课程设计--电解槽阴极

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1、第1章概述1.1现代铝电解槽结构发展趋势从1886年，Hall-Heroult的冰晶石-氧化铝熔盐电解法，已经快有120年的历史了，在此期间Hall-Heroult电解炼铝的工艺和方法原理上没有变化，然而实施Hall-Heroult冰晶石-氧化铝熔盐电解方法炼铝的主体设备——Hall-Heroult电解槽的结构发生了很大的变化。铝电解生产由最初的电耗40kW.h/kgAl[电流效率75%（1889年Heroult槽）]和电耗31kW.h/kgAl[电流效率80%（1889年Hall槽）]，降到了现在的电耗12.9kW.h/kgAl（直流电耗），电流效率96%以上

2、。电解槽的容量（电流）由最初的几千安培，增加到了现在的500kA。电解槽的结构型式也发生了很大的变化。各类槽型的发展及演变过程参见表1-1。在Hall-Heroult冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝诞生的近120年时间里，Hall-Heroult铝电解槽的结构，按阳极特性可以来划分经历了从预焙阳极到旁插自焙阳极，到上插自焙阳极，最后又回到预焙阳极的阶段，其间也出现过连续预焙阳极试验电解槽，但未成功推广。在Hall-Heroult电解槽的初级阶段，电解槽的特点是电流小、电压高、阳极电流大、电耗高、电流效率低、电解槽的阳极是预制的（预焙阳极）。在20世纪50～70年代，

3、上插棒自焙阳极电解槽在世界范围得到很大的发展，其电解槽的最大电流可达到170～180kA。但由于自焙阳极电解槽的种种不可克服的缺点，故在20世纪70年代以后逐步被淘汰，取而代之的是现代的预焙阳极电解槽。表1-1各类槽型的发展及演变过程阶段槽型使用时期电流强度/kA阳极电流密度/(A.cm-2)直流电耗/(kWh.t-1)机械与自动化劳动生产率I小型焙烧炉1920年前3-86.5-1.480000-250001920-1950551.3-1.021000以下II侧插槽20世纪30年代中期至今25-300.7-1.022000-14500半机械化操作47-5890-

4、95III上插槽20世纪50年代中期至今1000.8以下18000-16500后期采用多种作业联合机组4.5100-1300.7以下18000-14500VI现代化预焙电解槽1950-1960100以下1.1-0.917000-14000仅采用计算机智能模糊控制系统2.81960-1970100-1501970-1986180-2800.9-0.613900-13200221986年至今280-550几年来，全球铝产量和铝消费量持续增长,世界铝工业发展方兴未艾，呈现三个明显趋势：一是世界铝工业的组织结构日趋规模化、集团化和国际化；二是铝电解槽日趋大型化或超大型化

5、，其科技含量、智能化程度越来越高；三是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。因此，中国铝工业只有加快组织结构、技术结构和产品结构调整步伐，才能在激烈的国际竞争中，实现由世界铝工业大国向世界铝工业强国的转变。[23]1.2所设计电解槽阴极结构的特点一种异性结构铝电解槽的阴极碳块，属于铝电解技术领域。所述的异性结构铝电解槽，是指该铝电解槽及其阴极结构为异性。本实用新型阴极碳块的下表面开有凹槽，用于安装阴极钢棒，其上表面具有若干凸起，其横断面为凸形或矩形。采用本实用新型的铝电解槽可以缓解电解槽内阴极铝液的流动速度和降低铝液的波动高度

6、，从而达到提高铝电解槽的金属铝液面的稳定性，减少铝的溶解损失，提高电流效率和减少极距，降低铝电解生产电能消耗，以及在阴极底部凸起的墙体之间能形成粘稠冰晶石熔体氧化铝的混合物或沉淀物，阻止阴极铝液通过槽底裂纹和缝隙流入槽底，溶化钢棒，达到延长电解槽寿命的目的。第2章铝电解槽结构简介工业电解槽通常分为阴极结构、上部结构、母线结构和电气绝缘四大部分。预焙槽根据下料方式可分为边部打壳下料电解槽和中心打壳下料电解槽两种，其不同的只是后者有自动打壳和下料装置。本设计为290kA中心下料预焙电解槽，其结构简图如2－1。[6,7]22图2－1中间下料预焙电解槽结构简图2.1上部

7、结构熔池上面的金属结构部分统称上部结构。它可分为门式支架及桁架、阳极提升装置、阳极母线卡具及阳极组、中间打壳下料装置、集气烟罩和排烟管五大部分。图2－2为某厂200kA预焙铝电解槽的上部结构图。图2－2　200KA预焙阳极铝电解槽上部结构图2.1.1阳极炭块组预焙槽有多个阳极炭块组，每一组包括2-3块预制阳极炭块。炭块、钢爪、铝导杆组装成电解槽用阳极。钢爪由高磷生铁浇注在炭碗里，与炭块紧紧地粘结，铝导杆则是采用渗铝法和爆炸焊与钢爪焊接在一起。铝导杆通过夹具与母线大梁夹紧，将阳极悬挂在大梁上。阳极母线大梁承担着整个阳极的重量，并将电流通过阳极输入电解槽。它由铸铝制

8、成，由升降机带动上下移动