电解槽设计

课程设计说明书题目：年产15万吨铝电解槽设计学生姓名：

学院：材料科学与工程

班级：

指导教师：

2009年12月

课程设计（论文）任务书

课程名称：冶金工程课程设计学院：班级：

学生姓名： ___ 学号：指导教师：

目录

摘要 (1)

第一章设计任务 (2)

第二章设计步骤 (2)

1预设电解槽的个数 (2)

2电解槽的类型 (2)

3计算电流效率 (2)

4阳极尺寸的选择 (2)

5计算阳极炭块数 (2)

6算槽膛尺寸 (3)

7计槽壳各部分尺寸 (3)

7.1侧壁 (4)

7.2槽壳底层 (4)

7.3槽壳尺寸 (5)

第三章设计校核 (5)

一能量平衡计算 (5)

1 能量平衡的计算原则 (5)

1.1 能量平衡计算温度基础 (5)

1.2 能量平衡的计算体系 (5)

1.3 槽体散热损失计算部位 (5)

1.4 能量收入、支出平衡的计算时间单位 (6)

2 二氧化碳的生成量 (6)

3 一氧化碳生成量 (6)

4 计算参数选择与测试项目 (6)

5 能量平衡计算原则 (7)

6 测试数据处理及计算公式 (8)

6.1 能量收入计算 (8)

6.2 能量支出计算 (8)

6.2.1 CO2气体消耗热 (8)

6.2.2 CO气体消耗热量 (8)

6.2.3 CO、C02气体消耗热量 (9)

6.2.5 铝液带走热 (9)

6.2.6 残极带走热 (10)

6.2.8 换极散热 (11)

对流散热 (11)

电解槽散热 (13)

6.3 电解槽能量平衡表 (13)

6.4 能量利用率 (13)

6.4.1 有效能量 (14)

6.4.2 收人能量 (14)

6.4.3 能量利用率 (14)

6.4.4 能量平衡测试误差 (14)

二物料平衡计算 (15)

三电压平衡校核 (15)

参考文献 (16)

摘要

本设计说明书主要介绍了年产量15万吨铝电解槽的设计步骤和设计过程，对电解槽槽膛、槽壳的尺寸计算。对耐火材料和保温材料以及侧壁和槽底材料的选择、电流强度的选择、阳极碳块尺寸的选择、阴极碳块的选择做了说明、并且对这些设计合理性的校核(包括能量、物料、电压的平衡计算)都做了简要的阐述。此外，还对电解槽的结构以及用途做了简要的说明。

关键词:铝电解槽;物料平衡;槽壳

第一章 设计任务

预设计年产铝15万吨的电解槽。

第二章 设计步骤

1 预设电解槽的个数

年产15万吨铝，预设400个电解槽。

2 电解槽的类型

采用中部下料预焙阳极电解槽

3 计算电流效率

计算每个电解槽的年产量150000400375/÷=吨年

计算每天生产铝的量（去除节假日、维修日、意外事件等共25天，一年按

340个工作日计算）。

计算每小时生产量，每天按24个小时工作日

1.102942445.956/kg h ÷=

计算电解槽的电流效率（其中电流强度取160KA ）

由ηI M 3355.0=可以得到

4 阳极尺寸的选择

对于160KA 的电流强度阳极的电流密度为0.74/2/Cm A 由阳

阳S I D =可以得到:2160000216216.220.74I S cm D ===阳阳 5 计算阳极炭块数 阳极炭块组如下图1所示：

图1阳极炭块组示意图（单块组）

每块阳极水平截面积211526610032S cm =⨯=，则阳极炭块组

216216.222210032

N ==（块）即22组，分两行排列之，每行11组炭块。 6 计算槽膛尺寸

根据经验，阳极炭块组至大面一般为300～500mm ，取400mm 。至小面一般为

450～500mm,取500mm 。阳极炭块之间的缝隙一般采用40～50mm ，取45mm ，槽子

中间缝隙要安装下料装置，一般采用200～300mm ，取300mm 。各部分尺寸如图2。

图2槽膛内尺寸

则槽膛宽度为：2400215203004140a mm =⨯+⨯+=。槽膛长度为：

11660104525008710b mm =⨯+⨯+⨯=。槽膛深度一般为500～600mm ，根据阳

极炭块的尺寸选择600mm 。

7 设计槽壳尺寸

槽壳各层材料示意图如下图所示：

图3槽壳各层材料

各材料的热导率和耐火温度如表1所示：

表1各材料地热导率和耐火温度

7.1先预设炭块的厚度为1σ=120mm ，则33.1958312

.09501000471211

=-⨯=-=σλt t q 对于同一墙体的q 值都是相同的，所以2232()

1.393(95025)0.0592559.2519583.33t t m mm q λσ-⨯-====，考虑到砖的尺寸标准 选=2σ65mm 。

核算合理性'13

121210002517932.080.120.06547 1.254

t t q q σσλλ--===<++，所以合理。 7.2 槽壳底层

预设炭块的厚度为mm 4503=σ，下面的碳素垫4σ=40mm 。

则123341000950474766.7340.450.040.003

t t q λσσ--==⨯=+++，对于同一墙体的q 值都是相同的，所以4245()

1.2605(950500)0.11899657118.996574766.734

t t m mm q λσ-⨯-==== 根据砖的标准厚度，选取两层粘土质耐火砖130mm ，外加3mm 的水泥堵缝共=5σ133mm 。

5456()

1.0465(500100)0.880.0738451173.845114766.734

t t m mm q λσ-⨯-====，选取2层红砖，所以6σ=106mm 。

核算合理性：