鋁電解生產(chǎn)工藝流程設(shè)計

1、鋁電解生產(chǎn)工藝流程設(shè)計第一章概述1.1鋁電解工業(yè)現(xiàn)狀目前,電解鋁工業(yè)仍以改善和提升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、物耗和原鋁本錢,在從源頭上就減少氣固廢物料污染的同時,增強(qiáng)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(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大產(chǎn)品種類.現(xiàn)代化預(yù)焙電解槽的電流強(qiáng)度繼續(xù)向超大型化開展.繼法國AP18和AP30型電解槽技術(shù)后,AP50技術(shù)已問世.最近,俄羅斯鋁業(yè)啟動了電流強(qiáng)度為400KA的RA400槽型電解槽系列兩條.該系列是在原300KA電解槽技術(shù)根底上開發(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13800kWh/t3減少33%污

2、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.600740KA超大容量電解槽也在開發(fā)研究中.國外大容量(300KA以上)電解槽陽極電流密度為0.8A/cm2以上,主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：電流效率93%95%,直流電耗1300013500kWh/t(AI);最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)電流效率可達(dá)96%,電耗略低于13000kWh/t(AI)表12為彼斯涅AP30AP50電解槽開展過程中的主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).法國彼斯涅AP系列電解技術(shù)被公認(rèn)為代表當(dāng)今國際領(lǐng)先水平.從AP電解系列技術(shù)中不難看出其具有如下幾個特點：(1)陽極電流密度較高,可達(dá)0.8A/cm2以上,單位陰極面積產(chǎn)能大

3、.(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10C,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(dá)95%96%,電耗可低到13000kWh/t(AI),槽壽命達(dá)2000天.(3)分子比、氧化鋁和陽極效應(yīng)系數(shù)低,說明其設(shè)計操作和限制技術(shù)水平高©.國外鋁電解的數(shù)學(xué)模型、傳感器、限制和新材料等功能化技術(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(dá)95%96%.應(yīng)用了半連續(xù)傳感器實時在線檢測限制溫度、過熱度、分子比、熔體高度和氧化鋁濃度.限制水平先進(jìn),限制效應(yīng)系數(shù)向零目標(biāo)開展.在高電流密度、高槽電壓、高電解溫

4、度條件下,通過槽電壓、分子比和過熱度的軟件程序限制技術(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.表12彼斯涅AP30AP50電解槽開展過程中的主要設(shè)計參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表電流/kA300322330330330330335350400陽極數(shù)323232323232323236陽極尺寸/m1.6x1.6x1.7x1.7x1.7x1.7x1.7x1.7x1.7x0.8().80.80.80.80.80.80.80.8陽極鋼爪數(shù)333333333陽極鋼爪磔徑/cm181818181818181919

5、陽被覆盆料厚度/cm161616101616161616陰極炭塊數(shù)181818181818181820陰極炭塊長度3.473.473.473.473.673.673.673.673.67陰極炭塊類型HC3HGHC3HC3HC1OHC1OHC1OHC1OHC1C邊部炭塊類型HC3HC3HC3HC3HC3SiCSiCSiCSiC邊部炭塊厚度/cm151515151510101010加工面尺353525252530303030槽殼內(nèi)同尺寸/m14.4x14.4x14.4x14.4x14.4x14.4x14.4x14.4x16.1,4.354.354.354.354.354.354.354.354.3

6、5極距/cm544444444A1F,過技/%10.910.910.913.513.513.513.513.513.5陽極壓降/mV306325328328328328331330335陰極壓降/mV290311319319277277281293301陽極間逢熱損失/kW2392442472472472502752J4311陰極底部熱損失/kW166167168168171171172173193電解溫度/%973.3973.3973.3960.8960.3960.2960961.5962.5過熱度/七6.86.86.87.26.66.56.37.89電解質(zhì)中槽幫結(jié)殼厚度/,加7.617.7

7、57.716.857.819.029.346.695.11鋁水中槽幫結(jié)殼厚度/.地2.792.932.882.<-2.984.755.072.420.83電流效率94.094.494.295.995.995.996.096.096.0內(nèi)熱/kW628633637647633633652712825能耗/(kW,h,值一)13.7513.3213.213.1413.011313.113.3713.4$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、可濕潤陰極和情性陽極等新型材料.優(yōu)化電解質(zhì)組成,降低電解質(zhì)電壓降和提升電流效率.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

8、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)總排氟量到達(dá)0.7kg/t(AI)水平.為了大幅度提升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,如炭熱復(fù)原法、氯化鋁雙極多室電解法等長遠(yuǎn)課題還在繼續(xù)進(jìn)行研究.L2鋁電解工業(yè)的開展趨勢(1)世界鋁工業(yè)的組織結(jié)構(gòu)日趨規(guī)?；?、集團(tuán)化、際化目前世界上新建鋁企業(yè)的規(guī)模都比擬大.西方新建或改造電解鋁的起步規(guī)模平均在2550萬噸之間

9、.如加拿大鋁業(yè)公司投資19億美元正在建設(shè)的阿爾瑪(Alma)鋁廠,年產(chǎn)能40萬噸；2001年6月,由比利頓(Billiton)礦業(yè)公司控股的莫桑比克鋁冶煉公司,投資10億美元建設(shè)與一期相同的原鋁水平25.3萬噸；法國普基鋁業(yè)公司方案在委內(nèi)瑞拉建設(shè)一個年產(chǎn)能達(dá)46萬噸的電解鋁廠；幾內(nèi)亞擬在未來45年內(nèi)投資25億美元新建一個年產(chǎn)能達(dá)30萬噸的電解鋁廠及相關(guān)工程.年產(chǎn)50萬噸電解鋁的海灣巴林鋁廠擬擴(kuò)產(chǎn)到70萬噸規(guī)模.擴(kuò)大產(chǎn)能的目的是節(jié)約本錢,提升勞動生產(chǎn)率,增強(qiáng)競爭力.(2)鋁電解槽日趨大型化或超大型化,其科技含量、智能化程度越來越高冰晶石氧化鋁電解法創(chuàng)造no多年來,電解槽設(shè)計逐漸合理,容量大幅度增

10、加,其科技含量、智能化程度越來越高,開展大型或超大型高效率、智能化的鋁電解槽已經(jīng)成為當(dāng)今電解鋁企業(yè)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志和趨勢,世界鋁電解工業(yè)的技術(shù)及裝備水平已經(jīng)有了很大提升,在生產(chǎn)規(guī)模、電解槽容量、計算機(jī)應(yīng)用、機(jī)械化和自動化程度以及煙氣治理等方面都有了較大的進(jìn)步變化.(3)電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)向著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽和低污染的方向加快進(jìn)步西方國家先進(jìn)電解鋁技術(shù)的開展,表達(dá)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性上：a、槽型大,電流強(qiáng)度到達(dá)300kA以上；b、電流效率高,一般到達(dá)94%95%,個別企業(yè)已經(jīng)提升到96%；c、噸鋁直流電耗低,一般為1320013400kWh,個別企業(yè)已經(jīng)降低到13000kVh.(4)

11、世界鋁工業(yè)向電力充裕廉價、鋁土礦資源豐富的地區(qū)轉(zhuǎn)移目前,世界原鋁生產(chǎn)本錢中電費占據(jù)相當(dāng)大的比重,因此,如何降低發(fā)電本錢和電價,降低原鋁生產(chǎn)電耗,是工業(yè)生存和開展的重要研究課題.雖然日本是鋁的消費大國,但鋁產(chǎn)量卻一直下降.日本現(xiàn)在主要靠在海外投資來獲取金屬鋁,仍保持人均年耗鋁28kg的高水平.日本鋁工業(yè)的衰落,除資源貧乏之外,最主要的是能源短缺,鋁用石油電價高達(dá)7.5美分/kWh,超過國際鋁業(yè)平均用電價格2.0-2.1美分/kWh數(shù)倍.日本鋁工業(yè)的興衰發(fā)人深思,電價漸漸變成左右鋁工業(yè)開展的制約因素.當(dāng)今世界鋁工業(yè)被迫向電力充裕廉價的地區(qū)轉(zhuǎn)移,向鋁土礦資源豐富區(qū)域和開展中國家轉(zhuǎn)移.第二章鋁電解工藝

12、2.1 鋁電解生產(chǎn)工藝流程鋁電解工藝流程：現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石一氧化鋁融鹽電解法.熔融冰晶石是溶劑,氧化鋁作為溶質(zhì),以碳素體作為陽極,鋁液作為陰極,通入強(qiáng)大的直流電后,在95(rc97(rc下,在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反響,既電解.化學(xué)反響主要通過這個方程進(jìn)行：2A12O3=4A1302o陽極：202-4-=021陰極:A133e=Al.陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w,其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵.為保護(hù)環(huán)境和人類健康需對陽極氣體進(jìn)行凈化處理,除去有害氣體和粉塵后排入大氣O陰極產(chǎn)物是鋁液,鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出,送往鑄造車間,在保溫爐內(nèi)經(jīng)凈化澄清后,澆鑄成鋁錠或

13、直接加工成線坯.型材等.其生產(chǎn)工藝流程氧化如下列圖：鋁氟化鹽碳陽極直流電排出陽極氣體電解槽TH廢氣氣體凈化鋁液回收氟化物凈化澄清111返回電解槽澆注軋制或鑄造鋁錠線坯或型材方程:電解鋁就是通過電解得到的鋁.重要通過這個方程進(jìn)行：2Al203=通電4A1+3O2.陽極：2O2-4e-=O2T陰極:A13+3e-=Al其生產(chǎn)工藝流程如圖24所示.家化鋁冰晶石及其他氟化鹽陽極糊直流甲,能L排空鋁液二爭化回收黃氯憶銘凈化澄清軋制或會逡線批或型材圖2-1鋁電解工藝流程圖2.2 生產(chǎn)原料2.2.1 原料煉鋁的原料是氧化鋁.氧化鋁是當(dāng)前冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法的唯一原料,是一種由礦石中提煉出來的有一定粒度要

14、求的白色粉狀物,熔點2050C,沸點為3000C,真密度為353.6g-cm3假密度為lgcm3.流動性很好,不溶于水,能溶于冰晶石熔體中,是鋁電解生產(chǎn)中的主原料.氧化鋁有七種晶型,最常見的是aA12O3,又稱剛玉型氧化鋁.它主要是不斷的補(bǔ)充電解質(zhì)中的鋁氧氟配合離子,使其保持一定的范圍濃度,以保證電解的持續(xù)進(jìn)行.為了取得良好的生產(chǎn)指標(biāo),對氧化鋁的要求是非常嚴(yán)格的.鋁電解對氧化鋁的化學(xué)純度和物理性能有較高要求.(1)化學(xué)純度要求氧化鋁中雜質(zhì)含量和水分要低.工業(yè)氧化鋁中通常含有A12O398.5%以及少量的S1O2、Fe2O3,TIO2、Na2O.CaO和H2O.表1為按化學(xué)純度分級的國產(chǎn)氧化鋁質(zhì)

15、量標(biāo)準(zhǔn).表1-1國產(chǎn)氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(YB81475)化學(xué)成分/%產(chǎn)品級別代號AL03含雜質(zhì)含不大于量不少于Si02Fe203Na20灼堿一級A1203T98.60.020.030.500.8二級A12O3-298.50.040.040.550.8三級Al2O3-398.40.060.040.600.8四級AI2O3Y98.30.080.050.600.8五級ALO3-598.20.100.050.601.0六級Al2O3-697.80.150.060.701.2(2)物理性能通常要求他具有較小的吸水性,粒度適宜,能夠較多較快的溶解在熔融冰晶石里,加料時的飛揚(yáng)損失要小,并且能夠嚴(yán)密的覆蓋在陽極炭

16、塊上,預(yù)防器暴露于空氣中而被氧化.另外,氧化鋁覆蓋在電解質(zhì)結(jié)殼上,還起良好的保溫作用.用于氣體凈化時,要求氧化鋁具有較好的活性和足夠的比外表積.工業(yè)用氧化鋁通常是兩種同素異構(gòu)體的混合物,即aA12O3和pA12O3.生產(chǎn)每噸鋁理論上需要氧化鋁1889kg.實際上由于工業(yè)氧化鋁中含AI2O398.5%左右,且在運輸和加料過程中還存在塵散損失,所以生產(chǎn)每噸鋁所消耗的工業(yè)氧化鋁量約為1920-1940kgo2.2.2輔料冰晶石是鋁電解中氧化鋁的熔劑,而氟化鋁、氟化鈣、氟化鎂、氟化鋰等氟化鹽那么用作調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑,是鋁電解生產(chǎn)中的副原料.氟化鋁是主要的添加劑,主要用于降低電解質(zhì)的分子比,

17、從而降低電解溫度.氧化鋁可溶于油冰晶石和其他幾種氟化物組成的熔劑里,構(gòu)成冰晶石-氧化鋁熔液.這種熔液在電解溫度下能夠很好的導(dǎo)電.其密度大約是2.1gcm3,比相同溫度下鋁液的密度2.3gcm3小,而能夠保證與鋁液分層.這種熔液里根本不含比更正鋁電性的元素,從而能夠保證鋁的純度及電流效率.第三章技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)選擇3.1 技術(shù)條件正常生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括：電流效率、電解溫度、電解質(zhì)水平、陽極電流密度、鋁水平、極距、電解質(zhì)分子比、陽極效應(yīng)系數(shù)等.這些指標(biāo)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.3.1.1 電流強(qiáng)度原那么上說,大廠用大電流的電解槽,小廠用小電流的電解槽.產(chǎn)

18、量大的鋁廠,如年產(chǎn)20萬t以上,以大電流為好,280kA>300kA,皆可；而年產(chǎn)量在520萬t的鋁廠,那么以160-280kA為主；年產(chǎn)5萬t一下可選擇60160kA.本次設(shè)計選用300kA電解槽.3.1.2 1.2電流密度電流密度是指單位導(dǎo)電面積上的電流強(qiáng)度D=I/S.對于6075kA的側(cè)插槽,其陽極面積電流一般為0.7-0.9Acm2;對于80-110kA的上插槽,D陽為0.6-0.7Acm2；而135-180kA的預(yù)焙槽的D陽通常在0.60.8Acm-2.本設(shè)計中D陽為0.815Acm2o3.1.3 解質(zhì)水平與鋁水平電解質(zhì)水平是指電解槽中電解質(zhì)的深度.鋁水平指電解槽中鋁液的深度.

19、保證電解質(zhì)水平和鋁水平在一定的范圍,是穩(wěn)定生產(chǎn)的前提.通常,電解質(zhì)水平為1622cm,而鋁水平為2030cm.本設(shè)計選擇電解質(zhì)水平22-24cm,鋁水平2022cm.3-1-4極距極距是指陽極底面與鋁液鏡面間的距離.極距的變化會引起電解質(zhì)壓降的變化,造成槽電壓的波動,影響生產(chǎn).通常極距不小于4.0cm.本設(shè)計選擇極距4.045cm.3-1.5電解質(zhì)分子比電解質(zhì)中NaF的摩爾數(shù)與A1F3的摩爾數(shù)之比稱為電解質(zhì)分子比,簡稱分子比.電解質(zhì)分子比與電解溫度相適應(yīng),一般選擇高分子比的電解質(zhì),其電解溫度也相應(yīng)提升.目前多項選擇用較低分子比的電解質(zhì)組成,一般為222.6.本設(shè)計中分子比為2.2-2.5o3.

20、L6電解溫度為電解能正常進(jìn)行,電解溫度一般至少高于電解質(zhì)初晶溫度2TC以上,根據(jù)槽型及電解質(zhì)分子比的不同,電解溫度一般在930.960C.本設(shè)計選擇940-950<>3.1.7效應(yīng)系數(shù)陽極效應(yīng)是熔鹽電解過程中發(fā)生在陽極上的特殊現(xiàn)象,某一系列電解槽平均每臺電解槽每天發(fā)生陽極效應(yīng)的次數(shù)稱為效應(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.本設(shè)計中效應(yīng)系數(shù)<0.3次/槽日.3-2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)鋁電解的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有電流效率、槽電壓、原鋁直流電耗、炭耗、氟化鹽消耗等.3.2.1電流效率電流效率指某臺電解槽的日產(chǎn)原鋁量與理論日產(chǎn)原鋁量之比o電流效率是鋁電解生產(chǎn)過程中的一項非常重要

21、的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).目前電解煉鋁的電流效率一般在88%-95%本設(shè)計中的電流效率為94%O322槽電壓槽電壓是電解槽電壓表上所指示的電壓值,也稱工作電壓.一般,100“50kA的上插槽,其槽電壓為4.345V,60130kA的側(cè)插槽,其槽電壓在424.4V,而180280kA的預(yù)焙槽的槽電壓為4JW2V.本設(shè)計的平均工作電壓為4.25VO323原鋁直流電耗鋁電解槽內(nèi)析出每噸鋁所消耗的直流電能稱為原鋁直流電耗,就是電能消耗率.本設(shè)計中的電能消耗率小于14000kWh/t-AL324炭耗炭耗生產(chǎn)每噸鋁消耗的陽極糊或陽極炭塊的質(zhì)量.一般平均炭耗為430.600kg/t-AL本設(shè)計中的炭耗為500Kg/t

22、-AL325氟化鹽消耗生產(chǎn)每噸鋁所消耗的冰晶石、A1F3、LiF等氟化鹽的總量,通常為2040kg/tAl.本設(shè)計的氟化鹽消耗為：冰晶石5Kg/t-Al氟化鋁24Kg/t-Al氟化鈣lKg/t-Al本設(shè)計中的電解槽技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)現(xiàn)列于下：序號指標(biāo)名稱單位數(shù)量1電流強(qiáng)度KA3002電解槽數(shù)臺1803電流效率%954陽極電流密度20.75A/cm5電解溫度940-9506極距cm4.0-4.57鋁水平cm22-248電解質(zhì)水平cm20-229陽極效應(yīng)系數(shù)次/槽日<0310電能消耗率kWh/t-Al<1400011平均工作電壓V4.2512僦化鋁單耗Kg/t-Al192013陽極碳塊單耗K

23、g/t-Al500表14冰晶石單耗Kg/t-Al53-15氟化鋁Kg/t-Al2416氟化鈣Kg/t-Al1117分子比2.22.5電18氧化鋁濃度%1.5-2.5解19槽壽命天2000技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第四章冶金計算根底數(shù)據(jù)：產(chǎn)量：10萬噸/年鋁錠容量：300KA陽極電流密度：0.75A/cm2效應(yīng)系數(shù)：0.3次/槽日電流效率：95%陽極碳塊尺寸：1550nlmx660mmx5501nm單槽原鋁產(chǎn)量：日產(chǎn)300x0.95x0.3355x24=2294.82Kg年產(chǎn)2294.82x365x0.001=837t4.1 鋁電解槽電壓的平衡計算V平=&V槽+V*+V效應(yīng)；其中：AV橫：電解槽的工作

24、電壓；V母：槽外母線電壓降；V效應(yīng)：陽極效應(yīng)分?jǐn)倝航?；其?AV槽可£極+V朋+V陽+V陰=4.24b0.147x-0.0177xA1203%+0.027xMgF2%-0.00IxCaF2%0.0129xNaCl%-0.0195xLiF%+0.125xd|50-O.OO22xfC取分子比為：2.4;Al0為2%;23CaF2,為5%;t：955QC得E極=1.87V;用該式算出的極化電壓偏高,大約高出實測量0.05.0.1V,因此取E極=L8V左右.(1)電解質(zhì)壓降：一般可由下式取得V1"K才S陽其中：I：為電流強(qiáng)度,(A)；S陽：為陽極水平截面積(cm2)；AL：為極距改

25、變值(cm)；X：為電解質(zhì)導(dǎo)電率(歐4厘米1)；K：為校正值,一般取8.(2)陽極效應(yīng)分擔(dān)壓降：陽極效應(yīng)分擔(dān)壓降可按下式進(jìn)行計算,即V效應(yīng)二K(U效精)t1440其中：K：為陽極效應(yīng)系數(shù),(次/槽日)；在此為0次/槽日;U效應(yīng)：為發(fā)生陽極效應(yīng)時的槽電壓,35(V)；U槽：為槽電壓4.06422(V)；t：陽極效應(yīng)持續(xù)的時間(min),在此為3mhi；V效應(yīng)=(0.1x30.82x3)71440=0.017Vo(3)陽極壓降：夾具壓接壓降：6mv；鋁導(dǎo)桿壓降：10mv;鋁闈爆炸焊片壓降：15mv;鋼爪壓降：50mv;鋼炭接觸壓牌：70mv;陽極炭塊壓牌：200mv;Vm=0.35V(4)陰極壓降

26、V陰=0.35V(5)母線壓降：母線壓降在槽上根本不變,其實際值取決于電解槽的母線配置及安裝,母線配置一旦確定,母線本體壓降即確定,各焊接點壓降取決于第一次安裝時焊接的質(zhì)量,但立柱母線與陽極大母線同焊接點的壓降每次大修后視接觸面清理程序而有變化,電解槽通電后此值不會改變.V毋=0.18VV¥=1.80+1.50+0.02+035+0.35+0.18=4.20V現(xiàn)列電解槽平衡電壓表如下：表4-1鋁電解槽電壓平衡表300KA預(yù)賠槽E反1.80V質(zhì)1.50V效應(yīng)0.02V陽0.35V陰0.35V母0.18合計4.204.2 物料平衡計算以1小時為計算根底,平均電流強(qiáng)度取300KA,電流效率

27、95%(1)電解槽鋁產(chǎn)量：Q=CIn=0.3355x300x0.95=95.62kg/h(2)氧化鋁的消耗量：取A12O3單耗為1920kg/tAl氧化鋁實際消耗量=95.62xl.92=183.59kg/h；氧化鋁理論消耗量=95.62xl.89=180.72kg4i；氧化鋁的損失量=18359180.72=2.83kg/h(3)氟鹽消耗量：取冰晶石單耗為5kgztAL氟化鋁單耗24kg/tAL氟化鈣：lkg/t,Al冰晶石消耗量=86.01x0.005=0.48kg4i氟化鋁消耗量=86.01x0.027=2.58kg4i氟化鈣消耗量=86.01x0.001=0.095kg/Ii(4)陽極

28、炭塊消耗:鋁電解的總反響式：A12O3+3/(l+N)C=2Al+3N/(l+N)CO24-3(l-N)/(l+N)CO其中,N：CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：當(dāng)一次陽極氣體的成份為100%CO2,那么CO是產(chǎn)生的A1與作CO2用的結(jié)果,一次反響電流利用率100%,由此一次反響為AI2O3+L5c=2A1+L5c02假設(shè)電流效率為n,其二次反響：2(1-n)AI+3(1-q)CO2=(l-n)A12O3+3(l-q)CON=5-3(1-4)=2/-1L1.53(1-)+3(1/)N=0.88理論炭耗量=(3x12.011x95.0175)/(1.88x54)=33.94kg/h取實際炭耗量為450kg/t

29、Al實際炭耗量=450x86.005575xl000=42.75kg/h炭損失量=42.75-33.94=8.8lkg4i炭耗指數(shù)=(36.55/30,53)x100%=126%(5)反響生成的氣體:Cd生成量=(3x0.88x44x95.0175)/(1+0.88)x54=108.72kg4iCO的生成量=3x(1-0.88)x28x95.0175/(1+0.88)x54=9.43kg/h現(xiàn)列物料平衡表如下：表4-1物料平衡表支出工程kg/hkg/天kg/年%工程kg/hkg/天kg/年%化氧鋁183.594406160824883.35原鋁86.011816.5643597.4439.29

30、晶冰石0.4811.5242040.22晶冰石0.4811.5242040.22«化鋁2.5861.92226001.17氟化鋁2.5861.92226001.18氟化鈣0.0952.288320.03化氟鈣0.0952.288320.04碳塊33.55772.0828180915.23碳損失8.81211.44771754.02co,生成108.722609.2895238749.66量co生成.9.43226.32826074.31氧鋁失2.8367.92247911.29合計220.2955253.81917693100合計218.9195007.241208193100平衡差

31、額0.01246.5670950004.3 能量平衡以1小時為計算根底,取電解溫度為950C,在計算中以電解溫度作為能量平衡的溫度基準(zhǔn),并以電解槽整體作為計算體系：由能量的平衡式：A電=A反+A材+A做4.3.1 電能收入A電二U平均I=4.25x300=1275kw4.3.2 能量支出：(D補(bǔ)償電解反響所需的能當(dāng)電解生產(chǎn)的電流效率為100%時,其補(bǔ)償反響熱效應(yīng)的能量是5.63kwh/kgAL但電流效率不可能到達(dá)100%,因此,考慮到電流效率的電解反響是：A12O3+3/2nC=2Al+3(2n-l)/2qCO2+3(l-i)/nCOa.根據(jù)熱力學(xué)第一定律,反響效應(yīng)AH°：AH

32、76;r=|(2-)(AH0T)8-(AMXJkwh/kgAl2rj?754X3600搐血AH°rco.AH°ia12O8C02>CO和ALOs生成熱(kg/mol);3600千焦換算成瓦時的換算系數(shù)；-0,6.22、-10001.30經(jīng)整理得：AH°t=(201.33+下一)X34+kwh/k8Al因此,在單位時間內(nèi),鋁的產(chǎn)量為0.3355Iikg時,那么補(bǔ)償電解反響的熱效應(yīng)的能量A反：A反=0.3355Ii(AH°t)=03355In(4.34+;)=0.3355x300x0.95x(4.34+)=484.78kwlVhb.補(bǔ)償加熱原料所需的能

33、量：在電解反響中,生成2moiAl(54kg)就需要lmol的ALOs與jol的碳,于是：211AH«=(AH°t)a12os+t(Ac=17.41kJ/mol那么AH材=0.56+kwh/kgAL同理A材叩=0.3355Iq(0.56+)=0.3355X300x0.95x(0.56h0.13-=66.63kwh/h;c.母線損失的能量：A母=300X0.18=54kwd.電解槽的熱損失(按差額計)：AS5=1008-43.2-484.78-66.63=41339kw表4-3能量平衡表能量收入工程Kwh/h占比%能量收入工程Kwh/h占比%A電1008100A材66.636

34、.61A反484.7848.09A母43.24.29A413.3941.01總計1008100總計1008100電解槽的電能消耗率：W=1008彳75.6%13.32kwIVkgAl理論上生產(chǎn)1kg鋁電解槽消耗電能為W=AHt°+aH材=5.63+0.7=6.33kw電解槽的電能利用率：n電能=(6.33/13.32)X100%=475%4.4 電解槽選型及臺數(shù)的計算以產(chǎn)量的衡算目前,國外大型預(yù)焙槽壽命都在2500天以上,而國內(nèi)的平均水平約為1800天以上.本設(shè)計槽壽命為2000天,即2000/365=5.48年.電解槽單槽日產(chǎn)量和年產(chǎn)量：選用300KA中間點式下料預(yù)焙陽極鋁電解槽,

35、設(shè)計電流強(qiáng)度為240KA,電流效率為95%,那么Q日=0.3356Iitxl0-3=0.3356x300000x0.95x10-3x24=1817.07(kg/槽日)、年=L817x365=66321槽年)電解槽數(shù)量：設(shè)定規(guī)模：;00000心；鑄造成品實收率：99.2%；設(shè)計槽壽命：2000天,停槽周期:60天；那么開動率=2000/(2000+60)x100%=97.08%生產(chǎn)槽數(shù)：Np=100000/(663.21x99.2%x97.08%)=156.57臺；取157臺大修槽數(shù)M=生產(chǎn)槽數(shù)/槽壽命=157/5.48%28.65臺取29臺備用槽數(shù)N=Kx大修槽數(shù)x大修時間=L5x29x60/

36、365M.15取7臺上式中K為備用槽系數(shù),一般為12,本設(shè)計取為1.5；取大修時間為60天.總槽數(shù)=生產(chǎn)槽數(shù)+備用槽數(shù)=157+7=164臺產(chǎn)量衡算：系列原始產(chǎn)量：(1) 157臺生產(chǎn)時：66X21x157=104123.97t(2) 164臺生產(chǎn)時：663.21x164=108766.44t取鑄造成品實收率為99.2%,故157臺槽生產(chǎn)時相應(yīng)的鑄造產(chǎn)品產(chǎn)量為：104123.97x99.2%=103290.98t第五章設(shè)備選擇5.1主要設(shè)備的設(shè)計鋁電解的主要設(shè)備是電解槽,現(xiàn)代鋁工業(yè)有四類電解槽:側(cè)插棒式自焙陽極電解槽；上插棒式自焙陽極電解槽；不連續(xù)式預(yù)焙陽極電解槽；連續(xù)式預(yù)焙陽極電解槽.本設(shè)計

37、中選用中部下料方式不連續(xù)式預(yù)焙陽極電解槽.5.1.1電解槽設(shè)計參數(shù)的選擇鋁電解槽的設(shè)計參數(shù)主要有電流、面積電流、陽極尺寸、槽膛深度、陽極到槽幫的距離、.陽極棒尺寸、陰極棒及陰極炭塊尺寸等.電流和面積電流如前經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)所述,不再贅述.5.1.1.1陽極尺寸陽極尺寸是鋁電解槽一個重要的結(jié)構(gòu)參數(shù),對電解生產(chǎn)有很重要的影響.一般,電解槽容量越大,陽極尺寸也相應(yīng)增大.預(yù)焙槽陽極由陽極塊構(gòu)成,各陽極塊之間有45mm的間隙,行與行之間距離為280300mm,以使陽極片體逸出.陽極炭塊尺寸,視陽極排列與組數(shù)不同,長度各異,而貪度一般為500750mm.炭塊高度一般在550mm,過低那么殘極率增大,過高那么陽

38、極上的平均電壓墻高.本設(shè)計中的陽極尺寸選用1550mmx660mmx550mm.槽膛深度主要取決于電解質(zhì)水平、鋁水平及操作工藝制度,一般取400-600mmo槽膛過深,那么電解槽造價增加,且生產(chǎn)中熱損失大.因此,槽膛深度通常取400.500mm.但大型預(yù)焙槽由于陽極外表要覆蓋一層氧化鋁作為保溫料,故爐膛深度一般取550-600mmo本設(shè)計中槽膛深度取550mm.5.LL3陽極到槽幫的距離陽極到槽幫的距離過大,那么熱損失大；過小,那么不便操作.對預(yù)焙槽來說,縮小陽極到槽幫的距離可到達(dá)減少水平電流從而削弱槽中鋁液凸起的目的.陽極到大面,一般預(yù)焙陽極電解槽的這個距離稍大些,大多取450mm；陽極到小

39、面,一般預(yù)焙陽極電解槽為400.本設(shè)計中采用中間下料的大型預(yù)焙槽,兩排陽極間的中縫寬度為200-250mm,而邊部只進(jìn)行輔助加工,因此,陽極到槽幫的距離大大減小,一般為300.350mm,個別到達(dá)225mm.本設(shè)計中取陽極到大面距離為300mm,陽極到小面距離為225mm.5.1.1.4 陽極升降速度及下料點數(shù)本設(shè)計中采用電解槽的升降速度為lOOmni/min,下料點數(shù)為4個.5.1.1.5 鋁母線面積電流鋁電解槽上母線用量很大.一般,中型電解槽約需鋁母線69t,而大型電解槽鋁母線用量高達(dá)2535t.母線用量大即斷面增大時,母線上的電耗小,但相應(yīng)的增加投資費用,同時折舊、檢修費用增高,經(jīng)營費用

40、也增高；反之,減少母線用量,那么母線上的電耗增加,電費增大.因此,選擇一個適宜的母線面積電流使總費用最低.本設(shè)計中電解槽母線用量為35t.512鋁電解槽結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計中電解槽的槽膛尺寸為11700mmx3840nlmx550mni.5.2輔助設(shè)備選擇5.2.1多功能機(jī)組鋁電解多功能機(jī)組具有以下7種功能,即：1打殼；2往電解槽內(nèi)加氧化鋁；3更換陽極；4從電解槽內(nèi)用真空抬包抽吸鋁液;5吊運母線提升架轉(zhuǎn)接陽極母線；6吊運電解槽槽殼；7吊運其它重物.5.2.1.1多功能機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)1大車跨度：m22.59411x2臺1225運行速度：m/min電動機(jī)功率：kw2液壓系統(tǒng)工作壓力Mpa油流量1/mi

41、n(3)主小車運行速度m/min33運行機(jī)構(gòu)電動機(jī)功率kw3.7司機(jī)空回轉(zhuǎn)速度r/min2-3對陽極拔力t11陽極拔出速度in/min4.45扭轉(zhuǎn)夾具力矩Nm250料箱裝氧化鋁量m34.0打擊頭沖擊次數(shù),Hz21沖擊力J85-100(相當(dāng)于壓縮空氣壓力為0.5Mpa時)(4)副小車起重量t12運行速度m/min33/5.5運行電動機(jī)功率kw3.7提升速度m/min4.6-4.9提升電動機(jī)功率kw15固定式起重機(jī)：額定起重量t12x2臺最大提升高度m12提升速度in/min5提生電動機(jī)功率kw13x2臺5.2.1.2設(shè)備數(shù)量的計算：(1)換陽極作業(yè)：陽極的消耗速度hc=8.054(l陽ir、Vcxl0-3/dc=8.054x0.72x0.95x425/1000/08=2.93cm/日如陽極高度為54cm,殘極高度為17cm,那么每塊陽極使用周期為(54-17)/2.93=13天；換陽極時,每臺槽16組陽極,每換一組陽極需15分鐘,換陽極周期26天/組,那么每天每班