400kA预焙槽铝电解车间设计
摘要
大型化是当今世界铝电解技术发展的大趋势。在现有的320kA~350kA大型铝电解槽基础上，进一步开发并建设高效、稳定和更为节能的400kA大型铝电解槽技术是当今世界各大铝业公司研究和追求的目标。并且我国已经有多家铝电解企业已经建成400kA级铝电解生产线。
我们紧随时代步伐，设计了400kA预焙槽铝电解车间。车间设计包括厂址选择、电解槽设计、电压平衡、能量平衡劳动定员及成本核算等。该设计的年产量为22万吨，电流效率高达94%。经过多方论证厂址选择伊川县工业园区。
关键词：铝电解槽，物料平衡，能量平衡，电压平衡，车间设计
The Design of 400kA Pre-baked Anode Aluminum
Reduction Plant
ABSTRACT
Large-scale is the general trend of aluminium electrolysis technological development in the world nowadays．Developing more efficient，more stable and more energy-saving 400kA aluminium reduction cell technology，based on the existing 320kA~350kA aluminium reduction cell，is the goal studied and chased by worldwide major aluminium companies．And there are a few aluminum electrolysis enterprises that have built 400kA grade aluminum electrolytic production line．
Following the pace of times，we complete the design of the 400kA pre-baked aluminum electrolysis workshop．The designs include site-selection，designs of electrolyzers，voltage balance, energy balance，labor quota and cost accounting and so on．Yield 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 County Industrial Park as the site．
KEY WORDS：aluminum reduction cell，material balance，energy balance，voltage balance，the design of workshop
目录
前言 (1)
第一章铝电解简介 (2)
§1.1 铝的性质及用途 (3)
§1.1.1 铝的性质 (3)
§1.1.2 铝的用途 (3)
§1.2 铝电解简史及发展现状 (4)
§1.2.1 铝电解简史 (4)
§1.2.2我国铝电解技术发展现状 (6)
§1.2.3 世界铝电解工业技术现状 (7)
§1.3 铝电解用原料与原材料 (8)
§1.3.1 铝电解原料——氧化铝 (9)
§1.3.2 铝电解熔剂——氟化盐 (10)
§1.3.3 铝电解预焙阳极炭块 (11)
§1.4 铝电解过程描述 (12)
§1.5 铝电解槽与电解槽系列 (13)
§1.5.1 阴极装置 (13)
§1.5.2 阳极装置 (13)
§1.5.3 母线装置 (14)
§1.5.4 使用寿命 (15)
第二章厂址选择与论证 (15)
§2.1. 电力供应 (16)
§2.2. 运输系统 (16)
§2.3. 外围服务 (16)
§2.4. 环境和土地 (17)
第三章技术经济 (18)
§3.1 主要技术经济指标的选择论证 (18)
§3.2 综合经济技术指标的计算 (19)
§3.3 主要经济技术指标的确定与列表 (22)
第四章物料平衡 (23)
§4.1 物料平衡的计算 (23)
§4.2 物料平衡列表 (24)
第五章电解槽结构的设计 (26)
§5.1 概述 (26)
§5.2 阳极结构 (26)
§5.3 阴极结构 (28)
§5.3.1 槽壳 (28)
§5.3.2 内衬及保温绝热结构 (28)
§5.4 母线结构 (29)
§5.4.1. 阳极母线 (29)
§5.4.2. 阴极母线 (31)
§5.4.3 短路母线 (32)
第六章电压平衡 (34)
§6.1 实际分解电压 (34)
§6.2 电解质电压 (34)
§6.3 阳极电压降 (35)
§6.3.1 阳极大母线电压降 (35)
§6.3.2 阳极软母线电压降 (35)
§6.3.3 阳极立柱母线电压降 (36)
§6.4 阴极电压降 (37)
§6.4.1 槽底电压降 (37)
§6.4.2 阴极软母线电压降 (38)
§6.4.3槽周阴极母线电压降 (38)
§6.4.4 焊点压降 (38)
§6.5 阳极效应分摊电压降 (38)
§6.6 连接母线压降 (39)
第七章能量平衡 (41)
§7.1 计算方法与基础条件 (41)
§7.2能量平衡计算 (41)
§7.2.1热量输入计算 (41)
§7.2.2 热量支出计算 (42)
§7.3 能量平衡列表 (52)
第八章劳动定员及成本核算 (53)
§8.1 劳动定员 (53)
§8.2 成本核算 (54)
第九章环境保护和安全生产 (55)
§9.1 环境与卫生 (55)
§9.2 安全生产 (56)
结论 (57)
参考文献 (58)
致谢 (59)
前言
自上世纪80年代以来，我国电解铝技术取得了很大的发展，尤其在大型预焙铝电解槽的设计技术、制造技术、生产技术等领域形成了自己的大型铝电解技术体系，开发成功了300kA~400kA大型铝电解槽。
先进的300kA~350kA大型预焙槽及其配套技术得到了广泛应用，从而减少了能量消耗和环境污染，但与国外先进电解槽相比较，我国电解槽在设计、制作、电解槽单位面积产铝量及吨铝直流电耗等方面还存在一定差距[1]。
我国自主研发的400kA级大型预焙阳极铝电解槽技术，于08年由中国铝业兰州分公司、沈阳铝镁设计研究院研制开发获得成功。并与2008年3
月21日通过了由中国有色金属工业协会组织的科学技术成果鉴定。现安装于中国铝业兰州分公司SY400电解槽[2]，技术指标先进，同比350kA，300kA 电解槽具备投资省，经济效益高的特点，能够满足建设技术起点高、装备先进、大规模的铝电解系列，单系列产能超过320kt/a以上，为中国铝工业的国际化奠定坚实的基础。同时SY400电解技术具备是世界领先水平的电解技术，是当前世界系列生产电流强度最大，单槽产量最大，综合指标最先进并具有自主知识产权的铝电解槽。
与之前的300kA和350kA级的电解槽相比，400kA级大型预焙阳极铝电解槽技术具有以下创新点：1、优化设计了合理的母线配置，提高了大型槽磁流体稳定性；2、采用5段上烟道结构设计，有利于提高集气效率和改善环境；
3、采用电解厂房通风和电解槽整体热平衡相结合、摇篮架与槽壳整体焊接、槽壳外部焊接散热片、电解槽小面采用摇篮架与槽壳焊接、电解槽槽壳和内衬整体位于操作面下等技术，保证了大型电解槽的热稳定性，改善了劳动环境；
4、采用阴极炭块与阳极炭块投影相对应的技术，有利于阳极和阴极的电流分布均匀；
5、采用了电解槽全面控制和标准化操作体系，有效控制电解槽热平衡与物料平衡，开发了适应大型槽稳定、安全的焙烧启动技术，形成了400kA电解槽生产操作管理技术；
6、采用四种不同品质阴极炭块进行工业试验，均达到了400kA电解槽试验目标。使用30%石墨质阴极炭块的电解槽，阳极电流密度也达到了0.82A/cm2，石墨化阴极炭块的电解槽还有进一步提高电流强度的潜力。400kA大型预焙阳极电解槽技术的研制开发成功，为我国参与国际竞争，提供容量更大、技术更先进的电解槽技术打下了良好的基