400kA預(yù)焙槽鋁電解車間設(shè)計

1、 400kA預(yù)焙槽鋁電解車間設(shè)計摘 要大型化是當今世界鋁電解技術(shù)發(fā)展的大趨勢。在現(xiàn)有的320kA350kA大型鋁電解槽基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)并建設(shè)高效、穩(wěn)定和更為節(jié)能的400kA大型鋁電解槽技術(shù)是當今世界各大鋁業(yè)公司研究和追求的目標。并且我國已經(jīng)有多家鋁電解企業(yè)已經(jīng)建成400kA級鋁電解生產(chǎn)線。我們緊隨時代步伐，設(shè)計了400kA預(yù)焙槽鋁電解車間。車間設(shè)計包括廠址選擇、電解槽設(shè)計、電壓平衡、能量平衡勞動定員及成本核算等。該設(shè)計的年產(chǎn)量為22萬噸，電流效率高達94%。經(jīng)過多方論證廠址選擇伊川縣工業(yè)園區(qū)。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 The Design of 400kA P

2、re-baked Anode Aluminum Reduction Plant ABSTRACTLarge-scale is the general trend of aluminium electrolysis technological development in the world nowadaysDeveloping more efficient，more stable and more energy-saving 400kA aluminium reduction cell technology，based on the existing 320kA350kA aluminium

3、reduction cell，is the goal studied and chased by worldwide major aluminium companiesAnd there are a few aluminum electrolysis enterprises that have built 400kA grade aluminum electrolytic production lineFollowing the pace of times，we complete the design of the 400kA pre-baked aluminum electrolysis w

4、orkshopThe designs include site-selection， designs of electrolyzers，voltage balance, energy balance，labor quota and cost accounting and so onYield of the design reaches to the annual output of 220000 tons，and the current efficiency as high as 94%After many discussions，we decide to choose Yichuan Cou

5、nty Industrial Park as the site KEY WORDS：aluminum reduction cell，material balance， energy balance，voltage balance，the design of workshop目 錄前 言1第一章 鋁電解簡介3§1.1 鋁的性質(zhì)及用途3§1.1.1 鋁的性質(zhì)3§1.1.2 鋁的用途3§1.2 鋁電解簡史及發(fā)展現(xiàn)狀4§1.2.1 鋁電解簡史4§1.2.2我國鋁電解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀6§1.2.3 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀7§1.

6、3 鋁電解用原料與原材料9§1.3.1 鋁電解原料氧化鋁9§1.3.2 鋁電解熔劑氟化鹽10§1.3.3 鋁電解預(yù)焙陽極炭塊11§1.4 鋁電解過程描述12§1.5 鋁電解槽與電解槽系列13§1.5.1 陰極裝置13§1.5.2 陽極裝置13§1.5.3 母線裝置14§1.5.4 使用壽命15第二章 廠址選擇與論證16§2.1. 電力供應(yīng)16§2.2. 運輸系統(tǒng)16§2.3. 外圍服務(wù)17§2.4. 環(huán)境和土地17第三章 技術(shù)經(jīng)濟18§3.1 主要技術(shù)經(jīng)濟

7、指標的選擇論證18§3.2 綜合經(jīng)濟技術(shù)指標的計算19§3.3 主要經(jīng)濟技術(shù)指標的確定與列表21第四章 物料平衡23§4.1 物料平衡的計算23§4.2 物料平衡列表24第五章 電解槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計26§5.1 概述26§5.2 陽極結(jié)構(gòu)26§5.3 陰極結(jié)構(gòu)27§5.3.1 槽殼27§5.3.2 內(nèi)襯及保溫絕熱結(jié)構(gòu)28§5.4 母線結(jié)構(gòu)29§5.4.1. 陽極母線29§5.4.2. 陰極母線31§5.4.3 短路母線32第六章 電壓平衡33§6.1 實際分解

8、電壓33§6.2 電解質(zhì)電壓33§6.3 陽極電壓降34§6.3.1 陽極大母線電壓降34§6.3.2 陽極軟母線電壓降34§6.3.3 陽極立柱母線電壓降35§6.4 陰極電壓降36§6.4.1 槽底電壓降36§6.4.2 陰極軟母線電壓降37§6.4.3槽周陰極母線電壓降37§6.4.4 焊點壓降37§6.5 陽極效應(yīng)分攤電壓降37§6.6 連接母線壓降38第七章 能量平衡40§7.1 計算方法與基礎(chǔ)條件40§7.2能量平衡計算40§7.2.

9、1熱量輸入計算40§7.2.2 熱量支出計算41§7.3 能量平衡列表51第八章 勞動定員及成本核算53§8.1 勞動定員53§8.2 成本核算53第九章 環(huán)境保護和安全生產(chǎn)55§9.1 環(huán)境與衛(wèi)生55§9.2 安全生產(chǎn)55結(jié) 論57參考文獻58致 謝59前 言自上世紀80年代以來，我國電解鋁技術(shù)取得了很大的發(fā)展，尤其在大型預(yù)焙鋁電解槽的設(shè)計技術(shù)、制造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域形成了自己的大型鋁電解技術(shù)體系，開發(fā)成功了300kA400kA大型鋁電解槽。先進的300kA350kA大型預(yù)焙槽及其配套技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，從而減少了能量消耗和環(huán)境污

10、染，但與國外先進電解槽相比較，我國電解槽在設(shè)計、制作、電解槽單位面積產(chǎn)鋁量及噸鋁直流電耗等方面還存在一定差距1。我國自主研發(fā)的400kA級大型預(yù)焙陽極鋁電解槽技術(shù)，于08年由中國鋁業(yè)蘭州分公司、沈陽鋁鎂設(shè)計研究院研制開發(fā)獲得成功。并與2008年3月21日通過了由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定?，F(xiàn)安裝于中國鋁業(yè)蘭州分公司SY400電解槽2，技術(shù)指標先進，同比350kA，300kA電解槽具備投資省，經(jīng)濟效益高的特點，能夠滿足建設(shè)技術(shù)起點高、裝備先進、大規(guī)模的鋁電解系列，單系列產(chǎn)能超過320kt/a以上，為中國鋁工業(yè)的國際化奠定堅實的基礎(chǔ)。同時SY400電解技術(shù)具備是世界領(lǐng)先水平的電解技

11、術(shù)，是當前世界系列生產(chǎn)電流強度最大，單槽產(chǎn)量最大，綜合指標最先進并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鋁電解槽。與之前的300kA和350kA級的電解槽相比，400kA級大型預(yù)焙陽極鋁電解槽技術(shù)具有以下創(chuàng)新點：1、優(yōu)化設(shè)計了合理的母線配置，提高了大型槽磁流體穩(wěn)定性；2、采用5段上煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計，有利于提高集氣效率和改善環(huán)境；3、采用電解廠房通風(fēng)和電解槽整體熱平衡相結(jié)合、搖籃架與槽殼整體焊接、槽殼外部焊接散熱片、電解槽小面采用搖籃架與槽殼焊接、電解槽槽殼和內(nèi)襯整體位于操作面下等技術(shù)，保證了大型電解槽的熱穩(wěn)定性，改善了勞動環(huán)境；4、采用陰極炭塊與陽極炭塊投影相對應(yīng)的技術(shù)，有利于陽極和陰極的電流分布均勻；5、采用了電解

12、槽全面控制和標準化操作體系，有效控制電解槽熱平衡與物料平衡，開發(fā)了適應(yīng)大型槽穩(wěn)定、安全的焙燒啟動技術(shù)，形成了400kA電解槽生產(chǎn)操作管理技術(shù)；6、采用四種不同品質(zhì)陰極炭塊進行工業(yè)試驗，均達到了400kA電解槽試驗?zāi)繕?。使?0%石墨質(zhì)陰極炭塊的電解槽，陽極電流密度也達到了0.82A/cm2，石墨化陰極炭塊的電解槽還有進一步提高電流強度的潛力。400kA大型預(yù)焙陽極電解槽技術(shù)的研制開發(fā)成功，為我國參與國際競爭，提供容量更大、技術(shù)更先進的電解槽技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)3。400kA級鋁電解車間設(shè)計，是適應(yīng)了我國鋁電解行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及十二五規(guī)劃總體要求：淘汰100千安及以下電解鋁預(yù)焙槽，確立綠色發(fā)展的理

13、念，提升工業(yè)節(jié)能發(fā)展水平，推廣新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽極電流密度超大型鋁電解槽，到2015年，新型結(jié)構(gòu)鋁電解槽普及率將達到80%以上4。本設(shè)計具有投資省、容量大、經(jīng)濟效益高的特點，單槽年產(chǎn)鋁量可增加100多噸，并且有利于提高集氣效率和改善環(huán)境。同時，采用電解槽全面控制和標準化操作體系，有效控制了電解槽平衡與物料平衡，還采用一套適應(yīng)大型電解槽穩(wěn)定、安全的焙燒技術(shù)，形成了一套與大型電解槽配套的生產(chǎn)操作管理技術(shù)。當前國內(nèi)外大部分鋁電解廠采用300kA級電解槽，本設(shè)計采用400kA大型鋁電解槽，不僅適應(yīng)了電解槽發(fā)展的大型化，而且引領(lǐng)著世界鋁電解行業(yè)發(fā)展方向，為我國鋁電解走國際化

14、路線奠定了基礎(chǔ)。 第一章 鋁電解簡介§1.1 鋁的性質(zhì)及用途§1.1.1 鋁的性質(zhì)鋁是一種銀白色的輕金屬，位列元素周期表第三周期A族，原子序數(shù)13，原子量26.9814，其主要特性如下：(1)熔點低，鋁的熔點與純度有密切關(guān)系，純度99.996%的鋁熔點為660。(2)沸點高，液態(tài)鋁的蒸氣壓不高，沸點為2467。(3)密度小，鋁的密度只有鋼的1/3，常溫下工業(yè)純鋁的密度為2.702.71g/cm3，隨溫度升高，鋁的密度隨之降低，在950時鋁液的密度為2.303 g/cm3。(4)電阻率小，純度為99%99.5%的鋁電阻率為(2.802.85)×10-8m，在常用金屬

15、中鋁的導(dǎo)電性僅次于銀和銅居第三位。鋁中添加其他元素，都會增大鋁的電阻率。固體和液體鋁的電阻率均隨溫度降低而減小，靠近0 K時，鋁的電阻率接近零。(5)鋁具有良好的導(dǎo)熱能力，鋁的導(dǎo)熱性能差不多是不銹鋼的十倍，在20時, 鋁的熱導(dǎo)率為2.1 W/(cm·)。(6)鋁具有良好的反光性能，特別是對于波長為0.212m的光線。(7)鋁沒有磁性，不產(chǎn)生附加的磁場，所以在精密儀器中不會起干擾作用。(8)鋁易于加工，可用一般的方法把鋁切割、焊接或黏接，鋁易于壓延和拉絲。鋁的再生利用率高，易與多種金屬構(gòu)成合金。(9)鋁具有良好的防腐蝕性，鋁表面在空氣中和氧易結(jié)合成一層牢固的氧化鋁薄膜，這層氧化鋁薄膜是

16、連續(xù)的、無孔的，阻止了鋁的進一步氧化，提高了鋁的抗氧化和抗腐蝕能力。(10)鋁沒有毒性，可以用作食品包裝。(11)鋁再生循環(huán)利用率高，是一種節(jié)能儲能綠色環(huán)保型金屬。§1.1.2 鋁的用途由于鋁具有質(zhì)輕、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、可加工性以及構(gòu)成高強度、耐腐蝕性的合金和可再生循環(huán)利用等優(yōu)良的性能，因而鋁成為有色金屬中應(yīng)用最廣泛的金屬，是僅次于鋼鐵的第二大金屬。鋁工業(yè)現(xiàn)在是世界上最大的電化學(xué)冶金工業(yè)，鋁的產(chǎn)量在金屬中僅次于鋼鐵，居有色金屬之首。它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在下面幾個方面。(1)輕型結(jié)構(gòu)材料因鋁及其合金質(zhì)輕，機械性能好，易加工，所以已成為當今制造各種交通運輸工具的不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。近年來

17、汽車工業(yè)用材料要求向體形小、 質(zhì)量輕的方向發(fā)展，所以用鋁量不斷增加。每千克鋁材可代替2.2 kg鋼材，這樣就大大減輕了車體的質(zhì)量，這對節(jié)約燃料是非常有利的。另外，火車車廂、輪船船體等也都采用大量的鋁材。此外，國防工業(yè)、宇宙航空航天工業(yè)的用鋁量也在日益增長。(2)建筑工業(yè)材料鋁材已在建筑方面得到廣泛的應(yīng)用。它的應(yīng)用主要是用鋁合金型材制作房屋的結(jié)構(gòu)架和門窗柜櫥一類的設(shè)施，以此代木，經(jīng)久耐用，美觀大方。(3)電氣工業(yè)材料因鋁質(zhì)輕，導(dǎo)電又好，所以鋁在電力輸配、器件制造等方面已成為制造電線、電纜、電容器、整流器、母線以及無線電器材的主要材料。(4)耐腐蝕材料由于鋁表面有一層很堅硬、致密的氧化鋁薄膜，所以

18、它有很好的耐腐蝕性。在化學(xué)工業(yè)上常用鋁及其合金制造各種反應(yīng)器、儲槽和管道等。(5)食品包裝材料因鋁是無毒性的金屬材料，所以在食品包裝方面也得到了廣泛應(yīng)用。目前以大型的倉庫儲槽、容缸到小型的食品罐頭盒子及零用包裝鋁箔都有鋁的應(yīng)用。同時，它還是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ么毒吆鸵恍┭b飾品的主要原材料。§1.2鋁電解簡史及發(fā)展現(xiàn)狀 §1.2.1 鋁電解簡史鋁在地殼中的含量高達8%，幾乎占地殼中全部金屬總量的三分之一。金屬鋁最初用化學(xué)法制取。1825年丹麥化學(xué)家奧斯特（H.C.Oersted）用鉀汞齊還原無水氯化鋁，得到一種灰色的金屬粉末，在研磨石呈現(xiàn)金屬光澤，這是人類首次得到金屬鋁。185

19、4年，法國德維爾(Deville) 用鈉代替鉀還原NaCl-AlCl3配合鹽，制取金屬鋁。1855年，在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。1865年, 俄國別開托夫()提議用鎂還原冰晶石來生產(chǎn)鋁。這一方案后來在德國 Gmelingen 鋁鎂工廠里被采用。在采用化學(xué)法煉鋁期間，1854年德國本生(Bunsen)和法國德維爾(Deville)繼英國戴維(Davy)之后研究電解法煉鋁，試驗了各種以冰晶石為基礎(chǔ)的混合熔鹽與氧化鋁的電解法。但那時的試驗是用蓄電池作為電源，不能獲得較大的電流，而且價格很貴，因此電解法不能做工業(yè)性的試驗。直到1867年發(fā)明了發(fā)電機，并在1880年加以改進之后，實現(xiàn)了三相交流

20、輸電，這才給實現(xiàn)工業(yè)性的電解法煉鋁提供了前提條件。1883 年，美國Bradley提出利用氧化鋁可溶于熔融冰晶石的特性來電解冰晶石-氧化鋁熔鹽的方案，但未獲得專利。1886年美國霍爾(Hall)和法國埃魯(Heroult)通過實驗不約而同地申請了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利，獲得批準。這就是歷來所稱的Hall- Heroult(霍爾-埃魯)法，簡稱H-H法。電解法原理就是將氧化鋁溶解在熔融的冰晶石電解質(zhì)中，通入直流電，進行電化學(xué)反應(yīng)得到金屬鋁。1888年，美國匹茲堡電解廠開始用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁。瑞士冶煉公司也在同時采用該法煉鋁。與化學(xué)法相比，電解法成本比較低，而且產(chǎn)品質(zhì)量好，

21、故沿用至今。電解法早期采用小型預(yù)焙電解槽，1923年側(cè)插陽極棒自焙陽極電解槽發(fā)明后，電解槽的電解容量增大，生產(chǎn)指標隨之好轉(zhuǎn)，促進了鋁工業(yè)的發(fā)展，1952年上插陽極棒連續(xù)自焙陽極電解槽系列投產(chǎn)并取得良好的生產(chǎn)指標。1954年我國撫順鋁廠投產(chǎn)，采用當時前蘇聯(lián)設(shè)計的60 kA側(cè)插陽極棒自焙陽極電解槽，年產(chǎn)鋁2.5萬t。現(xiàn)代鋁電解槽正向大型化發(fā)展，電解槽由20世紀70年代的10萬A發(fā)展到現(xiàn)在的35萬50萬A，隨著計算機技術(shù)在電解槽上的應(yīng)用，各項經(jīng)濟技術(shù)指標大大提高。目前，法國有6臺電流強度達500kA的電解槽在進行工業(yè)應(yīng)用試驗。我國第一個500kA系列的288臺電解槽于2011年在甘肅連城建成、投產(chǎn)。

22、除此法外，世界各國科學(xué)家也一直在研究許多的煉鋁新方法，如：電熱法煉鋁、氯化鋁電解法、礦石直接煉鋁法、高爐煉鋁法、錳還原法、惰性陽極和可濕潤陰極電解槽等。這些新工藝新方法有待進一步的研究完善和工業(yè)性的試驗。§1.2.2我國鋁電解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀許多突出的技術(shù)問題，與我國鋁電解技術(shù)自70年代末引進160kA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國外技術(shù)開始，揭開了我國現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320

23、kA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進步令人注目。大容量電解槽的開發(fā)，使我國鋁電解技術(shù)總體上達到了國際先進水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。然而由于我們在跟蹤國際電解鋁技術(shù)發(fā)展過程中實現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點，大型槽技術(shù)尚未經(jīng)過生產(chǎn)過程的逐步完善的過程，在生產(chǎn)實用技術(shù)領(lǐng)域缺乏應(yīng)有的技術(shù)積累和支撐，因此仍存在國際水平仍有較大差距5。 實際運行指標差。由于開發(fā)時間短，對我國大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實際運行指標的生產(chǎn)指標與國際先進水平還有較大差距。多數(shù)在大負荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運行，安全隱患多。鋁電聯(lián)營是我國電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢之一，但同時在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。由于

24、大容量電解槽一般系列規(guī)模較大(一個系列產(chǎn)能可達20萬噸以上)，巨大的用電負荷集中在一個生產(chǎn)系列上(一般達40萬kW以上)，電解系列生產(chǎn)的任何波動都會造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。缺乏建立在對陰極破損機理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達到設(shè)計壽命，早期破損率高。影響我國大型槽槽壽命的問題除了我國普遍認為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，我國尚缺乏對鋁電解槽破損(常稱為陰極破損)機理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細設(shè)計

25、”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。隨著電解槽容量的不斷擴大，槽壽命問題就更加突出。缺乏先進的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。我國300kA級的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時間短，又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗(這些經(jīng)驗也有很大局限性)。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行后電解槽的物理場(電場、磁場、流場)容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異?，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。總的來說，目前就我國電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15%左右，

26、主要表現(xiàn)在：電流效率相差2-3個百分點；噸鋁電耗相差300800kwh；電解鋁用陽極生產(chǎn)過程能耗相差30kg/t左右；噸電解鋁陽極消耗相差30-60kg(折合標準煤約75150kg)；電槽槽壽命相差1000天左右；陽極效應(yīng)系數(shù)國際先進為0.1次/天·槽以下，我國目前最好水平在0.3次/天·槽左右。§1.2.3 世界鋁電解工業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀目前，電解鋁工業(yè)仍以改善和提高霍爾-埃魯法電解槽技術(shù)水平為主，著力于節(jié)能減排，降低能耗、物耗和原鋁成本，在從源頭上就減少氣固廢物料污染的同時，加強廢物料廢鋁的無害化和資源化處理，實現(xiàn)資源再生和循環(huán)利用，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴大產(chǎn)品種類。

27、現(xiàn)代化預(yù)焙電解槽的電流強度繼續(xù)向超大型化發(fā)展。繼法國AP18和AP30型電解槽技術(shù)后，AP50技術(shù)6已問世。最近，俄羅斯鋁業(yè)啟動了電流強度為400 kA的RA400槽型電解槽系列兩條。該系列是在原300 kA電解槽技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的第二代超大型電解槽，該槽日產(chǎn)量3t，電流效率94%，電耗13800 kW·h/t，減少33%污染物。目前正在開發(fā)450500kA電解槽,預(yù)計將開展RA500電解槽試驗。600740 kA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中。國外大容量(300 kA以上)電解槽陽極電流密度為0.82A/cm以上，主要經(jīng)濟技術(shù)指標：電流效率93%95%，直流電耗1300013500 k

28、W·h/t(Al)；最先進的技術(shù)指標電流效率可達96%，電耗略低于13000 kW·h/t(Al)。法國彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認為代表當今國際領(lǐng)先水平。其具有如下幾個特點6：(1)陽極電流密度較高，可達0.82A/cm以上，單位陰極面積產(chǎn)能大。(2)槽電壓和電解穩(wěn)定性均較高,電解質(zhì)過熱度都較低，不超過10，槽膛內(nèi)形中爐幫和伸腿的固相結(jié)殼厚度穩(wěn)定合理，因此電流效率高，可達95%96%，電耗可低到13000kW·h/t(Al)，槽壽命達2000天。(3)分子比、氧化鋁和陽極效應(yīng)系數(shù)低，說明其設(shè)計操作和控制技術(shù)水平高。國外鋁電解的數(shù)學(xué)模型、傳感器、控制和新材料等功能

29、化技術(shù)水平較高。采用的物理場數(shù)學(xué)模型精確有效，電解槽結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量高，槽電解運行穩(wěn)定性好，電流效率可達95%96%。應(yīng)用了半連續(xù)傳感器實時在線檢測控制溫度、過熱度、分子比、熔體高度和氧化鋁濃度?？刂扑较冗M，控制效應(yīng)系數(shù)向零目標發(fā)展。在高電流密度、高槽電壓、高電解溫度條件下，通過槽電壓、分子比和過熱度的軟件程序控制技術(shù)，實現(xiàn)電解槽的能量平衡、物料平衡和液固相平衡，即過熱度和爐幫伸腿構(gòu)成的固相電解質(zhì)槽膛內(nèi)型穩(wěn)定合理。這樣不僅電流效率高、炭耗低，而且電解槽壽命長。開發(fā)應(yīng)用抗熔體滲透的槽襯耐火材料、熱電偶套管、優(yōu)質(zhì)炭素陰陽極、可濕潤陰極和惰性陽極等新型材料。優(yōu)化電解質(zhì)組成，降低電解質(zhì)電壓降和提高電流效

30、率。對鋁電解產(chǎn)生的廢渣、廢槽襯等廢物料實行有價成分再生回收并循環(huán)利用，或?qū)ζ渥鰺o害化處理，減輕鋁電解工業(yè)廢物對環(huán)境污染。美國鋁電解工業(yè)總排氟量達到0.7 kg/t(Al)水平。為了大幅度提高電解法能量效率和減少二氧化碳排放量，國外開展力求降低陰陽極之間電壓降的工業(yè)試驗，采用炭陽極開溝槽、TiB2可濕潤陰極、惰性陽極、導(dǎo)流式或雙極多室式新型結(jié)構(gòu)電解槽7等新工藝新技術(shù)新材料新設(shè)備。對于可望替代現(xiàn)有霍爾-埃魯特電解法的一些煉鋁新工藝方法，如炭熱還原法、氯化鋁雙極多室電解法等長遠課題還在繼續(xù)進行研究。§1.3鋁電解用原料與原材料 鋁電解生產(chǎn)所需用的原材料大致分三類：原料氧化鋁；熔劑氟化鹽(包

31、括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣和氟化鋰等)；預(yù)焙陽極炭塊或炭糊。§1.3.1 鋁電解原料氧化鋁氧化鋁是當前冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料，是由礦石中提煉出來的有一定粒度要求的白色粉料，流動性很好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中，熔點2050，真密度3.53.6 g/cm3，體積密度1.0 g/cm3。氧化鋁有7種晶型，最常見的是-Al2O3，又稱剛玉型氧化鋁。它主要是不斷的補充電解質(zhì)中的鋁氧氟配合離子，使其保持一定范圍的濃度，以保證電解的持續(xù)進行。為了取得良好的生產(chǎn)指標，對氧化鋁的要求是非常嚴格的，主要體現(xiàn)在化學(xué)純度和物理性能上。(1)化學(xué)純度工業(yè)氧化鋁通常含有98.

32、5%的氧化鋁以及二氧化硅、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化鈉、氧化鈣和水等少量雜質(zhì)。在電解過程中，那些電位比鋁正的元素的氧化物雜質(zhì)，如二氧化硅、三氧化二鐵都會優(yōu)先還原，還原出來的 Si 和 Fe等雜質(zhì)進入鋁內(nèi)，從而使鋁的品位降低，且降低電流效率；而那些電位比鋁負的元素的氧化物雜質(zhì)，如氧化鈉、氧化鈣會分解冰晶石，使電解質(zhì)組成發(fā)生改變并增加氟鹽消耗量。水分會分解冰晶石，不僅產(chǎn)生氟化氫氣體，還會增加鋁液中的氫含量。P2O5等高價氧化物雜質(zhì)則會降低電流效率。所以鋁工業(yè)對于氧化鋁的純度提出了嚴格的要求。(2)物理性能工業(yè)氧化鋁的物理性能，對于保證電解過程正常進行和提高氣體凈化效率，關(guān)系很大。一般要求它具有較小

33、的吸水性，能夠較多較快地溶解在熔融冰晶石里，粒度適宜、飛揚損失少，并且能夠嚴密地覆蓋在陽極炭塊上，當氧化鋁覆蓋在電解質(zhì)結(jié)殼上時，可起良好的保溫作用。在氣體凈化中，要求它具有較好的活性和足夠的比表面積，從而能夠有效地吸收氟化氫氣體。另外，氧化鋁要有良好的流動性。這些物理性能取決于氧化鋁晶體的晶型、形狀和粒度。按照氧化鋁的物理特性，可將其分成砂型、中間型和粉型三種。砂型氧化鋁呈球狀，顆粒較粗，安息角小，只有30°35°，其中 -Al2O3含量少于10%15%，-Al2O3含量較高，具有較大的活性，適于在干法凈化中用來吸附 HF 氣體，在半連續(xù)下料的電解槽上載氟氧化鋁可用作原料，

34、故砂型氧化鋁得到廣泛應(yīng)用。粉型氧化鋁呈片狀和羽毛狀，顆粒較細，安息角大，為45°，其中-Al2O3含量達到80%。中間型氧化鋁介乎兩者之間。生產(chǎn)每噸鋁所需的Al2O3量，從理論上計算等于1889 kg。實際上由于工業(yè)氧化鋁中大約含有Al2O3 98.5%，以及在運輸和加料過程中有飛揚和機械損失，所以生產(chǎn)每噸鋁所需的工業(yè)氧化鋁量是19201940 kg。§1.3.2 鋁電解熔劑氟化鹽鋁電解熔劑包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰等，氧化鋁可溶于由冰晶石和其他幾種氟化物組成的熔劑中，構(gòu)成氟鹽-氧化鋁熔液。(1)冰晶石冰晶石分天然和人造兩種。天然冰晶石產(chǎn)于格陵蘭島，

35、無色或雪白色，密度為2.95 g/cm3，熔點1009.2，在自然界中貯量有限。因此現(xiàn)代鋁工業(yè)則使用合成的人造冰晶石，為灰白色的粉末，易黏于手，不溶于水，熔點為1012±2。冰晶石的分子式為Na3AlF6，或?qū)懗?NaF·AlF3。氟化鈉與氟化鋁的摩爾比稱為冰晶石的分子比，分子比為3時稱為中性，分子比大于3時稱為堿性，小于3時稱為酸性，一般人造冰晶石的分子比為1.62.2。冰晶石是熔劑的主要成分，它的作用第一是能較好的溶解氧化鋁，并且所構(gòu)成的熔體可在純冰晶石熔點以下進行電解；第二在電解溫度下，冰晶石熔液的密度比鋁液密度要小10%，故電解出來的鋁液能沉積在槽底上面；第三冰晶石

36、具有良好的導(dǎo)電性。目前，冰晶石是鋁電解生產(chǎn)中最理想的一種熔劑。從理論上講冰晶石在電解過程中是不消耗的，但實際上由于冰晶石中的氟化鋁被帶進電解液中的水分分解，或自身揮發(fā)，氟化鈉被電解槽內(nèi)襯吸收以及操作時的機械損失等原因，故冰晶石在生產(chǎn)過程中是有一定損耗的，在正常情況下大約每生產(chǎn)1 t鋁需耗冰晶石510 kg。(2)氟化鋁氟化鋁(AlF3)是一種白色的細微粉末，屬菱形六面體結(jié)構(gòu)，其顆粒比氧化鋁稍大, 流動性次之，它是冰晶石-氧化鋁熔液的一種添加劑。它既可以彌補電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，以保證生產(chǎn)技術(shù)條件的穩(wěn)定，其單耗為2030 kg/t(Al)。因氟化鋁用量也較大，它沒有熔化

37、溫度，只有升華溫度，沸點為183，易揮發(fā)和飛揚，故在向槽內(nèi)添加時應(yīng)注意操作方法。(3)氟化鈉氟化鈉(NaF)是一種白色粉末，易溶于水，同樣是電解質(zhì)的一種添加劑，但它多用于電解槽的預(yù)熱或開動初期，因為在這個時期，新槽的炭素內(nèi)襯對氟化鈉有選擇性的吸收，使電解質(zhì)的分子比急劇下降，同時裝新槽所用冰晶石的分子比又較低，而生產(chǎn)條件又要求分子比要高，以便提高爐溫，所以裝爐和開動初期，要加一定量的氟化鈉。但在多數(shù)工廠用碳酸鈉代替氟化鈉，這樣更加經(jīng)濟。(4)氟化鈣氟化鈣(CaF2)也是電解質(zhì)的一種添加劑，屬于面心立方結(jié)構(gòu)，熔點1423。新槽啟動時多添加氟化鈣，它的作用主要是對爐幫的形成有好處，可使爐幫比較堅固，

38、同時也可降低電解質(zhì)的初晶溫度，從而降低電解溫度。氟化鈣的含量在生產(chǎn)過程中隨電解質(zhì)的損失而減少，但在生產(chǎn)中并不添加氟化鈣，這是因為原料氧化鋁中含有少量的氧化鈣，氧化鈣與電解質(zhì)中的氟化鋁反應(yīng)可生成氟化鈣，所以它可自行補充累積。(5)氟化鎂氟化鎂(MgF2)和氟化鈣的作用基本相似，對爐幫形成起礦化劑作用，但在降低電解質(zhì)溫度，改善電解質(zhì)性質(zhì)，分離炭渣，提高電流效率和電解質(zhì)導(dǎo)電率方面比氟化鈣的作用更為明顯，實踐證明這是一種較好的添加劑。(6)氟化鋰氟化鋰或者碳酸鋰，對降低電解溫度和提高電解質(zhì)導(dǎo)電率有顯著效果，是提高電流效率和降低電耗的一種良好的添加劑，應(yīng)當推廣應(yīng)用。§1.3.3 鋁電解預(yù)焙陽極

39、炭塊在冰晶石-氧化鋁熔鹽電解生產(chǎn)中，作為導(dǎo)電的陰陽極的各種材料，既能良好導(dǎo)電，又能耐高溫、抗腐蝕，同時價格低廉的目前只有炭素材料，因此鋁工業(yè)生產(chǎn)都采用炭素材料作陰陽極和各種炭糊。預(yù)焙陽極炭塊是利用一定粒度、配比的石油焦和殘極，與一定比例的煤瀝青(黏結(jié)劑)，經(jīng)過混捏、成型、焙燒而成的陽極炭塊。其用途是做預(yù)焙電解槽的陽極。采用預(yù)焙陽極的好處是避免了自焙陽極在電解過程中有瀝青煙和其他有害氣體的散發(fā)，同時使用預(yù)焙陽極后槽電壓降低，更有利于電解槽大型化和自動化控制。預(yù)焙陽極凈耗大約每噸鋁400450 kg，毛耗(包括殘極)為500550 kg。因預(yù)焙陽極的消耗使得其中的雜質(zhì)被還原后以硅、鐵、鈦、釩等元素

40、雜質(zhì)進入到鋁液中，故對預(yù)焙陽極的理化指標要求嚴格，在化學(xué)成分上要求灰分越低越好，尤其是對硅、鐵、鎳、釩、鈉、硫等的控制，在物理性能上要求比電阻和氣孔率要小。§1.4 鋁電解過程描述 現(xiàn)代鋁電解生產(chǎn)主要采取冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，采用炭素陽極和炭素陰極。直流電流通入電解槽，在陰極和陽極上起電化學(xué)反應(yīng)。電解產(chǎn)物在陰極上是鋁液，陽極上是CO2和CO氣體。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化和澄清之后，澆鑄成商品鋁錠，其質(zhì)量達到99.5%99.8%Al。陽極氣體中含有70%80% CO2和20%30%CO，還含有少量氟化物和SO2等氣固混合物，經(jīng)過凈化之后，廢氣排放入大氣，收回的固體氟化物返回電解

41、槽5?，F(xiàn)代鋁電解槽系列配置如圖1-1所示。圖1-1 鋁電解槽系列配置圖為了減少鋁工業(yè)溫室氣體的排放，全球鋁工業(yè)也致力于研制惰性陽極和惰性陰極等鉛電解新工藝，一旦成功，將在節(jié)能減排上取得新進展。§1.5 鋁電解槽與電解槽系列工業(yè)鋁電解槽的基本結(jié)構(gòu)主要包括陰極裝置、陽極裝置、母線裝置和氣體回收裝置等8。§1.5.1 陰極裝置 由槽殼、陰極碳塊、側(cè)部碳塊、耐火磚和保溫材料組成。通常采用長方形槽殼，槽殼型式有框架式、臂撐式和搖籃式三種。槽殼用型鋼和鋼板焊成。鋁電解槽的槽膛深度一般為450600mm。槽膛底部是一層陰極碳塊，其下面依次是炭素墊、耐火磚層和保溫磚層，有的用氧化鋁或其他保

42、溫材料取代保溫磚層或部分保溫磚層。陰極碳塊以碳塊組型式砌筑于電解槽內(nèi)。陰極碳塊組由陰極碳塊同埋設(shè)其中的導(dǎo)電鋼棒(陰極棒)組成。陰極棒與碳塊之間澆鑄磷生鐵或用碳糊搗固。陰極碳塊組在槽殼內(nèi)排成兩行，碳塊組與碳塊組間用碳糊搗固或用碳糊漿液灌注。但縱向中縫一般要用碳糊搗固。有些電解槽為提高爐底導(dǎo)電性和減去縱向中縫，特意采用通長陰極碳塊，其中放置一根通長陰極棒。陰極棒通過槽殼側(cè)壁上的洞口(窗口)伸出槽殼，其末端與陰極母線連接。槽膛側(cè)壁有一層或兩層陰極碳塊。側(cè)部碳塊與槽殼之間用一層耐火磚或顆粒狀耐火材料填充。近年來，大型鋁電解槽，特別是中部加料預(yù)焙陽極鋁電解槽的側(cè)部保溫層有所減薄，以利于凝結(jié)固體電解質(zhì)作為

43、保護層。有的電解槽還在側(cè)部碳塊下部用碳糊搗固成斜坡狀，構(gòu)成人造伸腿，用來保護側(cè)部碳塊并收縮鋁液鏡面。§1.5.2 陽極裝置視槽型而異，有三種形式。(1)側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極框架、碳陽極糊、陽極導(dǎo)電棒、氧化鋁料倉及陽極升降機構(gòu)組成。陽極框架由鋼板和型鋼焊接而成?？蚣軆?nèi)周為厚1mm左右的鋁板(鋁殼)，中間填充陽極糊，陽極棒從陽極框架外部與水平方向成15°角度插入陽極糊內(nèi)。陽極棒作為導(dǎo)電體及懸掛陽極用。陽極棒一般有4排，排向距離200mm，其中下面的兩排棒通電，上面的兩排作為后備。隨著陽極消耗，取出最下面的一排陽極棒，在上方插入一排新的陽極棒。陽極棒用銅質(zhì)導(dǎo)電

44、片來與陽極大母線聯(lián)接。陽極框架借助滑輪組或螺旋機構(gòu)懸吊在電解槽的上部金屬結(jié)構(gòu)上，因此陽極可以上下升降。(2)上插棒自焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極框套、陽極糊和組合陽極棒及陽極升降機構(gòu)組成。陽極框套由鋼板和型鋼焊接而成，框套內(nèi)填充陽極糊。陽極鋼棒為組合式，它由鋼質(zhì)導(dǎo)電棒與上端的鋁導(dǎo)桿聯(lián)接而成，一般采用爆炸焊接。鋼質(zhì)導(dǎo)電棒由上部垂直插入陽極糊內(nèi)，分4排插入，高度分若干層次。組合陽極棒用夾具直接連接到陽極母線上。陽極有兩套提升機構(gòu)。隨著陽極的消耗，用主升降機構(gòu)降低陽極母線大梁，亦即陽極本身的高度。與此同時靠輔助升降機構(gòu)以精確的相等速度提升陽極框套的位置，其結(jié)果是陽極框套的位置移動等于零，它相對于

45、槽殼并未作任何移動，但陽極可以下降，補償其消耗。(3)預(yù)焙陽極鋁電解槽的陽極裝置。由陽極碳塊組和陽極升降機構(gòu)組成。現(xiàn)代大容量中部下料鋁電解槽還配備定時打殼下料裝置和氧化鋁、氟化鋁料倉。陽極碳塊組由陽極碳塊、鋼爪和鋁導(dǎo)桿三部分組成。依據(jù)槽容量大小及碳塊規(guī)格不同可有單塊組、雙塊組和三塊組。鋁導(dǎo)桿與鋼爪通常采用爆炸焊聯(lián)接，鋼爪置入碳塊上的洼穴(碳碗)中，鋼爪和碳碗間澆注磷生鐵。也有用碳糊搗固的。陽極碳塊表面噴一層鋁液以防止其氧化，也有不噴鋁液的。鋁導(dǎo)桿用夾具緊固于陽極母線梁上。下料機構(gòu)包括46個打殼錘頭和相同數(shù)量的定量加料倉。加料點位于鋁電解槽的中心部位自成一列。打洞加料自動進行，間隔時間短的不過3

46、min，長者為12h?，F(xiàn)代化鋁電解槽的下料已采用自動控制方式，保持電解質(zhì)中氧化鋁濃度波動在一個很小的范圍(23)內(nèi)。大容量鋁電解槽的陽極升降，一般選用蝸輪絲杠或滾珠絲杠搖板式機構(gòu)。§1.5.3 母線裝置由陽極母線、陰極母線和立柱母線組成。母線為鋁質(zhì)壓延母線或鋁質(zhì)鑄造母線。鋁母線的配置方式，視電解槽的排列方式和容量的不同而異。配置母線需經(jīng)過精心設(shè)計，以求減弱磁場對電解運行的有害影響并節(jié)省母線用量?，F(xiàn)代化大容量預(yù)焙陽極鋁電解槽一般采用橫向排列，母線配置采用多端(4端或5端)進電方式。中小型鋁電解槽一般采取縱向排列，母線配置采取雙端或單端進電方式。氣體回收裝置 側(cè)插棒自焙陽極鋁電解槽帶有鋼

47、質(zhì)卷簾或吊門，將電解槽加以密閉，由排煙管將煙氣導(dǎo)出。上插棒自焙陽極鋁電解槽由安裝在陽極框套下部的集氣罩將煙氣收集于燃燒氣中，經(jīng)燃燒后的煙氣排入煙道。預(yù)焙陽極鋁電解槽用帶有筋板的鋁板構(gòu)成多片單槽罩或整體槽罩，將電解槽密封。§1.5.4 使用壽命鋁電解槽的陰極內(nèi)襯在使用一段時期后就會破損，這時候便需停槽大修。現(xiàn)代鋁電解槽的平均使用壽命可達45a，長者可達78a。鋁電解槽破損停槽的主要標志為槽內(nèi)鋁液中鐵含量連續(xù)不斷的增加以至于超過1，表明碳陰極已發(fā)生破損，鋼質(zhì)陰極棒已被鋁液侵蝕，此時需停槽大修。鋁電解槽破損主要發(fā)生在碳陰極本體中。同時碳陰極下部的耐火磚和保溫材料中也發(fā)生嚴重變化，鋼質(zhì)槽殼也

48、伴有嚴重變形或破裂。根據(jù)現(xiàn)場觀察，破損現(xiàn)象9有：(1)碳陰極中出現(xiàn)大而深的裂紋；(2)碳陰極出現(xiàn)沖蝕深坑；(3)碳陰極呈層狀剝落；(4)碳陰極向上隆起并開裂；(5)陰極棒受鋁液侵蝕并熔化，陰極棒發(fā)生變形，向上隆起；(6)槽底耐火磚和保溫材料受電解質(zhì)侵蝕，其中間部位存在棱鏡狀灰白層；(7)側(cè)部碳塊受電解質(zhì)和鋁液沖刷磨蝕產(chǎn)生孔洞；(8)鋼質(zhì)槽殼向外膨脹呈橢圓形，底部鋼板向下鼓出甚至開裂。這些破損現(xiàn)象彼此相互聯(lián)系，可能會同時出現(xiàn)。在鋁電解過程中，鈉始終向碳陰極滲透。鈉是由兩種反應(yīng)產(chǎn)生的，一種是鈉離子在陰極上放電生成的，另一種是鋁和電解質(zhì)中氟化鈉起反應(yīng)置換出鈉。鈉滲透到炭素材料中導(dǎo)致炭素材料體積膨脹并

49、產(chǎn)生裂紋，鋁和電解質(zhì)沿裂縫侵入陰極，最終導(dǎo)致停槽大修。為了延長鋁電解槽的使用壽命，要從多方面采取措旎。在設(shè)計時通過精確計算，設(shè)計出強度高的槽殼，并使槽內(nèi)的熱場和磁場分布合理。建造時要采用高質(zhì)量的砌筑材料和進行精確的施工。操作上要采用合適的焙燒和啟動方式，并建立平穩(wěn)的正常運行制度等。第二章 廠址選擇與論證廠址的選擇不僅直接影響基建投資、生產(chǎn)經(jīng)營和發(fā)展，還影響地區(qū)的交通運輸、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)等的發(fā)展。所以選擇必須詳細勘察、調(diào)查研究、綜合分析、多方案比較論證。評選出經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益最優(yōu)的廠址，總結(jié)過去的實踐經(jīng)驗，廠址選擇應(yīng)遵循一定的基本原則：符合鋁工業(yè)的總體布局；充足的電、水

50、能源供應(yīng)；靠近原料生產(chǎn)基地或產(chǎn)品消費主要地點；發(fā)達的交通運輸基礎(chǔ)；合適的建設(shè)場地條件；滿足環(huán)境保護的要求；良好的外部協(xié)作環(huán)境；良好的地理條件10。§2.1.電力供應(yīng)具有充裕、穩(wěn)定而廉價的電力供應(yīng)條件，是電解鋁廠廠址選擇必須首先考慮的因素。洛陽伊川工業(yè)園區(qū)是以伊川電力為依托，集煤電鋁鋁深加工一體化的大型工業(yè)園區(qū)，廠址選于此處，將會有伊川電力為其提供充足的電能，保證電解鋁正常的生產(chǎn)。 同時廉價的煤電供應(yīng)，保證了鋁電解的長久地經(jīng)濟效益11。§2.2.運輸系統(tǒng)一般來說，如果廠址有方便的、低成本的外部運輸系統(tǒng)，如鐵路運輸系統(tǒng)，則可以大大地降低運輸費用。而且，由于工廠的人員流動、零星貨

51、物運輸、消防保安等需要，方便的道路系統(tǒng)也是必不可少的。伊川縣地貌特殊，為了提高土地使用效率，該縣將產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)分為東西兩園，共8.719平方公里。東園以原鋁電工業(yè)園為依托，最西接近焦柳鐵路伊川站，與伊川縣規(guī)劃伊河?xùn)|縣城新區(qū)接壤，西園北至西南環(huán)高速公路，西至老洛欒路，東到洛欒快速通道。產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)交通便利，二廣高速伊川出口、焦枝鐵路伊川站等均集聚區(qū)內(nèi)。該工業(yè)園區(qū)交通便利，保障了原材料和產(chǎn)品的運輸。§2.3.外圍服務(wù)這里所說的外圍服務(wù)，是指地方提供的價格合理的人力資源、維修服務(wù)和其它生活保障體系。現(xiàn)代化大型電解鋁廠是一個技術(shù)密集型企業(yè)，需要各種高素質(zhì)人才。伊川縣緊鄰洛陽市，有河南科技大學(xué)、中

52、國人民解放軍外國語學(xué)院、中國民航飛行學(xué)院洛陽分院、洛陽師范學(xué)院、洛陽理工學(xué)院等多所高校為其提供人才保障。同時，洛陽市又有各種研究院諸如，七二五研究院，613所 ，中色科技（國內(nèi)唯一以有色金屬加工行業(yè)規(guī)劃、工程設(shè)計、設(shè)備研制、科研開發(fā)及工程總承包為主的綜合性機構(gòu)）、洛銅（國家級重有色金屬檢測試驗中心） ，隧道工程局、工程兵科研三所等，這些單位大多是全國的行業(yè)技術(shù)歸口單位，有很強的研發(fā)實力，為我提供強有力的科技支撐。§2.4.環(huán)境和土地目前，世界上工業(yè)生產(chǎn)鋁的工藝方法普遍采用“高溫熔鹽電解法”。因為電解鋁生產(chǎn)工藝的特殊性，生產(chǎn)過程中將排放少量HF煙氣這是電解鋁廠最主要的污染源。因此，要求

53、廠址區(qū)域有較大的環(huán)境容量。同時，土地是電解鋁廠建設(shè)的必要條件。伊川工業(yè)園區(qū)共占地8.719平方公里 ，土地資源充足，而且位于郊外，避免對中心城市的影響?？傊?，影響電解鋁廠址選擇的因素很多，綜合考慮其經(jīng)濟因素和環(huán)境因素，伊川工業(yè)園區(qū)最為適合鋁電解的生產(chǎn)，故將廠址選于此處。第三章 技術(shù)經(jīng)濟§3.1主要技術(shù)經(jīng)濟指標的選擇論證正常生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟指標包括：電流效率、電解溫度、極距、電解只成分、陽極電流密度、鋁液水平、電解質(zhì)水平、陽極效應(yīng)系數(shù)等。這些指標互相影響，總的來說，在一定時期內(nèi)盡可能地保持其相對穩(wěn)定，下面對它們分別進行選擇論證。(1) 電流效率電流效率是鋁電解生產(chǎn)過程中的一項非常重要

54、的技術(shù)經(jīng)濟指標。目前電解煉鋁的電流效率一般在88%95%。本設(shè)計選取的電流效率為94%。(2) 電解質(zhì)成分本設(shè)計400kA電解槽的電解質(zhì)成分為：分子比2.12.3，CaF2含量為5.0%MgF2含量為2.0%，氧化鋁濃度為1.5%2.0%。(3) 電解溫度分子比控制在2.12.3時，電解溫度940950(4) 極距所謂極距，是指陰、陽兩極之間的距離。本設(shè)計選極距為4.04.5。(5) 陽極電流密度本設(shè)計陽極電流密度選0.815A/cm2。(6) 電解質(zhì)水平和鋁液水平所謂電解質(zhì)水平和鋁液水平，是指他們各自的厚度而言。本設(shè)計的電解質(zhì)水平選為22cm24cm，鋁業(yè)水平為20cm22cm。(7) 陽極

55、效應(yīng)系數(shù)每日分攤到每槽的陽極效應(yīng)次數(shù)稱為陽極效應(yīng)系數(shù)。對陽極效應(yīng)系數(shù)的要求為不大于0.3次/槽日即可。陽極效應(yīng)發(fā)生后的持續(xù)時間約定為5min左右比較合適。§3.2綜合經(jīng)濟技術(shù)指標的計算1. 電解槽壽命論證國外大型預(yù)焙槽壽命都在60個月即1800天以上，有的已達到100個月即3000天?，F(xiàn)在國內(nèi)的較大型的電解槽壽命普遍達到1800天以上，預(yù)計可達2500天。本設(shè)計槽壽命為2000天，即2000/365=5.48年。2. 單槽日產(chǎn)量設(shè)計電流強度為400kA，電流效率為94%，則Q=0.3356I×10-3 (3-1) =0.3356×400000×0.94&

56、#215;10-3×24 =3028.45（kg/槽d）3. 電解槽數(shù)量 生產(chǎn)槽數(shù)Np=年產(chǎn)量/（Q×365） (3-2) =220000×103/（3028045×365）=199.02199臺 大修槽數(shù)Nr=生產(chǎn)槽數(shù)/槽壽命=199/5.48=36.3136臺 備用槽數(shù)=K×大修槽數(shù)×大修時間=1.5×36×60/365=8.8719臺（K一般取1-2，取1.5，大修時間tr=60天） 總槽數(shù)=生產(chǎn)槽數(shù)+備用槽數(shù)=199+9=208臺4. 槽結(jié)構(gòu)計算(1) 陽極尺寸一般來說，電解槽容量越大，則陽極尺寸也要大一些。綜合各種因素的考慮，本設(shè)計陽極尺寸設(shè)計為1550mm×660mm×540mm，采用四個鋼爪，每個鋼爪的面積為0.236m2個-1。(2) 槽膛深度槽膛深度主要取決于槽中電解質(zhì)鋁液水平及操作工藝制度。本設(shè)計所采用的槽膛深度為550mm。(3) 陽極到槽幫的距離陽極到槽幫襯的距離對槽子影響很大。過大，