山鋁電解鋁廠電解槽設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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1、山鋁電解鋁廠電解槽設(shè)計(jì)特點(diǎn)《山東冶金》2006年第4期王慶義(山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博256414)摘要：山鋁電解鋁廠在技術(shù)改造中采用200kA預(yù)焙陽極電解槽取代60kA自焙槽，該槽型具有優(yōu)異的磁流體穩(wěn)定性，合理的電熱場(chǎng)設(shè)計(jì)，采用了窄加工面、陽極升降、“船形”槽殼、實(shí)腹板梁等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和高性能的內(nèi)襯材料。冃前，電解槽已連續(xù)生產(chǎn)986天，電流效率達(dá)到了94.5%，噸鋁直流電能消耗13100kW.h,氟化氫和粉塵等主要污染物排放量全部達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：電解槽；技術(shù)改造；設(shè)計(jì)特點(diǎn)；電流效率中圖分類號(hào)：TF821文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-4620(2006)04-0031-02DesignCharacteristicsoftheElectrolyticTankintheElectrolyticAluminumPlantofShanlvWANGQing-yi(ShandongIndustrialVocationalCollege,Zibo256414,China)Abstract：200kAprebakedanodecellisadoptedbyintheElectrolyticAluminumPlantofShandongAl

3、uminumCo.,Ltdinsteadof60kAself-bakingcellintechnicalmodification.Thisprebakedanodecellhasexcellentmagnetohydrodynamicstabilityandreasonableelectricheatingfielddesignandadoptsnewtechniquessuchasnarrowtreatingsurface,theanoderiseanddrop,ship-patternpotshellandsolidw

4、ebplategirder;andinnerliningofhighperformance.Theelectrolytictankhaskeptrunningfor986daysuptonow,thepoweryieldreaches94.5%,whilethedirectelectricpowerconsumptionisonly13100kW.h,furthermore,thedischargeofmainpollutantssuchashydrogenfluorideanddustetcisuptothenation

5、aleffluentstandard.Keywords：electrolytictank;technicalmodification;designcharacteristic;poweryield1前言山東鋁業(yè)股份有限公司電解鋁廠（簡(jiǎn)稱山鋁電解鋁廠）60kA自焙槽工藝始建于1958年，由于自焙槽自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和解決電解煙氣污染的問題，因此技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，生產(chǎn)成本也相對(duì)較高。自焙槽與預(yù)焙槽在電流效率上相差約4%?5%，噸鋁直流電耗相差lOOOkW.h左右，造成能源與資源的浪費(fèi)。為此，山鋁電解鋁廠從200

6、2年起開始對(duì)自焙槽實(shí)施預(yù)焙化改造，采用200kA預(yù)焙陽極電解槽取代60kA自焙槽，以徹底解決自焙槽煙氣的環(huán)境污染問題，為提高電解鋁廠技術(shù)裝備水平，實(shí)現(xiàn)低耗高效奠定了基礎(chǔ)。2200kA預(yù)焙陽極電解槽的設(shè)計(jì)特點(diǎn)現(xiàn)代鋁電解槽以高效、節(jié)能、長(zhǎng)壽為特征，而電解槽的設(shè)計(jì)無疑十分關(guān)鍵。鋁生產(chǎn)的實(shí)踐證明，電解槽的穩(wěn)定性是獲得良好生產(chǎn)指標(biāo)的根本保證。磁流體的穩(wěn)定性、熱平衡、電解槽的應(yīng)力變形等問題是解決鋁電解穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。山鋁電解鋁廠的這次工程改造項(xiàng)冃，在鋁電解槽設(shè)計(jì)上采用了先進(jìn)的工程軟件來優(yōu)化并指導(dǎo)整個(gè)設(shè)計(jì)過程，使該槽型獲得了許多新的性

7、能和特點(diǎn)［1］。2.1先進(jìn)的物理場(chǎng)設(shè)計(jì)2.1.1優(yōu)異的磁流體穩(wěn)定性電解槽周圍母線及

8、Aj部電流在熔體屮產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與熔體中的電流相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力導(dǎo)致了熔體流動(dòng)、鋁液隆起以及鋁液/電解質(zhì)界面波動(dòng)。過快的熔體流動(dòng)會(huì)嚴(yán)重沖刷爐幫甚至危害側(cè)部炭塊，而界謝的變形和波動(dòng)則加劇了電解質(zhì)中溶解鋁與二氧化碳的反應(yīng)，降低了電流效率，并導(dǎo)致電解槽不穩(wěn)定。在確保磁流體穩(wěn)定性的同時(shí)，還需要兼顧母線設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、簡(jiǎn)捷性等。因此，電解槽設(shè)計(jì)運(yùn)用國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件，利用麥克斯韋方程組求解包含母線、內(nèi)部電流、槽殼以及槽周圍空間等在內(nèi)的三維

9、模型，電流效率可達(dá)到94%以上，噸鋁直流電耗在13250kW.h以下。2.1.2合理的電熱場(chǎng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，采用了冇限差分的數(shù)學(xué)方法，編制了適合電解槽結(jié)構(gòu)的專用計(jì)算機(jī)軟件，分析并計(jì)算了從陽極鋼爪到陰極鋼棒端頭這部分區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電流分布，指導(dǎo)內(nèi)襯設(shè)計(jì)。合理的電熱場(chǎng)設(shè)計(jì)為提高能量利用率、吻合能量