目录
第一章概述 (2)
1.2铝电解工业的发展趋势 (3)
2.1铝电解生产工艺流程 (4)
2.2 生产原料 (6)
2.2.1 原料 (6)
2.2.2 辅料 (7)
3.1 技术条件 (7)
3.1.1 电流强度 (7)
3.1.2 电流密度 (8)
3.1.3 解质水平与铝水平 (8)
3.1.4极距 (8)
3.1.5电解质分子比 (8)
3.1.6电解温度 (8)
3.1.7效应系数 (8)
3.2技术经济指标 (9)
3.2.1电流效率 (9)
3.2.2槽电压 (9)
3.2.3原铝直流电耗 (9)
3.2.4炭耗 (9)
3.2.5氟化盐消耗 (9)
4.1 铝电解槽电压的平衡计算 (11)
4.2 物料平衡计算 (13)
4.3 能量平衡 (14)
4.3.1 电能收入 (15)
4.3.2能量支出： (15)
4.4电解槽选型及台数的计算以产量的衡算 (16)
第五章设备选择 (17)
5．1 主要设备的设计 (17)
5．1.1电解槽设计参数的选择 (17)
5.1.2铝电解槽结构图 (18)
5.2 辅助设备选择 (18)
5.2.1 多功能机组 (18)
5.2.2 母线提升机： (20)
5.2.3 出铝抬包 (20)
5.2.4 槽控机 (21)
5.2.5 混合炉容量仪台数： (21)
5.2.6 铝锭铸造机台数 (22)
第一章概述
1.1 铝电解工业现状
目前, 电解铝工业仍以改善和提高霍尔-埃鲁法电解槽技术水平为主, 着力于节能减排, 降低能耗、物耗和原铝成本, 在从源头上就减少气固废物料污染的同时, 加强废物料废铝的无害化和资源化处理, 实现资源再生和循环利用, 进一步提高产品质量和扩大产品种类。
现代化预焙电解槽的电流强度继续向超大型化发展。继法国AP18和AP30型电解槽技术后, AP50技术已问世。最近, 俄罗斯铝业启动了电流强度为400 KA的RA400槽型电解槽系列两条。该系列是在原300 KA电解槽技术基础上开发的第二代超大型电解槽, 该槽日产量3 t, 电流效率94%, 电耗13800 kW·h/t, 减少33%污染物。目前正在开发450~500 KA电解槽, 预计将开展RA500电解槽试验。600~740 KA超大容量电解槽也在开发研究中。
国外大容量(300 KA以上)电解槽阳极电流密度为0.8 A/cm2以上, 主要经济技术指标: 电流效率93%~95%, 直流电耗13000~13500 kW·h/t(Al); 最先进的技术指标电流效率可达96%, 电耗略低于13000 kW·h/t(Al)。表1-2为彼斯涅AP30—AP50电解槽发展过程中的主要设计参数和技术经济指标。
法国彼斯涅AP系列电解技术被公认为代表当今国际领先水平。从AP电解系列技术中不难看出其具有如下几个特点:
(1)阳极电流密度较高, 可达0.8 A/cm2以上, 单位阴极面积产能大。
(2)槽电压和电解稳定性均较高, 电解质过热度都较低, 不超过10℃, 槽膛内形中炉帮和伸腿的固相结壳厚度稳定合理, 因此电流效率高, 可达95%~96%, 电耗可低到13000 kW·h/t(Al), 槽寿命达2000天。
(3)分子比、氧化铝和阳极效应系数低, 说明其设计操作和控制技术水平高。
国外铝电解的数学模型、传感器、控制和新材料等功能化技术水平较高。采用的物理场数学模型精确有效, 电解槽结构设计质量高, 槽电解运行稳定性好, 电流效率可达95%~96%。应用了半连续传感器实时在线检测控制温度、过热度、分子比、熔体高度和氧化铝浓度。
控制水平先进, 控制效应系数向零目标发展。在高电流密度、高槽电压、高电解温度条件下, 通过槽电压、分子比和过热度的软件程序控制技术, 实现电解槽的能量平衡、物料平衡和液固相平衡, 即过热度和炉帮伸腿构成的固相电解质槽膛内型稳定合理。这样不仅电流效率高、炭耗低, 而且电解槽寿命长。
表1-2 彼斯涅AP30—AP50电解槽发展过程中的主要设计参数和技术经济指
标表
开发应用抗熔体渗透的槽衬耐火材料、热电偶套管、优质炭素阴阳极、
可湿润阴极和惰性阳极等新型材料。
优化电解质组成, 降低电解质电压降和提高电流效率。
对铝电解产生的废渣、废槽衬等废物料实行有价成分再生回收并循环利用, 或对其做无害化处理, 减轻铝电解工业废物对环境污染。美国铝电解工业总排氟量达到0.7 kg/t(Al)水平。
为了大幅度提高电解法能量效率和减少二氧化碳排放量, 国外开展力求降低阴阳极之间电压降的工业试验, 采用炭阳极开沟槽、 TiB2可湿润阴极、惰性阳极、导流式或双极多室式新型结构电解槽等新工艺新技术新材料新设备。
对于可望替代现有霍尔-埃鲁特电解法的一些炼铝新工艺方法, 如炭热还原法、氯化铝双极多室电解法等长远课题还在继续进行研究。
1.2铝电解工业的发展趋势
（1）世界铝工业的组织结构日趋规模化、集团化、国际化
目前世界上新建铝企业的规模都比较大。西方新建或改造电解铝的起步规模平均在25-50万吨之间。如加拿大铝业公司投资19亿美元正在建设的阿尔玛（Alma）铝厂，年产能40万吨；2001年6月，由比利顿（Billiton）矿业公司控股的莫桑比克铝冶炼公司，投资10亿美元建设与一期相同的原铝能力25.3万吨；法国普基铝业公司计划在委内瑞拉建设一个年产能达46万吨的电解铝厂；几内亚拟在未来4-5年内投资25亿美元新建一个年产能达30 万吨的电解铝厂及相关项目。年产50万吨电解铝的海湾巴林铝厂拟扩产到70万吨规模。扩大产能的目的是节约成本，提高劳动生产率，加强竞争力。
（2）铝电解槽日趋大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越来越高
冰晶石-氧化铝电解法发明110多年来，电解槽设计逐渐合理，容量大幅度增加，其
