫米，t=60℃,則：5.2.3陽極立柱母線電壓降(1)陽極焊接點電壓降，實測取15mV;(2)平衡母線電壓降，實測取14mV;(3)壓接鋁板及壓接點的電壓降8mV。從上面三個計算得出陽極立柱母線電壓降如下式：△V立=18.72+14+15+8=55.72(5.12)5.24陽極炭塊組電壓降首先計算陽極導(dǎo)桿電壓降如下：然后計算導(dǎo)桿下部電壓降主要有下面幾部分組成：鋁-鋼爆炸焊接區(qū)電壓降可取為10mV;鋼爪壓降可取為24mV;鋼-炭接觸壓降可取為110mV;最后我們?nèi)】ň唠妷航禐?1mV;陽極炭塊組電壓降還包括預(yù)焙炭塊壓降，它是根據(jù)V炭=d·pch這個公式計算出來的。下面是此公式的一些數(shù)據(jù)：固定系數(shù)p=55×10-?歐姆●厘米；d表示平均電流密度；h為平均導(dǎo)電高度，h為hi和h2加起來再除以2;5.3陰極電壓降陰極包含了槽底電壓降、陰極軟母線電壓降和槽周陰極母線電壓降，我們對其進溫度為850攝氏度時P炭=4.5×103,陽極電流密度我們?nèi)?.89。L等=2.5+0.9×45-1.1×13+132/18=25.03cm取陰極軟母線50片，電阻率pt為0.0376歐姆●平方厘米/米，故陰極軟母線計算如通常我們選擇槽周陰極母線電壓降時，我們選擇其最大值為作為標準值，故：△V槽周5.4分攤電壓降受陽極效應(yīng)的影響，分攤電壓降也叫做陽極效應(yīng)分攤電壓降，陽極效應(yīng)分攤電壓如果陽極效應(yīng)持續(xù)五分鐘，電壓就會從4V變大到35V,我們計算其陽極效應(yīng)電壓降5.5連接母線壓降根據(jù)實際測量槽外母線均攤電壓我們?nèi)∑渲禐?0mV。電壓組成電壓降(mV)發(fā)熱電壓(mV)陽極部分陽極橫母線陽極軟母線立柱母線卡具鋼炭接點陽極鋁—鋼焊點陰極部分陰極軟母線槽周陰極母線陰極各接點8電解質(zhì)陽極效應(yīng)連接母線電解槽的能量平衡，就是在一定條件下，電解槽得到的能量等于電解過程所需能量加上從電解槽散發(fā)出去的熱能之和。電解槽體系電壓計算公式如下：6.1能量平衡計算我們首先計算電能的輸入，我們知道一瓦電一秒產(chǎn)生0.239Cal熱，所喲每小時就會產(chǎn)生0.86kCal的熱，此設(shè)計電流強度為450KA,帶入公式計算如下：Q電=IV熱=0.86×4.5434×450000=1758295.8kCal/h=7350734.95kJ/h(6.1)然后計算陽極反應(yīng)的熱量，先計算每槽單位時間內(nèi)產(chǎn)鋁量P如下式所示：我們知道陽極氣體有CO?和CO,我們計算其產(chǎn)量如下；當電解溫度為940攝氏度和950攝氏度之間時。此時查得二氧化碳和一氧化碳的生成焓分別為94.49kCal/mol和27.05kCal/mol。二氧化碳的生成焓為：94.49×3.036×103=286871.64kCal/h一氧化碳的生成焓為：27.05×1.012×103=27374.6kCal/h則氣體總生成熱：Q氣=286871.64+27374.6=314246.24kCal/h=1315388.19kJ/h(3)CO的燃燒熱25攝氏度時1kmolCO燃燒生成CO2,燃燒焓為67630kCal,則：(1)Al?O?反應(yīng)熱QAl2O3=1.869×307134.65=574034.66kCal/h=2399473.88kJ/h在950℃的分解溫度下，分解自由能由如下公式Q氣=CP·V·△t=0.3×12400×(85-25)=223200kCal/h=933867.8kJ/h則Q液=nAIJ9331223CpdT=3.73993312237.00dT=7590.17kCal/hQAI=Q固+Q焙+Q液=16101.98+9388.35+7590.17=33080.5kCal/h=(4)殘極帶走的熱殘極換出溫度約為：故殘極炭塊帶走熱量為：Q殘=n[298973(4.10+1.02×103T-2.10×10-5T-2)dT=1823.72殘極總帶走熱量為：正對槽膛底的槽殼損失：Q?=k.S·△t=0.482×61.819×860=25Q4=k·SBD·△t=0.332×5.675×(750-25)=1365.97kCal/hQ槽=Q1+Q2+Q3+Q4=2565182229.55kCal/h=761719.53②密閉罩熱損失Q鋁板=4272+5102.73=9374.73kCal/hQ框架=22174.47+3045.3+9374.73+6139.86=42759.76kCal/h=178735.81③開罩熱損失④槽沿板熱損失⑤陰極棒頭熱損失Q=11.08×0.23×0.18×40×(929.37-140)=14483.74kCal/h=60542.03kJ/h6.2能量平衡表綜上所述，可列出450kA