第一章——现代预焙铝电解槽的基本结构—2
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浅析400KA电解槽提高电流效率的几种途径摘要:在工业生产中,铝电解槽是一个重要的设备,用于生产铝材。
而解槽的作用就是将铝氧化物还原成金属铝。
然而,在这个过程中,会遇到电流效率不高的问题,导致直流电耗增加,生产成本上升。
因此,提高铝电解槽的电流效率具有重要意义。
本文主要分析400KA铝电解槽提高电流效率的几种途径,异形阴极的凸起结构可以增加聚焦效应,提高电流密度,从而增加电流效率。
新型阳极则可以通过排气通道将气体排出,降低气泡对阳极的影响,提高电流效率。
高导电铝芯复合阳极钢爪则可以提高阳极的导电性能,降低电阻,从而提高电流效率。
同时,钢爪保护环技术可以保护钢爪,防止钢爪氧化,延长使用寿命。
这些技术的应用可以发挥重要作用,提高铝电解槽的电流效率,降低生产成本,提高生产效益。
因此,应该重视各种关键技术的研发和应用,不断推进解槽技术的发展,推动工业生产的进步。
关键词:400KA;电解槽;电流效率引言:在电解厂中,提高电流效率是首要任务之一。
电流效率是指电解过程中所使用的电能与最终得到的产品之间的比率。
电解技术参数对电流效率影响很大,包括电解质温度、电解质成分、极距、电流密度以及铝水平和电解质水平等。
其中,电解质温度是影响电流效率的关键因素之一,因为在高温下,电流效率会下降,而在适宜的温度下,电流效率会得到提高。
此外,电解质成分也对电流效率有很大影响,因为电解质成分的变化会导致电解效率的变化。
除了电解技术参数外,科学技术条件对提高电流效率也至关重要。
这包括了设备维护、操作技术、工人素质等方面。
在设备维护方面,要保证设备的良好运行状态,确保设备的稳定性和可靠性。
在操作技术方面,要保证操作规程的规范性和操作流程的合理性。
在工人素质方面,要提高工人的技能水平,确保工人能够熟练操作设备。
本文以400KA铝电解槽生产为例进行探究。
在这个过程中,要注意控制电解质温度、电解质成分、极距、电流密度以及铝水平和电解质水平等参数,以提高电流效率。
电解铝生产培训教材工艺篇安全技术部第一章铝电解概述第一节铝电解发展及现状铝(Aluminium)在自然界中分布极广,地壳中铝的含量约为7.5%,仅次于氧(O)和硅(Si),居第三位,在各种金属元素当中,铝居首位。
铝的化学性质十分活泼,但是自然界中发现了少量元素状态的铝,与其他矿物共生。
含铝的矿物总计有250多种,其中主要的是铝土矿、高岭土、明矾石等。
我国开采和利用铝矿有悠久的历史,很早就开始从明矾石提取(古称矾石),供医药及工业上使用。
汉代《本草经》一书中记载了16中矿物药物,其中就包括矾石、铅丹、石灰、朴硝、磁石。
明代宋应星所著《天工开物》一书中记载了矾石的制造和用途。
金属铝最初用化学法制取。
1825年,丹麦Oersted用钾贡还原无水氯化铝,得到一种灰色的金属粉末,在研磨时呈现金属光泽,但当时未能加以鉴定。
1827年,德国Wohler 用钾(K)还原无水氯化铝,得到少量细微的金属颗粒。
1845年,他把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面,得到金属铝珠,每颗铝珠的质量为10~15mg,于是铝的一些物理性质和化学性质得到了测定。
1854年,法国Deville用纳代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐,制取金属铝。
钠和钾同为一价碱金属,但钠的相对原子质量比钾小,制取1Kg铝所需的钠大约是3.0~3.4Kg,而用钾大约需要5.5Kg,故用钠比较经济。
当时称铝为“铝土中的银子”1855年,Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭,总量约为1 Kg。
1854年,在巴黎附近建成了世界上第一座炼铝厂。
1865年,俄国Beketob提议用镁还原冰晶石来生产铝。
这一方案后来在德国Gmelingen铝镁工厂里被采用。
自从1887~1888年电解法炼铝工厂开始投入生产后,化学法便渐渐停止了,在此之前的30多年内采用化学法总共生产了200T铝。
原来在采用化学法炼铝期间,德国Bunsen和法国Deville继英国Davy之后研究电解法炼铝。
现代铝电解技术是采用冰晶石-氧化铝融盐电解法生产铝的高效节能环保技术。
以下是该技术的一些关键点:
1.冰晶石-氧化铝融盐电解法:此方法利用冰晶石作为溶剂,氧化铝作为溶质,在950℃-970℃的高温下进行电解。
2.电解槽:现代铝电解技术采用大型预焙阳极电解槽,具有高电流效率、高能量利用率、低污染等特点。
3.碳素体阳极:阳极是电解槽的主要组成部分,通常由碳素体构成。
碳素体的质量对电解过程和最终产品的质量都有重要影响。
4.先进的控制系统:现代铝电解技术采用先进的控制系统,如自动化配料系统、智能模糊控制技术等,以提高生产效率和产品质量。
5.环保要求:随着环保意识的提高,现代铝电解技术也越来越注重环保,如废气处理、余热回收等,以降低对环境的影响。
总体而言,现代铝电解技术是一项高效、节能、环保的生产技术,通过不断的技术创新和改进,提高了生产效率和产品质量,满足了社会对铝的需求。
铝电解知识手册【工业技术】第一章:铝电解生产概述1、通常金属元素分为哪两大类,铝属于其中的哪一类?答:通常金属元素分为黑色和有色两大类。
除了铁、锰、铬属黑色金属外,其余均为有色金属,铝属于有色金属之类。
2、有色金属按其某些特性又可分为哪几类?答:有色金属按其某些特性又可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等。
铝是有色轻金属类的一种轻金属。
3、铝有哪些性质和用途?答:性质:铝是一种轻金属,具有银白色的金属光泽,在工业上被称誉为万能金属。
铝的比重为2.7/cm3,熔点为660℃。
铝具有良好的导电性、导热性和防腐蚀性,同时还具有良好的延展性、可塑性,而铝合金又具有很高的机械强度。
用途:由于铝比重轻,铝及其合金强度高,因此铝可用做轻型结构材料和建筑工业材料,如飞机、轮船、型材等,还可制作电气材料,热器材料以及耐腐蚀材料,食品包装材料等。
4、炼铝的历史可划分为哪两个阶段?答:化学法炼铝和电解法炼铝两个阶段。
5、什么是电解法炼铝?答:电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法,它是以冰晶石作为溶剂,氧化铝为熔质,强大的直流电通入电解槽内,在阴极和阳极上起电化学反应。
电解产物,阴极上是铝液,阳极上是CO和CO气体(炭素作阳极),这种方法就是2电解法炼铝。
6、铝电解用的原材料都是有哪些?答:铝电解用的原材料大致分三类:原料——氧化铝;熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等);阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。
7、铝电解通入直流电的目的是什么?答;向电解槽内通入直流电,一方面是利用它的热能将冰晶石熔化呈熔融状态,并保持一定的电解温度;另一方面主要的也是要在两极实现电化学反应,也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出,从而得到铝,氧离子则在阳极上放电与炭生成CO2、CO的混合气体。
8、氧化铝原料中的杂质对生产有什么危害?答:铝屯解生产对氧化铝的纯度要求比较高,一般工业氧化铝,纯度为98%以上,通常含有少量二氧化硅,三氧化二铁,氧化钠,氧化钙,和水分等。
3.11 铝电解的电压平衡在系列电流基本恒定的情况下,电解槽的电压高低直接决定着电解槽的能量收入,因而也就直接影响到电解槽的能量平衡。
改变电解槽的电压的最主要手段是调节电解槽的极距来改变电解质的电压降。
可见,维持电解槽的“电流通道”中各个部分的电压降有一个合理的、稳定的分布(即维持一个理想的电压平衡)既对维持电解槽的能量平衡有重要意义,又对维持合适的极距有决定性的作用。
3.11.1 电压平衡的相关概念与计算方法(1)槽工作电压与槽平均电压的定义关于电解槽的电压,有两个重要的定义,一个称为槽工作电压(简称槽电压);另一个称为槽平均电压。
槽电压是指电解槽的进电端与出电端之间的电压降(注:对于相邻的电解槽,上台槽的进电端就是下台槽的出电端)。
平均电压一般指日平均电压,它是在槽电压的日平均值的基础上再增加两项:一是槽外母线(主要是从整流车间到电解车间的连接母线,和穿越电解车间过道的连接母线)上的电压降(日平均值);二是阳极效应的分摊电压(日分摊),这种关系可用下式表达:V平=∆V槽+ ∆V外母+ ∆V效(3-30)其中:V平代表平均电压;∆V槽代表槽电压(日平均值);∆V外母代表外母线电压降(日平均值);∆V 效代表阳极效应分摊电压,它由下式计算:∆V效=k(V效应-V槽)τ效应/(24⨯60)(3-31)其中,V效应为当日内效应发生时段内的平均效应电压;V槽依然代表槽电压(日平均值);τ效应代表当日所发生的阳极效应的总持续时间(分钟);k代表阳极效应系数。
需指出,生产中在制作日报时,一般不考虑阳极效应系数,即取消上式中的系数k,这意味着当日发生的阳极效应所增加的电压全部分摊在当日,若当日无阳极效应,则当日无效应分摊电压为零。
但在进行电压平衡测试时,一般要考虑阳极效应系数,并且采用较长的时段(如一个月)来计算效应分摊电压。
槽电压一般分为四个组成部分:极间电压降(∆V效极间),阳极电压降(∆V阳)、阴极电压降(∆V阴)及槽母线电压降(∆V槽母),即:∆V槽=∆V极间+∆V阳+ ∆V阴+∆V外母(3-32 )(2)极间电压降极间电压降(∆V极间)又可分为反电动势(E反)和电解质电压降(∆V质)两个组成部分,E反提供电解反应(电化学反应)所需的能量,它又可划分为理论分解电压和过电压两大部分。
400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法一、前言随着铝产业的发展,400KA预焙阳极电解槽得到了广泛应用。
其中,铝母线在400KA预焙阳极电解槽的施工工法中起着重要的作用。
本文将详细介绍400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法具有以下特点:1. 施工速度快:采用了高效的焊接机器和工艺,施工速度快,能够较快地完成对铝母线的焊接工作。
2.焊接质量高:采用了先进的焊接技术和工艺措施,确保焊接接头质量稳定可靠,符合相关标准要求。
3. 施工难度适中:工艺操作简单,施工难度适中,适合不同施工人员参与。
4. 施工成本较低:相对于传统的铆接工法,铝母线焊接工法成本较低,能够节省施工成本。
三、适应范围400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法适用于铝电解槽、铝企业等相关行业,特别适用于400KA预焙阳极电解槽生产线的铝母线焊接。
四、工艺原理400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法的工艺原理是采用焊接技术将两条或多条铝母线通过焊接接头连接在一起,形成完整的电流传导路径。
在焊接过程中,通过采取适当的焊接电流、焊接时间和焊接压力,确保焊接接头的质量。
此外,工法还应考虑焊接材料的选择、设备的调试、焊接接头的预制和焊接后的表面处理等方面的技术措施,以保证工法的稳定和可行性。
五、施工工艺400KA预焙阳极电解槽铝母线焊接施工工法包括以下施工阶段:1. 准备工作:对施工材料、焊接设备进行检查,准备所需材料和工具。
2. 焊接接头预制:根据设计要求和施工图纸,对焊接接头进行预制。
3. 清洁处理:对焊接接头和母线表面进行清洁处理,去除杂质。
4. 定位安装:根据焊接接头的位置,对母线进行定位和安装。
5. 焊接操作:调试焊接设备,根据焊接工艺参数进行焊接操作。
电解铝用新型炭素预焙阳极的性能阳极是电解铝工业生产的“心脏”,以往用石油焦炭为原料生产阳极,其原料成本约占电解铝生产成本的14%,是电解铝生产中成本的较高的关键组成部分。
电解铝的特点即阳极是消耗性的,阳极的基本设计形式从整体上可划分为:预焙阳极和自焙阳极。
但自焙阳极在使用过程中产生大量的有害气体,不利于实现机械化‘自动化,预备阳极电解槽取代自焙阳极电解槽已是世界电解铝工业的必然发展趋势。
电解铝的基本原理如下:以炭素为阳极,以石墨干锅为容器和阴极,以冰晶石熔体为电解质溶解.原料氧化铝,通过电解反应,在阴极沉淀生产金属铝。
铝电解工艺流程:现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。
熔融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质,以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950℃—970℃下,在电解槽内的两极上进行电化学反应,既电解。
阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体,其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。
为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理,除去有害气体和粉尘后排入大气。
阴极产物是铝液,铝液通过真空抬包从槽内抽出,送往铸造车间,在保温炉内经净化澄清后,浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。
通常的阳极反应写成C+2O2--4e=CO2铝电解工艺流程:现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。
熔融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质,以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950℃-970℃下,在电解槽内的两极上进行电化学反应,既电解。
化学反应主要通过这个方程进行:2Al2O3==4Al 3O2。
阳极:2O2ˉ-4eˉ=O2↑阴极:Al3 3eˉ=Al。
阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体,其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。
为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理,除去有害气体和粉尘后排入大气。
阴极产物是铝液,铝液通过真空抬包从槽内抽出,送往铸造车间,在保温炉内经净化澄清后,浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。
400kA预焙槽铝电解车间设计(DOC 66页)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 AluminumReduction PlantABSTRACTLarge-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 (3)§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 (4)§1.2 铝电解简史及发展现状 (5)§1.2.1 铝电解简史 (5)§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 (9)§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 (12)§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 (14)§1.5.3 母线装置 (15)§1.5.4 使用寿命 (15)第二章厂址选择与论证 (16)§2.1. 电力供应 (16)§2.2. 运输系统 (17)§2.3. 外围服务 (17)§2.4. 环境和土地 (18)第三章技术经济 (19)§3.1 主要技术经济指标的选择论证 (19)§3.2 综合经济技术指标的计算 (20)§3.3 主要经济技术指标的确定与列表 (22)第四章物料平衡 (26)§4.1 物料平衡的计算 (26)§4.2 物料平衡列表 (28)第五章电解槽结构的设计 (30)§5.1 概述 (30)§5.2 阳极结构 (31)§5.3 阴极结构 (32)§5.3.1 槽壳 (32)§5.3.2 内衬及保温绝热结构 (32)§5.4 母线结构 (33)§5.4.1. 阳极母线 (34)§5.4.2. 阴极母线 (36)§5.4.3 短路母线 (38)第六章电压平衡 (40)§6.1 实际分解电压 (40)§6.2 电解质电压 (40)§6.3 阳极电压降 (41)§6.3.1 阳极大母线电压降 (41)§6.3.2 阳极软母线电压降 (41)§6.3.3 阳极立柱母线电压降 (42)§6.4 阴极电压降 (43)§6.4.1 槽底电压降 (43)§6.4.2 阴极软母线电压降 (44)§6.4.3槽周阴极母线电压降 (44)§6.4.4 焊点压降 (44)§6.5 阳极效应分摊电压降 (44)§6.6 连接母线压降 (45)第七章能量平衡 (48)§7.1 计算方法与基础条件 (48)§7.2能量平衡计算 (49)§7.2.1热量输入计算 (49)§7.2.2 热量支出计算 (50)§7.3 能量平衡列表 (60)第八章劳动定员及成本核算 (63)§8.1 劳动定员 (63)§8.2 成本核算 (63)第九章环境保护和安全生产 (66)§9.1 环境与卫生 (66)§9.2 安全生产 (67)结论 (68)参考文献 (69)致谢 (70)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。
预焙式铝电解槽槽壳制作工法一、前言在电解铝生产中,预焙式铝电解槽槽壳是保证电解槽强度的重要部件。
其制作质量的好坏,将直接影响槽内筑体的寿命,对电解铝生产起到非常重要的作用。
近年来,随着电解铝项目的发展,在电解铝厂的建设中陆续采用了20 KVA系列到30KVA系列的大型铝电解槽,极大的推动了我国铝生产的能力。
我国在预焙式铝电解槽设计上主要有“沈阳铝镁设计院”和“贵阳铝镁设计院”两家。
在电解槽槽壳设计上现在都采用了船型结构,在长侧板上的翼板设计上,则采用“单翼板”、“双翼板”两种型式,各有其优点。
二、特点1.本工法使电解槽壳制作规范化。
2.本工法先进科学,有利于保证电解槽壳制作施工质量的稳定和提高三、施工工艺1.制作工艺流程2.槽壳短侧结构制作2.1为控制焊接变形、保证制作质量、槽壳短侧结构必须在组对胎具上进行组对焊接。
2.2短侧板结构利用半自动切割机进行下料或打坡口。
2.3短侧壁板及围带下料校平后,用卷板机按圆弧定位进行卷弧,并用样板检查,其间隙应不大于1mm,将短侧壁板与斜侧板相贯线切割掉,立放待用。
2.4将卷好的短侧壁板扣在胎具上,对好中心用卡具夹紧,划出各组对位置线,按沿板→斜侧板→丁字板→围带的顺序组对点固。
2.5焊接,焊接采用CO2气体保护焊和手工电弧焊相结合,焊接顺序为丁字板与沿板→丁字筋板与围带→丁字盘板、沿板与短侧壁板。
焊接时自中间向两边分段退焊,沿板与围板内角缝等焊工操作者看不见不易施焊时,可将短侧板结构连同胎具放倒,吊至1.4m高的工字钢支架上,焊接平角焊缝。
仍看不到的焊缝,由有经验的焊工进行焊接。
2.6焊接完后待冷至常温,方可从胎具上脱胎。
3.长侧板结构制作3.1长侧壁板与斜侧板按定尺板进料。
3.2长侧壁板、斜侧板及翼缘板等利用半自动切割机进行下料,并留出适当的收缩余量和作出中心线标记,翼缘板下料时可采用分段割开,等冷却后再将连点割开,以减小变形。
对不合要求的用压力机予以校正。
电解铝生产过程工艺流程说明现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。
熔融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质,以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950℃—970℃下,在电解槽内的两极上进行电化学反应,即电解。
阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体,其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。
为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理,除去有害气体和粉尘后排入大气。
阴极产物是铝液,铝液通过真空抬包从槽内抽出,送往铸造车间,在保温炉内经净化澄清后,浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。
铝电解生产可分为侧插阳极棒自焙槽、上插阳极棒自焙槽和预焙阳极槽三大类。
自焙槽生产电解铝技术有装备简单、建设周期短、投资少的特点,但却有烟气无法处理,污染环境严重,机械化困难,劳动强度大,不易大型化,单槽产量低等一些不易克服的缺点,目前已基本上被淘汰。
目前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽,槽的电流强度很大,不仅自动化程度高,能耗低,单槽产量高,而且满足了环保法规的要求。
我国已完成了180kA、280kA和320kA的现代化预焙槽的工业试验和产业化。
以节能增产和环保达标为中心的技术改进与改造,促进自焙槽生产技术向预焙槽转化,获得了巨大成功。
根据电解铝的生产工艺流程,电解铝的生产成本大致由下面几部分构成:(1)原材料:氧化铝、冰晶石、氟化铝、添加剂(氟化钙、氟化镁等)、阳极材料;(2)能源成本:电力(直流电和交流电)、燃料油;(3)人力成本:工资及其他管理费用;(4)其他费用:设备损耗及折旧、财务费用、运输费用、税收等。
电解铝就是通过电解得到的铝,现代金属铝的生产主要采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。
生产工艺流程如图1所示。
第1章铝电解工艺直流电通入电解槽,电解槽温度控制在940-960℃,熔融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质,以炭素体作为阳极,铝液做为阴极,使溶解于电解质中的氧化铝在槽内的阴、阳两极发生电化学反应。
电解铝生产基础知识培训一、电解铝发展慨况。
1886年,美国的霍尔和法国的埃鲁特发明冰晶石-氧化铝熔盐电解法,取代了化学法,1887年电解法投产。
电解铝发展经历了预焙阳极——自焙阳极——大型预焙阳极的发展历程。
我国在八十年代之前电解铝主要以自焙阳极电解槽为主,在八十年代后期开始发展大型预焙阳极电解槽,到2000年已基本淘汰了自焙阳极电解槽,以大型预焙阳极电解槽为主。
二、电解原理:AL2O3+C——AL+CO2三、创元铝业电解铝生产简介湖南创元铝业有限公司电解铝工程采用国内较为先进的240KA大型预焙阳极中间点式下料电解槽生产技术,其母线配置采用较为先进的大面四点进电,槽底补偿的方式,设计槽内垂直磁场3.961Gs ,铝液平均流速3.92cm/s;槽内衬采用国际国内较为领先的干式防渗料和上下复合氮碳化硅侧部碳块技术;工艺上采用四低一高即低分子比、低电解温度、低氧化铝浓度、低效应系数、高极距的新工艺;氧化铝输送采用国内成熟先进的浓相输送和超浓相输送相结合的方式;供电整流系统是国内先进的技术设备,多功能天车是国内成熟的厂家制造,性能稳定可靠;计算机控制系统采用的是国内较先进的智能模糊控制系统。
这些先进的技术和设备在创元的应用必将为创元铝业有限公司经营高效益奠定坚实的基础。
1、工艺流程示意图220KV 交流电 排入大气屋顶烟气 排入大气铝 液废渣场铝锭2、电解槽电解槽是炼铝的主要设备。
外壳是钢壳,内衬是耐火材料和炭素材料,直流电流是由阳极经过电解质后到达铝液、阴极。
预焙阳极电解槽结构如图2。
1) 主要工艺参数电流强度(kA): 240阳极电流密度(A/cm2):阳极组数(组): 16(双阳极组块)阳极炭块组尺寸(mm): 1550×660×550每块阳极钢爪数(个): 4每个钢爪直径(mm): 140每个钢爪电流密度(A/cm2) 12.18铝导杆截面:(mm) 200×170槽膛面积:(mm) 11700×3840槽膛深度:(mm) 550操作面尺寸(mm) 大面 280小面 390中缝 180阴极炭块尺寸(mm) 3320×515×450阴极炭块组数(组) 20阴极钢棒尺寸(长×宽×高): 4280×65×180每组阴极炭块的阴极钢棒数(根) 2阳极升降速度(mm/min): 100图2 预焙阳极电解槽结构1——槽罩 2——钢爪梁 3——阳极 4——电解质 5——槽壳 6——涂层 7——铝 8——阴极炭块 9——阴极棒 10——保温砖 11——排烟装置 12——氧化铝 13——导杆 14——夹板 15——螺栓 16——打壳和筒式下料器17——氧化铝 18——壳面19——边部砖 20——侧部炭氮化硅复合块 21——结壳 22——人造伸腿 23——密封圈 24——钢壳槽壳尺寸:内壁(长×宽×高)(mm) 11940×4080×1357外壁(长×宽)(mm) 12684×4938摇篮架组数:活动(组) 17固定(组) 2阳极母线规格(mm) 550×180阳极最大行程(mm): 4002)槽上部结构电解槽由阳极、阴极和槽罩三部分组成,其中:阳极结构,包括阳极、阳极母线、阳极传动机构及腹板支承梁等。
第二篇:铝电解生产的工程技术 1、现代预焙铝电解槽的基本结构 现代铝工业已基本淘汰了自焙阳极铝电解槽,并主要采用容量在160kA以上的大型预焙阳极铝电解槽(预焙槽)。因此本章主要以大型预焙槽为例来讨论电解槽的结构。 工业铝电解槽通常分为阴极结构、上部结构、母线结构和电气绝缘四大部分。各类槽工艺制度不同,各部分结构也有较大差异。图1、图2分别为一种预焙槽的断面示意图和三维结构模拟图;图3、图4为我国一种200kA中心点式下料预焙槽的照片与结构图(总图)。
图1 预焙铝电解槽断面示意图 铝液 阳极炭块
电解质液
下料器 阴极炭块 电解质结壳 耐火与 保温内衬 钢壳 阴极钢棒 集气罩 阳极导杆
氧化铝
覆盖料
图2 预焙铝电解槽三维结构模拟图 图4 我国一种200kA预焙铝电解槽结构图
1.混凝土支柱;2.绝缘块;3.工字钢;4.工字钢;5.槽壳;6.阴极窗口;7.阳极炭块组; 8.承重支架或门;9.承重桁架;10.排烟管;11.阳极大母线;12.阳极提升机构; 13.打壳下料装置;14.出铝打壳装置;15.阴极炭块组;16.阴极内衬
1.1 阴极结构 电解铝工业所言的阴极结构中的阴极,是指盛装电解熔体(包括熔融电解质与铝液)的容器,包括槽壳及其所包含的内衬砌体,而内衬砌体包括与熔体直接接触的底部炭素(阴极炭块为主体)与侧衬材料,阴极炭块中的导电棒、底部炭素以下的耐火材料与保温材料。 阴极的设计与建造的好坏对电解槽的技术经济指标(包括槽寿命)产生决定性的作用。因此,
图3 我国的一种200kA预焙铝电解槽(照片) 13
1 2 3 5 7 11 10
8
4 6 15
14 12
16 9 阴极设计与槽母线 结构设计一道被视为现代铝电解槽(尤其是大型预焙槽)计算机仿真设计中最重要、最关键的设计内容。众所周知,计算机仿真设计的主要任务是,通过对铝电解槽的主要物理场(包括电场、磁场、热场、熔体流动场、阴极应力场等)进行仿真计算,获得能使这些物理场分布达到最佳状态的阴极、阳极和槽母线设计方案,并确定相应的最佳工艺技术参数(详见本书第三篇 “铝电解槽的动态平衡及物理场”),而阴极的设计与构造涉及到上述的各种物理场,特别是它对电解槽的热场分布和槽膛内形具有决定性的作用,从而对铝电解槽热平衡特性具有决定性的作用。
1.1.1 槽壳结构 槽壳(即阴极钢壳)为内衬砌体外部的钢壳和加固结构,它不仅是盛装内衬砌体的容器,而且还起着支承电解槽重量,克服内衬材料在高温下产生热应力和化学应力迫使槽壳变形的作用,所以槽壳必须具有较大的刚度和强度。过去为节约钢材,采用过无底槽壳。随着对提高槽壳强度达成共识,发展到现在的有底槽。有底槽壳通常有两种主要的结构形式:自支撑式(又称为框式)和托架式(又称为摇篮式),其结构图分别见图5a,b。过去的中小容量电解槽通常使用框式槽壳结构,即钢壳外部的加固结构为一型钢制作的框,该种槽壳的缺点钢材用量大,变形程度大,未能很好地满足强度要求。大型预焙铝电解槽采用刚性极大的摇篮式槽壳。所谓摇篮式结构,就是用40a工字钢焊成若干组“╚╝”型的约束架,即摇篮架,紧紧地卡住槽体,最外侧的两组与槽体焊成一体,其余用螺栓与槽壳第二层围板连结成一体(结构示意图如图6所示)。
a b 图6 大型预焙铝电解槽槽壳结构图 a—纵向;b—横向
现代大型预焙槽槽壳设计利用先进的数学模型和计算机软件对槽壳的受力、强度、应力集中点、局部变形进行分析和相应的处理,使槽壳的变形很小并且还加强槽壳侧部的散热以利于形成槽膛。例如沈阳铝镁设计研究院设计的SY350 型350kA预焙槽的槽壳设计为:大摇篮架结构(摇篮架通长至槽沿板,采用较大的蓝架间隔);槽壳端部三层围板加垂直筋板;大面采用船形结构以减少垂直直
图5 铝电解槽的槽壳结构示意图 a—自支撑式(框式);b—托架式(摇篮式) 角的应力集中;大面采用单围带 (取消腰带钢板与其间的筋板)并在摇篮架之间的槽壳上焊有散热片以增大散热面积;摇篮架与槽体之间隔开,使摇篮架在300℃以下工作。 图7所示是大摇篮架船形槽壳部分图。有人认为,图7(b)所示的圆角型与图7(a)所示的三角型相比,圆角型船形结构槽壳受力更好,且更有效地降低槽两侧底部应力集中[1]。
a b 图7 大摇篮架船形槽壳部分图 a—三角型 b—圆角型
对槽寿命要求的提高体现在电解槽大修中就是对槽壳变形修复要求的提高。不仅要修理槽壳的外形尺寸,而且要定期对槽壳的结构进行更新,对产生了蠕变和钢材永久性变形的槽壳实施报废制度,更新整个槽壳。
1.1.2内衬结构 内衬是电解槽设计与建造中最受关注的部分。现在世界上铝电解槽内衬的基本构造可分为“整体捣固型”、“半整体捣固型”与“砌筑型”三大类: (1)整体捣固型:内衬的全部炭素体使用塑性炭糊就地捣固而成,其下部是用作保温与耐火材料的氧化铝,或者是耐火砖与保温砖。 (2)半整体捣固型:底部炭素体为阴极炭块砌筑,侧部用塑性炭糊就地捣固而成,下部保温与耐火材料与整体捣固型的类似。 (3)砌筑型:底部用炭块砌筑,侧部用炭块或碳化硅等材料制成的板块砌筑,下部为耐火砖与保温砖及其他耐火、保温和防渗材料。根据底部炭块及其周边间缝隙处理方式的不同,砌筑型又分为“捣固糊接缝”和“粘结”两种类型,前种类型是在底部炭块砌筑时相互之间及其与侧块之间留出缝隙,然后用糊料捣固;后种类型则不留缝隙,块间用炭胶糊粘结。 上述的整体捣固型与半整体捣固型被工业实践证明槽寿命不好,加之电解槽焙烧时排出大量焦油烟气和多环芳香族碳氢化合物,污染环境,因此已被淘汰。砌筑型被广泛应用。砌筑型中的粘结型降低了“间缝”这一薄弱环节,被国外一些铝厂证明能获得很高的槽寿命,但对设计和材质的要求高,因为电解槽在焙烧启动过程中,没有间缝中的炭素为炭块的膨胀提高缓冲(捣固糊在碳化过 程中会收缩),因此若设计不合理或者炭块的热膨胀与吸钠膨胀太大,便容易造成 严重的阴极变形或开裂。 内衬的基本类型确定后,具体的结构将按最佳物理场分布原则进行设计。当容量、材料性能以及工艺要求不同时,所设计出来的内衬结构便应该不同,但一旦阴极结构设计的大方案确定(例如选用 “捣固糊接缝的砌筑型”),则不论是小型还是大型槽,其内衬的基本结构方案可以是相似的,区别往往体现在具体的结构参数上,而对于同等槽型和容量的电解槽,结构参数上的区别往往由设计理念、物理场优化设计工具和筑槽材料性能上的差异所引起。 我国目前均采用捣固糊接缝的砌筑型。图8是我国大型预焙铝电解槽内衬基本结构方案的一个实例。内衬底部构成为: 底部首先铺一层65mm的硅酸钙绝热板(或先铺一层10mm厚的石棉板,再铺一层硅酸钙绝热板); 在绝热板上干砌两层65mm的保温砖(总厚度130mm),或者为加强保温而干砌三层65mm的保温砖(有种设计方案是在绝热板上铺一层5mm厚的耐火粉,用以保护绝热板,然后在其上干砌筑保温砖); 铺设一层厚130~195mm的干式防渗料(具体厚度视保温砖的层数而定,即两层保温砖对应195mm厚度,三层保温砖对应130mm厚度),或者在三层保温砖上用耐火粉找平后铺一层1mm厚钢板防渗漏,再其上用灰浆砌两层65mm的耐火砖; 在干式防渗料上(或耐火砖上)安装已组装好阴极钢棒的通长阴极炭块组; 阴极炭块之间有35mm宽的缝隙,用专制的中间缝糊扎固。 内衬侧部(底部干式防渗料或耐火砖以上的侧部)的构成及特点为: 对于与底部炭块端部对应的侧部,靠钢壁砌筑一道65mm的保温砖,或者布设10mm石棉板和40~60mm高温硅酸钙板;然后在该保温层与底部炭块之间浇注绝热耐火混凝土(高强浇注料);并留出轧制人造伸腿的空隙; 在浇注料上方砌筑一层耐火砖,再在该耐火砖上方砌筑一层123mm厚的侧部炭块(或氮化硅粘结的碳化硅砖),并使其背贴碳胶到钢壳壁上; 侧部炭块顶上用80mm宽、10mm厚的钢板紧贴住炭块顶部焊接在槽壳上,防止炭块上抬; 底部炭块与侧部砌体之间的周边缝用专制的周围糊扎成200mm高的人造坡形伸腿。 图8 大型预焙阳极铝电解槽槽内衬结构图(实例) 大型中间下料预焙槽从工艺上要求底部应有良好的保温,以利用炉底洁净;侧部应有较好的散热,以促成自然形成炉膛。侧部炭块下的浇注料(或耐火砖砌)做成阶梯形,以抑制伸腿过长。
1.1.3 筑炉的基本规范 下面,主要结合上述大型预焙槽的内衬结构实例(图8),介绍当前我国大型预焙槽筑炉的基本规范,主要包括工艺要求与材料指标两个部分。其中所列材料是当前我国电解槽内衬常用材料,而非最好、最先进的材料。关于筑炉材料中的炭素材料(阴极炭块、侧部碳块及重要糊料等)还将在本书第六篇“铝用炭素材料与技术”中详细讨论。 1.1.3.1 槽底砌筑 (1)槽底砌筑的工艺要求: a. 清理与放线:槽壳清理干净后,依据电解槽内衬施工图,进行基准放线作业。 b. 铺石棉板:槽底铺一层10mm石棉板,接缝小于2mm,石棉板间缝用氧化铝纷填平。 c. 铺绝热板(硅酸钙板): 绝热板的接缝小于2mm,所有缝间用氧化铝粉填满,绝热板与槽壳间隙填充耐火颗粒,粒度小于2mm;绝热板的加工采用锯切割;根据槽底变形情况允许局部加工绝热板,但加工厚度不大于10mm。 d. 砌筑(干砌)粘土质隔热耐火砖:隔热砖加工采用锯切割;砌筑时按画在槽壳上的砌体层高线逐层拉线控制;第一层隔热耐火砖在绝热板上进行作业,所有砌筑缝小于2mm,并用氧化铝粉填满,不准有空隙;隔热砖与侧部绝热板间填充耐火颗粒,粒度小于2mm,填实;第二层隔热耐火砖与第一层隔热砖应错缝砌筑,所有砖缝用氧化铝粉填满;第隔热砖与侧部绝热板间填充耐火颗粒,粒度小于2mm,填实。 e. 铺干式防渗料:将干式防渗料铺在耐火砖上,用样板挂平,铺一层薄膜,薄膜上铺纤维板,然后用平板振动机。要求分两层铺料、夯实达到设计要求的密实厚度,夯实完后按预先划好的基准线测量9点,要求水平误差不大于±2mm/m。高度误差不大于±1.5mm,局部超出标准可进行整理,并保证阴极炭块组安装尺寸。 (2)槽底砌筑用主要材料的指标