240KA铝电解槽的设计计算
240kA预焙铝电解槽出铝时电压的合理改进
第２７卷第２期 ２ ０ ０ ６年６月 洛布召畲属 ＳＨＡＮＣＨＡＩ ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ ＭＥＴＡＬＳ Ｖｏ】．２７ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２ ０ ０ ６ 文章编号：１００５—２０４６（２００６）０２—００２３—０４
２４０ｋＡ预焙铝电解槽出铝时电压的合理改进
邓发权，卢 琳 （福建南平铝业电解分厂，福建南平３５３０００）
摘要：在２４０ｋＡ预焙铝电解槽上，原先出铝时，程序控制系统自动在正常设定电压的基础 上抬高７０ｍＶ，维持２０ｒａｉｎ后降为正常。经过改进，出铝时电解槽保持出铝前电压。不用抬 高７０ｍＹ。 关键词：预焙铝电解槽；出铝；设定电压；槽温；节约能耗；电流效率 中图分类号：ＴＦＳ０４．４ 文献标识码：Ｂ
Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ２４０ ｋＡ Ｐｒｅ－ｂａｋｅ Ｃｅｌｌｓ ｕｐｏｎ Ｆｌｏｗ－ｏｕｔ ｏｆ Ｍｏｌｔｅｎ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
ＤＥＮＧ Ｆａ—ｑｎａｎ，ＬＵ Ｌｉｎ （Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ Ｎａｎｐｉｎｇ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏ．，Ｎａｎｐｉｎｇ ３５３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｒｉｇｉｎａｌｌｙ．ｉｔ ｗ舳ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｂｙ ７０ ｍＶ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｏｒ ２０ ｍｉｎｕｔｅｓ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ－ｏｕｔ ｏｆ ｍｏｌｔｅｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ．Ａｆｔｅｒ ｍａｋｉｎｇ ｓｏｍｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ，ｉｔ ｉｓ ｎｏ ｌｏｎｇｅｒ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｖｏｌｌｔａｇｅ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ－ｏｕｔ ｏｆ ｍｏｈｅｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｉｓ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｌｓ ｔｈａｔ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｍｅｈ ｆｌｏｗｓ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ－ｂａｋｅ ｃｅｌｌ；ｆｌｏｗ－ｏｕｔ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｓｅｔ ｖｏｌｔａｇｅ；ｃｅｌｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ； ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ 在正常的铝电解生产中，出铝前，电解槽自 身经过１天的出铝周期调整，能量平衡、物料平 衡都运行得较为平稳，电解槽在一个稳定的状态 下进行工作。一旦出铝，因为铝液的下降，电解 槽的固有平衡瞬间被打破，给电解槽带来短暂的 影响，所以出铝后的一段时间，电解槽实际上是 运行在另一个新的平衡过程中。 出完铝后，因铝水平的下降，给电解槽其他 技术条件带来哪些影响呢？笔者对６台实验槽进 行了测量和研究。 １ 出铝后对电解质水平的影响
240kA铝电解槽综合节能技术的应用
240kA铝电解槽综合节能技术的应用
温生良;谷中军;李贤;张世福
【摘 要】优化升级铝电解槽控制系统;使用新型电解槽内衬结构如应用分段式高导电率阴极钢棒、电解槽内保温、冷捣糊、30％石墨化阴极炭块等技术;优化阴极组装检测方法和改进预焙阳极外形结构;从而使240 kA铝电解槽运行更加稳定,达到了电解槽节能降耗的目的.
【期刊名称】《有色冶金节能》
【年(卷),期】2016(032)006
【总页数】5页(P26-30)
【关键词】铝电解槽;分段式高导电率阴极钢棒;内衬结构优化;阳极外形结构改进
【作 者】温生良;谷中军;李贤;张世福
【作者单位】青海百河铝业有限责任公司,青海西宁810100;青海百河铝业有限责任公司,青海西宁810100;青海桥头铝电股份有限公司,青海西宁810100;青海桥头铝电股份有限公司,青海西宁810100
【正文语种】中 文
【中图分类】TF821
近几年，中国铝工业经历了蓬勃急速发展、产能严重过剩、行业整体开工率不断下降、市场非常低迷、行业全面亏损等阶段，企业举步维艰，目前大中型电解铝企业仅能维持正常开工，但基本都是无利生产，小型电解铝企业只能减产或关停。为了降低电解生产电耗、降低生产成本，减少企业亏损，铝电解工作者开发了多种节能新技术，取得了较为显著的节能效果[1-2]。
某公司使用了分段式高导电率阴极钢棒，优化电解槽内衬保温结构，同时对预焙阳极外形结构进行了改进。主要目的是降低铝液水平电流，降低炉底压降，同时进一步研究低电压生产工艺，优化电解槽内衬结构和阳极的外形结构，降低阳极毛耗和阳极气膜电阻，提高电解槽运行的稳定性，从而实现节能降耗的目的。本文简要介绍了240 kA铝电解槽上应用铝电解综合节能技术后取得的技术成果，对各项技术指标进行了总结分析。
240kA预焙阳极电解槽在设计上氧化铝浓度控制在1.5%～3.5%之间，而目前国内外最先进的氧化铝浓度控制在很窄的低浓度区域(1.8～2.5%)，更有效避免了电解过程中沉淀的产生和阳极效应的发生，并获得了理想的物料平衡控制效果，同时对热平衡的稳定形成“良性互动”关系。电解槽在低电压下生产时，槽控机系统过程控制是关键，为了有效控制氧化铝浓度，提高电解槽稳定性、改善炉底状况、完善炉膛建设、减弱水平电流，故对槽控机控制系统进行了优化升级，某公司应用了以ARM9为核心的新一代槽控机控制系统，其主要技术是智能多目标协同优化控制技术，其结构示意图见图1。
电解槽设计
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课程设计说明书
题 目： 年产15万吨铝电解槽设计
学生姓名：
学 院： 材料科学与工程
班 级：
指导教师：
2009年12月
课程设计（论文）任务书
课程名称： 冶金工程课程设计 学院： 班级：
学生姓名： ___ 学号： 指导教师：
一、 题目
铝电解槽的设计（年产铝量15万吨）
二、目的与意义
1.通过课程设计，巩固、加深和扩大在冶金工程专业课程及相关课程教育中所学到的知识，训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。
2.学习冶金炉设计的一般方法，了解和掌握常用冶金设备或简单冶金设备的设计方法、设计步骤，为今后从事相关的专业课程设计、毕业设计及实际的工程设计打好必要的基础。
3.使学生在计算、制图、运用设计资料。熟练有关国家标准、规范、使用经验数据、进行经验估算等方面受全面的基础训练。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）
设计年产量20万吨的电解槽，冶金工程基础课程设计一般要求学生完成以下工作： 电解槽装配图一张（0 号图纸）； 零件工作图一张（铝电解母排）； 设计计算说明书一份（要求用A4 纸）。
四、工作内容、进度安排
课程设计可分为以下几个阶段进行。
1.设计准备
（1）阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目。
（2）参阅有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。
2.装配草图的设计与绘制
（1）装配草图的设计准备工作，主要是分析和选定设计方案。
（2）初绘装配草图。
（3）完成装配草图，并进行检查与修正。 学校代码： 10128
学 号： 1030 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.
电解铝指标计算方法及常用公式
精心整理 电解铝常用计算公试
1 铝液直流电单耗
定义：铝液直流电单耗是指报告期铝电解过程中，每生产1吨铝液所消耗的直流电量。计算公式为：
铝液直流电单耗(千瓦.时/吨)＝10000×报告期铝液直流电消耗量(万千瓦.时)/报告期铝液产量(吨)
说明：直流电总量通常是按照电压数值分配的，系列总电压可以区分为正常生产槽电压、停槽短路口电压和焙烧启动电压，所以直流总电量也应分为上述部分。也可以说报告期铝液直流电消耗量=直流电总量-停槽短路口分摊电量-焙烧启动用直流电量。
母项为报告期铝液产量。
2 铝液交流电单耗
定义：铝液交流电单耗是指报告期铝电解过程中，每生产1吨铝液所消耗的交流电量，既反映电解槽的技术状况和工艺操作水平，又反映整流效率，也称可比交流电单耗。计算公式为：
铝液交流电单耗(千瓦.时/吨)＝10000×报告期铝液交流电消耗量(万千瓦.时)/报告期铝液产量(吨)
说明：报告期铝液交流电消耗量=电解用交流电总量（即输入整流器的交流电总量）-停槽短路口分摊交流电量-焙烧启动用交流电量。
注意式中各扣减部分的口径要与铝液直流电单耗计算式中的各扣减部分口径一致。
母项为报告期铝液产量。
3 单位重熔用铝锭综合能耗
定义：单位重熔用铝锭综合能耗是指报告期重熔用铝锭生产过程中，每生产1吨重熔用铝锭所消耗的各种能源总量。计算公式为：
单位重熔用铝锭综合能耗(千克标煤/吨)＝1000×报告期重熔用铝锭综合能源消耗量(吨标煤)/报告期合格入库的重熔用铝锭产量(吨)
说明：子项的报告期重熔用铝锭综合能源消耗量是报告期重熔用铝锭工艺能耗(直接消耗)量（吨标煤）和辅助、附属部门消耗（间接消耗）的各种能源消耗分摊量（吨标煤）及企业能源转换损耗分摊量与企业生产中能源正常损耗量之和，还应包括停槽短路口分摊能耗量和大修焙烧启动用能量，但不含新建电解槽焙烧启动用能量。
铝电解中常用的计算公式
铝电解中常用的计算公式
一、电流效率计算公式。
想象一下，有一个小小的铝电解工厂，里面的电流就像一群勤劳的小工人，它们努力工作着，把铝从一些物质里“变”出来。那怎么知道这些小工人的工作效率高不高？这就需要用到电流效率计算公式。
电流效率（%）=（实际产量÷理论产量）×100%
比如说，这个小工厂理论上按照计算应该能生产出100个铝块（这就是理论产量），可是实际数了数，只生产出了90个铝块（这就是实际产量）。那电流效率就是（90÷100）×100% = 90% 。这就说明的小工人们还有进步的空间，要加油把效率提得更高！
二、电能消耗计算公式。
家里用电，电表会转，那铝电解这个大工程用电可多，怎么知道它用了多少电？这就有了电能消耗计算公式。
电能消耗（kW·h/t）=（电解槽总耗电量÷铝产量）。
打个比方哈，的铝电解槽就像一个超级大的“电老虎”，一个月总共吃掉了10000度电（这就是电解槽总耗电量），这个月生产出了10吨铝（这就是铝产量）。那电能消耗就是10000÷10 = 1000（kW·h/t）。这就好像知道了这个“电老虎”一顿饭吃了多少电，这样就能看看是不是太浪费电，要是太浪费，就得想办法让它省点电。
三、阳极消耗计算公式。
在铝电解的过程中，阳极就像是一个勇敢的小卫士，不过它在工作的时候会慢慢消耗掉。那怎么知道它消耗了多少？这就有了阳极消耗计算公式。
阳极消耗（kg/t Al）=（阳极净消耗质量÷铝产量）。 比如说，的阳极这个小卫士一开始有1000千克重，工作了一段时间后，剩下800千克了，那它净消耗的质量就是1000 800 = 200千克（这就是阳极净消耗质量）。这段时间生产出了10吨铝（注意单位换算，10吨 = 10000千克）。那阳极消耗就是200÷10000 = 0.02（kg/t Al）。这样就清楚阳极这个小卫士的消耗情况，如果消耗得太快，就得想想办法保护它。
好，今天学习了铝电解中常用的几个计算公式，是不是觉得挺好玩的？以后要是再听到铝电解，你就可以骄傲地把这些小知识讲给其他小伙伴听！
电解槽磁场计算
电解槽磁场计算方法的比较
1 前言
随着现代大型铝电解槽工作电流的增大，其载流母线和熔体电流产生的磁场对其生产和稳定运行的影响愈显突出。由于磁场与熔体电流相互作用所产生的电磁力使槽内熔体循环加速，导致铝液面产生隆起、偏斜和波动，甚至可能导致铝电解槽不能正常生产。因此，在设计高效能的大型铝电解槽时，必须考虑削弱和控制槽内磁场和电流相互作用所产生的电磁力，使母线配置与槽内磁场各分量呈一定规律分布，而且将其绝对值降到限定的数值范围。这样在设计大型铝电解槽时，才能准确计算槽内磁场。对于电解槽的磁场计算而言，其分布为不规则形状，再加上其上部结构、槽壳、摇篮架以及钢构厂房等铁磁物质的存在，使得我们很难精确计算，而不得不进行大量的简化，有些因素(特别是铁磁物质)的影响难以全面考虑，因而存在一定的计算误差。
对于铝电解槽槽内磁场而言，产生这部分磁场的主要原因有：
1)槽周载流母线在槽内产生的磁场；2)槽内导体产生的磁场；3)铁磁物质的影响；4)相邻及左右列槽在本槽内产生的磁场(通常情况下，由于钢构厂房远离计算场点而被忽略)。
我院在20世纪80年代初期即与华中工学院合作，对铝电解槽磁场分布进行研究，采用毕奥一沙伐定律，用等效线电流数学模型编制铝电解槽磁场计算软件，并在工程中进行了广泛的应用。20世纪90年代末期，我院又与华中科技大学再度进行合作，采用有限元方法计算铝电解槽磁场分布。本文就上述两种计算方法进行简要描述，并对其计算结果进行了比较。
2 毕奥-沙伐定律计算模型
计算电解槽磁场的模型有等效线电流数学模型、等效圆柱母线数学模型和等效矩形母线数学模型。作者曾对上述几种模型在计算电解槽磁场分布时的误差作过专门分析[1,2]，为了便于计算以及实际应用，我们采用了等效线电流数学模型，其原理如图1所示。
图1: 等效线电流数学模型
把矩形母线电流用集中在母线的S轴线上的等效线电流来代替，设AB间有电流通过，如图1所示，电流按线性变化，沿S轴流动，线电流SI，其中α、β为任意常数，A、B两点间的坐标分别为S1、S2，场点P的磁感应强度矢量为 212004SSrrsdIB
铝电解中常用的计算公式 2
铝电解中常用的计算公式
一、电解质分子比K
1、K＝＝2×
2、分子比与游离的AlF3%(质量)之间的关系：
设f为游离的AlF3%(质量)，则，
K＝3－
或
f＝100－＝×100
如果电解质里除了NaF和AlF3之外还有Al2O3 和CaF2等，他们的质量％总和是∑α，则
K＝3－
二、阳极消耗速度hc（cm/d）
hc＝×10-3 (cm/d )
d阳……阳极电流密度，A/cm2
η……电解槽电流效率，％
wc……阳极消耗量，kg/t-Al
dc……阳极假密度，g/cm2
(一般取1.6 g/cm2 )
三、调解电解质分子比时，AlF3与NaF添加量的计算
q(AlF3)＝
kg
q(NaF)＝
kg
式中，q为调整时添加物的数量（kg）；P为电解质中的冰晶石质量（kg）；K1为调整前的分子比；K2为调整后的分子比。
四、母线转接周期（d）
D＝
d
五、电流效率（η）
η＝×100％
M实……实际铝产量，kg或t
M理……理论铝产量，kg或t，M理＝0.3356It
I为电流强度
t为通电时间
六、电流效率与阴极电流密度之间的关系
η＝1－
q为铝的电化学当量，0.3356g/(A·h)
d为阴极电流密度，A/cm2
C为每平方厘米阴极表面上单位时间内铝损失量，g/( cm2·h)
七、电流效率与槽寿命之间的关系
η＝－0.051A＋90.8
A为槽寿命
八、加铜稀释法测定槽内在产铝量（kg）
M＝ ,
Q1为加入铜的量（kg）；C2为槽内铝液的本底铜浓度（％）；CZ为加铜后的总铜浓度（％）；
九、吨铝直流电耗（kWh/t-Al）
吨铝直流电耗＝＝
V为电解槽平均电压，V 十、电解槽平均电压（V）
V＝E极化＋△Va＋△Vc＋△Ve＋△Vb＋△Vae＋△Vp
E极化为电解槽的极化电压；△Va为阳极电压降；△Vc为阴极电压降；
△Ve为电解质电压降；△Vb为导电母线电压降；△Vae为阳极效应分摊电压；
电解槽中的电流计算
电解槽中的电流计算
电解槽中的电流计算主要考虑以下几个因素：
1．电解槽的类型和结构
2．电解质的性质
3．电解槽的工作温度和压力
4．电解反应的电流效率
一、电解槽的类型和结构
电解槽的类型和结构会影响电解槽的内阻和漏阻，进而影响电解槽中的电流。
二、电解质的性质
电解质的性质会影响电解质的导电率，进而影响电解槽中的电流。
三、电解槽的工作温度和压力
电解槽的工作温度和压力会影响电解反应的速率，进而影响电解槽中的电流。
四、电解反应的电流效率
电解反应的电流效率是指实际产生的电流与理论上应该产生的电流之比。电流效率越高，电解槽中的电流越大。
五、电解槽中的电流计算公式
电解槽中的电流可以用以下公式计算：
I=E/(R+R_L)
其中：
I：电解槽中的电流（A）
E：电解槽的电压（V）
R：电解槽的内阻（Ω）
R_L：电解槽的漏阻（Ω）
六、电解槽中的电流计算实例
假设某电解槽的电压为2 V，内阻为1Ω，漏阻为0.1Ω，则电解槽中的电流为：
I=2/(1+0.1)=1.8 A
七、电解槽中的电流计算注意事项
在计算电解槽中的电流时，需要注意以下几点： 1．电解槽的电压和内阻可以通过实验测量获得。
2．电解槽的漏阻可以通过测量电解槽在断电状态下的电压和电流来计算。
3．电解反应的电流效率可以通过实验测量获得。
电解铝指标计算方法及常用公式 2
电解铝指标计算方法及常用公 式
电解铝指标
1 铝液直流电单耗H 一
定义：铝液直流电单耗是指报告期铝电解过 程中，每生产1吨铝液所消耗的直流电量。计算 公式为：
铝液直流电单耗（千瓦.时/吨）=10000X报 告期铝液直流电消耗量（万千瓦.时”报告期铝 液产量（吨）
说明：直流电总量通常是按照电压数值分配 的，系列总电压可以区分为正常生产槽电压、 停
槽短路口电压和焙烧启动电压，所以直流总电量 也应分为上述部分。也可以说报告期铝液直流电 消耗量=直流电总量-停槽短路口分摊电量-焙烧 启动用直流电量。
母项为报告期铝液产量。W
2 铝液交流电单耗
定义：铝液交流电单耗是指报告期铝电解过 程中，每生产1吨铝液所消耗的交流电量，既反 映电解槽的技术状况和工艺操作水平，又反映整 流效率，也称可比交流电单耗。计算公式为：
铝液交流电单耗（千瓦.时/吨）=10000X报 告期铝液交流电消耗量（万千瓦.时”报告期铝
液产量（吨）
说明：报告期铝液交流电消耗量=电解用交 流电总量（即输入整流器的交流电总量） -停槽
短路口分摊交流电量-焙烧启动用交流电量。… 注意式中各扣减部分的口径要与铝液直流电单 耗计算式中的各扣减部分口径一致。 — 母项为报告期铝液产量。
3单位重熔用铝锭综合能耗
定义：单位重熔用铝锭综合能耗是指报告期 重熔用铝锭生产过程中，每生产1吨重熔用铝锭 所消耗的各种能源总量。计算公式为：
单位重熔用铝锭综合能耗（千克标煤/吨）= 1000x报告期重熔用铝锭综合能源消耗量 （吨标 煤”报告期合格入库的重熔用铝锭产量（吨）
说明：子项的报告期重熔用铝锭综合能源消 耗量是报告期重熔用铝锭工艺能耗（直接消耗） 量（吨标煤）和辅助、附属部门消耗（间接消耗） 的各种能源消耗分摊量（吨标煤）及企业能源转 换损耗分摊量与企业生产中能源正常损耗量之 和，还应包括停槽短路口分摊能耗量和大修焙烧 启动用能量，但不含新建电解槽焙烧启动用能
240KA电解槽节能技术优化研究的开题报告
240KA电解槽节能技术优化研究的开题报告
题目：240KA电解槽节能技术优化研究
一、研究背景及意义
铝是一种重要的金属材料，已被广泛应用于建筑、交通、电子、航空、军工等领域。铝的生产过程中，电解是关键步骤之一，铝电解槽是铝生产的主要设备。目前，全球铝电解生产由几个领先的制造商控制，制造商主要位于美洲、欧洲以及亚洲。铝电解的过程会消耗大量的电能，电费是铝企业生产成本的主要组成部分，因此，提高铝电解槽的能源利用率、降低电解生产成本，对于提高企业的市场竞争力非常重要。
本研究将选择240KA电解槽作为研究对象，分析该电解槽各个环节的电能损失，以及传热、传质等方面的问题，进而寻找出节能降耗、提高生产效率的优化技术和措施，以期为企业实现可持续发展提供技术支持。
二、研究内容和方法
1. 研究内容
本研究将重点研究240KA电解槽的节能技术优化问题，具体分为以下内容：
（1）电解槽的结构分析和运行机理研究；
（2）分析电解槽各个环节的电能损失，包括阳极产氧、阴极产氢等；
（3）分析电解槽传热、传质等方面的问题；
（4）研究节能降耗的优化技术和措施，包括电解电压优化、液态电解质优化、系统运行优化等。
2. 研究方法
本研究采用实验研究和数值模拟相结合的方法，具体方法如下： （1） 通过对240KA电解槽进行实验，获取电解槽的实际运行数据，分析电解槽工作原理，以及各个环节的电能转化和损失情况；
（2） 建立240KA电解槽的数学模型，采用数值模拟方法，分析电解槽的传热、传质等问题；
（3） 根据实验和模拟结果，探讨电解槽的优化技术和措施，包括电解电压优化、液态电解质优化、系统运行优化等。
三、预期研究成果
本研究旨在发掘240KA电解槽的节能技术优化措施，其预期研究成果如下：
（1） 研究240KA电解槽的结构特点和工作原理；
（2） 发现电解槽各个环节的电能转化和损失情况，明确能耗主要瓶颈；
（3） 探讨电解槽的传热、传质等方面问题，包括热平衡问题、物质平衡问题等；