1、l l l l绪 论 了解大型槽，认识大型槽l 大型中心下料预焙槽的技术特点及管理思路l第一章 铝电解的基本理论 l第二章 铝电解生产概况l第三章 铝电解槽的构造l第四章 铝电解槽的预热焙烧与启动l第五章 铝电解槽非正常期生产管理 l第六章 铝电解槽主要操作l第七章 电解常规测量作业l第八章 铝电解槽正常生产管理l第九章 电解槽病槽及常见事故处理l第十章 铝电解槽破损与维护l第十一章 铝电解生产的计算机控制l第十二章 电解生产的电流效率l第十三章 电解生产的电能消耗与能量平衡l第十四章 主要技术经济指标核算l第十五章 铝电解生产管理 l第十六章 铸造l第十七章 铝电解干法净化及原料输送l一、系
2、列电流大一、系列电流大 80kA 80160kA 200350kAl 1、输入热量多 Q=k I2Rtl 小槽怕冷，大槽怕热小槽怕冷，大槽怕热l 避免热震荡，减小热冲击避免热震荡，减小热冲击l 有关试验结论：有关试验结论：300KA槽较长时间输入能量减少槽较长时间输入能量减少16%，通过提高，通过提高极距，减少电流，保持内部产生热量变化不大，从而极距，减少电流，保持内部产生热量变化不大，从而对热平衡影响不大。对热平衡影响不大。强化散热意识 （结构设计 新材料应用 热场计算合理 重视铝水平管理）l 2、磁场力大 F=BIL l 减小影响(保持规整槽膛 减少水平电流 较高铝水平惯量 m.v）l二、
3、采用中心（中间）下料工艺采用中心（中间）下料工艺l 1、下料点少而集中 （4-6个点 一线排列）l 提高AO的溶解性、保持槽底清洁 （沙状AO、质水平适当高、高流速区选下料点、勤加工，少下料、低AO浓度、定期清理积料、调整加料）l 2、边部不加工 （侧部热、炉帮易空）l 保持完好炉帮（加强侧部散热 适当加工边部）l三、阳极使用多块预焙炭块（三、阳极使用多块预焙炭块（24 28 40 20*2)l 1、阳极周期性更换 （底部不平 电流不匀）科学安排换极表 提高换极精度 保持较高的质水平 2、散热面增大（壳面增大2530%阳极高矮不等）重视壳面保温 1cm=6090mv 1318cml四、使用计算
4、机控制技术四、使用计算机控制技术l 1、槽况的信息步入数据化 报表利用l 2、依赖合理技术条件的搭配，注重槽膛规整l 3、利用槽参数及(能量，物料）代用特征值代用特征值判断槽况 如：（VAE AE AEWVV MTVV ）lX日对策管理处置量表、状态图、分析（图）表、指令表l五、载氟氧化铝为主供原料五、载氟氧化铝为主供原料 （活性 杂质 流动性 输送方式 容积变化）l1.1铝的性质与用途铝的性质与用途l1、自然界的铝、自然界的铝 l 铝是自然界分布极广，含量极丰富的金属元素（250多种矿物）l 活泼、无元素态 （7.35%第三位 占金属的三分之一，氧 49.1%；硅 26.3%；四八位 是 F
5、e Ca Na K Mg 总占 98.04%其余86种为1.96%）l l 物质状态七态 （气、液、固、等离子、超固、反物质、辐射场）l轻有色金属铝轻有色金属铝l 109元素 非金属18 金属91种l 金属 非金属 O2 Cl2 F B Sl l 黑色金属 Fe Mn Crl 有色金属 轻金属 Al Mgl 重金属 Cu Pb Znl 稀有金属 Ta钽 La镧 Nb铌 Zr锆l 贵金属 Au Ag Ptl 半金属 Si Se硒 Te碲l2、关于铝、关于铝l 第三周期3号主族元素(原子序号为13）,可离解3个电子3s2 3p1,原子量26.98 密度2.699（液态2.3）g/cm3，熔点659
6、 沸点2467 硬度为3 导电系数3637 10-41 cm-1(为银的36.1），导热系数2.08 J/cm.s.,液固收缩率6.6%线膨胀系数2.410-5/l3、主要性质与用途、主要性质与用途l 比重轻 是 Cu的三分之一 航空航天业l 导电性优良 为同重铜的2倍 电力 l 良好的防腐性 建材、包装业l l 良好的导热反光性 散热、反光材料l 延展性好、可机加性强 机械制造业l 非磁性能 精密仪器l 再生利用率好 为产量的1518%成本仅5%l 与氧有很大的亲和力，能夺取许多金属氧化物中的氧，将其还原成金属 脱氧剂l 易于其他金属组成各种成分的合金 汽车工业l1.2 铝电解基本理论知识铝
7、电解基本理论知识l1 1、炼铝业发展史、炼铝业发展史l化学法：化学法：182518251888 18251888 1825年丹麦年丹麦H.C.OerstedH.C.Oersted(厄尔施泰）用钾汞齐还原厄尔施泰）用钾汞齐还原(AlCl(AlCl3 3)法法K K、NaNa（NaClNaCl.AlCl.AlCl3 3)、Mg(1865 Mg(1865 冰晶石冰晶石）l电解法：电解法：18541854 18541854年德年德 本生（本生（Bunsen)Bunsen)法法 德维尔（德维尔（DevilleDeville）电解）电解氯化铝氯化钠络盐氯化铝氯化钠络盐 18831883年美布雷德利（年美布
8、雷德利（Bradley)Bradley)提出了氧化铝溶于熔提出了氧化铝溶于熔融冰晶石电解的方案融冰晶石电解的方案 18861886年美霍尔（年美霍尔（Hall)Hall)和法埃鲁特（和法埃鲁特（HeroultHeroult)同时申同时申请了冰晶石请了冰晶石-氧化铝熔盐电解专利氧化铝熔盐电解专利 H-HH-H法法l 18881888美匹兹堡两台美匹兹堡两台610610 400 400 510 1.7 510 1.71.8kA 16v 23kg/21.8kA 16v 23kg/2l 效率效率7979 年产年产8 88.5t 8.5t 电耗约电耗约30000kwh/t30000kwh/tl 法法18
9、89 1889 英英1890 1890 德德1898 1898 奥奥1899 1899 挪威挪威1906 1906 意意1907 1907 西班牙西班牙1927 1927 苏苏19311931 l18901890产量产量180t180t 1930-27wt 1930-27wt 1970-1025wt 1970-1025wt 2000-2400wt 2000-2400wt l中国中国 1936193619371937 1952 1952 1954 1954（60kA 2.5wt)60kA 2.5wt)1989(108wt 1989(108wt)l 1999-263(113)wt1999-263(
10、113)wt 01 01300300 03 03550550 04-667 04-667l 2、基础理论回顾基础理论回顾l 物质组成与变化（物理与化学）l 克原子、克分子、克当量、化学当量、摩尔l 电流强度、电流密度、电阻、欧姆定律、l 分解电压、过电压、极 化电压l 两类导体 直线方程l 溶液-溶质、溶剂、溶（熔）液、物相l铝土矿铝土矿 氢氧化铝氢氧化铝 氧化铝氧化铝 电电l解铝（原铝）解铝（原铝）铝锭铝锭拜尔法烧结、联合法 焙 烧 氧化铝冰晶石 直流电 高温铸 锭l3、电解质的性质电解质的性质l 初晶温度初晶温度=熔点 1008 过热度过热度10-15 工业电解质：冰晶石（2.32.4）+
11、氧化铝（14%）+氟化镁（45%）+氟化钙（34%）920-930 l 添加剂影响：氟化铝氟化铝 氟化钙氟化钙 氟化镁氟化镁 氟化锂氟化锂 氧化铝氧化铝l 1%降温 4-5 3-4 5-6 8-10 4-5 l 密密 度度:单位体积所含物质的质量 单位：g/cm3 l 900-1000 l d铝 =2.3g/cm3l d电解质=2.1g/cm3 相差约 10%l D冰晶石=3.0530.83210-3 t 1000 2.221）g/cm3l导电度导电度 物体导电能力的物理量。导电率、比电导 l纯冰晶石电导率2.8 0.02（工业电解质2.132.22）/cml 影响因素：l 温度温度 氧化铝氧
12、化铝 电解质含炭电解质含炭 添加剂添加剂 增增 增增 0.6%10%LiF 增增l 粘粘 度度 表示液体质点相对运动的阻力内摩擦力l 单位：pa.s(mpa.s)纯冰晶石粘度纯冰晶石粘度2.810-3 pa.s l 粘度过大粘度过大-流动性差、气体难排、电阻大流动性差、气体难排、电阻大l 粘度过小粘度过小-氧化铝易沉淀、铝易溶解氧化铝易沉淀、铝易溶解l 影响因素：影响因素：温度温度 成分成分 氧化铝含量氧化铝含量l 高高 CR 降降l表面性质表面性质 液体抵消表面收缩的能力 l 液-气间称表面张力 液-液间称界面张力l 液-固间称 湿润能力，用湿润角衡量l 液相组成、固体材料、气相组成、温度l
13、 90湿润不良 90湿润性好 l 阴极（湿润良好）、阳极与极化l挥发性挥发性 沸点以下液体分子逸出的程度（定温下蒸气压）l 在电解温度下电解质分子以气态逸出的现象为电解质的挥发性l 挥发性与沸点有关l 氟化铝 氟化钠 氟化镁 氧化铝l 1260 1700 2240 2980l添加剂的影响添加剂的影响*l 基本条件：基本条件：不参与电化学反应、改善性质、吸水不参与电化学反应、改善性质、吸水性挥发性小、价格低廉性挥发性小、价格低廉l 氟化铝：降分子比、降初晶温度、挥发大 l 氟化钙：矿化剂、降初晶温度、界面张力 l 氟化镁：加大炭界面张力、降初晶温度 l 氟化锂：降初晶温度（810 ）、增加导电度
14、l阳极反应阳极反应 副反应副反应l O2-2e=O 2 Al（溶）+3 CO2=Al2O3+3COl C+2O=CO2 CO2+C=2COl l阴极反应阴极反应l Al3+3e=Al Na+e=Nal 4Al（溶）+3C=Al4C3l总反应总反应l Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2l2.1 铝电解生产工艺流程铝电解生产工艺流程 现代铝工业生产普遍采用冰晶石一氧化铝融盐电冰晶石一氧化铝融盐电解法解法。电解铝生产。电解铝生产以碳素材料为阳极，铝液为阴极，电解质为溶解有氧化铝的熔融冰晶石，经整流的强大直流电（数百kA)由阳极导入电解槽,经过（930970的）电解质与铝液层，由阴极导出，Al
15、3+、O2-分别在两极上进行电化学反应,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(HF)，在阴极生成液体铝。铝液用真空抬包抽出到铸造车间净化后铸成成品铝锭。1、主原料、主原料氧化铝氧化铝 氧化铝俗称铝氧粉氧化铝俗称铝氧粉,分子式分子式Al2O3，它是一种白色粉，它是一种白色粉末状物料，熔点为末状物料，熔点为2050，沸点约为，沸点约为3000,真密度为真密度为3.5-3.6g/cm3，体积密度约为，体积密度约为lg/cm3。它的流动性很好。它的流动性很好,不不溶于水溶于水,能溶于冰晶石熔体；它是铝电解生产中的主要能溶于冰晶石熔体；它是铝电解生产中的主要原料，吨铝的理论消耗为
16、原料，吨铝的理论消耗为1889kg/t.Al，实际消耗为，实际消耗为1920-1940kg/t.Al。工业用氧化铝根据其晶体结构分为。工业用氧化铝根据其晶体结构分为两种同分异构体两种同分异构体：a-Al2O3、-Al2O3。铝电解对于氧铝电解对于氧化铝质量的要求主要是考核它的化学纯度和物理性能。化铝质量的要求主要是考核它的化学纯度和物理性能。Al2O3 +1.5C =2Al +1.5CO2l 102 54l x 1000l x=102 1000/54=1889(kg/t.Al)l 1889 0.987（10.30.25）1924.51）.化学纯度化学纯度 氧化铝质量首先是化学纯度要高，杂质含量
17、和水分要低。因为氧化铝中那些电位比铝离子更正电性的元素的氧化物,如SiO2(二氧化硅)，Fe2O3(氧化铁),在电解过程中会被铝还原,或者优先于铝离子在阴极析出。析出的硅、铁进入铝内,会降低铝的质量;而那些电位负于铝元素的氧化物,如Na2O、CaO会分解冰晶石,使电解质成分改变,分子比升高，并增加氟化盐消耗；氧化铝中的水分同样会分解冰晶石生成HF，造成氟化盐损失,并增加铝中的氢含量，逸出大量的氟化氢污染环境；P2O5，V2O5，TiO2等杂质，则降低电流效率。等级 牌号 化 学 成 分 （%）AO含量 杂 质 含 量 SiO2Fe2O3 Na2O 灼减 一级 AO1 98.6 0.02 0.0
18、2 0.50 1.0二级 AO2 98.4 0.04 0.03 0.60 1.0三级 AO3 98.3 0.06 0.04 0.65 1.0四级 AO4 98.2 0.08 0.05 0.70 1.02 2）.物理性能物理性能 氧化铝的物理性能对于保证电解过程的正常进行具有重要作用。通常要求氧化铝具有吸水性小吸水性小,在电解质在电解质中溶解性好，中溶解性好，同时要求加料时飞扬损失小（活性大飞扬损失小（活性大,粒粒度适宜度适宜,流动性好）流动性好），能够严密地覆盖阳极,以防止阳极暴露于空气中被氧化,并很好保温。在烟气净化中有较好的活性，足够大的比表面积，能有效地吸收HF气体。这些物理性质主要取决
19、于氧化铝的晶型，粒度和形状。按照氧化铝物理性能不同，一般分为三类：砂状，中间状，粉状。-AL2O3俗称刚玉，是一种晶体结构完善，化学稳俗称刚玉，是一种晶体结构完善，化学稳定性强的铝氧化物。定性强的铝氧化物。砂状氧化铝砂状氧化铝：-AL2O3 小于30%,-AL2O3 较多,其颗粒为球状，平均粒度60-80微米，晶体表面疏松、比表面积大、活性强，流动性好，安息角25-30度，在电解质中溶解速度较快；粉状氧化铝粉状氧化铝：-AL2O3 较多，为80-95%，其颗粒为片状或羽毛状，平均粒度20-30微米，安息角大于45度，流动性较差；中间状氧化铝中间状氧化铝介于两者之间，安息角3540度，平均粒度3
20、0-50微米，-AL2O3含量 40-50%。l我国生产的氧化铝基本为中间状氧化铝。l 铝电解生产所用的溶剂主要是冰晶石和氟化铝，还有一些添加剂，如氟化钙，氟化镁，氟化钠，氟化锂等，统称氟化盐，其消耗为2230kg/t.Al。l1）冰晶石 Na3AlF6=3NaF.AlF3l 冰晶石有天然和人造两种，由于天然冰晶石储量极少，现代生产使用的冰晶石绝大多数为人工合成的。l 冰晶石是一种白色晶体，密度为2.95g/cm3,硬度为2.5,熔点为1008。工业冰晶石是正冰晶石和亚冰晶石(5NaF.3AlF3)的混合物，分子比为2.0左右。(有碱、中、酸之分)l 在铝电解生产中，冰晶石作为一种溶剂，理论上
21、不消耗，在实际生产中由于挥发损失，碳素的吸附和机械损失等原因，使得冰晶石的损失量约为2030kg/t。l l 冰晶石生产以萤石（CaF295%）为原料，酸法生产主要有两道工序：l制酸制酸 CaF2+H2SO4=2HF+CaSO4l HFH2O=粗氟酸 SiO2+6HF=H2SiF4+2H2Ol H2SiF6+Na2CO3=Na2Si6+H2O+CO2 得 精氟酸l制盐制盐 6HF+Al（OH）3=H3AlF6+3H2Ol 2H3AlF6+3Na2CO3=2Na3AlF6+3CO2+3H2Ol 正冰晶石3NaF.AlF3 亚冰晶石5NaF.3AlF3l氟化铝是由精氟酸与氧化铝泥浆起反应制得：l3
22、HF+AL（OH）3=AlF33H2O 在350-400脱水得到AlF31/2H2O 等级 化 学 成 分 （%）F Al Na SiO2 Fe2O3 SO4 CaO P2O5 H2O 灼减 不小于 不 大 于特级 53 13 32 0.25 0.05 0.7 0.10 0.02 0.4 2.5一级 53 13 32 0.36 0.08 1.2 0.15 0.03 0.5 3.0二级 52 13 32 0.40 0.10 1.3 0.2.0.03 0.8 3.0l2）氟化铝）氟化铝l 氟化铝是一种白色的细微粉末，颗粒比氧化铝稍大，流动性次之。它作为电解质的成分在电解槽中消耗比率最大，它作为一种
23、添加剂，既可以补充电解质中的损失，又可以调整电解质的分子比，使分子比保持在一定范围，以保证生产技术条件的稳定，。l3)氟化钙氟化钙l 氟化钙又称“萤石”，是电解质的成分之一，其作用主要是对炉帮的形成有好处，可以使炉帮比较坚固，同时减低电解质的初晶温度。生产过程中要随电解质的损失而减少，由于氧化铝中少量的氧化钙与氟化铝反应可生成氟化钙，所以平时并不经常添加氟化钙。氟化钙只是在新槽启动时加入。4)氟氟 化镁化镁 氟化镁可以改善电解质的性质，降低电解质温度，其作用与和氟化钙基本相似。5)氟化钠氟化钠 氟化钠是一种白色的细微粉末，易溶于水，作为一种电解质的添加剂，在装新槽料和启动是主要添加氟化钠，有些
24、工厂用经济的碳酸钠代替氟化钠，这样可以加速电解质的沸腾与循环，有利于电解质成分均匀并降低成本。6）氟化锂）氟化锂 氟化锂可以降低电解质的初晶点，提高电解质的导电率，使电解在较低的温度下进行，因此能够提高生产率，降低铝的能量消耗。但因其价格比较昂贵，在生产中没有得到大量应用。l7）碳酸钠）碳酸钠l Na2CO3俗称纯碱，苏打，白色粉末，吸水性强，作用同氟化钠，是新启动槽的一种主要添加原料。lNa2CO3 Na2O+CO2l3Na2CO3+2Na3AlF612NaF+Al2O3+3CO2(分子比升高）l3Na2CO3+2AlF3=6NaF+Al2O3+3CO2 (分子比升高）l比氟化钠价格低，易分
25、解，添加效果明显l8）碳酸锂碳酸锂（氟化锂）（氟化锂）*l3Li2CO3+2Na3AlF66NaF+6LiF+Al2O3+3CO2l 在铝电解生产中,采用高温并具有很大腐蚀性的冰晶石-氧化铝熔盐电解质。要求阴、阳极的导电材料，必须能够抵御这种高温侵蚀性、且价格低而又能良好导电抵御这种高温侵蚀性、且价格低而又能良好导电的，目前首选的只有炭素制品。因此,铝工业现均采用炭素电极炭阴极和炭阳极。l 炭阴极炭阴极的生产原料为高温煅烧无烟煤、石墨碎和煤沥青；炭阳极炭阳极的生产原料为锻后石油焦和煤沥青。炭阳极的生产流程主要为煅烧破碎、磨粉配料混捏成型焙烧组装。在电解过程中,炭阴极原则上不消耗,只在破损后更换
26、，炭阳极由于直接参与电化学反应而消耗。l自焙槽自焙槽 阳极糊；阳极糊；预焙槽预焙槽 预焙阳极炭块预焙阳极炭块l 耐高温，膨胀率小，抗热震性好；耐高温，膨胀率小，抗热震性好；l 强度高，具有较好的耐冲刷性；强度高，具有较好的耐冲刷性；l 化学性质稳定，抗氧化和抗氟化物侵蚀性好；化学性质稳定，抗氧化和抗氟化物侵蚀性好；l 导电性，导热性良好。导电性，导热性良好。l劣质阳极劣质阳极 炭渣炭渣过过多、槽温多、槽温过过高、效率高、效率过过低、低、物料物料过过耗、炉帮耗、炉帮过过空、发病空、发病过过频频l 在铝电解生产中，阳极炭块不仅承担着导电作用，而且还参与电化学反应。阳极炭块质量的好坏，直接影响到铝电
27、解的正常生产操作、阳极的消耗、原铝的质量和电流效率等技术经济指标。阳极的消耗可以表述为以下几种：l 理论消耗（393-400kg/t.Al纯电化学反应纯电化学反应）l 净 耗（410-420kg/t.Al 含炭渣、氧化含炭渣、氧化）l 总（毛）耗（530-540 kg/t.Al 含残极含残极）l 消耗速度（1.401.50cm/日）l1、理理 论论 消消 耗耗：l Al2O3 +1.5C =2Al +1.5CO2l 1.5 12 226.98l y 1000l y=18 1000 53.96=334kg/t.All Al2O3+3C=2Al+3COl x=667 kg/t.All Wc=X(y
28、)/=334/-=334/-电解消耗电解消耗lAl2O3+C=2Al+CO2+COl l 式中 N为CO2的体积百分比l 当气体比=70:30 75:25 80:20时 l阳极理论消耗分别为:392、381、371 kg/t.All 3/1.7 12 53.96l x 1000 x=3 121000/1.753.96=392(kg/t.Al)N13NN13NN1)1(3l2、净净 耗耗l NCNC 理论消耗过耗理论消耗过耗l 过耗过耗=氧化消耗氧化消耗+炭渣炭渣(不含残极的消耗不含残极的消耗）l 过耗率一般为过耗率一般为58%约约410430 kg/t.All3、总（毛）耗总（毛）耗（包含残极
29、在内阳极总消耗）（包含残极在内阳极总消耗）l 残极率（残极率（150180mm）2530%l 一般毛耗为一般毛耗为 520520560 kg/t.Al 560 kg/t.Al l l 阳极使用率阳极使用率（受炭块高度、残极情况、换极周（受炭块高度、残极情况、换极周期影响期影响总耗与阳极参数及质量相关总耗与阳极参数及质量相关）l4、阳极、阳极消耗速度：消耗速度：阳极平均每天消耗的高度阳极平均每天消耗的高度l l hc =l 式中式中 hc 阳极消耗速度阳极消耗速度 cm/dl Wc 阳极净耗阳极净耗 kg/t.Al 420l dk 炭块体积密度炭块体积密度 g/cm3 1.55 i阳阳 阳极电流
30、密度阳极电流密度A/cm2 0.73 1 电流效率电流效率 92 hc8.054 0.7319292420420 1010-3-31.551.551.4681.468（cm/d）310054.8kcdWi阳ldc=McV=Mcs.hc lhc=Mcs dc=Wc.MAls dcl=0.335624I10-3.Wcs dc l=8.054I阳()10-3.Wcdcl=310054.8kcdWi阳等级 灰 分 电阻率 热膨胀率 CO2反应性 耐压强度 体密度 真密度 （%）m （%）mg/cm2.h Mpa g/cm3 g/cm3 不 大 于 不 小 于TY-10.50 55 0.45 40 32
31、 1.50 2.00TY-2080 60 0.50 50 30 1.50 2.00TY-31.00 65 0.55 55 29 1.48 2.00l3.1、铝电解槽的发展铝电解槽的发展l 冰晶石一氧化铝熔盐电解炼铝方法亦称霍尔（HH）法，是1886年美国Hall和法国Herorlt共同发明的，该法自1888年用于工业生产以来,为世界上铝工业生产一直沿用。一百余年来，随着铝电解生产技木的不断发展,以及能源成本的不断上涨、环境保护要求的日趋严格，电解槽的结构和容量也发生了重大变化,并不断地向大型化自动化发展，其改进过程大致是：l小型预焙阳极槽小型预焙阳极槽 侧部及上部导电自焙阳极槽侧部及上部导电自
32、焙阳极槽 中中小型侧部加工预焙阳极槽小型侧部加工预焙阳极槽中间下料大型预焙阳极槽。中间下料大型预焙阳极槽。l铝电解槽按阳极结构型式分为两大类四型式：l 自焙阳极电解槽自焙阳极电解槽：侧插侧插棒自焙阳极电解槽槽l 上插上插棒自焙阳极电解槽槽l预焙阳极电解槽预焙阳极电解槽：不连续预焙阳极电解槽l 连续预焙阳极电解槽l铝电解槽按电流强度分为三个等级：l 小型电解槽小型电解槽：电流强度80KA以下l 中型电解槽中型电解槽：电流强度80KA160KAl 大型电解槽大型电解槽：电流强度200KA350KA l槽型 160kA以下 160kA 200kA级 300 kA级l产能 50 7.5 10015.2
33、 31047.0 20030.3l 中间下料预焙阳极电解槽是采用点式下料器，每台电解槽有4-5个打壳下料装置，定期向槽中加料，具有工艺条件稳定，保持电解质中氧化铝浓度稳定的优点，并可以实现计算机智能控制，是一种高效率，低能耗，高产量，高劳动生产率的槽型。因此,现在国内外新建电解槽都采用中间点式下料预焙阳极电解槽，系列电流多为200350kA。l 一般来说，现今建设规模为10万吨/年的铝厂适合采用160240KA的电解槽，建设规模为20万吨/年的铝厂适合采用300350KA的电解槽。l 工业铝电解槽通常分为阴极结构、上部结阴极结构、上部结构，母线结构和电气绝缘构，母线结构和电气绝缘四大部分。各类
34、槽由于电流强度和工艺制度的不同,各部分结构也有较大差异。但基本结构形式却大体相类似。l1阴极结构阴极结构l 阴极结构指电解槽槽体部分,由槽壳体、内衬砌体槽壳体、内衬砌体构成。l l1 1）槽壳体）槽壳体 l 槽壳为内衬砌体外部的钢壳，另含加固的摇篮架，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的热应力和热应力和化学应力化学应力，约束槽壳不发生变形的作用。槽壳在熔池部位必须具有较大的刚度和强度刚度和强度。为此,一般采用12一16mm钢板焊接而成,外部用型钢以一定形式加固。l 槽壳结构由无底槽的槽钢结构、有底槽的槽钢和型钢结构，发展到臂撑式结构槽壳，直到现今大容
35、量的预焙电解槽都采用船形摇篮架槽壳。如图p25-3-5l l 电解槽内衬材料常见有四类：炭质内衬材料，耐火炭质内衬材料，耐火材料，保温材料，粘结材料。材料，保温材料，粘结材料。l碳质内衬材料碳质内衬材料与电解质和铝液直接接触，受热冲击和腐蚀最大，内衬材料设计与质量,影响到电解槽的生产指标和槽寿命。l 上部上部要具有较好的散热性，以保证槽内上部形成规整的炉帮；槽侧下部和底部侧下部和底部需要有良好的保温性,以保证电解所需温度，可节省电能。侧部采用绝缘、导热材料；底部保温材料的选择和组合应确保900温度线落在阴极碳块下部，800等温线位于干式防渗料上.l炭质衬材炭质衬材包括：底部炭块、侧部（炭）块及
36、底部糊l耐火材料耐火材料包括：耐火砖、干式防渗料及浇注料l保温材料保温材料主要有：硅酸钙板、硅藻土砖、轻质耐火l 砖、石棉板、氧化铝粉等l粘结材料粘结材料主要指炭胶泥、水玻璃、腻子、炭化硅粘l 结料等 l现在新建铝厂槽内衬多采用底部铺砌石棉板、硅酸钙板、保温砖后，将干式防渗料铺在其上，用样板刮平，用砂石夯实后再铺砌阴极碳块，侧部采用氮化硅结合炭化硅砖（Si3N4-SiC)，在生产中易形成稳定的炉帮，既保护了侧衬，又降低了槽侧壁的热损失。l槽体之上的金属结构部分,统称上部结构。可分为承重承重桁架、阳极提升装置、打壳下料装置、阳极母线和阳极桁架、阳极提升装置、打壳下料装置、阳极母线和阳极组、集气和
37、排烟装置。组、集气和排烟装置。l1)承重桁架承重桁架 承重桁架(图3-10)采用钢制的实腹板梁和门形立柱,板梁由角钢及钢板焊接而成，门型立柱由钢板制成门字型,下部用绞链连接在槽壳上，一方面抵消高温下桁架的受热变形，同时有利于大修时的拆卸搬运。门型立柱起着支承上部结构的全部重量的作用。2）阳极提升装置）阳极提升装置 阳极升降装置有两种方式：一种采用蜗轮蜗杆螺旋起重器的阳极升降装置，一种采用滚珠丝杠三角板的阳极升降装置。蜗轮蜗杆螺旋起重器蜗轮蜗杆螺旋起重器阳极提升装置由螺旋起重机，减速机，传动机构和电机组成，整个装置由4个或8个螺旋起重机与阳极大母线相连,由传动轴带动起重器,传动轴与减速箱齿轮通过
38、联轴节相连,减速箱由电机带动。单电机一般7.5kw、双电机为5.5kw2。与其相连的回转计可以精确的显示阳极母线的行程位置。l滚珠丝杠三角板阳极提升装置滚珠丝杠三角板阳极提升装置。l 这种起重器左右各一套蜗轮蜗杆减速器和滚珠丝杠、起重器支架和阳极母线吊挂组成。如图3-10（p30）其工作原理为：滚珠丝杠向前推动时，三角板以杠杆原理带动阳极下降，当滚珠丝杠向后拉时则阳极上升。l滚珠丝杠三角板阳极提升装置具有：结构简单，机械加工件少，易于制造和维修，传动效率高，造价低等优点。l3)自动打壳下料装置自动打壳下料装置 l 该装置由打壳系统和定容下料器组成。一般从电解槽烟道端起安置4-5套打壳下料装置，
39、出铝端另设一个打壳出铝装置，出铝锤头不设下料装置。打壳装置是为加料而打开壳面用的,它由打壳气缸和打击头组成。打击头为一长方形钢锤头,通过锤头杆与气缸活塞相连。当气缸充气活塞运动时,便带动锤头上、下运动而打击熔池表面结壳。l 下料装置由槽上料箱、下料器组成。料箱上部与槽上风动溜槽或原料输送管相通;筒式下料器安装在料箱的下侧部。l4）阳极母线及阳极组阳极母线及阳极组l 阳极母线通过吊耳悬挂在螺旋起重器上，两端的母线用平衡母线连接构成一个框架结构。阳极母线靠小盒卡具使阳极导杆与其通过摩擦力接触在一起。进线端立柱母线与一侧阳极大母线通过软铝带焊接在一起。l 阳极碳块组由铝导杆，铝-钢爆炸焊块，钢爪和阳
40、极碳块组成。铝导杆与钢爪用铝-钢爆炸块焊接，钢爪头与碳块用磷生铁浇注连接，磷铁含磷0.51.6%，阳极组示意图见p31图3-10。l 阳极碳块有单块组和双块组之分；阳极碳块钢爪有三爪头、四爪头。l5）、集气和排烟装置）、集气和排烟装置l 电解槽上部敞开面由上部的水平罩板和槽周边若干铝合金槽盖板构成集气烟罩，槽罩板与铝导杆之间用石棉布密封。电解槽产生的烟气由上部结构下方的集气罩汇集到支烟管,再进入主烟管送到净化系统。为保证产生的烟气不滞留在集气箱内，在集气箱上部开出一排若干集气孔。l 为了保证换阳极和出铝打开部分槽罩作业时烟气不大量外逸,支烟管上装有可调节烟气流量的控制闸阀,当电解槽打开槽罩作业
41、时,可调节阀开到最大位置,通过加大排烟量,使作业时烟气捕集率仍能保证达到98%。l 为了降低强大电流产生的磁场力磁场力的影响,人们采用了各种进电方式和母线配置方案。l传统的中小型槽通常采用纵向排列,单端进电,阴极母线沿槽两大面直接汇集导向下一台槽的简单排布方式。l现代大型预焙槽,都采用横向排列,双端或多点进电,出电侧阴极母线沿槽大面汇流,进电侧阴极汇流母线沿端部或槽底引出,采用这种非对称磁场补偿非对称磁场补偿方案，可以削弱立柱、阳极母线以及列间相邻母线的磁场影响。Q-300S-300G-300l 在电解槽系列上,系列电压达数百伏至一千多伏（20万吨系列一般为1200v）。尽管人们把零电压设在系
42、列的中点，但系列两端槽对地电压仍高达500V左右,一旦短路,易出现人身和设备事故人身和设备事故。而且,电解槽用直流电,槽上电气设备用交流电,若直流窜入交流系统,会引起设备事故。因此,在电解槽上设置绝缘物不仅是保证设备和人身安全的重要措施，也是防止直流电旁路。槽上部绝缘大于2.0M，槽对地应大于1.0 M。l l 铝电解槽的预热预热（焙烧焙烧）与启动，是铝电解生产过程中两个重要阶段，新建系列电解槽及大修后的电解槽，或由于某种原因临时停产未经大修又重新投产的电解槽（二次启动），在进入生产之前，必须经过焙烧与启动这一环节才能转入正常生产。焙烧与启动这一过程在电解槽的整个使用期内虽然时间不长,但对电解
43、槽的使用寿命、保证电解正常生产却有重要的影响。l 电解槽预热焙烧的目的电解槽预热焙烧的目的：l1）加热并焙烧阴极。提高阴极温度，对阴极碳块间缝和槽周边的扎糊进行烧结焦化,以形成密实的炭素槽膛。l2）烘干电解槽内衬材料。通过一定时间的缓慢加热，以排除槽体内耐火材料、保温材料、浇注材料等砌体的水分。l3）提高槽膛温度。使阴、阳极温度接近或达到电解槽生产温度，以能顺利启动。l预热焙烧方法预热焙烧方法：l l)铝液预热法铝液预热法：用铝液作电阻体的电预热法,l 2)焦粒焙烧法焦粒焙烧法：用焦炭颗粒作电阻体的电焙烧法。;l 3)石墨粉焙烧法石墨粉焙烧法：用石墨粉作电阻体的电焙烧法l 4）燃料预热法燃料预
44、热法：用油、天然气或煤气进行燃烧预热的方法。l 其对比如下：l 铝液预热法是在电解槽内灌入一定量的铝液,覆盖在阴极表面上.并且与阳极接触,构成电流回路,产生热量,预热电解槽。铝水预热法一般需78天。l 由于铝液本身电阻很小,大部分热量则由阴极和阳极产生,对于预焙阳极电解槽,阳极通过高温焙烧后,电阻值较小;阴极采用半石墨化碳块,电阻值也不大，所以总发热量不大，升温速度较慢，过程中需通过提升阳极来提高槽电压。铝液预热时电解槽可一次通入全电流。l铝液灌入电解槽内,可使阴、阳极良好地与液态铝水接触,可一次将阳极拧紧在母线梁上,毋须增加中间导体。l铝液预热法的优点铝液预热法的优点:l (l)操作简便,不
45、需增加任何其他工具和材料相配合。:l (2)电流、温度分布均匀,不会出现严重的局部过热现象;l (3)阴极碳块中水分挥发排除缓和，升温梯度小，温度上升慢,可减小阴极碳块热裂纹。(4)启动后电解质清洁能省工省料。l铝液焙烧的缺点铝液焙烧的缺点：l (l)高温熔化铝水直接冲击阴极碳块表面，会使阴极碳块受到强烈的热冲击,影响阴极内衬寿命。l (2)当阴极有缝隙时,铝水会过早注入其中从而成为铝液渗透通道,为炭化铝的生成提供条件，引起阴极早期破损。l (3)由于电阻小,预热温度上升较慢,故预热时间较长，一般须78天，低效高耗。l 焦粒焙烧法是在阴、阳极之间铺上一层煅烧过的焦炭颗粒,其厚度为15一20mm
46、。焦粒粒度在1一4mm之间。电解槽通电后,焦粒层作为电阻体在阴、阳极之间产生焦耳热来预热电解槽，同时，阴极和阳极本身的电阻也产生热量,在其内部预热。因阳极碳块直接坐在焦粒层上，为解决预热过程中产生的热应力，阳极导杆与阳极母线之间用临时导电软母线软母线联接，因为这种软连接软连接可以使阳极碳块有一定的活动自由度，以释放在焙烧时焦粒上抬的膨胀力，并使阳极重量能全部压实在焦粒上，保证阳极与焦粒良好接触,以获得均匀的阴阳极电流分布。在启动前拆除临时导电软母线。l焦粒焙烧有如下优点焦粒焙烧有如下优点：l l)焙烧采用逐渐升温预热,电流分布均匀，也避免了灌入高温铝液时对碳块和扎缝的强烈热冲击；l 2）焦粒电
47、阻值比铝液大，升温快，焙烧时间短，使用分流器可以控制预热速度，提高焙烧效果（好）；l 3)焙烧启动期间熔化的首先是电解质。电解质液渗入预热期槽底阴极小裂缝中，冷凝后起到堵塞裂缝或修补缺陷的作用，可以有效预防槽早期破损。有利提高槽子寿命l焦粒焙烧的缺点焦粒焙烧的缺点：l l)由于焦粒的密实程度及与阴阳极接触程度的影响，若铺焦不匀、装极不当，会使电流分布不均，阴极表面温度不均匀,可能产生局部过热现象；l 2)由于电流要分数次逐步提升，不能一次通全电流，需要使用分流器和阳极导杆导电软带，复杂了操作过程；l 3)启动后电解质碳渣多，需要较大量的清除碳渣,费工费料。l全满料全满料l （热利用好、干法、电
48、解质通路）l中缝空中缝空l （湿法启动方便、注意保护阴极）l全空腔全空腔l （伸腿升温快、调整阳极方便，热利用率低）l 石墨粉焙烧法是将石墨粉铺设在槽底作电阻体，阳极与阳极大母线用软连接方式全电流通电焙烧，温度达到700-800度时，灌入电解质启动。现在也有些工厂采用焦粒石墨粉混合焙烧法l 此法除与焦粒焙烧的优点相似外，还有如下特点还有如下特点：l1）操作方便l由于石墨粉电阻率低，不需分流器可以全电流通电焙烧。l2）由于石墨粉粒度细，铺设厚度大，阳极与其接触良好，使得电流分布均匀，温度均匀。l 此法的缺点此法的缺点是在焙烧终止时，温度不够高，灌入电解质后只能用效应启动法，使槽底升温过快。l *
49、焦粒石墨粉混合焙烧法焦粒石墨粉混合焙烧法l 加热采用燃烧喷嘴喷射火焰,在阳极上面加盖保温罩,使高温气体停留在槽内,并防止冷空气窜入。火焰在阴阳极之间燃烧,依靠传导、对流和辐射,将热量传输到其他部位。l 此法的最大优点优点为升温快，可以控制加热速度,使阴极表面均匀受热，节省电能。l 其缺点缺点是操作比较复杂，只能控制表面温度，内部温度靠热传导，温差较大，火焰燃烧时易使阴极和阳极表面烧损。l分流器的管理（发红、拆除）分流器的管理（发红、拆除）l l 软连接的管理分流与拆除软连接的管理分流与拆除l l 槽温的管理阳极电流分布均匀槽温的管理阳极电流分布均匀l l 阳极的管理钢爪阳极的管理钢爪l铝电解槽
50、启动的条件：铝电解槽启动的条件：l1）阴极表面）阴极表面80-90%的温度达到的温度达到900以上。以上。l2）电解槽内）电解槽内60%的面积有的面积有15-20cm熔融电解质熔融电解质l l 铝电解槽的铝电解槽的启动方法有两种启动方法有两种,即即干法干法启动与启动与湿湿法法启动启动,前者通常在新电解厂开动时尚无现成的前者通常在新电解厂开动时尚无现成的液体电解质的情况下头一、二台槽使用；系列中液体电解质的情况下头一、二台槽使用；系列中其他槽多采用湿法启动，即向槽中灌入一定量的其他槽多采用湿法启动，即向槽中灌入一定量的电解质，在灌电解质的同时提升阳极，使电解槽电解质，在灌电解质的同时提升阳极，使
