课程设计--电解槽阴极

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1、 1 第第 1 1 章章 概述概述 1.11.1 现代铝电解槽结构发展趋势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/kg Al电流效率 75%（1889 年 Heroult 槽）和电耗 31kW.h/kg Al电流 效率 80%（1889 年 Hall 槽），降到了

2、现在的电耗 12.9kW.h/kg Al（直流电耗） ， 电流效率 96%以上。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

3、高、电流效率低、电解槽的阳 极是预制的（预焙阳极） 。在 20 世纪 5070 年代，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 170180kA。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 阶段阶段 槽型槽型 使用时期使用时期 电流强度电流强度/kA/kA 阳极电流密阳极电流密 度度/(A.cm/(A.cm - -2 2) ) 直 流 电 耗直 流 电 耗 /(kWh.t/(kWh.t - -1 1) ) 机械与自动化机械与自动化 劳 动 生劳

4、 动 生 产率产率 I I 小型焙烧 炉 1920 年前 3-8 6.5-1.4 80000-25000 1920-1950 55 1.3-1.0 21000 以下 IIII 侧插槽 20 世纪 30 年 代中期至今 25-30 0.7-1.0 22000-14500 半机械化操作 47-58 90-95 IIIIII 上插槽 20 世纪 50 年 代中期至今 100 0.8 以下 18000-16500 后期采用多种 作业联合机组 4.5 100-130 0.7 以下 18000-14500 VIVI 现代化预 焙电解槽 1950-1960 100 以下 1.1-0.9 17000-1400

5、0 仅采用计算机 智能模糊控制 系统 2.8 1960-1970 100-150 1970-1986 180-280 0.9-0.6 13900-13200 1986 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 2 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，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

6、强国的转变。 23 1.2 所设计电解槽阴极结构的特点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，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 21 。 6, 7