200KA预焙阳极铝电解槽阳极组设计

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1、金属冶金学专业课课程设计—200kA预焙阳极铝电解槽阳极组设计第一章绪论20世纪80年代以前，工业铝电解的发展经历了几个重要阶段，其标志的变化有：电解槽电流由24kA、60kA增加至100～150kA；槽型主要由侧插棒式（及上插棒式）自焙阳极电解槽改变为预焙阳极电解槽；电能消耗由吨铝22000kW·h降低至15000kW·h；电流效率由70～80%逐步提高到85～90%。1980年开始，电解槽技术突破了175KA的壁垒，采用了磁场补偿技术，配合点式下料及电阻跟踪的过程控制技术，使电解槽能在氧化铝

2、浓度变化范围很窄的条件下工作，为此逐渐改进了电解质，降低了温度，为最终获得高电流效率和低电耗创造了条件。在以后的年份中，吨铝最低电耗曾降低到12900～13200kW·h，阳极效应频率比以前降低了一个数量级。80年代中叶，电解槽更加大型化，点式下料量降低到每次2kg氧化铝，采用了单个或多个废气捕集系统，采用了微机过程控制系统，对电解槽能量参数每5s进行采样，还采用了自动供料系统，减少了灰尘对环境的影响。进入90年代，进一步增大电解槽容量，吨铝投资较以前更节省，然而大型槽（特别是超过300kA）能

3、耗并不低于80年代初期较小的电解槽，这是由于大型槽采取较高的阳极电流密度，槽内由于混合效率不高而存在氧化铝的浓度梯度；槽寿命也有所降低，因为炉帮状况不理想，并且随着电流密度增大，增加了阴极的腐蚀，以及槽底沉淀增多，后者是下料的频率比较高，而电解质的混合程度不足造成的。尽管如此，总的经济状况还是良好的。90年代以来，电解槽的技术发展有如下特点：（1）电流效率达到96%；（2）电解过程的能量效率接近50%，其余的能量成为电解槽的热损而耗散；（3）阳极的消耗方面，炭阳极净耗降低到0.397kg/kg-

4、Al；（4）尽管设计和材料方面都有很大的进步，然而电解槽侧部仍需要保护性的炉帮存在，否则金属质量和槽寿命都会受负面影响；（5）维护电解槽的热平衡（和能量平衡）更显出重要性，既需要确保极距以产生足够的热能保持生产的稳定，又需要适当增大热损失以形成完好的炉帮，提高槽寿命。我国的电解铝工业可自1954年第一家铝电解厂（抚顺铝厂）投产算起，至2010年已有56年历史，在电解槽设计中，已掌握“三场”仿真技术，在模拟与优化方面采用了ANSYS和MHD等软件；能较好的处理电解槽的磁场、流场、热-电平衡等问题，

5、为大型和特大型预焙槽的设计和制造奠定了基础。我国近几年开发应用的200kA及其以上容量的大型预焙铝电解槽均取得了较好的技术经济指标，以目前已开发应用的最大容量铝电解槽--350kA预焙槽为例，主要技术经济指标为：电流效率94.43%；直流电耗13310kW·h/t-Al；阳极净耗397kg/t-Al。-20-金属冶金学专业课课程设计—200kA预焙阳极铝电解槽阳极组设计第二章现代铝电解槽结构及预焙阳极炭块2.1现代铝电解槽结构现代铝工业已基本淘汰了自焙阳极铝电解槽，并主要采用容量在160kA以上

6、的大型预焙阳极铝电解槽（预焙槽）。工业铝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。各类槽工艺制度不同，各部分结构也有较大差异。图2-1是我国一种200kA预焙阳极铝电解槽结构图[1]。图2-1我国一种200kA预焙阳极铝电解槽结构图1-混凝土支柱；2-绝缘块；3,4-工字钢；5-槽壳；6-阴极窗口；7-阳极炭块组；8-承重支架或门；9-承重桁架；10-排烟管；11-阳极大母线；12-阳极提升机构；13-打壳下料装置；14-出铝打壳装置；15-阴极炭块组；16-阴极内衬2.1.

7、1上部结构槽体（金属槽壳）之上的金属结构部分，统称上部结构，它分为承重桁架，阳极提升装置，打壳下料装置，阳极组，集气和排烟装置。1.阳极炭块组阳极组由炭块、钢爪和铝导杆组成，炭块有单块组和双块组之分，按钢爪数量有四爪和三爪两种。钢爪与炭块用磷生铁浇注连接，与铝导杆一般采用铝-钢爆炸焊连接。与单块组不同的是，双块组使用一根铝导杆连接着两块阳极。2.阳极升降装置预焙槽阳极提升装置有两种，一种是螺旋起重器式的升降机构；另一种是滚珠丝杠三角板式的阳极升降机构。阳极提升装置为螺旋起重器升降机构，它由螺旋起

8、重机、减速机、传动-20-金属冶金学专业课课程设计—200kA预焙阳极铝电解槽阳极组设计机构和马达组成。4个螺旋起重机与阳极大母线相连，由传动轴带动起重机，传动轴与减速箱齿轮通过联轴节相连，减速箱由马达带动。当马达转动时便通过传动机构带动螺旋起重机升降阳极大母线，固定在大母线上的阳极随之升降。提升装置安装在上部结构的桁架上，其行程为400mm，在门式架上装有与电机转动有关的回转计，可以精确显示阳极母线的行程值。3.承重结构承重桁架如图2-7所示，下部为门式支架，上部为桁架，整体用铰链连接在槽壳上