某預(yù)焙鋁電解槽的生產(chǎn)參數(shù)及物料平衡計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4418某預(yù)焙鋁電解槽的生產(chǎn)參數(shù)及物料平衡計算過程案例 16791緒論 1117692正常生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù) 1283992.1主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇論證 1243142.2綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計算 2171502.3鋁電解生產(chǎn)中主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定 6214283物料平衡 781243.1物料平衡計算 7255623.2物料平衡表 81緒論我國的鋁電解技術(shù)蓬勃發(fā)展，從一無所有，到現(xiàn)在頭部工廠已經(jīng)在諸多老牌工業(yè)革命國家的鋁產(chǎn)業(yè)中遙遙領(lǐng)先，但我國大多數(shù)中等規(guī)模鋁廠由于投入不足，照比其他國家同規(guī)模鋁廠發(fā)展緩慢。因此本設(shè)計期望設(shè)計出符合鋁工業(yè)技術(shù)指標(biāo)的電解槽。通過對30萬噸500 kA預(yù)配鋁電解槽的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇論證，設(shè)計出陽極尺寸為1600mm×680mm×550mm，陰極尺寸為3370mm×660mm×450mm的預(yù)培鋁電解槽。在電流效率為93.4%，陽極電流密度為0.709A/cm2，單槽日產(chǎn)量為3785.568(kg/槽·d)，電解槽總數(shù)量91臺條件下對本設(shè)計的噸鋁成本進(jìn)行核算。2正常生產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)2.1主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的選擇論證正常生產(chǎn)比較重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有:電流效率、電解溫度、極距、電解質(zhì)成分、陽極電流密度、鋁液水平、電解質(zhì)水平、陽極效應(yīng)系數(shù)等。2.1.1電流效率電流效率是鋁電解正常生產(chǎn)最重要的技術(shù)參數(shù)。在工藝生產(chǎn)時，鋁會因為種種原因損耗，所以電流效率一定達(dá)不到百分之百。目前全球不同鋁廠的電流效率均在九成以上，本設(shè)計最終敲定電流效率的數(shù)值是93.5%。2.1.2各物質(zhì)在電解質(zhì)中占比本設(shè)計的電解質(zhì)成分為:分子比2.1~2.3,CaF2含量為5%，MgF2含量為2.0%，氧化鋁濃度為1.5%~2%。2.1.3電解溫度物質(zhì)組分比一定時，電解溫度為940~950℃。2.1.4極距本設(shè)計選極距為4.3cm。2.1.5陽極電流密度電流密度也是正常生產(chǎn)重要的技術(shù)參數(shù)。本設(shè)計中陽極電流密度選0.709A/cm2。2.1.6電解質(zhì)水平和鋁液水平本設(shè)計的電解質(zhì)水平選為24cm,鋁液水平為20cm。2.1.7陽極效應(yīng)系數(shù)對陽極效應(yīng)系數(shù)的要求為不大于0.3

次/槽·日即可。陽極效應(yīng)發(fā)生后的持續(xù)時間確定為5min。2.2綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計算2.2.1電解槽壽命論證本設(shè)計槽壽命為1800天，即1800/365=4.9年。2.2.2單槽日產(chǎn)量設(shè)計電流強度為500

kA，電流效率為93.5%，則(I是電流強度，η是電流效率，τ是電解時間。)2.2.3電解槽數(shù)量Np為生產(chǎn)槽數(shù)，Nr為大修槽數(shù)，Ne為備用槽數(shù)，TN為槽壽命，Qh是年產(chǎn)量，n為大修槽數(shù)，tn為大修時間。根據(jù)下列公式，計算電解槽數(shù)量。(K一般為1~2，取為1.5，大修時間tr=60天)2.2.4槽結(jié)構(gòu)計算(1)陽極尺寸本設(shè)計陽極尺寸=1600mm×680mm

×550mm,共四個鋼爪，S鋼爪=0.236m2·個-1。(2)槽膛深度當(dāng)今，全球各地區(qū)槽膛的深淺一般在400

~

500

mm才是主流。故本設(shè)計所選取的槽腔深度為500

mm。部分鋁廠的槽膛深度見表2.2。[11]表2.2一些鋁廠的槽膛深度廠名或類型槽型系列電流/KA槽膛深度/mm青海鋁廠預(yù)配槽280550包頭鋁廠預(yù)配槽160500包頭鋁廠三期預(yù)配槽135500SBLY-59預(yù)配槽70450LB-68預(yù)配槽60580青銅峽鋁廠上插槽80420(3)陽極到槽幫距離陽極到槽幫的位置遠(yuǎn)近會導(dǎo)致電解槽工作能力的強弱。本設(shè)計陽極到縱側(cè)槽幫(大面)300cm，陽極到橫側(cè)槽幫(小面)400cm，中縫為200

mm。

表2.3部分鋁廠陽極至槽幫的距離廠家或類型槽型系列電流/KA至大面距離至小面距離青海預(yù)配槽160525595包頭預(yù)配槽135450500SBLY25側(cè)插槽60550550LB68側(cè)插槽60550550(4)槽結(jié)構(gòu)計算本設(shè)計中I=500kA，η陽=0.70A

/cm2。L陽極炭塊=1600

mm

×680

mm×550

mm。陽極的斷面數(shù)值S陽總=500000/

0.70=714285.7142857cm2n=714285.7142857

/

160×68=65.65本設(shè)計選擇66塊陽極，車間兩橫行擺放，一行炭塊組數(shù)為33。S陽=66×160×68=718080cm2D陽=500000

/

718080=0.709A

/cm2校核無誤。②槽膛尺寸L槽膛側(cè)壁=300mm，L槽膛端壁=400mm，L炭塊組=40mm，L行間距=200mm。2.2.5耐火材料與炭糊本設(shè)計為底部保溫，側(cè)部散熱型，所以耐火材料的側(cè)部散熱要好，底部既能保溫也要避免電解質(zhì)和鋁液泄漏。傳統(tǒng)的電解槽陰極內(nèi)襯為耐火磚+保溫磚+氧化鋁粉。本設(shè)計的防滲層是干式防滲料，而不是以往的氧化鋁層。干式防滲料的防滲機(jī)理是電解過程中生成的Na和NaF滲透至防滲料時與防滲料生成霞石類物質(zhì)，可以有效保護(hù)下層材料免受電解質(zhì)侵蝕，從而延長電解槽使用壽命2.2.6水的需求量及電能本設(shè)計中，生產(chǎn)需要的水是

4642

m3/d，生活中需要的水是173

m3/d，循環(huán)所使用的水是40695

m3/d。生產(chǎn)中排掉的水是2068

m3/d，生活中排掉的水是173

m3/d，重復(fù)水利用率高達(dá)90%。本設(shè)計主要靠電能，國內(nèi)國內(nèi)同級別車間每生產(chǎn)一噸鋁所耗費的直流電大約是120kWh。2.3鋁電解生產(chǎn)中主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2.4所示表2.4技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列表技術(shù)指標(biāo)參數(shù)備注電流強度500KA給定值電解槽數(shù)91臺另有4臺備用電流效率93.5%給定值陽極電流密度0.709A/cm2電解溫度940~950℃極距4.3cm鋁水平20cm電解質(zhì)水平24cm陽極效益系數(shù)≤0.3電能消耗率13200kWh/t-AL非交流電耗平均電壓4.059V氧化鋁單耗1950kWh/t-AL陽極碳塊單耗450kWh/t-AL消耗量冰晶石單耗15kWh/t-AL氟化鋁單耗25kWh/t-AL氟化鎂單耗4kWh/t-AL分子比2.1~3.1單槽日產(chǎn)量3785.568kg非實際生產(chǎn)數(shù)值

3物料平衡3.1物料平衡計算3.1.1鋁產(chǎn)量I=500kA，η=93.5%。計算一小時電解槽產(chǎn)量：3.1.2氧化鋁消耗量(按年每噸鋁計算)計算氧化鋁理論上消耗量3.1.3氟化鹽的需求量需要噸鋁冰晶石15kg/t；需要氟化鋁25kg/t；需要氟化鎂4kg/t；需要氟化鈣3kg/t，需要氟化鋰3kg/t則:3.1.4陽極碳塊的需求量實際工藝流程中陽極釋放的是氣態(tài)二氧化碳和一氧化碳，其中二氧化碳約占75%。陽極碳塊的實際需求量比上述數(shù)值高兩成左右，本設(shè)計碳消耗450kg/t。C實=450×157.73×10-3=70.97kg/槽·h，單槽每小時消耗為70.97kg。碳損失為：鋁=157.73kg/槽·h;二氧化碳=165.25kg/槽·h;一氧化碳=36.47kg/槽·h。3.2物料平衡表根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算得出下表3.1：由表3.1可見，物料總收入和支出基本平衡表3.1物料平衡表反應(yīng)物/(kg·h-1)生成物/(kg·h-1)氧