年产0万吨铝电解车间设计设计

年产0万吨铝电解车间设计设计

湖南有色金属职业技术学院2014 届毕业设计（论文、作品）

题目：年产10万吨铝的电解车间设计

系（部）：冶金材料系

专业班级：冶金1201班

姓名：曹远鹏

指导老师：贾菁华

2014 年10 月 13 日

目录

1绪论 (1)

1.1 铝的物理化学性质 (1)

1.2国内外铝工业发展的现状及趋势 (2)

1.2.1 国内外电解铝工业发展现状 (2)

1.2.2电解铝工业发展趋势 (3)

2电解铝的生产工艺流程选择 (3)

2.1.1 铝电解工艺流程 (3)

2.1.2铝电解的原料与辅助原料 (4)

2.1.3电解铝机理 (8)

3主要技术经济指标计算及设备选择 (10)

2.1铝电解槽的简介 (10)

2.2 电解槽的设计及相关计算 (11)

2.2.1单个电解槽日产量计算 (11)

2.2.2电解槽槽数的确定 (11)

2.2.3备用槽槽数 (11)

2.2.4电解槽理论吨铝直流电耗的计算 (12)

2.2.5电流密度 (12)

2.3铝电解槽结构参数的确定 (13)

2.3.1阳极尺寸 (13)

2.3.2槽膛尺寸 (13)

2.3.3槽壳尺寸 (14)

2.3.4阴极炭块数目 (14)

2.3.5铝母线 (15)

2.3.6极距 (15)

2.4铝电解槽的电压平衡计算 (16)

2.4.1极化电动势 (16)

2.4.2电解质电压降 (17)

2.4.3阳极电压降 (18)

2.4.4阴极电压降 (18)

2.4.5铝母线电压降、阳极效应均摊电压降 (19)

2.4.6槽平均电压 (19)

4物料平衡计算（简单的冶金计算4、5部分可以合在一起） (20)

3.1铝产量 (20)

3.2 Al

2O

3

消耗量 (20)

3.3实际消耗量 (20)

3.4氟化盐的消耗量 (20)

3.5阳极炭块的消耗 (21)

3.6物料平衡列表 (21)

5电解铝热量平衡计算（简单的冶金计算4、5部分可以合在一起） (22)

4.1电能收入 (22)

4.2能量支出： (22)

4.2.1补偿电解反应所需的能量 (22)

4.2.2补偿加热原料所需的能量 (23)

4.2.3 母线损失的能量 (23)

4.2.4电解槽的热损失 (23)

6电解铝车间配置图 (24)

7参考文献 (26)

摘要

电解槽是铝生产的主要设备，本设计在分析了大量文献资料和实地调研的基础上，对铝电解槽结构进行了设计计算，对生产电解铝工艺过程的能量平衡、电压平衡、物料平衡进行了计算，以熟悉铝电解过程，并在计算的基础上，对主要设备进行选型和车间平面设计及总图确定。本文也介绍了铝的物理化学性质以及铝电解过程物理化学反应，铝电解质体系的性质，电解槽种类、电解槽的基本结构和其参数以及电解车间设计的基本原理。设计中选用现行铝电解工艺中较为成熟的基本工艺参数，电流强度选用比较常见的240KA，槽型选用中间下料四点下料预焙槽。电解槽的电流效率为94%，车间总生产能力为年产10万吨。

编制设计说明书，绘制电解槽结构图，车间平面图和工艺流程图。

关键词：铝电解槽能量平衡设计

1 绪论

1.1 铝的物理化学性质

铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属。

1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通入氯气后

复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。加热得到NaCl，AlCl

3

1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。

近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，这时的铝已不单属于皇家贵族所有，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。

铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可塑加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。

纯净的铝是具有银白色光泽的金属，密度为 2.70g/cm³，熔点为660.4℃，沸点为2467℃。铝具有良好的低温强度特性，强度随温度降低而增大，即使温度降低到-198℃铝仍不变脆。铝没有磁性和毒性，具有良好的延展性、导热性以及良好的反射光、热的能力；铝的导电性仅次于银和铜（导电率为铜的64%，而密度为铜的30%）。铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。

铝元素位于元素周期表第三周期第三主族，最外层有3个电子，容易发生还原反应失去这3个最外层电子形成+3价铝离子。铝具有两性的特点，遇酸显碱性，遇碱显酸性，和碱反应生成偏铝酸盐，和酸反应生成铝盐。应指出的是，在常温下浓硫酸和浓硝酸会使铝钝化，但加热时会发生复杂的氧化还原反应；只有盐酸和稀硫酸等才会跟铝发生置换反应，生成盐并放出氢气。