240KA铝电解槽的设计计算.ppt
240kA铝电解槽低电压生产实践分析
电解铝 工业 作 为 高能 耗 产 业 ，近 年来 已成 为 国
家 宏 观 调 控 的 重 点 行 业 。 ２００９年 ５月 ，国 务 院 发 布
了《有 色 金 属 产 业 调 整 和 振 兴 规 划 》，提 出 了 ２０１１
年重 点 骨 干 电解 铝 厂 吨 铝 直 流 电 耗 要 降 到 １２ ５００
摘 要 降 低 槽 电压 是 当前 铝 电 解 行 业 实 现 节 能 生 产 的 主 要 途 径 。 通 过 对 某 企 业 ２４０ｋＡ 系 列 电 解 槽 电 压 平 衡 进 行 分 析 ，指 出槽 电 压 下 降 的潜 力 主 要 在 于 电 解 质 压 降 的 降 低 ；而 降 低 电 解 质 压 降 的 主 要 途 径 是 降 低 极 距 及 提 高 分 子 比 。经 过 一 年 的 生 产 实 践 ，该 系 列 平 均 电 压 降 低 至 ３．９１５Ｖ，２０１１年 每 吨 铝 直 流 电耗 相 比 ２０１０年 降 低 了 １７０ ｋＷ ·ｈ，节 电 效 果 明 显 。 关 键 词 电解 槽 ；低 电压 ；电解 质 压 降 ；极 距 ；直 流 电 耗 中 图分 类 号 ：ＴＦ８０３．２ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１—３８１８（２０１２）０３—０００４—０５
240kA铝电解槽节能生产实践
240kA铝电解槽节能生产实践摘要：在我国，铝电解一直都是一个耗电大户，导致铝电解耗电大的主要因素在于平均电压偏高以及电流效率相对较低，本文主要从理论角度对240kA铝电解槽电流效率恒定状况下有关节能降耗途径进行深入探究，同时依照实践生产环节，提出了合理有效的解决措施，利用这种方式实现节能降耗的相关目标，继而促使生产技术的经济指标得到显著提升。
关键词：240kA铝电解槽；节能生产；实践引言要促使能量效率达到显著提升，需尽量降低实际能耗，要实现能耗与电耗降低，需注意提升电流效率，降低槽的平均电压。
一、铝电解槽电压的组成铝电解槽电压的组成电压的数值包括电解槽的反电动势、电解质电压降、阳极电压降、阴极电压降、槽周母线电压降及阳极效应分电压组成。
目前炼铝实际生产出发，可以考虑从降低电解质电压降，阴、阳极压降，槽周母线压降及阳极效应分摊电压方面寻求突破。
降低槽电压是提高能量效率的两个主角之一，也为继续增加电流提供的空间。
经过几十年的努力铝业界在降低阳极组件和阴极组件的电压降方面取得了实际可行的经验，也得到炼铝工作者的认可，但是从进一步降低极距而实现低电压的操作方面，仍有不同的认识和顾虑。
因为，无论怎么说，槽电压或极距高了好操作，因此，降低极距的最大障碍还是认识与实践。
当然，认识问题是主要的，也就是说低极距对电流效率影响有多大，是有影响还是没有影响?最近几年无论是从实践方面还是从理论方面都认为，只要铝液层的稳定性能满足不与阳极短路和电压不摆动，似乎就不会影响电流效率。
近年来，由于磁流体动力设计、点式下料器和计算机控制技术的应用的不断进步，以及槽膛形状的规整化和两水平选择的合理化，使得极距由过去的5cm降低到4cm或以下。
因此国际上在采用低分子比条件下实施3.9-4.0cm极距的操作要比我国目前技术条件苛刻得多。
二、降低铝直流电耗的措施（一）降低电解质压降电解质压降占槽电压的35%左右，所占的比例较大，也是节能的重点，其提升空间较大。
毕业设计240稀土电解槽仿真模拟及优化设计
摘要稀土电解槽是熔盐电解法生产稀土金属及其合金的主要设备。
随着市场的发展，急需开发一种新型结构的电解槽，以适应大规模的工业生产。
本文借鉴铝电解槽的开发过程，首次利用商用仿真软件对稀土电解槽进行仿真模拟优化设计，并利用它对新型稀土电解槽槽型的设计进行了有益的探索。
稀土电解槽中存在着复杂的物理场，而电场是其他物理场的根源，热场、流场是决定稀土电解槽的电解是否能进行的重要因素。
怎么样设计合理的电场、热场、流场是决定电解槽设计好坏的关键因素，所以，有关电场、热场、流场的研究显得十分重要。
到目前为止，由于电极与熔体接触面的边界不好确定，前人研究大多数停留在熔体本身的电场、热场、流场的研究上。
为实现稀土电解槽的全息仿真模拟，本文提出了一种新的构想：即采用有限元软件ANSYS具有的多重单元、多重属性及其能耦合求解电场、热场、流场的特点，建立稀土电解槽阳极一熔体一阴极有限元模型，对阳极、熔体和阴极的电场、热场、流场进行整体计算。
其优点是不仅可以避免确定电极与熔体接触面的电流边界条件，而且可以通过计算结果分析该接触面的电流密度，提高了计算结果的准确性。
本文首先根据傅立叶传热定律和基尔霍夫导电定律，建立了稀土电解槽传热、导电的数学模型。
采用加权余量的伽辽金法推导了稀土电解槽电场、热场计算的有限元方程。
根据广义的牛顿粘性定律，建立了熔体流场数学模型。
根据包头稀土研究院3KA 稀土电解槽的相关参数以及在合理的边界条件的假定下，对不同生产时期的电场进行了仿真计算，其结果与该槽实际生产情况吻合较好，验证了应用该模型对稀土电解槽阳极一熔体一阴极整体进行数值模拟的可行性和准确性。
在电场研究的基础上，利用ANSYS的优化模块对3KA稀土氟盐体系氧化物电解槽进行优化设计，设计结果参数跟实际电解槽吻合，验证了优化设计的结果可靠性。
其次，再利用ANSYS多场耦合的特性对优化的3KA稀土氟盐体系氧化物电解槽的电场、流场和温度场进行二维耦合仿真模拟，模拟结果与实际吻合，进一步确定了模拟优化电解槽设计的正确性，验证了耦合模型的正确性。
预焙阳极铝电解槽槽壳制作安装方案
240KA预焙阳极铝电解槽槽壳制安方案编制：李占华审核：许守明批准：王志坚金结公司彩板厂二00四年九月十日目录一、工程概况二、施工方案编制依据、执行标准三、电解槽槽壳制作工艺四、电解槽槽壳安装工艺五、施工组织措施六、主要施工机具计划七、施工人员计划八、施工网络计划一、工程概况包头铝厂240KA预焙阳极铝电解槽是目前新建铝厂工程采用的较大的槽型，由沈阳铝镁设计院设计。
电解槽金属结构主要包括支撑梁、摇篮架、槽壳、上部结构结构大梁立柱等，其制作和安装的难点是控制和减小焊接变形。
制作过程中采用胎具、模具装配焊接，保证制作安装质量。
按照样板引路的原则，槽壳、上部结构结构大梁立柱应先各试制样品壹台，经检验合格后再批量制作。
二、施工方案编制依据、执行标准1、编制依据沈阳铝镁设计院设计的施工图纸STL Y96—92、执行标准及规范a、《钢结构工程施工质量验收规范》﹙GB50205—2001﹚b、《手工电弧焊接头的基本型式与尺寸》﹙GB985—88﹚c、《埋弧焊接头的基本型式与尺寸》﹙GB986—88﹚d、《有色金属工业建设工程机械设备安装质量检验评定标准》三、电解槽制作工艺及要求（一）材料1.电解槽制作所用的钢板，型钢应符合设计要求，并附有生产厂家的产品质量证明书，表面不得有锈蚀现象，金属表面锈蚀在型材及5mm以上板材不大于0.15mm。
2.焊条、焊剂、焊丝及CO2气体应符合设计要求，并具有响应的材质合格证书。
3.所采用的油漆应符合设计要求，并具有相应的材质合格证书。
（二）焊接工艺1.电解槽制作所用钢材及焊接材料，应按施工图纸的设计要求选用，其性能和质量必须符合国家标准和行业标准的规定，钢材焊接所需焊条、焊丝、焊剂的选配如下表：2.焊条、焊剂、焊丝均应存放在干燥通风良好的库房。
3.焊条、焊剂在使用前必须按产品说明书及工艺要求进行烘干并做好烘干记录。
焊条焊剂的烘干温度如下表烘干焊条时，不应将焊条突然放进高温炉体或从高温炉中突然取出冷却。
240KA电解槽节能技术优化研究
240KA电解槽节能技术优化研究
电解铝企业是高耗能大户,也是近年来国家宏观调控的重点行业之一,作者所在的青海桥头铝电有限公司是国家“千家企业节能行动”中的其中之一,因此节能降耗工作是企业的重中之重。
铝电解生产中,直流电耗是最主要的能耗之一,占整个生产能耗的94%左右,铝电解生产的节能重点是降低直流电耗。
作者通过多年铝电解理论和实践经验的积累,以240kA铝电解槽的电流效率和平均电压为研究对象,从众多角度对铝电解槽节能技术进行了优化研究,获得了如下研究成果。
1、铝电解生产过程中,直流电耗与槽平均电压成正比,与电流效率成反比,提高电流效率和降低槽平均电压都可降低直流电耗。
2、通过正交试验法优化工艺技术参数,确立出240KA电解槽最佳生产工艺条件,然后对优化后的工艺参数进行依次调整,从而提高电流效率。
3、改变人造伸腿尺寸,改善炉膛内型,从而改变铝液镜面尺寸,有效的提高电解槽阴极电流密度,达到提高电流效率的目的。
4、降低平均电压关键要降低阳极压降、阴极压降、电解质压降、分解极化压降、母线压降、效应分摊压降。
改善阳极、阴极材质与结构,可降低阳极与阴极压降；改善电解质成分,减少电介质中的杂质,可降低电解质压降；通过改变极距、电解质温度、电解质成分、氧化铝浓度、阳极电流密度等条件,可以降低分解极化压降；改变母线结构,提高母线焊接质量,可降低母线压降；降低效应系数,缩短效应时间,降低效应峰压,从而降低效应分摊电压。
铝电解控制
240KA铝电解工程铝电解控制的几点说明一．工作状态的说明本工程的控制程序对槽子的工作状态定义了四种运行状态，分别是：停槽，预热，启动和正常。
这四个状态只能按停槽到预热、或停槽到启动、或预热到启动，再从启动到正常这样的顺序设置（当然在槽子停槽时，可从正常到停槽），但不能从正常到预热、正常到启动这样设置（程序不接受这种设置），因此在槽子要焙烧启动前，应先把槽子设定为停槽。
与这几个运行状态相配套的有五个控制字，分别是：自动ＡＬＦ允许，自动ＲＣ允许，自动加料允许，平衡控制允许，氧化铝浓度控制允许。
另外，与这几个控制字相适应的还有五个参数的设定须特别注意，分别是：设定电压的设定（参数62），设定ＮＢ间隔的设定（参数64），设定ＡＥＷ间隔的设定（参数6７），氟化铝基础下料量的设定（参数88），氟化铝附加下料量的设定（参数89），下面分别介绍如下：1．停槽在停槽期间：不论是处于ＯＮ或ＯＦＦ状态，自动ＡＬＦ允许，自动ＲＣ允许，自动下料允许，平衡控制允许，氧化铝浓度控制允许都不起作用。
相应地也不需要进行设定电压，设定ＮＢ间隔，设定ＡＥＷ间隔，氟化铝基础下料量，氟化铝附加下料量的设定。
同时，在停槽期间，阳极位置被设为２００。
2．预热在预热焙烧期间：不论是处于ＯＮ或ＯＦＦ状态，自动ＡＬＦ允许，自动ＲＣ允许，自动下料允许，平衡控制允许，氧化铝浓度控制允许都不起作用。
但我们一般都把这五个控制字设为ＯＦＦ状态。
相应地也不需要进行设定电压，设定ＮＢ间隔，设定ＡＥＷ间隔，氟化铝基础下料量，氟化铝附加下料量的设定。
在这期间，控制程序的主要工作是进行槽电压和系列电流的采集，并统计每天的槽功率。
3．启动在启动期间：①自动下料允许由ＯＦＦ变为ＯＮ，可自动进行打壳、下料。
相应地要进行设定ＮＢ间隔的设定，设定ＡＥＷ间隔的设定。
由于ＡＥＷ间隔起作用，即控制系统在预设的ＡＥＷ间隔到了以后，有一个不加料等效应的过程，但这期间的效应不进行自动效应处理，必须人工进行效应熄灭。
铝电解车间工艺设计
主体设备的设计
上世纪60～80年代以前广为使用现仍有少量存在的侧插阳极 棒自焙阳极电解槽
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第十九页，编辑于星期二：十九点 一分。
主体设备的设计
上世纪60～80年代广为使用的上插阳极棒 自焙阳极电解槽
在上世纪60～70年代，上插棒自焙阳极电解槽在世界范围内得到了很大发展，其电解槽的最大
电流强度达到了170～180kA。
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第八页，编辑于星期二：十九点 一分。
氟化盐
氟化盐包括NaF、AlF3、CaF2和LiF等。其作用如表所示
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第九页，编辑于星期二：十九点 一分。
炭素材料
炭素材料耐高温，抗腐蚀，导电良好，有足够的机械强 度和热稳定性。
生产炭素阳极的原料：骨料和粘接剂两部分
1、骨料----石油焦、沥青焦 对骨料的要求：
主体设备的设计
青海200KA铝电解槽
伊川300KA铝电解槽
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第二十八页，编辑于星期二：十九点 一分。
主体设备的设计
南山300KA铝电解槽
兰州200KA铝电解
槽
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第二十九页，编辑于星期二：十九点 一分。
主体设备的设计
青铜峡200KA铝电解槽
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第三十页，编辑于星期二：十九点 一分。
电解槽的主体结构
E0 为氧化铝可逆分解电压；
a 为阳极反应过电压； c 为阴极过电压；
Ra 为阳极电阻；
Rc 为阴极电阻； Re 为电解质电阻； Rx 为母线电阻； Ve 为效应分摊电压；
VB 为槽间电压和电解厂房到整流所之间母线电压降的分摊电压之和。
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第十六页，编辑于星期二：十九点 一分。
槽平均电压
槽工作电压 V 工 作 E 极 化 V 阳 极 V 电 解 质 V 阴 极 V 母 线
240KA电解槽技术标准
银海铝业企业标准240KA中间下料预焙阳极铝电解槽工艺技术条件1 范围本规程规定了中间下料预焙阳极电解槽正常生产时的工艺技术要求。
本规程适用于240KA中间下料预焙阳极电解槽。
2 引用标准下列标准包括的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB/T 4291-1999 冰晶石GB/T 4292-1999 氟化铝YS/T 274-1998 氧化铝YS/T 285-1998 铝电解用预焙阳极3 主要原材料、辅助材料及其质量要求3.1 主要原辅材料及其用量如下见表1:表13.2.1氧化铝应符合YS/T274—1998规定的二级品以上质量的要求。
3.2.2 冰晶石应符合GB4291—1999一级品以上。
3.2.3 氟化铝的应符合GB4292—1999二级品以上。
3.2.4阳极炭块应符合YS/T285—1988一级品以上。
4 生产工艺技术条件4.1 电流强度 238KA --240KA4.2电解温度 945℃--965℃4.3工作电压 4.170 –4.200 V4.4 极距5.0—7.0 CM4.5电解质水平 18—22 CM4.6 铝液水平 24—30 CM4.7 炉底压降 300—500 mv4.8 分子比 2.25—2.40240KA中间下料预焙阳极铝电解槽生产巡视作业规程1 范围本规程规定了中间下料预焙阳极电解槽生产巡视作业操作及技术要求。
本规程适用于240KA中间下料预焙阳极电解槽巡视作业操作。
2 工作程序为了尽早发现电解槽及机器设备的异常情况，并能进行及时处理，保证生产及设备的正常运行，创造一个良好的工作场所。
在交接后必须进行电解槽巡视作业。
2.1 检查电解槽工作是否正常，槽电压有无摆动。
2.2检查槽控机等设备外观卫生及工作状况。
2.3检查打壳下料系统是否正常。
2.4检查阳极升降系统是否正常。
240KA电解槽氟化铝添加量控制实践
240KA电解槽氟化铝添加量控制实践作者：晏代林来源：《商品与质量·学术观察》2013年第12期摘要：在铝电解过程中，电解槽的平稳高效运行是行业追求的目标，影响电解槽的平稳性的重要因素就是分子比的平稳性。
本文主要揭示了240KA电解槽氟化铝添加量的控制措施，有助于指导电解槽生产的平稳运行，可以全面调节电解质的分子比，提升生产效益，最终达到提高电流运行效率的目的。
关键词：240KA电解槽氟化铝添加量控制措施电解质的温度是否具备较强的稳定性，关系着生产的各个环节，在实际操作过程中，能够使电解质温度发生变化的因素有许多种，但是对电解质温度影响最大的因素却是氟化铝添加量，因此，管控好氟化铝添加量，有助于提高生产效益。
在大型的预焙槽中，由于应用了自适应系统控制氧化铝的浓度与电压，很容易就可以控制工作槽电压与氧化铝的浓度，但是在控制分子比方面，却仍存在很多不足之处，只有将氟化铝添加量控制在合理水平，才能将电解质的分子比和温度局限在可控范围内，减小其波动性，从而使电流效率得到提高，并且可以在一定程度上降低阳极毛耗，氧化铝的溶解性更加稳定，从而保证了电解槽更加平稳的运行。
一、原理分析控制氟化铝添加量，可以有效控制电解质温度，根据相关统计结果显示，外国相关专家曾长期研究该问题，通过不懈努力得出结论，温度和分子比之间的关联性十分强，添加氟化铝可以使电解槽在不同温度下保持稳定态势。
在此研究依据基础上，我们就可以考虑适当添加氟化铝来控制槽内的电解质温度。
笔者根据自身工作经验认为，在实践过程中稳定分子比的难度会有所增加，随着氟化盐不断被消耗，分子比升高的现象必然会出现，这种情况下，就要求操作人员必须时刻确保氟化铝添加量符合规定要求。
针对笔者单位的具体情况分析，笔者将计算机氟化铝添加量控制方法与人工氟化铝添加量控制方法两种措施结合在一起，形成一种全新的、独具特色的氟化铝添加方法，从而有效减少了氟化盐消耗的速度，有助于稳定分子比，提高企业生产效益。
15. 240KA预焙电解槽优化参数提高电流效率的生产实践
240KA预焙电解槽优化参数提高电流效率的生产实践郁万海（青海桥头铝电电解铝分公司青海大通 810100）[摘要] 本文通过对240KA大型预焙电解槽的各项控制参数优化调整后，同时严抓生产操作质量和各项作业的管理，使电解槽在稳定安全运行的情况下逐步提高了电流效率和各项经济指标。
[关键词]槽电压; 极距; 电解温度; 两水平; 氧化铝浓度; 阳极效应系数前言本文通过对电解铝二期六工区的各项生产参数和控制参数进行优化及通过“人机配合”的生产实践，本工区取得了青海桥头铝电投产以来的最高效率94.038%，电耗达到投产以来的最低值13143.05Kwh/tAl。
下面逐一对各项生产参数和控制参数进行阐述。
1.槽电压大家都知道槽电压是电解槽能维持正常工作的最低电压，在电流强度恒定的情况下，槽电压是调节能量平衡最重要，最易实践的因素。
因为槽电压在240KA预焙槽系列上计算机是以人为设定的槽电压值为目标进行槽电压的控制和调整，计算机对槽电压的控制是闭环形式。
它不但发出命令而且还会检查控制效果。
为此，只要不进行使槽电阻变化的操作，不出现异常整个过程不需人为干预，本文所讲述的槽电压管理，主要是讨论设定电压的确定和变更原则。
设定电压它是生产操作管理者根据电解槽的运行状态而因槽制宜的电压值，智能模糊槽控机是按此电压值对槽电压进行控制。
设定电压根据电解槽的运行情况可以更改。
更改设定电压的实质，主要是增减极距来变更电解质电压降，每当设定电压值确定以后，计算机就以确定的设定电压值为目标，进行槽电压的控制和调整，此时的极距也在一个比较小的范围内变化着，维持着电解槽的热平衡，因此，为了使槽电压的控制和调整满足电解槽的能量平衡，这就一味的要求我们生产操作管理者根据电解槽的运行趋势，合理的、正确的确定设定电压的升或降，通过生产实践，我们六工区的设定电压长期设定在4.15～4.155V之间是能量平衡的最好值。
我们更改幅度为初始设计值的0.01～0.005V，个别异常槽更改幅度为0.20～0.50V。
240KA电解槽节能技术优化研究的开题报告
240KA电解槽节能技术优化研究的开题报告题目：240KA电解槽节能技术优化研究一、研究背景及意义铝是一种重要的金属材料，已被广泛应用于建筑、交通、电子、航空、军工等领域。
铝的生产过程中，电解是关键步骤之一，铝电解槽是铝生产的主要设备。
目前，全球铝电解生产由几个领先的制造商控制，制造商主要位于美洲、欧洲以及亚洲。
铝电解的过程会消耗大量的电能，电费是铝企业生产成本的主要组成部分，因此，提高铝电解槽的能源利用率、降低电解生产成本，对于提高企业的市场竞争力非常重要。
本研究将选择240KA电解槽作为研究对象，分析该电解槽各个环节的电能损失，以及传热、传质等方面的问题，进而寻找出节能降耗、提高生产效率的优化技术和措施，以期为企业实现可持续发展提供技术支持。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将重点研究240KA电解槽的节能技术优化问题，具体分为以下内容：（1）电解槽的结构分析和运行机理研究；（2）分析电解槽各个环节的电能损失，包括阳极产氧、阴极产氢等；（3）分析电解槽传热、传质等方面的问题；（4）研究节能降耗的优化技术和措施，包括电解电压优化、液态电解质优化、系统运行优化等。
2. 研究方法本研究采用实验研究和数值模拟相结合的方法，具体方法如下：（1）通过对240KA电解槽进行实验，获取电解槽的实际运行数据，分析电解槽工作原理，以及各个环节的电能转化和损失情况；（2）建立240KA电解槽的数学模型，采用数值模拟方法，分析电解槽的传热、传质等问题；（3）根据实验和模拟结果，探讨电解槽的优化技术和措施，包括电解电压优化、液态电解质优化、系统运行优化等。
三、预期研究成果本研究旨在发掘240KA电解槽的节能技术优化措施，其预期研究成果如下：（1）研究240KA电解槽的结构特点和工作原理；（2）发现电解槽各个环节的电能转化和损失情况，明确能耗主要瓶颈；（3）探讨电解槽的传热、传质等方面问题，包括热平衡问题、物质平衡问题等；（4）找出节能降耗的优化技术和措施，以提高电解槽的能源利用率、降低生产成本、提高企业市场竞争力。
240KA铝电解槽的设计计算
电解槽单槽日产量和年产量： 电解槽单槽日产量和年产量：
选用240KA中间点式下料预焙阳极铝电解槽，设计电流强度 为240KA，电流效率为94％，则 Q日 ＝ 0.3356Iηt×10-3 ＝ 0.3356×240000×0.94×10-3×24 ＝ 1817.07（kg / 槽·日） Q年 ＝ 1.817×365＝663.21（t / 槽·年）
△V母=0.18V
V平=1.80+1.50+0.02+0.35+0.18=4.20V 铝电解槽电压平衡表 电压平衡（V） E反 △V质 △V效应 △V阳 △V阴 △V母 合计 240KA预赔槽 1.80 1.50 0.02 0.36 0.35 0.18 4.20
二、能量和物料平衡概算： 能量和物料平衡概算：
母线压降在槽上基本不变，其实际值取决于电解槽的母线配置及安装，母线 母线压降在槽上基本不变，其实际值取决于电解槽的母线配置及安装， 配置一旦确定，母线本体压降即确定， 配置一旦确定，母线本体压降即确定，各焊接点压降取决于第一次安装时焊 接的质量， 接的质量，但立柱母线与阳极大母线同焊接点的压降每次大修后视接触面清 理程序而有变化，电解槽通电后此值不会改变。 理程序而有变化，电解槽通电后此值不会改变。
2（1-η）Al+3（1-η）CO2=(1-η)Al2O3+3(1-η)CO
N=
1.5 − 3(1 − η ) = 2η − 1 N=0.88 [1.5 − 3(1 − η )] + 3(1 − η )
理论炭耗量=（3×12.011×75.6888）/（1.88×54）=26.86kg/h 理论炭耗量 取实际炭耗量为 425kg/t·Al 实际炭耗量=425×75.6888×10-3=32.17kg/h 实际炭耗量 炭损失量=32.17-26.86=5.31kg/h 炭损失量 炭耗指数=（32.17/26.86）×100%=120% 炭耗指数
240kA
２ ２・
有
色
冶
金
节
能
口工艺 节能
２ ４ ０ ｋ Ａ铝 电 解 槽 低 电 压 运 行 的 途 径 探 讨
王 刚 刘 民章 李 贤
（ 青 海桥 头铝 电股 份 有限公 司，西 宁 ８ １ ０ １ ０ ０ ２ ）
［ 摘 要 ］ 在 研 究 文 献 的基 础 上 ， 结 合 铝 电解 生 产 实 践 ， 简 要 总 结 了实 现 ２ ４ ０ ｋ Ａ铝 电 解 槽 低 电 压 运 行 的 途 径 。
Ｒｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ２ ４ ０ ｋ Ａ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ Ｒｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｅ ｌ ｌ
Ｗ ＡＮＧ Ｇａ ｎ ｇ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｍｉ ｎ － ｚ ｈ ａ ｎ ｇ，ＬＩ Ｘｉ ａ ｎ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｕｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｓ ’ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｗｏ ｒ ｋ， ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
电解铝 生产 能 力 ， 从 ２ ０ ０ ８年 以来 ， 一 直 推 行 低 电压 铝 电解 生产 技术 ， 到 目前为 止 ， 电解槽 工作 电压 已经 由４ ． １ ７ Ｖ降低 到 ３ ． ９ ０ Ｖ， 直流 电耗 由 １ ３ ４ ７ １ ｋ Ｗｈ降
低到 １ ２ ６ ３ ２ ｋ Ｗｈ 。现 将实 现铝 电解槽 低 电压运 行 的
ｐ ｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ｏ ｆ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕｍ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ｓ ｕｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｓ ｂ ｒ ｉ ｅ ｆ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｅ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｌ ｅ ｄ ｔ ｏ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ
240KA铝电解槽的设计计算
240KA铝电解槽的设计计算
设计计算的要点有：
1.容积计算：根据生产要求和生产的铝产量确定电解槽容积。
通常，每吨铝的生产需要约2至
2.5立方米的电解槽容积。
2.电流密度计算：电流密度是指单位截面积内通过的电流量。
一般来说，铝电解槽的电流密度控制在1安/平方厘米至2安/平方厘米之间。
根据所需的产能和电解槽的尺寸，计算出所需的总电流密度。
3.阳极尺寸计算：阳极在电解槽中起到电流引导和铝氧化的作用。
根据所需的电流密度和阳极的导电性能，计算出所需的阳极尺寸。
4.阴极尺寸计算：阴极在电解槽中起到还原铝离子的作用。
根据所需的电流密度和阴极的导电性能，计算出所需的阴极尺寸。
5.电解槽的结构设计：根据容积、阴阳极尺寸以及生产工艺要求，设计电解槽的结构。
包括电解槽的尺寸、形状、底部和侧壁的材料选择等。
6.电解液的流动设计：电解液需要保持均匀的流动，以确保温度的均衡和杂质的分散。
设计电解槽的液流路径和速度，以避免电解液的死区和混流。
7.电解槽的加热设计：在铝电解过程中，为了维持合适的温度，需要在电解槽中加热。
设计电解槽的加热方式和温度控制系统，以确保温度的控制和稳定。
8.冷却系统设计：除了加热外，还需要冷却电解槽以控制温度。
设计冷却系统，包括冷却管道和冷却介质的选择。
9.安全设计：在设计过程中考虑安全因素，确保电解槽的稳定运行和工作人员的安全。
包括防止电解液外泄、防火措施和爆炸防护。
以上是设计计算的一般要点，具体的设计计算还需要根据实际情况和要求进行详细计算和分析。
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V平=1.80+1.50+0.02+0.35+0.18=4.20V
铝电解槽电压平衡表
电压平衡（V）
E反 △V质 △V效应 △V阳 △V阴 △V母 合计
240KA预赔槽 1.80 1.50 0.02 0.36 0.35 0.18 4.20
二、能量和物料平衡概算：
1、物料平衡计算
以1小时为计算基础，平均电流强度取240KA，电流效率94%
(3) 氟盐消耗量：
取冰晶石单耗为5kg/t·Al，氟化铝单耗27kg/t·Al，氟化钙：1kg/t·Al 冰晶石消耗量 = 75.69×0.005=0.38kg/h 氟化铝消耗量 = 75.69×0.027=2.04kg/h 氟化钙消耗量 = 75.69×0.001=0.076kg/h
(4) 阳极炭块消耗量：
(1) 电解槽铝产量：
η=CIη=0.3355×240×0.94=75.6888=75.69kg/h
(2) 氧化铝的消耗量：取Al2O3单耗为1920kg/t·Al
氧化铝实际消耗量=75.69×1.92=145.32kg/h； 氧化铝理论消耗量=75.69×1.89=142.97kg/h; 氧化铝的损失量=145.32-142.97=2.35kg/h
86.61
合计
平衡 差额
179.98 4319.98 1576677 99.99
CO 生成量
氧化 铝损失
合计
7.52 2.35 179.976 0.01
支出 ㎏/天 1816.56 9.12 48.96 1.82 127.44
2078.64
180.48
56.4 4319.42
0.56
㎏/年 43597.44 218.88 1175.04 43.776 3058.56
铝电解槽寿命受到设计、材料、筑炉、焙烧启动、操作等多方面的综 合作用。要保证上述槽寿命，从设计上，因石墨化碳块的电解槽运行平稳， 优先选用石墨化阴极碳块。
同时，也可以考虑采用高润湿、抗磨蚀、低钠蚀、低电阻的新型阴极 技术，如铝电解TiB2涂层新技术，经工业试验验证，TiB2涂层可延长槽龄12年、吨铝节电200kWh以上、提高电流效率1%以上，目前，该技术已被列 为国家重点新技术加以推广。
2（1-η）Al+3（1-η）CO2=(1-η)Al2O3+3(1-η)CO
N=
1.5 3(1 )
2 1 N=0.88
[1.5 3(1 )] 3(1 )
理论炭耗量=（3×12.011×75.6888）/（1.88×54）=26.86kg/h
取实际炭耗量为 425kg/t·Al
实际炭耗量=425×75.6888×10-3=32.17kg/h 炭损失量=32.17-26.86=5.31kg/h 炭耗指数=（32.17/26.86）×100%=120%
取分子比为：2.4 Al2O3为2% CaF2，为5% t：955℃ E极 =1.87V;
用该式算出的极化电压偏高，大约高出实测量0.05-0.1V，因此 取E极=1.8V左右。
电解质压降：
一般可由下式取得
I • L
△V质 =
K X • S阳
其中：I：为电流强度，（A）；S阳：为阳极水平截面积 （cm2）; △L：为极距改变值（cm）； X：为电解质导电率
100
A材
A反
A母
A损
100
总计
Kwh/h
52.85 433.17 43.2 478.78 1008
%
5.24 42.97 4.29 47.50 100
✓ 电解槽的电能消耗率：W=4.2/0.3355/0.94=13.32kwh/kg.Al ✓ 根据不朗特兰（Bratland）的报道理论上生产1000克铝电解
（欧-1·厘米-1）； K：为校正值，一般取8。
阳极效应分担压降：
阳极效应分担压降可按下式进行计算，即
△V效应=
K(U效应 U槽 )t 1440
其中：K：为阳极效应系数，（次/槽·日）；在此为0.1次/槽·日； △V效应：为发生阳极效应时的槽电压，35（V）； U槽：为槽电压4.06-4.22（V）： t：阳极效应持续的时间（min）：在此为3min U效应=（0.1×30.82×3）/1440=0.017V
铝电解的总反应式：
Al2O3+3/(1+N)C=2Al＋3N/(1+N)CO2＋3(1-N)/(1+N)CO
其中，N：CO2的质量分数：
当一次阳极气体的成份为100% CO2，则CO是产生的Al与作CO2用的结果， 一次反应电流利用率100%，由此一次反应为Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2 若电流效率为η，其二次反应：
12×2台 12 5 13×2台
2、母线提升机： 共用4台，每栋2台，为带有32个隔膜气缸驱动的吊挂装置
及松闭卡具的风动扳手，另带两个为风动扳手跨越立柱的提升 气缸。
B、设备数量的计算：
1）换阳极作业：
阳极的消耗速度hc=8.054d阳·η·Wc×10-3/dc =8.054×0.7×0.94×425/1000/0.8=1.41cm/日 如阳极高度为54cm，残极高度为17cm，则每块阳极使用周期为（5417）/1.41=26天； 换阳极时，每台槽16组阳极，每换一组阳极需15分钟，换阳极周期26 天/组，则每天每班更换阳极时间为：
49887.36
4331.52
1353.6 103666.2
87.24
% 42.06 0.21 1.13 0.04 2.95
48.12
4.18
1.31 100 0.01
2、能量平衡：
以1小时为计算基础，取电解温度为950℃，在计算中以电解温度作 为能量平衡的温度基准，并以电解槽整体作为计算体系： 由能量的平衡式：A电=A反+A材+A损失 (1) 电能收入：
此外，还可以采用铝电解槽智能模糊控制技术；采用节省能源抗渗透 抗侵蚀的新型耐火保温材料，加强电解槽底部保温，提高和改进电解槽底 部保温材料的质量和性能，提高电解槽的砌筑质量；提高操作人员的操作 水平以及促使管理人员做到精细管理等等。
千方百计从技术进步上实现电解槽的长寿命。
电解槽单槽日产量和年产量：
✓ 设定规模：200000t/a；铸造成品实收率：99.2%；设计槽寿命：2000 天，停槽周期：60天；
则开动率=2000/(2000+60)×100%=97.08% ✓ 生产槽数
NP =200000/（663.21×99.2％×97.08％）=313.14台；取314台 ✓ 大修槽数
Nr＝生产槽数/槽寿命＝314/5.48≈57.30 台 取57台 ✓ 备用槽数
一、铝电解槽电压的平衡计算：
V平=△V槽+△V母+△V效应； △V槽：电解槽的工作电压； △V母：槽外母线电压降； △V效应：阳极效应分摊压降；
其中，V槽=E极+△V质+△V阳+△V阴
E极=4.241-0.147×-0.0177×Al203%+0.027×MgF2%0.001×CaF2%-0.0129×NaCl%-0.0195×LiF%+0.125×d阳0.0022×t℃
收入 ㎏/天 3488 9.12 48.96 1.82
碳块 32.17 772.08
㎏/年
%
1273003 81
3329 0.21
17870 1.13
666
0.04
281809 17.87
项目 原铝 冰晶石 氟化铝 氟化钙 碳损 失量
㎏/h 75.69 0.38 2.04 0.076
5.31
CO2 生成量
根据热力学第一定律，反应效应△H0T：
b、补偿加热原材料所需的能量
c、母线损失的能量： A母=240×0.18=43.2kw
d、电解槽的热损失（按差额）：
A损=1008-43.2-433.17-52.85=478.78kw
能量平衡表
能量收入 项目
A电
Kwh/h 1008
总计
1008
%
能量收入
项目
料箱装氧化铝量m3 4.0
打击头冲击次数，Hz 21
冲击力 J 85~100 (相当于压缩空气压力为0.5Mpa时)
副小车：起重量t 12 运行电动机功率kw 3.7 提升电动机功率kw 15
运行速度m/min 33/5.5 提升速度m/min 4.6-4.9
固定式起重机：额定起重量t 最大提升高度m 提升速度m/min 提生电动机功率kw
(5) 反应生成的气体量：
CO2生成量=（3×0.88×44×75.6888）/［（1+0.88）×54］ =86.61kg/h
CO的生成量=［3×（1-0.88）×28×75.6888］/［（1+0.8） ×54］=7.52kg/h
物料平衡表
项目 氧化铝 冰晶石 氟化铝 氟化钙
㎏/h 145.32 0.38 2.04 0.076
铝电解槽的设计计算：
• 基础数据：产量：20万吨/年 铝锭
•
容量：240KA
•
阳极电流密度：0.733A/cm2
•
效应系数：<0.2次/槽·日
•
电流效率：94%
•
阳极碳块尺寸：1550×660×550
• 单槽原铝产量：
•
日产 240×0.94×0.3355×24 = 1816.5 Kg
•
年产 1816.5×365×0.001 = 663 t
槽消耗的电能为 W=△HT°+△H材t1-t3=5.63+0.7=6.33kw
✓ 电解槽的电能利用率：η电能=（6.33/13.32）×100%=47.5%