生产现场管理预焙槽铝电解车间设计本科毕业设计

提高大型预焙电解槽原铝质量生产实践闫太网【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P33-35)【作者】闫太网【作者单位】山西华圣铝业有限公司【正文语种】中文本文通过对电解原铝质量的分析，介绍了工业化熔盐电解法生产中影响原铝质量的因素，同时分别从原材料、电解工艺技术条件和过程管理及工序控制等多方面提出切实可行的提高原铝质量的措施。

铝具有质轻、良好的导电性和导热性、可加工性以及构成高强度、耐腐蚀性的合金等优良性能，铝是有色金属中应用最广泛的金属。

世界上除少量的铝以纯铝的形态应用以外，85%以上的铝是以合金的形态应用于交通、航空、汽车、建筑、包装材料、电力等行业。

铝合金的生产对原铝质量提出了很高的要求，原铝质量的好坏直接影响到下游铝合金产品的质量，对于电解铝企业，提高原铝质量显得尤为重要。

目前大型预焙铝电解槽由于采取导杆钢爪组，造成原铝中铁含量容易因阳极破裂钢爪熔化而上升，给电解铝生产造成困难。

因此提高原铝质量的生产实践有着积极重要的意义。

生产铝的方法有多种，就现代铝工业来讲，主要采取冰晶石-氧化铝熔盐电解法，其生产工艺流程如图1。

从原铝的生产工艺流程可以看出，影响原铝质量的因素从大的方面来讲，主要是原料氧化铝和阳极炭块以及电解生产工艺。

1 原铝中主要杂质通过对大量的电解原铝质量对比，笔者发现，电解槽中原铝杂质含量的变化主要是金属铁和硅，减少原铝中铁和硅的含量成为提高原铝质量的主题，从山西华圣铝业有限公司情况看，影响原铝质量的主要因素是铁含量。

2 华圣铝业原铝铁平衡情况原辅材料中含铁是铝液中铁的基础来源，也是判定工艺是否存在问题的基准数据。

电解槽中引入杂质铁的主要原料有氧化铝、氟化铝（含再生电解质）、电解质块（破碎覆盖料）。

按实际吨铝消耗进行分析计算，具体见表1。

从表1中可以看出：电解质块对铝液铁含量贡献率最大，占45.86%；其次为氧化铝的贡献率，占35.40%，炭阳极占18.32%。

2006年QC小组活动材料降低200kA电解铝预焙槽的吨铝直流电耗课题类型：现场型小组名称：汉江集团铝业公司电解铝分公司电解三车间QC小组发表人：王宇1.小组概况⑴小组名称：汉江集团铝业公司电解铝分公司电解三车间QC小组⑵课题名称：降低200kA电解铝预焙槽的吨铝直流电耗⑶成立时间：2005年1月⑷活动时间：2005年8月~2005年11月⑸小组成员：（见表1）表1 QC小组成员列表2.选题理由2.1选题意义⑴2005年7月，市场Al2O3价格攀升至4700元/吨，造成生产成本的进一步提高，同时铝锭单价却一直在16700元/吨徘徊；⑵电解三车间五万吨生产系统，系外购协议供电模式，电价为0.345元/度，使得五万吨相对于原铝业公司3+2系统生产成本又进一步提高；⑶目前，我公司Al2O3供应日趋紧张，整个十万吨系统随时会面临“断粮”的危险，公司于2005年9月对我车间40台电解槽进行停槽处理，这无形给我车间形成一种压力；⑷我车间自2005年初以来，电流效率持续下滑，吨铝电耗持续上升，槽工作情况逐渐呈恶化趋势，如不及时解决，可能会使槽技术条件严重破坏。

面对上述困境，电解三车间不得不在这次QC活动中寻求一条稳定生产，节能降耗，提产增效的途径，来为企业创造更多利润，实现更多价值。

2.2选定课题降低200kA电解铝预焙槽的吨铝直流电耗3.现状调查从图1可以看出，三车间一区在2005年5~7月，吨铝直流电耗明显上升，7月时吨铝直流电耗达到13509.12kWh/t-Al，比设计指标13397.00kWh/t-Al高出112.12kWh/t-Al。

图1 2005年5~7月一区吨铝直流电耗情况3.活动目标3.1目标确认吨铝直流电耗达到设计要求13397 kWh/t-Al（见图2）。

图2 目标柱状图3.2目标依据⑴五万吨吨铝电耗设计值为13397 kWh/t-Al，只要通过良好的技术条件摆布，严格的生产运营管理，完全可以达到目标要求；⑵一区直流电耗于04年12月~05年2月平均吨铝直流电耗达到13426 kWh/t-Al，非常接近设计目标；⑶五万吨系统设计先进，后期管理严格有效，为后面正常生产提供了良好的基础；4.原因分析经过小组讨论分析，认为造成一区吨铝直流电耗偏高的主要原因可能有以下几个方面（见图2）：图2 1区技术指标偏低的主要原因分析5.要因分析我们继续对上节中的末端要因进行鉴定，并排除了一部分影响因素，最终要因确认结果如表2所示：表2 要因确认表续表2 要因确认表6.对策计划针对上面的6个要因，QC小组制定相应的对策表如下（见表3）：表3 对策表7.对策实施7.1试验计划为了更好的了解两水平对生产技术各项指标的影响，同时避免试验失败时带来的过多的经济效益损失，QC小组经过商议决定从一区中抽出9个试验槽（701～709＃）分为3组分别进行对比研究。

300KA级大型预焙铝电解槽的设计分析300KA级大型预焙铝电解槽的设计分析1前言近年来，随着铝用途的推广、使用量的增加，电解铝工业迅猛发展，奔着节能降耗及节约投资的目的，目前国内两大轻金属设计研究院（贵阳院和沈阳院）相继推出了280KA、300KA、320KA、350KA 等单系列、高产能的大型预焙铝电解槽。

综观国内各大铝厂，新上项目以300KA的槽型居多，该型槽通过近三年的运行，经生产单位与设计单位的共同探讨，300KA预焙电解槽的槽型趋于成熟。

下面对沈阳院的两种300KA预焙电解槽和贵阳院的一种320KA预焙电解槽的设计构造作一对比分析。

2三种槽型设计现状2.1河南豫港龙泉铝业有限公司第一个系列二十万吨300KA预焙电解槽是沈阳院推出的第一代300KA槽型。

其特点是双面二十组阳极,五点进电、四点下料，电解槽侧部采用75mm厚的氮化硅结合碳化硅新型侧部砖块；阴极钢棒与阴极母线的连接采用钢铝爆炸复合块焊接；阳极导杆截面为200×180，阳极炭块为550×660×1550，其设计参数如表一：表一河南豫港龙泉铝业有限公司一系列300KA预焙电解槽设计参数名称单位数值电流强度 KA 300 阳极尺寸mm 550×1330×1550 阳极断面cm2 20×155×132=409200 阳极电流密度 A/cm2 0.733 槽膛平面尺寸mm 3880×14500 大面加工距离 mm 300 小面加工距离mm 420 槽膛深 mm 500 阳极升降速度 mm/min 75 阳极升降行程mm 400 升降电机功率KW 7.5 打壳间隔时间s 72 每次下料量kg 2×1.82.2河南豫港龙泉铝业有限公司第二个系列二十万吨300KA预焙阳极电解槽是沈阳院的第一代300KA预焙槽的改进型，依据第一代槽的运行状况，本系列做了如下改进：首先，下料系统由原常规设计的四点下料变为六点下料；其次，电解槽长侧板外焊接加强散热片；第三，电解槽侧部氮化硅结合碳化硅砖块厚度由75mm加厚为90mm；第四，人造伸腿加高；第五，槽膛加深；第六，超浓相输送管电解槽上未端部位增设排气装置；第七，阴极钢棒与阴极母线的连接采用铜铝复合片压接。

一座年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计7摘要7前言8第一章市场分析91.1铝的性质91.2铝的发现简史91.3我国铝工业发展近况101.3.1 铝业背景101.3.2 制约瓶颈101.3.3 发展前景111.3.4 中国铝型材行业的简况111.4国际铝工业发展状况161.5对中国铝工业发展前景的认识17第二章厂址选择与论证212.1铝厂厂址选择区域简况212.1.1 地理优势212.1.2地形地貌222.1.3区位优势222.1.4 水文地址222.1.5 气候条件232.1.6 政策优势232.2.1资源优势242.2.2 水能电力资源25第三章技术经济指标253.1电解技术方案的选择与论证253.2主要技术经济指标的选择与论证263.2.1电流效率273.2.2电解质温度283.2.3 极距283.2.4电解质成分293.2.5电解质水平和铝水平303.2.6阳极效应系数313.2.7 阳极电流密度323.2.8 槽工作电压333.2.9 铝电解生产中的主要技术经济指标的确定33第四章电解槽结构设计与计算35 4.1概述354.2上部结构364.2.1 打壳下料装置364.2.2．阳极升降装置374.2.3 桁架与门式支架384.2.4 槽密闭排烟系统394.2.5 阳极结构394.3阴极结构414.3.1 槽壳414.3.2 内衬以及保温绝热结构424.3.3 电解槽基础444.4母线配置电压衡算454.4.1 母线结构及配置454.5能量和物料平衡核算及电压衡算494.5.1 物料平衡494.5.2 电压平衡514.5.3 能量平衡574.6电解槽选型、台数、产量以及结构计算684.6.1 电解槽寿命论证684.6.2 电解槽单槽日产量和年产量684.6.3 电解槽数量684.6.4 系列原始产量694.6.5 电解槽结构计算694.7辅助设备选择计算70第五章铝电解槽的预热与启动75 5.1预热方法概述755.2铝电解槽的启动765.2.1 铝电解启动条件775.2.2 干法启动775.2.3 湿法无效应启动785.2.4 湿法效应启动785.2.5 效应启动与无效应启动的对比785.3预焙槽启动初、后期的经管795.3.1 电解质水平和铝水平的经管795.3.2 槽电压和效应系数的经管805.3.3 电解质分子比的经管80第六章铝电解槽正常生产经管81 6.1电解车间的生产经管816．2电解车间工艺技术条件经管856.2.1 槽电压经管856.2.2 铝水平及出铝经管866.2.3 极上保温料的经管876.2.4 效应经管886.2.5 效应间隔经管906.2.6 原铝质量经管90第七章烟气净化及原料输送93 7.1铝电解烟气中的有害物质937.2铝电解烟气净化方法947.3烟气干法净化工艺设备配置947.3.1 烟气捕集部分957.3.2 新鲜氧化铝供给部分967.3.3 载氟氧化铝回收部分967.4原料输送及电解槽供配料967.4.1 原料输送967.4.2 电解槽供配料97第八章技术经济评价及成本核算101 8.1企业工作制度1018.2劳动定员、工资及劳动生产率1018.2.1劳动定员1018.2.2工资1028.2.3劳动生产率1028.2.4人员培训1038.3投资估算1038.4生产成本1048.4.1主要原材料、动力燃料价格确定1048.4.2单位产品制造成本和总成本费用1058.5销售收入、税金和利润1088.5.1 销售收入1088.5.2税金1088.6工程综合评价1098.6.1贷款偿还期1098.6.2投资回收期1108.6.3盈亏平衡点（REP）分析111第九章冶金环境保护112 9.1环境保护的重要性1129.2铝电解厂烟气中的污染物及其危害112 9.3铝电解的环境保护114结论118谢辞119参考文献120一座年产16万吨铝锭的铝电解车间毕业设计昆明理工大学冶金工程2004级高艳军摘要本设计是毕业设计，依据毕业任务书进行了一年产16万吨铝锭的铝电解车间的设计。

摘要本设计为年产15万吨铝锭280kA预焙阳极铝电解车间。

本设计采用双阳极技术,可大大减少换极时间,从而减轻工人的劳动，在生产实践上有很大意义；采用了中间点式下料方式，配备有自动打壳下料装置，使用电解槽计算机模糊控制技术，可实现生产操作的自动化。

在槽内衬铺设方面，突出槽底保温，使用防渗料代替耐火砖，有利于电解槽在运行期间保持槽底的洁净，并可有效防止电解槽早期破损。

在母线配置上，采用大面五点进电方式；合理配置母线，这样可以有效地平衡磁场，以获得更为平坦的铝液表面形状，减少铝液波动。

因而电流分布更加均匀，电流效率明显提高，电耗降低。

并针对目前国内外大型电解槽的生产技术进行了分析，说明了选择大型预焙电解槽的优缺点；其次，对电解槽的烟气污染物和烟气净化进行了阐述，对电解槽的阴阳极结构进行了分析和计算，得出了280kA电解槽的物料和能量平衡数据，并以此为依据设计了电解车间，最后在辅助篇里介绍了电解槽的直流电源取得，下料装置的研究，以及电解槽的焙烧和启动方法。

关键词：电解铝；电解槽；烟气净化；焙烧；五点进电。

AbstractThe design of the initial annual output of 150,000 tons of aluminum ingots introduced 280 kA prebaked aluminum design workshop,This design uses a dual anode technology, can significantly reduce the time for most, so as to reduce the labor of workers in the production of great significance in practice; use the middle point blanking mode, equipped with an automatic feeding device under the shell hit, use the electrolyzerComputer fuzzy control technology, automation of production ying in the tank lining, the prominent bottom insulation, use of impermeable material instead of brick, help to maintain during operation electrolyzer bottom clean, and can effectively prevent the early damage electrolyzer.In the bus configuration, using the 5 points into the electric mode; reasonable allocation of bus, so you can effectively balance the magnetic field to obtain a more smooth surface shape of molten aluminum, molten aluminum to reduce volatility.Therefore more uniform current distribution, current efficiency increases with lower power consumption. and a large needle electrolyzer at home and abroad to carry out an analysis of production techniques to illustrate the selection of large-scale advantages and disadvantages of pre-baked cell; Secondly, electrobath the flue gas pollutants and flue gas purification are described, the cathode and anode of the cell structure is analyzed and calculated a 280kA cell materials and energy balance data and the basis for the design of the electrolysis plant the final chapter in the auxiliary cell, introduced in the DC power to acquire, cutting devices, as well as the electrolyzer and the start of the roasting method.Key words: Aluminum；Electrolyzer ；Flue gas purification ；Roasting ；the current in five points目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................................. I I 1 绪论. (1)1.1铝电解简史 (1)1.2国内外铝工业现状与发展 (2)1.2.1 铝电解工业现状 (2)1.2.2 电解铝工业的发展趋势 (3)1.3铝电解工业发展现状及发展趋势 (5)1.4现代铝电解槽趋势 (6)1.5厂址选择及论证 (7)1.5.1 厂址选择的重要性 (7)1.5.2 厂址选择时应论证的问题 (8)2 铝电解槽工艺 (10)2.1铝电解的基本原理 (10)2.2电解铝的生产原料 (11)2.3主要经济技术指标的选择论证 (13)2.4槽型选择论证 (14)2.4.1电解槽容量的选择及论证 (14)2.4.2 当前世界280kA电解槽的比较 (15)2.4.3生产技术条件 (17)2.4.4技术经济指标 (20)3 烟气净化与回收利用 (22)3.1铝电解槽的污染物及其生产 (22)3.1.1氯化物 (22)3.1.2 硫化物 (23)3.1.3粉尘 (23)3.2烟气收集 (23)4 铝电解槽结构常数的计算 (26)4.1阳极各部件尺寸说明 (26)4.1.1阳极结构尺寸 (26)4.1.2阳极气体对二次反应的影响 (26)4.1.3 预焙阳极炭块 (26)4.1.4槽膛深度 (26)4.1.5 阳极到槽帮的距离 (26)4.2铝电解槽结构计算 (27)4.2.1阳极炭块单块尺寸选择与计算 (27)4.2.2电解槽内各部分尺寸的确定 (27)4.3阴极结构 (29)4.4保温层结构 (29)4.4.1 槽底砌筑方式及材料的选择论证 (29)4.4.2 槽侧部砌筑方式及材质的选择论证 (30)4.5电解槽母线的设置与参数设置 (30)4.5.1 母线的选择与配置方案 (30)4.5.2铝母线基础经济电流密度的确定 (31)4.5.3 各种母线参数的确定与计算 (31)4.6铝电解槽槽电压分配计算与分析 (33)4.6.1 极化电动势 (33)4.6.2电解质电压降 (34)4.6.3阳极电压降的计算 (34)4.6.4 阳极其他部分电压降 (36)4.6.5阴极电压降 (37)4.6.6母线电压降的计算 (38)4.6.7其它部位电压的计算 (39)4.7物料平衡的计算（以1H为基准） (40)4.7.1电耗率的计算 (40)4.7.2电流密度的计算 (40)4.7.3铝电解生产耗用大量的原材料－氧化铝、炭阳极和氟盐等的计算 (40)4.8铝电解槽的能量平衡的计算 (41)4.8.1能量平衡计算的温度基础与体系 (42)4.8.2电解槽的能量平衡计算式 (42)5 辅助篇 (49)5.1直流电源的取得 (49)铝电解槽的负荷性质 (49)5.2车间厂房布置及主要辅助设备的选择 (49)5.3铝电解生产的机械化及计算机控制 (50)5.4阳极提升机构 (51)5.5打壳下料装置 (51)5.6铝电解槽的计算机控制 (52)5.7电解槽的焙烧与启动 (53)5.7.1 焙烧方式 (53)5.7.2 电解槽的启动 (54)5.7.3 电解槽启动后期管理 (55)5.8氧化铝浓度控制铝电解的正常生产及技术条件 (56)5.9铝电解槽的常规作业 (56)参考文献 (58)致谢 (59)附录1 外文原文 (60)附录2 外文翻译 (64)1 绪论1.1 铝电解简史[1]铝是一种化学元素。

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 (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。

施工方案一、编制依据1、商电铝业集团公司设计室设计的200KA预焙电解槽施工图。

2、该工程需执行的国家现行规范、标准、规程及相关法律法规。

3、八冶公司《管理手册》、《程序文件》、《作业指导书》、《工艺标准》及环境、职业健康安全管理体系文件等企业标准。

4、我公司现有的人力、物力、财力及机械设备装备情况。

二、工程概况1、本工程为青海中亚铝业有限公司电解铝项目一期工程，电解1、2车间共92台电解槽（槽壳内壁长10850mm、内壁宽4050mm、内壁高1410mm）、上部结构制作安装工程。

槽壳的总体组装在制作现场完成，槽壳与摇篮架连接。

上部结构的组装在车间内进行，安装是在槽壳及筑炉完成后进行。

2、槽壳及上部结构部件采取工厂化流水线制作，零部件采用批量化生产，主要部件制作在胎具、胎架、组装平台上完成，保证零部件的精度和质量。

3、焊接主要采用CO2气体保护和埋弧自动焊。

三、电解槽制作、安装工程主要分部分项工程施工方案（一）、摇篮槽壳及上部结构制作方案200KA预焙阳极铝电解槽是整个电解车间最重要、最关键的部分，其钢结构部分大致可分为摇篮架、槽壳及上部结构三大部分。

摇篮槽壳为长方体船形结构，主要由四组底梁、15组摇篮架及槽壳三大部分组成；上部结构是电解槽的承力部分，主要由立柱、大梁、支撑梁、水平罩板、立柱底座、集气烟道及其它附属加料装置等组成。

1、摇篮槽壳制作安装(1)、主要材料的管理A、钢材的使用与保管a、钢材的使用要求所有钢材的品种、规格、型号必须符合设计图纸要求，性能和质量符合其相应的国家标准，且附有质量证明书或出厂合格证，严禁使用不合格的或未经检验合格的钢材，同时对有定尺要求的钢材应专料专用。

b、钢材的检验电解槽壳及上部结构制作所使用的钢材为Q235钢，要求所有钢材进厂前，首先应进行外观检验，钢材表面不得有裂纹、夹层、缩孔、气泡、重皮、夹渣和划伤现象。

c、钢材的保管各种材料应按规格和用途分类堆放，为防止变形及泥污锈蚀，板材和型材存放应离地垫平，并对所有进厂的钢材依要求进行标识，以防误用、混用。