石棉布规格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22000kW2h降低至15000kW2h；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12900～13200kW2h，阳极效应频率比以前降低了一个数量级。水塔水位控制系统
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5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。 现金管理终端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-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，既需要确保极距石笼护坡
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2022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，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13310kW2h/t-Al；阳极净耗397kg/t-Al。
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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以上的大型预焙阳极铝电解槽（预焙槽）。
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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
2.1.1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，它由螺旋起重机、减速机、传动机构
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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，桁架起着支承上部结构的其它部分和全部重量的作用。
医疗箱图2-2一种200kA预焙阳极铝电解槽承重桁架结构图
1-桁架；2-支架或门；3-铰接点
4.加料装置
预焙铝电解槽上使用线下料装置，多数位于两排阳极中央空间部位，每次打壳下料的间隔时间为60～120min。打壳机构分为铡刀型、刀齿混合型，按照一定间距固定在槽纵向中央可升降的工字钢梁上，其上部安装线加料定容器。定容器由两条钢组成，两端用轴联接。5.集气装置
预焙槽由上部结构盖板和槽周若干块可人工移动的铝合金槽罩密封，分别由若干块大面罩、角部罩和小面罩组成。槽子产生的烟气由上部结构下方的集气箱汇集到支烟管，再进入墙外总烟管而到净化系统。
为了保证换阳极和出铝打开部分槽罩作业时烟气不大量外逸，支烟管上装有可调节烟气流量的控制阀，当电解槽打开槽罩作业时，将可调节阀开到最大位置，此时排烟量是平时的2.5倍，使作业时烟气捕集率仍能保证达到98%。2.1.2阴极结构
电解铝工业所言的阴极结构中的阴极，是指盛装电解熔体（包括熔融电解质与铝液）的容器，包括槽壳及其所包含的内衬砌体，而内衬砌体包括与熔体直接接触的底部炭素（阴极炭块为主体）与侧衬材料，阴极炭块中的导电棒、底部炭素以下的耐火材料与保温材料。阴极的设计与建造的好坏对电解槽的技术经济指
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