年产10万吨铝电解车间设计大学学位论文.doc

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1、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11.1铝的物理化学性质11.2国内外铝工业发展的现状及趋势21.2.1国内外电解铝工业发展现状21.2.2电解铝工业发展趋势32电解铝的生产工艺流程选择32.1.1铝电解工艺流程32.1.2铝电解的原料与辅助原料42.1.3电解铝机理83主

2、要技术经济指标计算及设备选择102.1铝电解槽的简介102.2电解槽的设计及相关计算112.2.1单个电解槽日产量计算112.2.2电解槽槽数的确定112.2.3备用槽槽数112.2.4电解槽理论吨铝直流电耗的计算122.2.5电流密度122.3铝电解槽结构参数的确定132.3.1阳极尺寸132.3.2槽膛尺寸132.3.3槽壳尺寸142.3.4阴极炭块数目142.3.5铝母线152.3.6极距152.4铝电解槽的电压平衡计算162.4.1极化电动势162.4.2电解质电压降172.4.3阳极电压降182.4.4阴极电压降182.4.5铝母线

3、电压降、阳极效应均摊电压降192.4.6槽平均电压194物料平衡计算（简单的冶金计算4、5部分可以合在一起）203.1铝产量203.2Al2O3消耗量203.3实际消耗量203.4氟化盐的消耗量203.5阳极炭块的消耗213.6物料平衡列表215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）224.1电能收入224.2能量支出：224.2.1补偿电解反应所需的能量224.2.2补偿加热原料所需的能量234.2.3母线损失的能量234.2.4电解槽的热损失236电解铝车间配置图247参考文献26摘要电解槽是铝生产的主要设备，本设计在

4、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

5、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271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，通入氯气后加热得到NaCl，AlCl3复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。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

6、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66

7、0.4℃，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

8、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，