170 KA的铝电解槽的设计

目录

一．铝工业的介绍

1.铝电解工业现状 (1)

2.电解铝工业的发展趋势 (2)

3.全球电解铝市场供求状况 (3)

二．熔盐电解

1.熔盐电解质 (4)

2.影响熔盐电解质的因素 (5)

三．电解生产工艺流程 (6)

四．铝电解槽的设计计算

1.阳极结构参数的选择与计算 (7)

2.电解槽槽体结构选择计算...................... (8)

3.阴极结构参数的选择及计算 (9)

五.铝电解槽导电部件的选择计算

1.阳极部分导电部件的选择与计算...................................... (10)

2.阴极部分导电部件的选择与计算 (11)

六.铝电解槽电压平衡计算

1.阳极部分 (12)

2.电解质电压降 (13)

3.阴极部分电压降 (14)

4.阳极效应分摊电压 (15)

5.连接母线压降 (16)

七.电解槽电压平衡表 (17)

八. 铝电解槽工作制度 (18)

九. 设计心得 (19)

十．附图 (20)

170KA的铝电解槽的设计

一．铝工业的介绍

由于铝电解生产需要大量的电能，故降低单位铝产量的电能消耗量是历来追求的目标。在铝工业生产初期，每千克铝电耗量高达30～40kwh-1。以后，随着供电设备的更新，电解槽生产能力的增大，阳极和导电母线电流密度的减小，电解槽结构的改进和生产操作的改善，电耗率亦相应地有所降低，现在一般电耗率为13～15kwh-1/kg，有的甚至降低到12.5kwh-1/kg。

1.铝电解工业现状

本世纪八十年代以来，国外新增电解系列已普遍采用大型预焙阳极电解槽，系列电流强度普遍达到180～350kA，吨铝直流电耗降至12900～14000 kw.h.t-1。

目前，西方国家用于生产的电解槽最大电流强度为350 kA，且绝大多数企业为280～320 kA的超大型预焙槽，电流效率平均达到了94％～96％。近年来，我国新建槽多采用180～300 kA的大型槽，改造旧槽因投资等方面的原因，多采用75kA或160～240 kA之间的槽型，其技术与世界先进水平比仍有一定的差距，到目前为止，国内仅有少数企业采用技术上与世界一流企业基本同步的280～320kA之间的槽型。目前，我国生产使用的铝电解槽，最大的槽型是电流强度为350kA的槽型(应用于平果铝业公司)，还有电流强度仅24kA的槽型，我国电解槽电流效率平均仅为86％～90％。2003年底全国833.82万t产能中，280kA 以上特大型预焙槽产能为152.6万t，占总产能的18.3％； 160～240 kA大型预焙槽产能为387.1万t，占总产能的46．5％；小型预焙槽产能为190.24万t，占总产能的22.8％；还有103.88万t产能仍然是使用落后的自焙槽，占总产能的12.5％。可见，虽然通过引进、消化、吸收国外先进技术和装备，我国电解铝行业整体装备水平有显著提高，但是，我国还有约100万t的自焙槽和约200万t的小型预焙槽，约占全国总产能的35％，这些低档次的生产技术设备，虽然具有生产工艺简单、投资省、见效快等优点，但技术装备水平较低，能耗、原材料消耗高，环境污染严重，技术经济指标较差。

表1—3 2000—2006全球电解铝市场供求状况

电解铝工业的发展趋势

（1）世界铝工业的组织结构日趋规模化、集团化、国际化

此外，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，其科技含量、智能化程度越来越高，发展大型或超大型高效率、智能化的铝电解槽已经成为当今电解铝企业技术进步的标志和趋势，世界铝电解工业的技术及装备水平已经有了很大提高，在生产规模、电解槽容量、计算机应用、机械化和自动化程度以及烟气治理等方面都有了较大的进步变化。

（3）电解铝生产的技术经济指标向着高产、优质、低耗、长寿和低污染的方向

加快进步

西方国家先进电解铝技术的发展，体现在技术经济指标的先进性上：1）槽型大，电流强度达到300kA以上；2）电流效率高，一般达到94%-95%，个别企业已经提高到96%；3）吨铝直流电耗低，一般为13200-13400kWh，个别企业已经

降低到13000kWh。

（4）世界铝工业向电力充裕廉价、铝土矿资源丰富的地区转移

目前，世界原铝生产成本中电费占据相当大的比重，因此，如何降低发电成本和电价，降低原铝生产电耗，是绿工业生存和发展的重要研究课题。

虽然日本是铝的消费大国，但铝产量却一直下降。日本现在主要靠在海外投资来获取金属铝，仍保持人均年耗铝28kg的高水平。日本铝工业的衰落，除资源贫乏之外，最主要的是能源短缺，铝用石油电价高达7.5美分/kWh，超过国际铝业平均用电价格2.0-2.1美分/kWh数倍。日本铝工业的兴衰发人深思，电价渐渐变成左右铝工业发展的制约因素。当今世界铝工业被迫向电力充裕廉价的地区转移，向铝土矿资源丰富区域和发展中国家转移。

二．熔盐电解

在电化顺序中，极为活泼的金属不能从盐类的水溶液中获得。因为在水溶液中，该金属将与水作用而析出氢，并生成该金属的氢氧化物。抽取此类金属，当以热还原法有困难时，经常采用电解该金属的熔融盐或溶于熔盐的氧化物。有时