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第一章——现代预焙铝电解槽的基本结构—2

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1 第二篇:铝电解生产的工程技术 1 、现代预焙铝电解槽的基本结构 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)。因此本章主要以大型预焙槽为例来讨论电解槽的结构。 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 1、图 2 分别为一种预焙槽的断面示意图和三维结构模拟图;图 3、图 4 为我国一种 200kA 中心点式下料预焙槽的照片与结构图(总图)。 图 1 预焙铝电解槽断面示意图 铝液 阳极炭块 电解质液 下料器 阴极炭块 电解质结壳 耐火与 保温内衬 钢壳 阴极钢棒 集气罩 阳极导杆 氧化铝 覆盖料 图 2 预焙铝电解槽三维结构模拟图 2 图4 我国一种 200kA 预焙铝电解槽结构图 1.混凝土支柱;2.绝缘块;3.工字钢;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 1.1 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标(包括槽寿命)产生决定性的作用。因此, 图 3 我国的一种 200kA 预焙铝电解槽(照片) 13 1 2 3 5 7 11 10 8 4 6 15 14 12 16 9 3 阴极设计与槽母线结构设计一道被视为现代铝电解槽(尤其是大型预焙槽)计算机仿真设计中最重要、最关键的设计内容。众所周知,计算机仿真设计的主要任务是,通过对铝电解槽的主要物理场(包括电场、磁场、热场、熔体流动场、阴极应力场等)进行仿真计算,获得能使这些物理场分布达到最佳状态的阴极、阳极和槽母线设计方案,并确定相应的最佳工艺技术参数(详见本书第三篇 “铝电解槽的动态平衡及物理场”),而阴极的设计与构造涉及到上述的各种物理场,特别是它对电解槽的热场分布和槽膛内形具有决定性的作用,从而对铝电解槽热平衡特性具有决定性的作用。 1.1.1 槽壳结构 槽壳(即阴极钢壳)为内衬砌体外部的钢壳和加固结构,它不仅是盛装内衬砌体的容器,而且还起着支承电解槽重...

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