年产20万吨铝电解车间毕业设计剖析

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1、年产 20 万吨铝的铝电解车间设计摘要本设计是毕业设计， 依据毕业任务书进行了一年产 20 万吨铝锭的铝 电解车间的设计。在查阅有关文献、翻阅了自己所学的相关课程下，对 我国铝工业的发展、国际炼铝的综合情况进行了简明的论述；并确定了 冰晶石熔盐电解的方案，选用并论证了 420KA 电解槽的技术经济指标。 作了厂址的选择与论证及铝电解槽的设计计算、物料平衡及能量衡算、 铝电解烟气净化及原料输送、环境保护、技术经济评价及成本核算等内 容。并绘制CAD四张，以及完成了一份毕业实习报告书。关键词：电解 铝 电解槽 毕业设计目录一、绪论 31.1 铝的物理化学性质 31.2 国内外铝工业发展的现状及趋势

2、 42.1 工业布局问题 82.1.1 工业布局的影响 82.1.2 各工业区之间的经济协调 82.1.3 厂址和居住区的规划 92.2 原材料供应及交通运输条件 92.3 供水供电条件及费用 102.4 环境保护和节约用地问题 10三、生产工艺流程与技术经济指标的选择与论证 113.1 工艺流程 113.1.1 工艺流程选择的基本原则 113.1.2 工艺流程图 12四、冶金计算 134.1 铝电解槽的简介 134.2 铝电解槽结构与计算 144.2.1 阳极尺寸 144.2.2 槽膛尺寸 154.2.3 槽壳尺寸 154.2.4 阴极炭块数目 164.2.5 铝母线 164.2.6 极距

3、174.3 台数的计算以及产量的衡算 174.3.1 单个电解槽日产量计算 174.3.2 电解槽槽数的确定 174.3.3 备用槽槽数 184.3.4 电流密度 184.3.5 铝电解槽的电压平衡计算 184.4 物料平衡计算 194.4.1 铝产量 194.4.2 Al2O3 消耗量 194.4.3 氟化盐的消耗量 204.4.4 阳极炭块的消耗 204.4.5 物料平衡列表 204.5 热平衡计算 214.5.1 热收入 214.5.2 热支出 224.5.3 热量平衡表 24第五章 铝电解槽正常生产管理 255.1 电解车间的生产管理 255.1.1 车间生产管理的一般法则 255.1

4、.2 车间机构及管理层次 2752 电解车间工艺技术条件管理 305.2.1 槽电压管理 315.2.2 铝水平及出铝管理 325.2.3 极上保温料的管理 335.2.4 效应管理 335.2.5 效应间隔管理 375.2.6 原铝质量管理 37第六章冶金环境保护 416.1 环境保护的重要性 416.2 铝电解厂烟气中的污染物及其危害 426.3 铝电解的环境保护 44七、编说明书绘车间平面图及电解槽三视图 46八、结束语 46九、文献 48一、绪论1.1 铝的物理化学性质铝的物理性质1、银白色的轻金属 , 较软 ,2、密度 2.7g/cm3,3、熔点 660.4 C ,沸点 2467C

5、,4、它有良好的导电性和传热性 . 所以铝常用来做导线 , 制造各种炊具 .5、铝对光的反射性能良好 , 反射紫外线比银还强 , 铝越纯 , 它的反射 能力越好 ,铝的化学性质1、和氧气反应：铝粉可燃饶 4AI+3O2=2AI2O3 (发强白光)2、和非金属反应： 2Al+3S=Al2S33、和热水反应：2AI+6H2O=2AI(OH)3+3H0 (反应缓慢)铝和水发生置换反应：2AI+6H2O=2AI(OH)3+3H04、 和较不活动金属氧化物反应：3Fe3O4+8AI9Fe+4AI2O35、和酸反应：在常温下浓硫酸和浓硝酸可使铝钝化 . 盐酸和稀硫酸 可跟铝发生置换反应 , 生成盐并放出氢

6、气.2AI+3H2SO4(稀)=AI2(SO4)3+3H2 f2AI+6HCI=2AICI3+3H2f6、和盐溶液反应： 2AI+3Hg(NO3)2=3Hg+2AI(NO3)37、和碱溶液反应：主要和 NaOH KOH强碱溶液反应，可看做是碱溶液先溶解掉铝表面氧化铝保护膜 2AI+2NaOH+2H2O=2NaAIO2+3H22AI+2OH-+2H2O=2AIO2-+3H2注：1. 铝和不活动金属氧化物（主要是难熔金属氧化物如 Cr2O3、V2O5以及Fe2O3等）的混合物，都叫铝热剂，在反应中铝做还原剂反应过 程放大量热 , 可将被还原的金属熔化成液态2. 铝在加热时可以跟浓硫酸或硝酸反应 ,

7、 情况较复杂不做要求1.2 国内外铝工业发展的现状及趋势世界金属统计局表示， 2008年全球前 10 个月铝市供应过剩 113.2 万 吨，远远超过去年同期 4.4 万吨的过剩量。值得关注的是， 12月份开始 全球铝库存增加的速度突然变快。库存的快速增加表明全球原铝供需正 在继续恶化。如今全球的原铝生产商都面临着全球经济放缓、铝库存增加、价格 下跌等困难，并且走出这样的困难需要时日。全球的原铝生产商都在大 幅度的削减生产或取消扩建计划，以平衡供需关系。 对于中国来讲，首 先，从政策环境来看，中国电解铝行业的出口限制政策持续深化，铝合 金、铝板带或将成为调整对象。与此同时，国储局伸援手收储 30

8、 万吨电 解铝。此举对企业短期内缓解经营压力、减少亏损是有利的。这次收储 价格的确定主要以企业以成本报价后再加成后确定，为 12350元/ 吨，该 价格比市场价格高 10%。但这种收储行动主要还是帮助企业度过难关， 很 难对市场价格产生实质的推动作用。其次，从经济环境来看，宏观经济 面临的国内外环境将更加趋紧，尤其是内部经济内生性变化带来的周期 性调整压力可能会明显大于 2008 年。世界经济增长周期性变化和国内周期性因素相叠加，增大了 2009 年经济进一步向下调整的压力但是，我国经济长期增长的内在条件没有改变，宏观经济政策有可 能转为中性偏松， 2009 年经济继续向下调整的幅度可能会小于

9、 2008年。 2008年以来，工业经济总体保持了平稳较快的发展态势。 08 年前三季度， 规模以上工业增加值同比增长 15.2%，增速同比减缓 3.3 个百分点。 其中 7、8、9 月增速分别为 14.7%、12.8%、11.4%，减速趋势十分明显。对于 固定资产投资，进入 2008 年以来，投资速度继续加快，前三季度，全社 会固定资产投资 116246 亿元，同比增长 27%，比上年同期加快 1.3 个百 分点。 2003-2007 年，我国房地产投资增长速度以 26.32%的速度在增长， 进入 08 年以来，受到国内信贷政策及金融危机的影响，中国房地产投资 增长速度出现了回落， 2008

10、年1-10 月，全国完成房地产开发投资 23918 亿元，同比增长 24.6%，增幅比 1-9 月回落了 1.9 个百分点。再次，从社 会环境来看，在有色金属工业协会组织召开部分骨干电解铝企业市场分 析座谈会上全体代表通过了电解铝企业联合减产“倡议书”，并承诺自 即日起一个月内逐步达到减产 5-10%的目标。并向全国电解铝企业发出倡 议，希望所有电解铝企业加入到减产行列，为电解铝行业争取一个较为 宽松的市场环境。此次联合减产，不仅可以缓解电力紧张的状况，而且 可以稳定铝价，提高企业的盈利能力。但由于目前行业并没有出现亏损， 加上在建产能较多，我们预计实际影响的产量较为有限。最后，从技术 环境来

11、看，目前世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。电解铝工业 对环境影响较大，属于高耗能、高污染行业，但是电解铝是一种应用广 泛的金属，轻工业、电器行业、机械制造、电子行业等各行各业都离不开铝。目前电解铝的最重要的下游行业为建筑行业、交通运输业、电子 电力行业及包装行业， 其对铝金属的消耗量约占总量的 80%。随着下游行 业的发展以及应用领域的托长，电解铝应用前景广阔。 国家连续出台了 一系列政策，遏制钢铁、电解铝、水泥等行业基本建设投资过热势头。 加上氧化铝供应短缺价格居高不下。 近期爆发的能源危机导致电价上涨，及出口退税率降低等因素的影响， 电解铝企业四面受敌，这对于正处发展高峰的电解铝工业来

12、说不亚于一 场风暴，据报道目前全国已经有六十家铝厂处于停产或者部分停产状态， 电解铝企业陷入前所未有的困境。其中，电解铝价格快速下跌，主要是两个方面的原因，一是电解铝 行业产能过剩，另一方面是经济危机使来自于汽车、房地产等下游行业 的需求大幅减少。 目前中国电解铝产量过剩情况如此严重除了需求下降 的因素外，中国电解铝行业的非理性扩张也是一个重要的原因。从中国 的资源量来看，中国铝土矿基础储量只有 7 亿吨左右，只占世界的 2.3%， 按照现在的发展速度，中国的铝土资源只能维持 10 年左右，因此行业的 调整已是必然。如今电解铝的主要原料氧化铝价格都已经在行业平均成 本价以下。从 08年 9月份

13、以来，包括氧化铝、电力及各类辅料在内的几 乎所有成本都出现下降，其中氧化铝和辅料的价格下跌尤为迅速。考虑 到原料和辅料价格进一步下跌的可能性，以及由于煤炭价格下跌，拥有 自备电厂的电解铝厂将在成本上拥有优势，国内电解铝的平均生产成本 有进一步下降至 15000元/ 吨，但由于中国铝土矿的稀缺性，中国电力紧 张的情况仍将长期存在，因此电解铝生产成本再大幅下降的可能性不大。从电解铝产业竞争态势来看，第一，进入者的威胁。目前中国氧化 铝完全能够满足国内电解铝生产的需要，并出现供应过剩。氧化铝供求 弹性低，出现过剩将促使氧化铝生产商向下游电解铝行业延伸产业链。 第二，购买者分析。电解铝行业的购买方即铝

14、消费者，在中国随着经济 的复苏，中国城市化进程中基础设施、公共事业、住房和汽车等消费品， 将极大地带动国内铝消费需求，而中国旺盛的铝消费是推动电解铝产量 增长的根源。第三，替代品分析。为了调节供需矛盾，作为电解铝一部 分替代品的再生铝加大了加工生产力度，但国内废铝回收比例并不高， 原材料供应量不足致使废铝的进口数量居高不下。第四，行业内现有竞 争者分析。目前电解铝行业处于高速发展阶段，行业集中度不断提升二、厂址的选择与论证 厂址选择对工业企业的建设速度、建厂投资、生产发展、经济效益、 环境保护及工农关系都能具有重要意义。2.1 工业布局问题2.1.1 工业布局的影响 建设一座电解厂，对全国的供

15、应业布局、一个地区或一个城市的合 理发展、各工业区之间的经济协调及农业发展等起着重要作用，应根据 工业布局大分散、小集中、多搞小城市的方针，按工农结合，城乡结合， 有利生产，生活方便的原则，进行厂址选择和居住区的规划，使之符合 供应业布局总体规划及城市建设规划要求。2.1.2 各工业区之间的经济协调 我国地域辽阔，经济发展水平差距较大，不仅表现为东、中、西部 三大地带间的巨大差距，而且还表现为三大地带内部各省区之间的差距。 特别是改革开放以来得以 快速发展的东部沿海地带，其内部各省区之 间、新兴工业区和老工业区之间以及各省区内部之间也存在发展差距。 由于不同区域的资源禀赋和社会经济条件不同，因

16、 而，各具独特的经济 潜力和相对优势。区域经济协调发展理论认为：地区间分工应建立在发 挥各自优势的基础上，中央和地方政府应积极支持和促成这种分工的形 成; 国家对地区的倾斜政策与国家的产业政策和地区优势有机地结合起 来，即对重点发展地区的优势产业或国家重点支持发展的产业进行倾斜， 对其他产业不予倾 斜，国家加快条件较好地区发展的同时，也要重视落 后地区的发展，将地区差距控制在社会能够承受的范围内。2.1.3厂址和居住区的规划我选择的厂址位于位于秦晋豫黄河金三角中心一一山西省永济市境内中条山北麓。图红1位置S7MIL04“席施_aeuEHE14UXB1*/ iESM三门蛭帀SlRiUSi轻曙WJ

17、E西Tie_, gEE3冲山衙邹池鼻雪EE住2.2原材料供应及交通运输条件铝电解厂是连续性的，物料吞吐量一般较大，大型冶炼厂每昼夜要处理数千吨物料，如不及时吞吐，势必影响生产，因此在选择厂址时， 必须充分考虑交通问题，为了减少运输费用，在保证良好的运输条件下, 应使厂址尽可能接近原材料基地和销售市场。原材料供应：山西铝矿资源丰富，氧化铝厂分布很多，多分布在山西南部，原料的供应充足。运输的条件：在省道S336上建造，与其他县之间运输可以走国道 G59与 国道G209,交通运输非常方便，而且厂之间距离短，运输成本低。2.3 供水供电条件及费用 铝电解厂是大量用水和耗电多的企业，例如建设一座年产 1

18、0万吨铝锭的电解厂，需要一座容量为250000KW左右的发电站做保证，因此希望 厂址附近有充分的 水源和电源。我选择的厂址是在黄河边上， 水源丰富， 借着丰富的水源，黄河上有许多水利发电站，离厂最近的发电站是三门 峡发电站，直线距离 58公里，年发电量： 13.1 亿千瓦小时，电力充足， 电度电价为 0.4812, 适合建厂。2.4 环境保护和节约用地问题 冶金生产的特点之一是无意例外地产出大量造成环境污染的三废物质， 除必须有完善的三废治理工程外，必须尽量考虑在主导风向和主要水流 的下游位置，安排好三废处理厂和废渣堆放场地，要有良好的自然通风 条件，并应考虑厂址附近的居民点、城市发展规划、农

19、牧渔业及旅游胜 地、自然资源保护区等问题，我国是农业大国，人口多，土地相对少， 耕地也较少，因此在选择厂址时，必须节约用地，不占或少占耕地，不 拆除或少拆除建筑物，尽可能选择荒山野岭或坡地建厂，我所选择的厂 址符合这些条件，是在郊区的山边上建的， 可以修条 1 公里的路便和 S336 接上，交通无问题，并且不会占用耕地，不会拆除建筑，周围无以上所 说的居民点等，所以无污染问题，居民点距厂址有 2公里的距离，坐公 交车 10 分钟，四周无牧渔业及旅游胜地、 自然资源保护区等， 适合建厂。三、生产工艺流程与技术经济指标的选择与论证3.1 工艺流程冶金工艺流程是指从单一的矿物原料或复杂的矿物原料经过

20、若干工 序加工成品的过程，因此工艺流程的选择，实质上就是生产方法及生产 工艺路线的选择。由于原材料原有的成分、品质等的不同，各个国家技 术水平和技术政策的差别，乃至同一国家不同地区自然条件、环保要求 等的不同，所选的工艺流程也不同，可见工艺流程的选择是一项十分复 杂的综合性的技术经济工作决策。一座新建有色冶金厂的全部设计内容， 都是围绕着确定的工艺流程而展开的，所选工艺流程在技术是否先进可 靠，经济上是否合理，将直接关系到企业的投资水平和建成后的生产水 平、经济效果乃至工厂的前途。因此，工艺流程的选择是一项十分重要 的工作。3.1.1 工艺流程选择的基本原则所选工艺流程应对原料有较强的适应性，

21、能使产品品种具有可变性 和多样性，不致因原料成分有所变化而影响产品的产量和质量。所选工艺流程，应在确保产品符合国家及市场需求的前提下，能充 分利用原料中各有价元素并获得最高的金属回收率、设备利用率、劳动 生产率；能有效地进行三废治理，保护环境；能简化工艺，缩短流程， 降低能耗，从而节省投资，降低成本。3.1.2工艺流程图下图为我所选的工艺流程图：3-1氧化铝 氟化盐 阳极块 直流电铝锭合金工艺流程图3-1四、冶金计算4.1铝电解槽的简介铝电解槽是炼铝的主要设备。铝电解槽分为自焙槽、预焙槽和试验槽。预焙槽的阳极是预先焙制好的，预焙槽中又分为不连续阳极预 焙槽和连续阳极预焙槽。 不连续阳极预焙槽又

22、分为边部下料和中间下 料槽。这两种槽尤其是后者为目前铝电解生产的主力槽型。自焙槽的 阳极是电解生产中在电解槽上自行焙烧的，按照阳极棒的插入方式又分为侧插阳极电解槽及上插阳极电解槽两种。由于自焙槽能耗大，且 电解过程中产生有害的气体不便收集而极易造成严重的环境污染，因此这种槽型正在不断淘汰或被改造成预焙槽。下面的图分别为不连续阳极预焙槽、连续阳极预焙槽、上插棒阳极自焙槽和侧插阳极电解槽 。图4-1不连续阳极预焙槽简图图4-2连续阳极预焙槽简图图4-3上插棒阳极自焙槽简图图4-4侧插阳极电解槽简图4.2铝电解槽结构与计算设计的参数（1）l=420ka（2）阳极电流密度选择0.8A/cm2（3）电流

23、效率为95%（4）阳极尺寸选1550*1320*620，阴极尺寸选1600*515*450（5）大面尺寸为300mm小面尺寸为420mm阳极炭块组间距取45mm阳极行间距取250mm阴极炭块间距用炭糊扎缝 30mm（6） 体系电压4V,阳极气体成分 CO2 75% CO 25,%排烟量 7900m 3/h4.2.1阳极尺寸阳极尺寸是铝电解槽一个重要的结构参数。一般说来，电解槽容 量越大，则阳极尺寸也要越大一些。预焙阳极炭块尺寸，视阳极排列 与组数不同，长度各异，。在这里，炭块的高度是一个主要参数。一 般倾向于采用稍高一些的炭块，综合各种因子的考虑，本设计阳极尺寸设计取为 1550*1320*6

24、20mm需要阳极面积S=420000/0.8=525000cm2需要阳极炭块数 n=52500/155*132=25.65，选26块阳极，分二行排列，每行 13组。 阳极实际面积与阳极电流密度值为： S=26*155*132=531960cm2 D=420000/531960=0.7A/cm2。4.2.2 槽膛尺寸取阳极到槽膛侧壁尺寸为380mm,到槽膛端壁之距离为 420mm阳极炭块组之间距离取 45mm阳极行间距离取 250mm由此计算： 槽膛长=2*420+13*1320+12*45-40=18500mm槽膛宽=2*300+2*1550+250=3950mm槽深取 560mm4.2.3

25、槽壳尺寸槽底内衬选择 侧部为散热型结构，一般底部和上部要加强保温，在 阴极炭块底有炭素底垫（ 30mm）, 三层耐火砖（ 3*65mm）, 一层氧化铝粉（100mm ,三层保温砖（3*65mm，硅酸盐保温砖一层（65mm。由此可计算底部厚度 =450+30+3*65+100+3*65+65=1035mm 槽深=1035+560=1595mm槽壳结构有臂撑式和摇篮式两大类。摇篮架是弹性变形体，这种 槽壳受力不产生应力集中， 在电解槽的端角部位， 不能发生断裂现象， 这是摇篮式槽壳最大的优点。摇篮支架选用360mm工字钢，厚钢板焊 接而成，槽侧壁都有一些摇篮架。 根据槽膛及槽内衬尺寸可算出槽壳尺寸

26、：槽壳宽度 =3950+2*125+12*2+25*2+2*300=4924mm槽壳长度 =18500+2*125+2*400+2*25=19640mm槽壳深度 =560+1035+10+40+300=1945mm4.2.4 阴极炭块数目槽底部阴极炭块选择采用 1600*515*450mm阴极炭块数 n=18540/(515+30)=32 炭块到端壁边缘尺寸： 18540- ( 30*31+515*32)/2=565mm 炭块到侧壁边缘尺寸 =( 3950-3370)/2=290阴极电流密度 D=420*1000/(32*200*140*2 )=0.23A/cm24.2.5 铝母线 铝电解槽有

27、阳极母线，阴极母线和立柱母线，都用铝制作。铝母 线有两种：压延母线和铸造母线，后者通用于高电流的大型电解槽，铝母线的电流密度一般为0.250.40A/mm2。电解槽阳极母线断面为500mm 200mm面积电流为 0.35A/mm2,阳极母线采用铸造铝母线，两端用软母线连接，以便阳极母线升降， 与立柱母线的连接采用压接。立柱母线断面为 320mnX 480mm面积电流为 0.38A/mm2。阴极母线也采用铸造铝母线，远电端母线面积电流为0.40A/mm2,近电端阴极母线经电解槽槽底沿纵向中心引出， 与远电端母线汇集引入下一台电解槽，从而使电流分布均匀，减少了母线用量，减少了大容 量电解槽产生的磁

28、场影响。426极距所谓极距，是指阴阳两极之间的距离。在工业电解槽上，浸在电解质里的阳极表面都是阳极工作面，而槽底上的铝液表面实际上就是阴极工作面。为便于测量起见，一般取阳极底掌到铝液镜面之间的垂 直距离作为极距。工业电解槽中，提高极距，则电解质电压降有所增 大。根据实测，每提高极距10mm引起电压降增加400mV（旁插棒槽） 或350mV （预焙槽）。因此在工业生产上宜在取得高电流效率的情况 下，保持尽可能低的极距，以便减少单位铝产量的电能消耗量。本设 计取极距为4.0cm。4.3台数的计算以及产量的衡算4.3.1单个电解槽日产量计算电解槽日产原铝量按下式计算P=0.3356I n t x 1

29、0（t/d ）铝产量：P=0.3356*420000*95%*0.001=133.9kg/ 槽 h每年每个槽子的产量=133.9*365*24=1172964kg/ 槽年= 1172.964槽年4.3.2电解槽槽数的确定工作槽数的确定年产铝20万吨，则电解槽台数N计算如下N=l00000 =200000/1172.964=170 台Qa433备用槽槽数备用槽槽数经验公式13Nn二20OOt=17O*3O/2OOO=2.55取 3 台t此处取为3O天4.3.4电流密度VW=.3356X 103(KW h/t)式中：V电解槽平均电压取4 V4W=-3356 X 103 = 12689(KW h/t

30、)4.3.5铝电解槽的电压平衡计算工业电解槽的电流消耗率，与电流效率和平均电压两个因素有关，降低平均电压或提高电流效率都能够减少电解槽的电能消耗率。电解槽的平均电压 V=呂际+ Vw+ V阴+ V电解质+ V母线+ V效应+ V联(1) 实际分解电压即极化电压，就是AI2Q理论分解电压与阳极过热电压和阴极过热电压之和。采用炭阳极进行电解时，AI2Q理论分解电压是1.11.2V,取1.15V现代大型预焙槽的阳极过电压大约是 0.40.5V。取其值为0.45V。则实际分解电压为1.60V。(2) 电解质电压电解质电压可根据柯鲁鲍夫提出的经验公式计算: V电解质=S+2(A+E)*( L+2.5)式

31、中S阳极的截面积，cm 2;L极间距离，cm;本设计阳极与阴极距离4.0 4.5cm,这里计算取 4.2cm;2(A+B)阳极周长，cm;?电解质比电阻，Q - cm,电解质的分子比在2.12.3之间时,取其值为0.53 Q cm。 V电解质二 LS 2(Z B)*( L+2.5)4.4物料平衡计算4.4.1铝产量铝产量：P=0.3356*420000*95%*0.001=133.9kg/ 槽 h4.4.2 AI2O3 消耗量产出1吨铝所需氧化铝=1000*102/54=1888.9kg/tAL2O3消耗量比理论多1.56.0%，取1吨消耗为1930kg,AL2O3的槽/ 时消耗量=133.9

32、*1930*0.001=258.43kg/ 槽时AL2O3的理论槽 / 时消耗量=133.9*1888.9=252.92AL2O3损失量=258.4-252.92=5.48443氟化盐的消耗量以下是生产每吨铝的消耗:需要冰晶石 5*133.9/1000=0.67 kg需要氟化铝 25*133.9/1000=3.35 kg需要氟化镁 5*133.9/1000=0.67 kg需要氟化钙 4*133.9/1000=0.54 kg4.4.4阳极炭块的消耗实际理论炭消耗=12*12*133.9/7/54=514 kg/ 槽时CO2的生成量=44*9*133.9/54/7=140.28 kg/槽时CO 的

33、生成量=28*3*133.9/54/7=29.76 kg/ 槽时炭块消耗为 450kg/tAL，则实际消耗为=133.9*450/1000=60.25 kg/槽时炭的损失=60.25-51=9.25 kg/ 槽时4.4.5物料平衡列表收入支出名称数量百分百%名称数量百分百%AL2O3258.4379.78原铝133.941.34冰晶石0.670.2冰晶石0.670.21氟化铝3.351.03氟化铝3.351.03氟化钙0.540.16氟化钙0.540.17氟化镁0.670.2氟化镁0.670.21阳极炭块60.2518.6CO2140.2843.31总计323.91100CO29.769.19

34、碳损失量9.252.86氧化铝损失5.581.72总计323.911004.5热平衡计算4.5.1 热收入(1) 电能的收 Q=4*420*1000*3600=6048000000KJ/h(2) 阳极反应所得热：根据反应方程式AL203+12/7O 2AL+9/7CO2+3/7CO计算已得：C02的生成量 140.28kg/ 槽日，所以 nCO2=140.28/44=3.19kmol/ 槽 hCO的生成量 29.76kg/ 槽日，所以 nCO=29.76/28=1.06 kmol/ 槽 h在电解温度下：CO2的生成热为394.97KJ/molCO的生成热为113.07KJ/molQ=( 3.1

35、9*394.97+1.06*113.07 )*1000=1379808.5 KJ / 槽 h(3) CO燃烧热CO+1/2O2=CO2 50% CO发生了反应且CO的燃烧热282.69 KJ/molQ背=282.69*1.06*50%*1000=149825.7 槽 h4.5.2 热支出(1) AL2O3的反应热AL20S 2AL+3/2O2nAL2O3=109.59/102=1.07mol在950C下，AL2O3分解的自由能为： Gr=405760=3.75 log T-92.22T=292986.52 G292986.52*4.2*2.53=3113274.76(2) 气体带走的热量气体平

36、均比热：C=1.25JK/m3 C烟气平均温度85 C，基础温度25 CQ=1.254*7900* (85-25) =954396KJ/h( 3) 铝液带走热铝比热 298933C 为 C=4.96+0.002296Tcal/mol铝比热:9331273C 位 C=7.00cal/mol融化热为 93kcal/molQ1=(4.96+0.0029*1231/2 ) *133.9/27*4.2*1231/2=86944.93KJ/hQ2=93*133.9*4.2=52301.34 KJ/hQ3=7*133.9/27*4.2* t=145.80*1231/2=89739.9 KJ/hQ 总=869

37、44.93+52301.34+89739.9=228986.2 KJ/h( 4) 残极带走热：C残：C消= 160:400 C 消=60.25C 残=60.5*160/400/13=1.85Kmol/h残极表面温度450 C，电解温度为950 C残极的平均温度为（950+450） /2=700 CQ 残极带走的热=1.85*4.1*4.2*700=10266.39 KJ/hQAL2O3=1000*4.2=4200 KJ/hQ 残总=10266.39+4200=14466.39（ 5） 加热氟盐、冰晶石 22W/kg-ALQ 盐=22*3600*133.9*0.001 = 10604.88 KJ

38、/h（ 6） 散热损失Q=7577634.2-10604.88-14466.39-228986.2-954396-3113274.76=3255905.97 KJ/h4.5.3热量平衡表收入支出名称数量百分百名称数量百分百阳极效应1379808.518.21%AL2O3反 应3113274.7641.09%CQ燃烧149825.71.98%气体带走执八、95439612.59%电能收入604800079.81%铝液228986.23.02%总收入7577634.2100.00%残极14466.390.19%加热氟盐10604.880.14%散热损失3255905.9742.97%总支出量757

39、7634.2100.00%第五章 铝电解槽正常生产管理5.1 电解车间的生产管理人类使用一定的工具，按照一定的方法对劳动对象进行劳作，从而 构成生产力。电解车间的管理者在从事管理活动中应从生产力的三要素 来着眼，充分发挥要素的能动作用，并注意调整三者之间的关系。电解铝生产过程简单，产品永远不变，因此，作业方法也相应稳定。 电解反应由于是在结壳封闭的熔池内进行，而熔体的高温、腐蚀和冲刷 使安装各种传感器异常困难，故不能从多侧面反映槽内的反映情况，不 得不借助直观感觉和体会。从而使对过程的判断和处置带有浓厚的经验 性。 随着槽型不断大型化、操作机械化、自动化水平的日益提高，与旧式电 解车间相比，2

40、80KA中心下料预焙槽显现出，对作业时间安排和作业质量 更加严格，各工种，上下式序间配合更加紧凑，协调，指导生产更加重 视数据解析的大趋势。电解车间是工厂主体车间，供电、阳极、铸造、 化验、工艺车队，原料供应库，槽修、电解设备维修、计器等车间工作 节奏服从于电解生产的节拍，他们的产品质量或服务质量只有通过电解 生产的成绩才能体现和得到检验。电解生产的特点和车间在工厂中所处的核心地位就决定了电解车间 生产管理的基本点。5.1.1 车间生产管理的一般法则 人是生产力最活跃的要素。生产管理的核心，就是要发挥其活力。所谓“活力”有两层意义。其一，是指从事电解工作的人都能经受恶劣环境的考验，始终保持旺盛

41、的工作热情和责任态度，其二是操作着要熟练掌握各项操作，基层管理者要懂得技术条件和操作管理的方法，并具 备较强过程分析和改善的能力。对此，车间的管理者应调动政治、行政、 分配、教育等手段，长期不懈地致力提高操作者和基层管理者的政治素 质及业务素质。从构成生产力的另两个要素考虑，结合电解生产特点，应从如下方 面入手实施管理：同步化电解车间每天的所进行的作业都有固定的时间和程序，这是由过程 平稳所要求的，也是多功能天车作业能力决定的。因此，一到某一时间， 所有参与作业的不同工种的操作都必须到达现场，并且在指定的时间内 完成作业。根据电解车间作业时间表，排出了其他车间配合作业的节奏， 从而形成了整个工

42、厂的工作拍节。电解车间和其他车间都必须遵守已经 约定的配合时间表，到时同步动作，使任务完成协调，高效。标准化对于连续性强，机械化自动化程度高，工序间环环相扣的大工业来 说，成百上千的人集中在一起，从事着相同的劳动，制造着同样的产品， 这就需要在操作方法，管理制度和产品标准上的高度统一。因此，现代 工厂中都把制订标准、执行标准作为生产管理的重要内容，工厂只有执 行了标准化，才有可能使生产指标跨上一个新台阶。均衡化指进入电解车间物流和从电解车间移出的物流均衡。 “均衡”含两重 要意义：第一，物流不能中断；第二，投入和产出都保持在一定范围之 内，维护投入产出的均衡是生产的重要内容。简言之，槽子稳定是

43、物流 均衡的基础，物流均衡又是槽子稳定的客观表现。设备管理电解的主要操作，技术条件的调整，物流的进出都是建立在设备正 常的基础上，有人讲，设备好坏是电解死或活的问题，工艺的好坏是指 标高或低的问题。一句话，设备不正常，同步化，标准化，均衡化均为 奢谈。在电解车间，除电解槽外最重要的设备是多功能天车、净化大风 机、计算机、槽控箱和电解槽，因此要加强对此设备的管理。 全面质量管理全面质量管理是发动群众参加管理，实现从把关的一种行之有效的 管理形式，全面质量管理的基本思想是，以防为主，处理为辅；把管结 果变成管原因，把处理事故变为抓日常工作的严格管理，使每个操作， 每项技术条件都处于受控状态，且整个

44、过程中，始终贯彻用数据说话， 对于铝电解这个连续性强，多人参与，效果反映迟缓，经验色彩较浓的 行业，全面质量管理非常有用。5.1.2 车间机构及管理层次车间管理机构电解车间的生产管理，涉及面宽，内容复杂，绝非一个人能包打天 下，需要一批人按照不同的分工，构成不同的层次去进行管理。电解厂 房、计算机室、供料与净化部在流程上是互相联系不能分割的。三者产 生的各种数据都是电解过程分析所不可缺少的。其具体分工如下： 管理者（车间主任、区长）、监督者（区长、班长），执行者（各 类操作工人）层次分明，职位明确。 作业组工种齐全，减少了因按工种划分，而造成任一作业都需要 电解工区对外联系的麻烦和扯皮。 厂房

45、自成小系统，配备的设备管理员、技术员、吸出管理员、资 料员能独立地进行设备管理，电解操作管理，日常对外联系和过程的初 步分析。 车间具备较强的数据处理和过程分析能力，能够提供厂房各种资 料，指导厂房改善过程，使电解生产始终充满向上的活力。 电解车间管理层次电解车间管理者层次一般划分为管理者、监督者、执行者、三者承 担的职能不同，不同层次管理者管理的内容和深度不同。 车间正、畐片任按照工厂下达的计划，制定符合车间实际的实施 计划；研究计划实施中生产存在的操作质量，技术条件，设备运转，原 材料质量，工种间配合协作等方面的问题，并及时发出改善指示。遇到 重大问题负责与配合车间联结，或向厂长汇报并接受

46、指示。 区长他们是第一线的管理人员，每天都要处理大量的业务问题和 协调方面的问题。他们应精通操作和异常状况发布操作或处置，能够做 到：按操作标准对厂房、区的操作质量和技术条件进行严格管理；及时、 准确地异常情况发布操作或处理指示；将车间方针和实施计划具体化， 制订落实措施，向班组贯彻，并检查班组长工作。定期向管理人员对电 解生产的现状进行分析，指出存在的问题，提出改善的可能性和可行性 意见；定期或不定期向厂房，区提供操作质量和槽子趋势的分析资料； 协助车间，厂房，区制订槽基准和实现长期目标的措施；指导厂房，区 操作质量的推进；负责对操作标准和技术条件提出修正意见。 班、组长是操作班的负责人，必

47、须精通操作标准，善于做群众工 作。他们应做到，经常检查操作质量，贯彻操作标准；负责异常情况下 的处置和协调；负责贯彻车间在操作方法的改善意见；团结，领导好部 下，完成操作，现场清扫和设备维护任务，不发生人身，设备事故。 电解车间定员电解车间定员是根据设计车间拟定的产品方案和生产规模规定具有 一定质量的各类人员的数量指标。定员工作的中心任务是在保证生产需 要的前提下，按照精兵简政、提高效率的原则。合理使用劳动力，节约 劳动力。对生产岗位的定员主要是按照岗位的性质和劳动量来选定，不 同素质的劳动力应有不同的岗位配置，做到用其所长，避其所短，优化 组合；各车间的管理人员按全车间的 5%来确定。人员岗

48、位是：每个车间 三个主任，两个副主任分别负责设备和生产，每车间分 4 个区，每个区 有两个班长和两个区长，每个区一个生产班，生产班分 4 个作业组，每 个组设立一个作业组长，每个作业组包括天车工、操炉工两个工种，车 间设立一个综合班，负责整个车间的抬母线、检修、以及检测等工作。 即台母线两个组，每组 4 人，检修槽两个组，每组 8 人，检测 4 人，另 外车间办公室 2 人，负责车间的原财物料的领用、发放、保管，以及日 常办公工作，总人数为 454 人。具体见表电解车间定员表。表5-1电解车间定员表岗位每个车间（2个车间）每个工区（4个工区）每个作业 组（4个作 业组）总人数备注车间主任361

49、正2副工区长82161正1副生产班长82161正1副作业长164324班3倒天车工48123964班3倒操炉工1122872244班3倒综合班30601正1副班长办事员24合计427454以上就是电解车间的不同层次的管理的人员配置5. 2电解车间工艺技术条件管理新槽启动后，经过三个月的调整，逐渐形成规整的炉膛，电解槽进 入正常生产阶段。在正常生产期，需要对各项工艺技术条件进行管理， 这些工艺技术包括槽电压，加料量（指氧化铝通过加料间隔管理来实现） 铝水平和电解质水平，阳极效应，槽温等，在保证电解槽操作质量的前 提下，管理好这些技术条件，电解槽就能在长期的状态下工作，获得高 电流效率和低能量消耗

50、，此为电解生产管理的主体，须特别重视。5.2.1 槽电压管理槽电压指电解槽正常工作的电压，由电解槽的阳极母线压降、卡具 压降、铝导杆压降、爆炸焊压降、钢爪 - 碳块压降、阳极碳块压降、阴极 压降、分解与极化压降、电解质压降、效应分摊压降组成。 生产中槽电压的管理主要是注重于随槽子状态而变化的，主要是对阳极 压降、阴极压降、电解质压降和效应分摊压降的控制，其中阳极压降则 是由阳极生产单位取保证。由于各个槽安装质量有异，槽工作状态不一。每个槽的电压并不 绝对一致，需要依据实际情况人为设定。槽电压的管理就是依照人为设 定的槽电压为目标，通过计算机忠实地实行监控进行自动调整控制。 在电流恒定的条件下，

51、电压是调节电解槽能量平衡最重要、最易实现的 因素之一，因此，电压管理实质是电解槽能量平衡的管理。通过变更设 定电压实行对槽电压进行控制，实质是通过增减极距来变更电解质电压 降，因为槽电压与极距呈现确定的线性函数关系，即随着极距的增长而 升高。当槽电压恒定，但炉底、阳极电压降增高时，或电解质电阻变大 时，极距就会被压缩，从而引发病变。为了使电压能真正与极距呈现确 定的线性对应关系，在实际中应尽量保证阳极、阴极电压降接近设计值， 并按基准要求保持电解质成分，并使这些项目稳定。在电流恒定的条件下，电压是调节电解槽能量平衡的最重要，最易 实现的因素之一，因此，电压管理实质是电解槽能量平衡的主要管理。

52、实际生产中，通过增减极距来变更电解质电压降来实现对槽电压的控制。 下列情况需要将电压上升：电解槽热量不足，效应多发或早发。需要指出的是：凡是通过变更其它技术条件能达到同样的目的，就 尽量不要上升是电压。这样以防止提高电压对槽膛产生的副作用。 在电解槽恢复过程中，应根据实际情况及时调整，否则产生热量收支不 平衡，恶化槽况。5.2.2 铝水平及出铝管理铝水平的作用主要是稳定磁场，降低针振和电压摆发生的机率与幅 度，并减少对阴极的侵蚀等。由于铝的导热性好，使电解槽内温度分布 比较均匀， 因此保持较高的铝水平使阳极底部热量能够及时地散发出去， 有利于调节、降低槽温，减弱二次反应。较高的铝水平能储存较大

53、的热 容量，因此使得电解槽有较大的热稳定性。在偶然发生的阳极效应、槽 电压升高和电流增大时，可使电解槽内产生的大量多余热量储入铝水中， 而不至于使电解槽温度上升得过高，不会给电解槽的热稳定性带来很大 的影响，这对改进和提高电解槽的电流效率是有好处的。事实证明，电 解槽容量越大，电解质和铝水越多，电解槽的这种热稳定性就越好，越 能承受诸如换极作业等对电解槽的干扰。铝具有良好的导电性能，具有 使阳极电流和阴极电流分布比较均衡的功能。较高的铝水平能使电解槽 周围形成规整、稳固的槽帮，收缩铝液镜面，提高阴极电流密度，这些 因素均有利于提高电流效率、降低电耗、提高电解槽寿命。低铝水平， 对电解槽的平稳、

54、高效和安全生产均带来了较为不利的后果。由上可以看见，电解槽的铝水平的管理十分重要。管理的重点是平 衡保持确定的铝水平，防止偏高偏低。铝水平的管理，首要条件是采用 正确的测量方法，取得准确的铝水平数据。测定的方法一般为一点测定 法和三点测定法。出铝量的管理是指怎样确定各台槽吸出多少铝，即确定指示量。严 格地讲，每台槽每次的出铝量应等于出铝周期内所产的铝量，但实际生 产中难以做到准确把握此量。由于铝水平关系到槽子的热平衡以及正常 生产，我们也应以铝水平来决定出铝量的多少，保证电解槽稳定生产。5.2.3 极上保温料的管理极上保温料是维持电解槽热平衡的一个重要因素。槽子的热设计确 定之后，生产中必须保

55、证热输入与热支出的平衡，才能达到槽子平稳运 行。极上保温材料主要是保持槽子热量的作用，但它也可作为调节热支 出的手段，通过增减极上保温料的厚度，调节电解槽的热支出，但不能 只考虑这一种手段，必须与槽电压，铝水平高度调整配合实施。正常槽极上保温料加的不足，自然会导致槽子走向冷态，必须升高 槽电压来维持热平衡，势必造成多耗电能。生产管理中必须按设计所确 定的来添加。当输入热量过剩时，可适当减薄保温料厚度加大槽散热， 否则过剩的热量就会通过侧部散出，使槽帮变薄。当输入热量不足时， 可适当增加保温料厚度，角部和厂房两头及过道边易散热槽的保温料要 稍厚些，冬季时节也可适当厚些。极上氧化铝厚度的标准值为1

56、618cm即与阳极钢爪横梁下限 2 3cm齐为标准。5.2.4 效应管理阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象，无论哪种解释机理都有氧化铝浓度降低的原因。传统的电解工艺认为阳极效应的 发生可以调整槽子的热平衡，校正电解槽内电解质中氧化铝的浓度，并 达到洁净电解质，清理阳极底掌炉底沉淀以及规整炉膛的目地。但是 当阳极效应发生时，电解过程会中止，很容易烧坏良好的侧部炉帮，使 熔体电解质过热，造成电流效率降低及环境污染并浪费大量电能、原 材料、人力。因此国内外各大铝厂都在努力降低阳极效应系数减少效 应的发生。在电解槽的正常生产中，我们总是希望能按照设定的阳极效应系数 发生效应。但是在现场生

57、产中不可避免存在设备故障及技水条件不合理 的情况因此不正常的效应发生在所难免。在大型预焙铝电解槽炼铝生 产过程中，所谓非正常效应就是没有按照设定的效应系数在效应等待以 外期间发生的效应。其主要有以下几种类型。(1) 突发效应未到效应等待期发生的效应即为突发效应。其主要产生的原因是电 压偏低。热输入不足，铝水平偏高。极上保温料不足。加料量不足。可 按以下程序进行判断与处理，如图 51 所示。图5.1突发效应处理程序(2) 延迟效应AE在设定的效应系数的等待期以后，推迟发生或不发生即为延迟效应，其发生的主要原因是阳极本身有异常。物料过剩，电压过高或Al水平过低，可按以下程序判断处理，如图 6-2所

58、示FA Vj：二氐扑上并世水吉B B匸图5.2延迟效应处理程序(3) 异常效应(1) 效应电压小于15 V的效应，其产生的主要原因是阳极底掌有局部病变，引起短路，电解质水平过高引起槽子过热，可按以下程序进行判断 与处理，如图5-3所示图5.3效应电压小于15V的处理程序 效应电压高于35 V，其产生原因主要是AE时人为提高电压；电解质 水平压低；铝水平过高或槽子过冷。可按以下程序化进行判断处理.如 图6 4所示。图5.4效应电压小于35V的处理程序实践证明，只要认真把好操作关，提高阳极质量，把好支配物料和热因 素的各项技术条件，并合理将他们组合，可望能取得效应管理的满意效 果。5.2.5 效应

59、间隔管理AE间隔，亦称AE设定时间，即指上次 AE结束时刻起，到停止本次 加料历程，开始等待AE时止的规定时间，这是人为设定的。AE间隔越短，效应次数越多，等待 AE的时间越长，加料次数越少， 说明AE间隔这个参数能够影响加料量，其实际意义为：相隔多长时间清 理一次槽内积料，校准一次氧化铝浓度，这个 AE间隔取值取决于加入量 与槽实际需要量的偏差的大小。因此要按照槽子的实际情况，调整好效应间隔。5.2.6 原铝质量管理 铝的质量是铝电解生产中一项重要指标，纯度高的铝具有良好的化 学物理性能，而铝中杂质增多将影响其理化性能，如导电性变坏、耐蚀 性降低、白光反射率降低等。因此在电解槽中力求生产出高

60、品位的铝， 纯度越高，使用价值越高。一、影响原铝质量的因素(1) 原材料对原铝质量的影响 众所周知，铝锭的质量与企业效益息息相关，铝品位越高，其价格 和销路也越好，但好品位的铝锭来源于高质量的原铝，因此我们有必要 先摸清影响原铝质量的主要因素。影响原铝质量的杂质成份，主要的是 铁(Fe)、硅(Si)两种，它们的含量高低直接影响原铝的品位。对预焙槽 而言，由于其上部增加了阳极钢爪和打壳锤头，加上炭阳极质量和保温料质量的影响，使得原铝质量更难控制。(2) 病槽对原铝质量的影响原料中的杂质有一部分沉积在槽膛内壁上的结壳里，一旦电解槽失 常进入热行程，这部分结壳便会熔化，而沉积在结壳里面的杂质被铝还

61、原，使铝内杂质含量增多，同时用于保护侧部炭块及粘土耐火砖层的结 壳将熔化，炭块中的灰分及炭块外部的粘土耐火材料便会被腐蚀，也使 铝内杂质增多，而且在处理病槽时，随着铁工具伸入槽中的次数增加， 熔入槽内的铁含量将升高。(3) 破损槽对原铝质量的影响电解槽破损后，炭素中的灰份以及耐火材料内衬中的杂质进入铝中， 同时阴极钢棒熔化造成原铝中杂质含量增多。(4) 生产操作对铝质量的影响在操作过程中，若不慎将铁工具、出铝管及脏料带入槽内使其熔化， 或阳极周期掌握不好，造成阳极棒及吊环的熔化，均使原铝中杂质增多， 质量下降。(5) 效应系数对质量的影响效应系数偏多，在熄灭效应过程中，铁工具极易被打断或熔化，同 时，效应熄灭后槽温较高，炉帮结壳易化，造成原铝质量下降。(6) 电解槽壳面总高对质量的影响总高过高会导致电解质跑冒，使生产工艺技术条件控制不稳定，造 成病槽，同时上 El 不好维护，炉帮易化，使铝质量下降。 二、提高原铝质量的措施严抓细管是提高原铝质量的关键，在生产管理上进行严抓细管。(1) 严格控制原材料的进入，认真按 ISO 9002 质量体系程序办事， 不合格产品决不允许进入下一道工序。(2) 在加工操作中，认真按照操作规程操作，禁止将脏料带入槽内或 将铁工具熔化，在