第一章鋁的性質(zhì)與用途

第一節(jié)鋁的性質(zhì)

鋁是自然界中分布極廣的元素之一，地殼中鋁的含量為7.35%,

僅次于氧和硅而居第三位。由于鋁是化學(xué)性質(zhì)極為活潑的元素，所以

在自然界中未發(fā)現(xiàn)單質(zhì)的金屬鋁，而是以鋁的各種化合物存在。

鋁土礦是現(xiàn)在的主要煉鋁原料，此外還有明磯石等，世界鋁土礦

總儲量320億噸以上，我國山西、河南、山東和廣西等地蘊含著豐富

的鋁土礦。從鋁土礦或其他含鋁原料中生產(chǎn)氧化鋁，實質(zhì)上是將礦石

中的AIO3與Si。?、Fe2O3,TiOz等雜質(zhì)分離的過程。

煉鋁的歷史可分為兩個階段，分別為化學(xué)法煉鋁階段與電解法煉

鋁階段。

盡管在自然界中含有極為豐富的鋁，但鋁第一次制取出來卻是不

到二百年前的事。1825年丹麥的厄爾施泰(H-C-Oersted)在實驗

室中用鉀汞齊還原無水氯化鋁(AlCh),在世界上第一次得到鋁。1845

年法國人戴維爾(H?S?Deville)用鈉還原NaCl-AlCh混合鹽也得

到金屬鋁，并在法國進行小規(guī)模生產(chǎn)。到1877年電解法投產(chǎn)以前，世

界上僅用化學(xué)法生產(chǎn)金屬鋁，這一階段，鋁產(chǎn)量極低，使鋁成為世界

上極為昂貴的金屬之一。1886年，美國的霍爾和法國的埃魯特發(fā)明了

冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法煉鋁，很快電解鋁取代了化學(xué)法，而且產(chǎn)

量迅速提高，成本迅速下降，到目前為止的百年間，鋁工業(yè)發(fā)展成為

僅次于鋼鐵工業(yè)的第二大金屬冶煉工業(yè)。

鋁是一種具有銀白色光澤的金屬，常溫下其比重只有2.7g/cm3,

是一種輕有色金屬，它的主要特性如表1-1。

表1-1鋁的主要特性

原子序數(shù)13

密度(g/cm3)2.699(固)、2.3(液)

原子價+3

溶點（℃）659

沸點（℃）2467

熔化鹽（J/g）386.6

2.08(固，20℃)、2.18(固,

導(dǎo)熱系數(shù)(J/cm?S?℃)

200℃)

導(dǎo)電系數(shù)（1（TQT?cm1）36?37(20℃)

(g/A,h)0.3356

電化學(xué)當(dāng)量

(A,h/g)2.980

第二節(jié)鋁的用途

鋁可與許多金屬形成合金,某些鋁合金的機械強度很高，而且仍保

持著質(zhì)輕的優(yōu)點，因此鋁被廣泛用于制造飛機的外殼、火車、汽車的車

箱，以及快速轉(zhuǎn)動的零部件等。

鋁是一種優(yōu)良的導(dǎo)電材料，僅次于金、銀、銅、水銀。然而，與

單位重量導(dǎo)電性而議，鋁比其他任何金屬的導(dǎo)電性都好。按照傳導(dǎo)等

量電流計算，鋁的導(dǎo)電截面是銅的1.6倍，而重量只有銅的一半。因

此鋁廣泛用于電氣工業(yè)和無線電工業(yè)。

鋁具有良好的導(dǎo)熱性，反光性。鋁的導(dǎo)熱性是不銹鋼的10倍，它

是制造活塞，熱交換器，飯鍋，電燙斗等傳熱設(shè)備的理想材料。同時

利用鋁具有良好的反光和熱的性能，制造反光鏡，隔熱板，又可用來

制作保溫材料。

鋁極富延展性，很容易進行機械加工，軋制，切削，拉絲，壓延,

鍛造等。

鋁具有良好的防腐性能。鋁在空氣中表面生成一層致密、光亮、

堅硬、透明的氧化鋁薄膜，起到天然保護層作用。所以，鋁是經(jīng)久耐

用的建筑材料，在建筑業(yè)和裝飾業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用。

鋁沒有毒性，用它來包裝食品及化學(xué)用品不會影響味道和質(zhì)量，

對人體不會帶來危害。

鋁不帶磁性，也不會產(chǎn)生附加磁性，故廣泛用來制造精密儀器。

總之，鋁是當(dāng)今電力、冶金、輕工、化工、航空航天、機械、建

筑、食品等許多行業(yè)不可缺少的重要原材料，它和鋼鐵一樣，已成為

現(xiàn)代經(jīng)濟起飛的基礎(chǔ)。鋁的優(yōu)異性能和豐富藏量，將使鋁工業(yè)成為最

有前途的重要產(chǎn)業(yè)之一。

第二章鋁電解基本理論知識

鋁的工業(yè)生產(chǎn)，一直采用冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法。本章以冰

晶石一氧化鋁熔鹽電解為基礎(chǔ)，介紹有關(guān)鋁電解的基本理論知識。

第一節(jié)鋁電解基本原理

電解是指借直流電的作用，在陰陽極兩極上實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)的過

程。也就是說當(dāng)直流電通過電解質(zhì)時，電解質(zhì)的某種成份在電極上分

離出來，這種現(xiàn)象稱為電解。更簡單地說電解是由化合物經(jīng)電離放電

到變成原子的過程。

根據(jù)法拉第定律指出，對任何物質(zhì)，通過96485庫侖（即26.8安

培?時）應(yīng)析出一克當(dāng)量鋁（即8.9938克），那么通過1安培?時，應(yīng)析

出0.3356克鋁。因此，鋁的電化學(xué)當(dāng)量是在電解質(zhì)通過1安培?時電

量時，理論上應(yīng)析出0.3356克鋁。

在鋁電解生產(chǎn)中用法拉第定律計算理論產(chǎn)量時，其公式如下：

M=KxIxT

M-------理論產(chǎn)鋁量（克）

K-------鋁的電化學(xué)當(dāng)量（克/安培?時）

I-------通過的電流（安培）

T-------通過的時間（小時）

鋁電解生產(chǎn)的電流效率是指鋁電解過程中，原鋁實際產(chǎn)量與原鋁

理論析出量的百分比（％）。用公式表示為：

M（原鋁實際產(chǎn)量）M（實）

電流效率=x100%=-X100%

M（原鋁理論產(chǎn)量）0.3356x7x7x10

由于鋁電解過程中，在兩極上發(fā)生二次反應(yīng)、鋁的溶解損失、鈉

離子的析出、炭化鋁的生成、電流的損失和電流的空耗、及其它機械

損失等因素的影響，實際上在陰極上所得到金屬鋁的數(shù)量遠(yuǎn)低于理論

上應(yīng)得到的數(shù)量，因此電流效率應(yīng)小于100%,而一般在86?96%之間。

鋁電解生產(chǎn)所需的大宗原材料大致可分為三大類：

a.原制----氧化鋁

b.熔劑——氟化鹽（包括冰晶石、氟化鋁、氟化鈉、氟化鈣、氟

化鎂、氟化鋰等）

c.陽極材利----陽極糊或預(yù)焙炭塊

氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)過程的主要原料，其熔點很高（2050℃）,不

易直接熔化提煉鋁。但是，固體氧化鋁可以部分地溶解在熔點較低的

冰晶石熔融液中，形成均勻熔體，并且此溶體具有良好的導(dǎo)電性，這

使得鋁的電解冶煉能在低于氧化鋁熔點較多的條件得以實現(xiàn)。固體氧

化鋁溶解在熔融冰晶石熔體中，當(dāng)通入直流電后，即在兩極上發(fā)生電

化學(xué)反應(yīng)，在陽極上得到氣態(tài)物質(zhì)，陰極上得到液態(tài)鋁，其過程為：

溶解的氧化-----?鋁液態(tài)鋁（陰極）+氣態(tài)物質(zhì)（陽極）。

生產(chǎn)一噸金屬鋁，理論上需要氧化鋁1889kg,但實際上則需

1925?1940kg。

鋁的工業(yè)生產(chǎn)全部采用炭陽極，隨著電解過程的進行，炭陽極參

與電化學(xué)反應(yīng)，生成碳的化合物---二氧化碳（CO?）反應(yīng)式為：

2AbO.+l.5C直流電‘溶解、電離2Al+1.5c。2

960℃

在陰極上：A1―絡(luò)合物）+6e12Al（液）

在陽極上：CT（絡(luò)合狀）+c固-4e-CO2（氣）

上述反應(yīng)過程是當(dāng)今鋁生產(chǎn)的基本原理。隨著反應(yīng)不斷進行，電

解質(zhì)熔體中的氧化鋁和固體炭陽極不斷被消耗掉，生產(chǎn)中需不斷向電

解質(zhì)熔體中添加氧化鋁和補充炭陽極，使生產(chǎn)得以連續(xù)進行。冰晶石

在理論上不消耗，但在高溫熔融狀態(tài)下會發(fā)生揮發(fā)損失和其他機械損

失，因此，電解過程中也需作一定的補充。除此之外，反應(yīng)過程中還

需供給大量的直流電能（約為13000-15000kwh/t-Al）以推動反應(yīng)

向生成鋁的方向進行。

第二節(jié)鋁電解質(zhì)及其性質(zhì)

1.電解質(zhì)的組成

在鋁電解生產(chǎn)過程中，連接陽極和陰極之間的熔鹽體叫電解質(zhì)。

更確切地說，熔鹽電解質(zhì)是以冰晶石為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)，組成的

冰晶石一氧化鋁熔體為主，其它氟化鹽為添加劑，這種熔融體叫電解

質(zhì)。

2.熔劑的特性

在電解過程中，液體電解質(zhì)是保證電解過程能夠進行的重要條件

之一。液體電解質(zhì)即指冰晶石一氧化鋁均勻熔融體，其主要成份是冰

晶石。（占85%左右）。冰晶石的化學(xué)式為NasAlF6（或3NaF?A1FJ。

冰晶石中所含氟化物鈉摩爾數(shù)與氟化鋁摩爾數(shù)之比，稱為冰晶石

的摩爾比（俗稱分子比），其表達(dá)式為：

冰晶石的摩爾比（分子比）冰晶石中的氟化鈉（AtoF）的摩爾數(shù)

冰晶石中的氟化鋁（A/F3）的摩爾數(shù)

摩爾比寺于3的冰晶石稱為中性冰晶石，冰晶石的摩爾比即可大

于3,也可小于3,大于3的稱為堿性冰晶石，小于3的稱為酸性冰晶

石。

工業(yè)上也將冰晶石中氟化鈉與氟化鋁的組成比用質(zhì)量比表示，在

比值上，摩爾比是質(zhì)量比的2倍，如摩爾比等于3的冰晶石，其質(zhì)量

比等于1.5。

摩爾比等于3的冰晶石形成的電解質(zhì)稱為中性電解質(zhì)，摩爾比大

于3的冰晶石形成的電解質(zhì)稱為堿性電解質(zhì)，摩爾比小于3的冰晶石

形成的電解質(zhì)稱為酸性電解質(zhì)。目前鋁工業(yè)上均采用酸性電解質(zhì)生產(chǎn)。

3.初晶溫度

初晶溫度是指液體開始形成固態(tài)晶體的溫度。固態(tài)晶體開始熔化

的溫度稱為該晶體的熔點。初晶溫度與熔點的物理意義不同，但在數(shù)

值上相等。

冰晶石一氧化鋁均勻熔體電解質(zhì)其初晶溫度隨氧化鋁含量增多而

降低。電解質(zhì)的摩爾比（分子比）降低，其初晶溫度也隨之降低，但

氧化鋁的溶解量也會降低。

電解生產(chǎn)中需要電解質(zhì)的初晶溫度越低越好，這樣可以降低工作

溫度（工作溫度一般控制在初晶溫度以上10~20℃范圍）。工作溫度

越低，減少設(shè)備變形，延長設(shè)備使用壽命，工人勞動環(huán)境改善，電解

質(zhì)揮發(fā)損失小。而且，更重要一點，電解過程中電流效率隨電解溫度

降低而提高，即可以降低電能消耗，又可以增加產(chǎn)量。

4.密度

密度是指單位體積的某物質(zhì)的質(zhì)量,其單位為g/cm'o

工業(yè)鋁電解質(zhì)溶體的密度隨溫度的升高，氧化鋁含量增多而降低。

實際生產(chǎn)中需要電解密度較低為好，鋁電解生產(chǎn)中，鋁與電解質(zhì)是兩

種相溶性很小的液體，鋁水的密度比電解質(zhì)大，故沉于電解槽底部，

它們之間的分離靠兩種溶體的密度差來實現(xiàn)。因鋁水的密度一定，只

有減小電解質(zhì)熔體的密度來增大其密度差來實現(xiàn)，從而使兩種液體良

好分離。

5.導(dǎo)電度

導(dǎo)電度稱為比電導(dǎo)或?qū)щ娐剩俏矬w導(dǎo)電能力大小的標(biāo)志，通

常用比電阻的倒數(shù)來表示。單位為：?cm'

在電解質(zhì)熔體中，隨著氧化鋁濃度的增加，電解質(zhì)的導(dǎo)電度減少。

工業(yè)電解質(zhì)的導(dǎo)電度一般在2.13~2.22QT?cnT范圍內(nèi)，生產(chǎn)中需要

電解質(zhì)具有大的導(dǎo)電度。電解質(zhì)導(dǎo)電性越好，其電壓降就越小，越有

利于降低生產(chǎn)能耗。

6.粘度

粘度是表示液體中質(zhì)點之間相對運動的阻力，也稱內(nèi)摩擦力，單

位為Pa?S（帕?秒）。熔體內(nèi)質(zhì)點間相對運行的阻力越大，熔體的粘

度越大。

工業(yè)鋁電解質(zhì)的粘度一般保持在3x10-3Pa-S左右，過大或過小，

對生產(chǎn)不利。電解質(zhì)粘度過大，會降低氧化鋁在其中的溶解速度，會

阻礙電解質(zhì)中碳渣分離和陽極氣體的逸出，給生產(chǎn)帶來危害。但電解

質(zhì)粘度過小，會加快電解質(zhì)的循環(huán)，加快鋁在電解質(zhì)中的溶解損失，

降低電流效率，而且加快氧化鋁在電解質(zhì)中的沉降速度，造成槽沉淀。

7.部分添加劑對電解質(zhì)性質(zhì)的影響及特點

（1）添加劑AIF3、CaF2.MgF2的共同優(yōu)點：

——增大鋁液與電解質(zhì)間的界面張力，降低鋁的溶解損失；

（按wt%計，A1F3>MgF2>CaF2）

——降低初晶溫度（MgF2>CaF2>A1F3）O

（2）添加AIF3、CaF?、MgF?的共同缺點:

——降低電解質(zhì)的導(dǎo)電率（A1F3>MgF2>CaF2）;

——降低氧化鋁的溶解度（A1F3>MgF2>CaF2）o

（3）添加AIF3（降低分子比）與添加CaFz/MgF?的不同特點:

①MgF2.CaF2：

——增大電解質(zhì)與炭間界面張力，能降低電解質(zhì)在陰極炭

塊中滲透，有利于炭渣分離，可能不利AE控制（不利氣泡排出）;

——增大電解質(zhì)粘度，不利于炭渣分離（與上條特性矛盾）,

不利于鋁珠與電解質(zhì)分離（有損電流效率）不利于較大幅度降低溫度;

——增加電解質(zhì)的密度（8%以下時，MgF2>CaF2,8%以上

時，則反之）；

——不僅降低氧化鋁溶解度，且還降低氧化鋁溶解速度；

---促進邊部結(jié)殼生長。

②AIF3：

降低電解質(zhì)與炭間界面張力（優(yōu)點、缺點正好與MgF2

/CaF2相反）;

——降低電解質(zhì)粘度（正好與MgFz/CaF?相反）；

——降低電解質(zhì)密度（正好與MgF?/CaF?相反）；

——雖降低氧化鋁溶解度，但對氧化鋁溶解速度幾乎無直

接影響；

——增大電解質(zhì)揮發(fā)損失（無煙氣凈化時，損失大）。

（4）添加LiF的作用：

優(yōu)點：降低初晶溫度（LiF>MgF2>CaF2>A1F3）;提高導(dǎo)電

率；降低電解質(zhì)密度。利用LiF可降低初晶溫度和提高電導(dǎo)率的特點,

可強化電流（每增加1%LiF,電流可提高1.25%,同時基本維持過熱

度不變，電耗可降低）。

缺點：降低氧化鋁的溶解度和溶解速度；價格較昂貴。總的來講,

含鋰的電解質(zhì)其電流效率不如高A1F,的好，主要是沉淀問題。

理論和實踐表明電解質(zhì)分子比降低，電流效率提高。

80年代以來，國外現(xiàn)代化大型預(yù)焙槽上流行使用分子比為2.1~

2.3的電解質(zhì)，不添加其他添加劑。

理論及生產(chǎn)實踐表明，每加1%A1F3,就增加電流效率0.5%。

但如果分子比過低（AlFs含量過高）貝亞

a.減小了電解質(zhì)導(dǎo)電率；

b.減小了氧化鋁溶解度；

c.增大了電解質(zhì)的揮發(fā)損失；

d.增大了A1C的溶解損失（陰極和內(nèi)襯的腐蝕增大）；

e.易生成鋁的低價氟化物而增加鋁損（減低電效）;

f.操作困難，對控制要求高。

因此，不能穩(wěn)定保持的低分子比并非能得到高電流效率的結(jié)果。

整體電解質(zhì)成分對基本性質(zhì)的影響見下表2-1

表2-1電解質(zhì)成份對其基本性質(zhì)的影響

電解質(zhì)氧化鋁導(dǎo)電率

電解質(zhì)比重粘度揮發(fā)表面張力

熔點溶解度（歐

性質(zhì)(g/cm2)(Pa*s)性和濕潤性

（℃）（%）姆?厘米）

增加氟

化鈉含降低提高降低降低提高降低

量

增加氟

化鋁含降低降低降低降低增加降低增加

量

增加氟

化鈣含降低降低增加降低增加

量

增加氟

化鎂含降低降低增加降低增加

量

增加氧

化鋁含降低降低增加降低降低

量

提圖電

解質(zhì)溫提高降低降低增加提高降低

度

炭粒含

增加降低降低

量增加

8.兩極副反應(yīng)

在鋁電解過程中，除前面講的兩極主反應(yīng)外，同時在兩極上還發(fā)生

著一些復(fù)雜的副反應(yīng).這些副反應(yīng)對生產(chǎn)有害無益，生產(chǎn)中應(yīng)盡量加以

遏制。

(1)陰極副反應(yīng)

①鋁在電解質(zhì)中的溶解反應(yīng)和損失：

在鋁電解過程中，處于高溫狀態(tài)下的陰極鋁液和電解質(zhì)的接觸面

上，必然有析出的鋁溶解在電解質(zhì)中，一般認(rèn)為，陰極鋁液在電解質(zhì)

里的溶解有以下幾種情況：

a.溶解在熔融冰晶石中的鋁，生成低價鋁離子和雙原子的鈉離

子。

2A1+A13+=3AT

+3++

Al+6Na=Al+3Na2

b.在堿性電解質(zhì)中，鋁與氟化鈉發(fā)生置換反應(yīng)。

+

Al+3NaF=AlF3+3Na2

C.鋁以電化學(xué)反應(yīng)形式直接溶解進入電解質(zhì)熔體中。

A1（液）-e=A1+

②金屬鈉的析出：

在陰極的主反應(yīng)是析出鋁而不是鈉，因為鈉的析出電位比鋁低。但

隨著溫度升高，電解質(zhì)分子比增大，氧化鋁濃度減小，以及陰極電流

密度提高，鈉與鋁的析出電位差越來越小，而有可能使鈉離子與鋁離

子在陰極上一起放電，析出金屬鈉。

Na++e=Na

在堿性電解質(zhì)中，溶解的鋁也可能發(fā)生下列反應(yīng)而置換出鈉。

Al+6NaF=Na3AlF6+3Na

析出的鈉少部分溶解在鋁中，剩下的一部分被陰極碳素內(nèi)襯吸收,

一部分以蒸汽狀態(tài)揮發(fā)出來，在電解質(zhì)表面被空氣或陽極氣體氧化,產(chǎn)

生黃色火焰。

③碳化鋁（A1C）的生成:

在高溫條件下，鋁可與碳發(fā)生反應(yīng)生成碳化鋁

4A1+3C=A1C

⑵陽極副反應(yīng)

①陽極效應(yīng)：

陽極效應(yīng)是鋁電解過程中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。

a.陽極效應(yīng)發(fā)生的機理：

陽極效應(yīng)的發(fā)生，是陽極表面性質(zhì)，電解質(zhì)的性質(zhì)和陽極氣體性

質(zhì)改變的綜合結(jié)果。在正常電解時，電解質(zhì)中的氧化鋁含量較高，此

時在陽極上總是含-離子放電，連續(xù)析出CO?和CO氣體。由于陽極表

面總是新鮮的，電解質(zhì)有足夠的濕潤能力，于是析出的氣體則以小的氣

泡逸出。隨著氧化鋁含量的逐漸減少，F(xiàn)離子開始放電（與CT-離子一

起放電），生成碳氟類絡(luò)合物，而后分解生成COF2或CF」。因此，改變

了陽極氣體成分的同時，也改變了陽極的表面性質(zhì)。電解質(zhì)對陽極的

濕潤變壞，由于氣體薄膜的作用，和陽極表面性質(zhì)改變而電阻增大，

則電壓升高，于是陽極效應(yīng)發(fā)生。

b.陽極效應(yīng)現(xiàn)象：

當(dāng)陽極效應(yīng)時，在陽極與電解質(zhì)接觸的周邊上，出現(xiàn)許多細(xì)小的弧

光閃爍，電解質(zhì)像小雨點似的沿陽極上濺，并可聽到咳咳的響聲。槽電

壓驟升到數(shù)十伏，并聯(lián)在電壓表上的指示信號燈也亮了起來。

c.陽極效應(yīng)產(chǎn)生原因：

主要原因是電解質(zhì)中AL2O3含量降低，使陽極臨界電流密度下降，

電解質(zhì)在陽極表面上的濕潤性變壞。臨界電流密度是指在一定條件下，

發(fā)生陽極效應(yīng)時的陽極電流密度。它隨氧化鋁濃度減少而減小，還與

電解質(zhì)溫度、陽極材料、電解質(zhì)成份等因素有關(guān)。

d.陽極效應(yīng)的影響與危害性：

發(fā)生陽極效應(yīng)時電壓驟升，揮發(fā)劇烈，消費大量的電能和各種原

材料，又影響鋁水品位，增加勞動量，惡化環(huán)境等。但偶爾發(fā)生陽極

效應(yīng)，可清理電解質(zhì)中的碳渣，對冷槽可用陽極效應(yīng)提供熱能調(diào)整熱

平衡等。

9.鋁的二次反應(yīng)

冰晶石一氧化鋁熔鹽電解陽極一次產(chǎn)物是二氧化碳?xì)怏w，但是在

所有工業(yè)電解槽幫上對陽極氣體的測量結(jié)果均不是100%的二氧化碳，

一氧化碳的產(chǎn)生一般認(rèn)為是電解發(fā)生反應(yīng)的同時，伴隨著一系列副反

應(yīng)所致，主要過程為溶解于電解質(zhì)中的鋁被帶到陽極區(qū)間與二氧化碳

接觸而被氧化，即鋁的二次反應(yīng)。

2A1（溶解的）+3c。2=A12O3+3CO

此外，由于碳陽極散落掉渣，分離后飄浮在電解質(zhì)表面，當(dāng)二氧

化碳?xì)怏w與這些碳渣接觸時，會發(fā)生還原反應(yīng)而生成一氧化碳。

C+CO2=2CO

在陽極副反應(yīng)中，鋁和二氧化碳的反應(yīng)是電解過程中降低電流效

率的主要原因，生產(chǎn)中應(yīng)盡量控制這類不利反應(yīng)的發(fā)生。

第三章鋁電解生產(chǎn)概況

第一節(jié)鋁電解生產(chǎn)流程

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石

是溶劑，氧化鋁是溶質(zhì)被溶解，以碳素作為陽極（預(yù)焙陽極塊），鋁液

作為陰極，通入直流電流后，在940℃~970℃下，電解槽兩極上進行

電化學(xué)反應(yīng)，即電解。陽極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，但

其中含有一定量的氟化氫（HF）等有害氣體和固體粉塵，須對陽極氣

體進行凈化處理，除去有害氣體和粉塵后排入大氣。陰極產(chǎn)物是鋁液,

鋁液通過真空抬包從槽內(nèi)抽出，送往鑄造車間，在混合爐內(nèi)凈化澄清

之后，澆注成鋁錠，或生產(chǎn)其它鑄造產(chǎn)品等。其生產(chǎn)工藝流程圖如下

圖3T:

圖3T鋁電解生產(chǎn)工藝流程圖

密,

水

氧化鋁在電解生產(chǎn)中的作用是：a.不斷地補充電解質(zhì)中的鋁離

子，使其濃度保持在一定的范圍內(nèi)，保證電解生產(chǎn)的持續(xù)進行；b.氧

化鋁覆蓋在電解質(zhì)殼面上可以起到良好的保溫作用，覆蓋在陽極炭塊

上防止陽極氧化；c.在煙氣干法凈化系統(tǒng)中充當(dāng)吸附劑，用來吸附電

解煙氣中的氟化氫（HF）氣體。

在化學(xué)純度方面，要求氧化鋁中雜質(zhì)含量和水份要低。因為氧化

鋁中那些電位正于鋁元素的氧化物，例如Si（h（二氧化硅）和Fe2（）3（氧

化鐵），在電解過程中會被鋁還原，或者優(yōu)先于鋁離子在陰極析出。析

出的硅、鐵，進入鋁內(nèi)，降低鋁的品位，而那些電位負(fù)于鋁元素的氧

化物，如Na?。、CaO（氧化鈣）會分解冰晶石，一是引起氟化鹽消耗，

二是增加鋁中的氫含量，三是產(chǎn)生氟化氫氣體，污染環(huán)境。P2O3（五氧

化二磷）會影響電流效率。氧化鋁的化學(xué)成分要求見表3-L

表37國產(chǎn)氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（YS/T274-1998）

氧化鋁的化學(xué)成分

化學(xué)成份（％）

等級牌號AI2O3含量雜質(zhì)含量不大于

不少于

SiO2Fe2O3Na20灼堿

一級A0-198.60.020.020.501.0

二級A0-298.40.040.030.601.0

三級A0-348.30.060.040.651.0

四級A0-498.20.080.050.701.0

除化學(xué)成分外，中間點式下料預(yù)焙槽對氧化鋁的物理性能有特殊要

求：

a.具有較小的吸水性，在電解質(zhì)中溶解性好；

b.粒度適宜，加料時飛揚損失少，能嚴(yán)密地覆蓋在陽極炭塊上，

防止陽極在空氣中氧化；

c.保溫性能好，活性大，從而能有效地吸收HF氣體。

d.安息角:35-38°。

根據(jù)氧化鋁的物理性能不同，可分為三類：砂狀、粉狀和中間狀，

下表3-2列出三種氧化鋁的特性。

表3-2不同類型氧化鋁的特性

灼減累計(％)

氧化鋁類型安息角(°)

(%)-44Jim-74Um

砂狀301.05-1540-50

中間狀400.530-4060-70

粉狀450.550-6080-90

因為砂狀氧化鋁具有流動性好，溶解快，對氟化氫氣體吸附能力

強等優(yōu)點，正好滿足預(yù)焙槽的生產(chǎn)。生產(chǎn)一噸鋁所需要氧化鋁，從理

論上計算為1889公斤，實際上由于氧化鋁不純及運輸，加工時的損失,

生產(chǎn)一噸鋁實際需要氧化鋁約1925?1940公斤氧化鋁。

2.氟化鹽：

鋁電解生產(chǎn)中所用氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有一些用

來調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑，如：氟化鎂、氟化鋰、氟化鈣、

氟化鈉。

⑴冰晶石

冰晶石分天然和人造兩種，由于天然冰晶石在自然界中儲量很少,

不能滿足工業(yè)之用，故鋁工業(yè)均用人造冰晶石。冰晶石分子式為

NasAlFe,或?qū)懗蔀?NaF-A1F3O

國產(chǎn)冰晶石和氟化鋁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表3-3和表3-4。

表3-3國產(chǎn)冰晶石的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4291-1999)

化學(xué)成分，%

等級不小于不大于

SO2；P2O5

FAINaSi02F?2。3CaOH20灼減

特級5313320.250.050.100.70.020.42.5

一級5313320.360.080.151.20.030.53.0

二級5313320.400.100.201.30.030.83.0

表3-4國產(chǎn)氟化鋁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4292-1999)

化學(xué)成分，%

等級不小于雜質(zhì)，不大于

2P2O5

FAINaSi02F62O3S0*4灼減

特一級6130.00.50.280.100.50.040.5

特二級6030.00.50.300.130.80.041.0

一級5828.23.00.300.131.10.046.0

(2)氟化鈣

氟化鈣分子式為CaF2,其俗名為螢石粉，是一種經(jīng)過精選品位很高

的天然礦物質(zhì)。在正常的鋁電解生產(chǎn)中，往電解質(zhì)中添加一定數(shù)量的

氟化鈣能降低電解質(zhì)的熔點，多被用于電解槽啟動前裝爐，其作用是

對爐幫形成有好處，可形成比較堅固的爐幫。

(3)氟化鈉

氟化鈉的分子式為NaF,是一種白色粉末，易溶于水。是鋁電解

質(zhì)的一種添加劑，用以調(diào)整由于新槽的炭素內(nèi)襯選擇性吸收鈉鹽及裝

爐時裝入大量低分子比冰晶石所造成的分子比下降。一般由于新槽開

動也用碳酸鈉(曹達(dá))代替氟化鈉，這樣更加經(jīng)濟且能加速電解質(zhì)的

沸騰與循環(huán)，有助于電解質(zhì)成份均勻。

(4)氟化鋰

氟化鋰分子式為LiF,是鋁電解生產(chǎn)的一種良好的添加劑，它可

以降低電解質(zhì)的初晶溫度，增加電解質(zhì)的導(dǎo)電度，改善電解質(zhì)的性質(zhì),

比氟化鎂、氟化鈣效果更顯著，但氟化鋰比較昂貴，鋁電解廠有時用

碳酸鋰(Li2cCh)代替氟化鋰，降低成本。

3.陽極材料：

在鋁電解生產(chǎn)過程中，陽極是在高溫下與具有很強侵蝕性的冰晶

石熔液直接接觸，能夠受這種侵蝕又有良好的導(dǎo)電性，價格低廉的材

料唯有炭素材料。預(yù)焙陽極塊是預(yù)焙電解槽的陽極材料，它是由焦炭

按不同的粒度組成，與一定比例的瀝青配料、混捏，振動成型，經(jīng)過

高溫焙燒而成。

為了保證陽極塊上槽后，電解生產(chǎn)能夠順利進行，對預(yù)焙陽極塊

必須有嚴(yán)格的質(zhì)量要求，預(yù)焙陽極塊的理化標(biāo)準(zhǔn)見表3-5。

表3—5鋁電解用預(yù)焙陽極質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(YS/T285-1998)

灰分電阻率熱膨脹CO?反應(yīng)耐壓強體積密真密度

牌號%U。.m率性度度g/cm'

%Mg/(cm2.MPag/cm3

h)

不大于不小于

TY-10.50550.4545321.502.00

TY-20.80600.5050301.502.00

TY-31.00650.5555291.482.00

除理化指標(biāo)外，在外觀上也有嚴(yán)格要求：

a.成品表面粘接的填充料必須清理干凈。

b.成品表面的氧化面積不大于該表面面積的20%,深度不得超過

5mm。

c.成品掉棱長度不大于300mm,深度不大于60nmi，不得多于兩處。

d.棒孔或孔邊緣裂紋長度不大于80mm,孔與孔之間不能有連通裂

紋。

e.大面裂紋長度不大于200m%數(shù)量不多于3處。

組裝后的碳塊，外觀要求：

a.鋁導(dǎo)桿彎曲度不大于15mm;

b.組件焊健不脫焊，爆炸焊片不開縫；

c.磷生鐵澆注飽滿平整，無夾渣和氣泡。

要求碳陽極含雜質(zhì)盡量少，特別是鐵、硅、磯、鈦、錦、硫等氧

化物。這些雜質(zhì)不僅影響碳陽極理化指標(biāo)，而且會在電解過程中進入

鋁液而影響鋁的純度或影響電流效率，對生產(chǎn)不利。

第四章鋁電解槽的結(jié)構(gòu)

第一節(jié)鋁冶金的發(fā)展概況

1886年美國人霍爾（Hall）與法國人埃魯特（Heroult）不約而

同地提出了利用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利，開創(chuàng)了電解

法煉鋁階段，最初是采用小型預(yù)焙電解槽，二十世紀(jì)初出現(xiàn)了小型側(cè)

部導(dǎo)電的自焙陽極電解槽，二十世紀(jì)四十年代出現(xiàn)了上部導(dǎo)電的自焙

陽極電解槽，五十年代起大型預(yù)焙陽極電解槽的出現(xiàn)，使電解鋁技術(shù)

邁向了大型化、現(xiàn)代化發(fā)展的新階段，電解槽容量到目前為止世界最

大電解槽容量已達(dá)到500KA,電解槽的設(shè)計、安裝、操作控制都建立

在現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)上，電解煉鋁的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)境保護水平都全

然改觀、遠(yuǎn)非往昔可比。

一百多年來，鋁電解槽的結(jié)構(gòu)有許多改進，其中以陽極結(jié)構(gòu)的變

化最大，陽極結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的順序大致是：小型預(yù)焙陽極一側(cè)部導(dǎo)電自

焙陽極T上部導(dǎo)電自焙陽極T大型不連續(xù)預(yù)焙陽極及連續(xù)陽極T中間

下料預(yù)焙陽極。至今為止電解煉鋁雖然仍舊是建立在霍爾-埃魯特的冰

晶石-氧化鋁熔鹽電解的基礎(chǔ)上，但是無論是理論上還是工藝上都取

得了長足的進步，并繼續(xù)向前發(fā)展。

2003年前，南平鋁業(yè)公司電解鋁生產(chǎn)主要采用的是30kA、60kA

側(cè)插自焙陽極電解槽，該槽型及生產(chǎn)工藝技術(shù)屬于國外50年代以前

的落后技術(shù)，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)差，耗能大；自動化水平低；電解煙氣污

染嚴(yán)重，不能有效治理，是國家限期改造和淘汰的槽型和工藝，因此

電解鋁技術(shù)改造勢在必行。南平鋁業(yè)順應(yīng)時勢，本著高起點、高標(biāo)準(zhǔn)、

高技術(shù)的原則將原有的60KA側(cè)插自焙槽進行更新?lián)Q代，優(yōu)化升級，

改造成接近當(dāng)今國際先進水平的高產(chǎn)、高效、低能耗、低污染的240KA

大型中間點式下料預(yù)焙槽。

南平鋁業(yè)的年產(chǎn)7.3萬噸電解鋁技改工程由貴陽鋁鎂設(shè)計研究院

設(shè)計，總槽數(shù)112臺，工程建設(shè)與投產(chǎn)分三期進行，現(xiàn)已全部投產(chǎn)：

2003年6月一期56臺槽正式投產(chǎn)，2003年11月二期26臺槽陸續(xù)投

產(chǎn)，2006年7月三期30臺槽正是投產(chǎn)。

第二節(jié)電解槽的工藝特點與技術(shù)參數(shù)

1.南平鋁業(yè)的240kA預(yù)焙鋁電解槽具有如下技術(shù)特點：

①大容量（高產(chǎn)）

240kA預(yù)焙槽具有大容量的鮮明特點，其單槽日產(chǎn)原鋁可達(dá)~

1816.5kg,且具有單位面積產(chǎn)能高的特點，電解槽平方米單位面積產(chǎn)

鋁量~45kg,處于國內(nèi)鋁電解領(lǐng)先水平。

②高電流效率（高效）

240kA預(yù)焙槽電解生產(chǎn)可以獲得高的電流效率，其設(shè)計電流效率

為94%。

③低投資

240kA預(yù)焙槽具有電解系列基建投資低的特點，在電解系列等規(guī)

模條件下，比200kA預(yù)焙電解系列節(jié)約投資6%。

④低能耗

240kA預(yù)焙槽電解生產(chǎn)的噸鋁直流電耗可達(dá)到13320kW.h及以下。

⑤低污染

240kA預(yù)焙槽采用密閉電解生產(chǎn)，其電解系列采用先進的干法凈

化系統(tǒng)，噸鋁氟排放量降低到1.0kg以下。

綜上所述，240kA預(yù)焙槽具有高產(chǎn)、高效、低投資、低能耗、低

污染等技術(shù)特點。

2.240KA電解槽設(shè)備配置優(yōu)勢有：

①優(yōu)化的母線配置

結(jié)合國外先進鋁廠母線配置的經(jīng)驗，采用先進的電、磁及磁流體

動力學(xué)數(shù)學(xué)模型及計算機模擬技術(shù)設(shè)計的大面“四點進電”母線配置，

可使電解槽獲得最佳的磁流體動力學(xué)效果和穩(wěn)定性，并采用“當(dāng)量優(yōu)

化法”模型對母線系統(tǒng)的斷面和電流分布進行優(yōu)化設(shè)計，可獲得最低

的母線投資和電能消耗。

②合理的槽內(nèi)襯與槽殼結(jié)構(gòu)

選擇了窄爐膛操作面，提高了電解槽單位面積產(chǎn)能，并采用電熱

模擬技術(shù)及非線性槽殼結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化軟件，設(shè)計了先進、合理的槽

內(nèi)襯及槽殼結(jié)構(gòu)，可以使電解槽處于較佳的熱平衡狀態(tài)，取得較長的

槽壽命，槽殼變形小，材料用量省。

③先進的鋁電解控制系統(tǒng)

在鋁電解控制技術(shù)方面，采用電解槽自適應(yīng)控制技術(shù)及電解槽智

能模糊控制系統(tǒng)技術(shù),AI2O3濃度可控制在1.5~3%范圍內(nèi)，電解溫度

可有效地控制在950±5℃范圍內(nèi)，效應(yīng)系數(shù)(AE)可控制在0.30次/

槽?日以下。

3.主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

電流強度(kA)：240

陽極電流密度(A/cn?)：0.733

陽極組數(shù)(組)：16（雙陽極組塊）

陽極炭塊組尺寸：1550x（660+10+660）x550（mm）

每組陽極鋼爪數(shù)(個)：8

每個鋼爪直徑(mm)：0140

鋁導(dǎo)桿截面：(mm)200x170

槽膛面積：(mm)11700x3840

槽膛深度：(mm)550

操作面尺寸(mm)：大面280（兩廠房后15臺槽為310）

小面390（兩廠房后15臺槽為420）

中縫180

陰極炭塊尺寸(mm)：3320x515x450

陰極炭塊組數(shù)(組)：20

陽極升降速度(mm/min)：100

搖蘭架組數(shù)：活動(組)17

固定(組)2

陽極母線規(guī)格：(mm)550x200

陽極最大行程(mm)：400

第三節(jié)電解槽的槽體構(gòu)成

電解槽由陽極、陰極、槽罩與絕緣物四部分組成

1.陽極結(jié)構(gòu)

陽極結(jié)構(gòu)即槽上部結(jié)構(gòu)，具體包括陽極、陽極母線、陽極傳動機構(gòu)、

打殼下料裝置及腹板支承梁等。

16組雙陽極分兩排配置于兩組陽極母線外側(cè)，利用卡具將陽極鋁

導(dǎo)桿壓緊在陽極母線上，鋁導(dǎo)桿和陽極鋼爪之間的過渡采用鋁-鋼爆炸

焊塊，鋼爪與炭塊用磷生鐵澆注，鋼爪爪頭安裝炭素保護環(huán)，保護鋼

爪不被電解質(zhì)侵蝕，陽極示意圖見圖4-1：

圖4一1陽極示意圖

打殼裝置是為加料而打開殼面用的，它由打殼氣缸和打擊頭組成。

打擊頭為圓柱形錘頭組成，通過錘頭桿與氣缸活塞相連。當(dāng)氣缸充氣

活塞運動時，便帶動錘頭上、下運動而打擊熔池表面結(jié)殼，下料系統(tǒng)

由槽上料箱、下料器組成。料箱上部與槽上溜槽相通。筒式定容下料

器安裝在料箱的下側(cè)部，筒式定容下料器每次下料1.8kg。

每個電解槽設(shè)有4個打殼下料裝置，兩兩交錯打殼下料。在電解

槽一端另設(shè)有專供出鋁用的打殼裝置。

陽極提升機構(gòu)由螺旋起重機、減速機、傳動機構(gòu)和馬達(dá)組成，起

升降陽極作用。

兩條陽極大母線懸掛在螺旋起重絲桿上，16組陽極通過卡具卡緊

在大母線上。陽極大母線即承擔(dān)導(dǎo)電，又起著承擔(dān)陽極重量的作用。

槽上部結(jié)構(gòu)示意圖見下圖4-2：

圖4一2槽上部示意圖

2.陰極結(jié)構(gòu)

陰極結(jié)構(gòu)包括鋼槽殼與內(nèi)襯兩大部分

鋼槽殼系采用搖蘭式小船型結(jié)構(gòu)，它由長側(cè)板、短側(cè)板，底板和

搖蘭托架等焊接組裝而成。

內(nèi)襯的底部結(jié)構(gòu)從下往上：一層硅酸鈣保溫板80mm、二層硅藻

土保溫石專2x65mm、一層干式防滲料160mm,一層陰極炭塊450mm。

側(cè)部結(jié)構(gòu)：一層厚120mm的側(cè)部炭-碳氮化硅復(fù)合塊，大面?zhèn)炔?/p>

炭塊下部是高強防滲料及保溫磚伸縮縫砌體，小面?zhèn)炔繌?fù)合塊下部是

輕質(zhì)澆注料，所有底部炭塊間縫以及側(cè)部復(fù)合塊與底部炭塊間均采用

炭素糊扎固，在槽膛內(nèi)壁用炭素糊扎制人造伸腿。兩廠房后15臺槽側(cè)

部改用90mm碳氮化硅磚替代原120mm復(fù)合塊，以改進原炭-碳氮化硅

復(fù)合塊易開裂、炭塊易氧化等缺陷。內(nèi)襯結(jié)構(gòu)圖如下圖4-3:

圖4-3內(nèi)襯結(jié)構(gòu)示意圖

3.槽罩結(jié)構(gòu)

采用厚為1.0~3.0mm鋁板與鋁型材框架焊接而成，每臺槽的槽罩

由34塊大面槽罩、4塊角部槽罩與4塊小面槽罩構(gòu)成。

4.絕緣物

在電解槽上設(shè)置絕緣是保證設(shè)備和人身安全的需要，也是防止直

流電旁路電解反應(yīng)的需要。在電解系列上，系列電壓達(dá)數(shù)百伏，甚至

上千伏。一旦發(fā)生短路、接地，容易造成電器設(shè)備，特別是電子控制

設(shè)備事故，一旦人手觸摸構(gòu)成與地回路，還會發(fā)生人身事故。電解槽

系列使用大功率的直流電，而槽上陽極提升電機、回轉(zhuǎn)計使用的是交

流電，若直流竄入交流回路，也會引起設(shè)備事故，因此對兩者也有進

行絕緣的必要。

具體設(shè)置絕緣物的部位是：

①為防止接地，在陰極母線（含匯流母線）一母線墩、槽殼一槽

殼支墩、上部結(jié)構(gòu)支煙管一主煙管之間設(shè)有絕緣。

②為隔離交、直流，在陽極提升電機底座、回轉(zhuǎn)計底座處裝有絕

緣。

③為防止電流旁路漏電、陰陽極短路，在上部槽門型立柱一陰極

槽殼、爐罩的上下端、陽極導(dǎo)桿一上部槽結(jié)構(gòu)鋼板、打殼機構(gòu)-上部槽

結(jié)構(gòu)之間設(shè)有絕緣。

④為防止槽與槽之間短路，在槽與槽間鋼格蓋板的支撐角鋼-槽殼

之間設(shè)有絕緣。

第四節(jié)電解車間其它主體設(shè)備

多功能天車、提升框架與出鋁抬包是電解廠房的重要設(shè)備，本節(jié)

簡要介紹這三種設(shè)備的性能與結(jié)構(gòu)。

1.多功能天車：

南平鋁業(yè)公司鋁電解用多功能天車（以下簡稱P.T.M）是由貴陽

鋁鎂設(shè)計研究院設(shè)計、沈陽冶金機械制造公司制造安裝的鋁電解生產(chǎn)

專用設(shè)備，每棟廠房配置2臺，共4臺。

P.T.M在電解廠房內(nèi)完成鋁電解槽的各種工藝操作。它集打殼、

更換陽極、覆蓋氧化鋁、出鋁、輔助提升陽極母線等各種功能于一體。

是機、電、液、氣一體化的大型專用設(shè)備。它處于高溫熔鹽、大電流、

強磁場、多粉塵和氟化氫氣氛的環(huán)境中，因此在P.T.M的設(shè)計中采取

了下列措施，如：重要電氣元器件（PLC等）采取了屏蔽防磁、防干

擾；有可能與電解槽接觸的零部件，如：扳手?jǐn)Q頭、陽極導(dǎo)桿夾頭、

出鋁吊鉤、加料管等采用防磁材料。每個機構(gòu)，如：打殼機構(gòu)、更換

陽極裝置、下料裝置、操作室等都設(shè)置多道絕緣，防止P.T.M與電解

槽之間交、直流混電，確保工作人員的安全，設(shè)有用電設(shè)備漏電實時

檢測系統(tǒng)。為保證安全操作，各機構(gòu)均有聯(lián)鎖、限位、限速措施，并

設(shè)有各種故障報警信號。

其主要由運行大車、運行工具車、出鋁車、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、

氣動系統(tǒng)等組成，P.T.M的總重量約72t,電氣總?cè)萘考s180KW。

⑴縱向運行大車：

大車包括由兩根主梁和兩根端梁組成的橋架、軌道、走臺、欄桿、

扶手梯及其他附件。橋架由6輪支承、每一根端梁有一套驅(qū)動裝置（1/3

驅(qū)動）。主梁為箱型截面，梁內(nèi)設(shè)有橫向隔板和縱向加筋板，安裝軌道

處外側(cè)有橫向筋板和翼板聯(lián)接，使主梁在較大的彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷作用

下有足夠的剛度和強度。端梁為箱型截面，每個端梁下面有三個圓柱

形的垂直車輪，在供電側(cè)（大通道側(cè)）的端梁下面有兩對球面水平車

輪，防止P.T.M水平偏移。在非供電側(cè)（煙道側(cè)）的端梁下面有兩個

安全卡，預(yù)防萬一水平車輪損害時以此P.T.M安全。

⑵橫向運行的工具車：

工具車包括車架、工具回轉(zhuǎn)裝置（帶回轉(zhuǎn)位置控制系統(tǒng)）、打殼

機構(gòu)、更換陽極裝置、料箱及下料裝置。工具車的車架是由兩根端梁

和兩個門架組成，供安裝工具回轉(zhuǎn)裝置和打殼機構(gòu)、換陽極裝置等用。

每根端梁下面有兩個圓柱形的垂直車輪，其中一個端梁下面有兩對球

面水平車輪，另一個端梁下面有兩個安全卡，預(yù)防萬一水平車輪損壞

時以此保證工具車安全。車架由4輪支承，每一根端梁有一套驅(qū)動裝

置（1/2驅(qū)動）。

⑶出鋁車：

懸掛于主梁上并橫向行走的出鋁車包括車架、垂直導(dǎo)向架、移動

框架、卷揚裝置、電子稱重系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)的防磁吊鉤等。車架與垂直導(dǎo)

向輪通過絕緣節(jié)聯(lián)成一體，在車架梁下面裝有兩個圓柱形垂直車輪，

每個車輪都裝有驅(qū)動裝置。卷揚裝置安裝在車架的平臺上，在移動框

架的下端的橫梁上安裝回轉(zhuǎn)防磁吊鉤，銷軸式電子秤重傳感器安裝在

定滑輪處。

⑷電氣系統(tǒng)：來自WWW.3722.cn資料搜索網(wǎng)

電氣系統(tǒng)包括配電設(shè)備（配電、控制、操作、照明）、PLC系統(tǒng)、

編程軟件系統(tǒng)、編程器、變頻器、遙控器（發(fā)射和接收）、電纜（動力

和控制）、電動機、電動機啟動器和控制器、絕緣和漏電檢測。配電設(shè)

備防護等級IP54,控制柜雙層外殼，絕緣等級F級以上。

⑸液壓系統(tǒng)：

液壓系統(tǒng)包括油箱、液壓泵、閥件、管路、執(zhí)行器（油缸、油馬

達(dá)等）、附件、傳感器、指示器等。

⑹氣動系統(tǒng)：

氣動系統(tǒng)包括空壓機、閥件、管路、膠管、氣缸、打殼機等。

2.陽極提升框架：

陽極提升框架為定期調(diào)整陽極母線與陽極導(dǎo)桿的裝夾位置，每棟

廠房設(shè)1臺，共2臺，其包括實腹板梁結(jié)構(gòu)框架、陽極夾具、滑動架、

起吊架、支腿、地面支承架、行走裝置（包括行走氣動馬達(dá)2臺）、扳

手機構(gòu)（包括氣動馬達(dá)2臺）、夾緊機構(gòu)（包括薄膜氣缸32只）、操作

盒（手柄）、氣路系統(tǒng)（包括氣動三聯(lián)體）等。

滑動架由人工通過氣動控操作桿控制按鈕使滑動架往復(fù)運動，

并通過控制氣動馬達(dá)打開或擰緊小盒卡具，氣動扳手扭距為250N.m。

每個夾具的夾持重量不小于3250kg,夾具和支腿與框架的絕緣值不小

于2MQ,單臺設(shè)備總重約14870kg,設(shè)備起吊重量約13300kg。

3.出鋁真空抬包：

出鋁真空抬包是出鋁和運鋁液的專用設(shè)備，它由帶壓縮空氣噴射

裝置的上蓋、抬包本體、傳動齒輪、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)組成，其工作原理是由

壓縮空氣噴射，造成負(fù)壓，利用包本體所帶的吸鋁管將電解槽內(nèi)液鋁

吸入包內(nèi)。其主要特性如下：

*抬包有效容量~2.4t（大抬包4.3t）

*吸鋁能力~1.2t/min

*壓縮空氣壓力0.6MPa

*壓縮空氣耗量4.OmVmin

*手輪回轉(zhuǎn)力190N

*外型尺寸（長X寬X高）4.55x3.1x3.4m

第五章鋁電解槽的焙燒與啟動

第一節(jié)鋁電解槽的焙燒

新鋁電解槽或大修后電解槽在進入生產(chǎn)之前，必須經(jīng)過焙燒與啟

動這一重要過程。電解槽焙燒目的在于：通過一定時間的緩慢加熱，

使電解槽的內(nèi)襯得以烘干；陰、陽極溫度接近或達(dá)到電解槽正常生產(chǎn)

溫度；陰極炭塊間和槽周邊的扎糊進行燒結(jié)焦化。焙燒啟動這一過程

在電解槽的使用期內(nèi)雖然很短，但對電解槽使用壽命起著重要影響。

目前，鋁工業(yè)電解槽有三種焙燒方法，分另”為：鋁液焙燒、焦炭焙燒、

燃料預(yù)熱法。

①鋁液焙燒

通過電解槽的直流電流釋放出的焦耳熱是熱的來源，鋁作為介質(zhì)。

優(yōu)點：操作簡單，不需要其它工具和材料相配合。缺點：高溫的鋁水

直接沖擊陰極炭塊及扎糊表面，液體金屬鋁過早地滲入陰極裂縫中，

是電解槽早期破損的主要途徑之一。在我國中、小型電解槽焙燒時常

用此方法。

②燃料噴嘴焙燒

燃料為重油，液化氣或天然氣等。其優(yōu)點是：升溫快可以控制陰

極表面溫度，72h可達(dá)到1000C,焙燒后不用清除焙燒物料。缺點：

燃燒裝置復(fù)雜；焙燒只能控制槽內(nèi)襯表面溫度，槽底部溫度靠熱傳導(dǎo)

的作用傳遞溫度，表面和槽底內(nèi)部溫差較大；陰極表面易燒損、氧化;

容易在陰極表面和扎固糊產(chǎn)生大裂縫；在灌電解質(zhì)時，要在很短的時

間內(nèi)灌進去，否則易造成電解質(zhì)流動性不好而凝固。

③焦炭焙燒

焦炭焙燒又稱為焦粒焙燒或焦粉焙燒，焦粒連接電解槽的陽極與

陰極，直流電流通過陽極一一焦粒一一陰極釋放出焦耳熱，使槽體得

以焙燒。其優(yōu)點為：電流分布比較均勻，沒有鋁液過早進入陰極、扎

糊內(nèi)襯裂縫中，對提高槽壽命有利。缺點為：電解槽送電前需要安裝

分流器和軟連接片，焙燒完成后還要拆除上述器械和打撈過多的炭渣。

綜上所述，比較三種焙燒方法的優(yōu)劣，可以發(fā)現(xiàn)焦炭焙燒無論在

科學(xué)性、經(jīng)濟性和可操作性等方面都具有一定的優(yōu)勢，因此現(xiàn)代大型

預(yù)焙槽基本上采用焦炭預(yù)熱焙燒方法。

南平鋁業(yè)公司240kA電解槽焦炭焙燒方法簡介如下：

1.裝爐工序

⑴鋪焦及掛極

裝備齊全的電解槽及輔助設(shè)施經(jīng)驗收確認(rèn)后，可進行裝爐工作。

裝爐前必須用風(fēng)管將槽底、槽上部、陽極表面及底掌徹底吹掃干凈，

焦粒及鋪焦人員的鞋底也必須清潔。將鐵制柵欄平整地擺放在陽極投

影區(qū)域，然后將焦粉倒入框內(nèi)，為改善陽極電流分布均勻，四個角部

極鋪焦用70%焦粒+30%石墨粉混合料，其它極位仍用焦粒鋪底。用

板尺沿柵欄框架的長度方向刮平焦粉，焦粉粒度控制在1~3mm，鋪焦

厚度控制在18?20nlm之間。將合格陽極組小心地放置在焦粉上，檢查

周邊及四角是否壓實焦粉，要求陽極底撐與焦粒有70%以上的接觸面

積，以確保兩極接觸良好，同時要求陽極導(dǎo)桿與水平大母線留有0.5~

1mm的間隙。

⑵軟連接安裝

軟連接的兩個壓接面必須事先處理平整，并用甲苯溶液清洗，一

端用弓形夾具壓接在陽極大母線上，另一端用螺桿、螺母與陽極導(dǎo)桿

相連。為改善陽極電流分布，安裝軟連接時，A4、B4、A5、B5先單

邊連接，通電8小時后根據(jù)陽極電流分布情況，調(diào)整軟連接連接數(shù)量

和位置。軟連接的作用：能夠靈活地調(diào)整陽極電流分布；陽極能夠自

由上下位移，起到槽底熱膨脹緩沖作用。

⑶裝爐

兩排陽極間的中縫不裝料，用10mm厚的石棉板覆蓋密閉保溫。首

先在陽極四周緊貼陽極底掌邊沿裝2~3cm厚的冰晶石，在“人造伸腿”

上均勻鋪上600kg氟化鈣，然后裝冰晶石純堿混合料（或裝電解質(zhì)塊

和純堿）至槽沿板平齊，最后裝冰晶石至滿槽（陽極塊表面以上10~

15cm）o

按圖5-1所示的位置予埋8根熱電偶套管，用于檢測焙燒溫度。

套管插到陰極表面，不能碰到陽極，以免導(dǎo)電熔化。

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圖5—1熱電偶套管配置圖

2.分流器安裝

分流器安裝4組，每組分流器由8片（135x2mm）鋼帶組成，分

流器一頭與水平大母線壓接，另一頭與立柱母線壓接，要確認(rèn)壓接緊

密接觸良好，否則易發(fā)生分流器過熱發(fā)紅，甚至熔斷。分流器的主要

作用是：焙燒初期分流部分電流，控制焙燒升溫速度，減少對陰極的

熱沖擊。

3.通電焙燒過程。

（1）全電流上升

確認(rèn)所有停電準(zhǔn)備工作完成后，通知整流所停電。當(dāng)系列全停電

（電流為零），開始進行短路口作業(yè)，插上絕緣板，上緊螺栓，經(jīng)檢測

短路口絕緣值》1MQ方可與整流所聯(lián)系恢復(fù)送電。

送電分四級送電，總送電時間控制在30min左右：OkA-80kA（保

持8min）-160kA（保持8min）-*200kA（保持8min）—240kA,送全

電流后沖擊電壓一般低于5.8V,若沖擊電壓太高，說明鋪焦掛極工作

質(zhì)量不好。

⑵分流器拆除

通全電流后，分流器的分流量約為全電流的41.5%,分流量按下

式測試：

I=V/（R1+RJ=V/（pL/S+R2）

Ri--分流片電阻

R2--為壓接面面積電阻

當(dāng)電壓降至3.8V以下且通電6小時以上，可開始拆除分流片，先

拆中間兩組分流器間隔3h后，再拆除邊部兩組分流器。

⑶全電流焙燒過程監(jiān)控

當(dāng)分流器全部拆除后，即進入全電流焙燒過程。對陽極電流分布、

陰極電流分布、槽內(nèi)陰極表面溫度、槽外部槽殼底部、側(cè)部、陰極鋼

棒進行跟蹤測試。

由于陽極塊及焦粒層電阻不均，易引起偏流現(xiàn)象，陽極塊和焦粒

都具有碳的物理特性，即隨溫度的上升而出現(xiàn)電阻減小的傾向。若某

塊陽極出現(xiàn)過流，則該炭塊及其下面焦粒溫度升高大，電阻隨之變小，

進而使電流更加集中，則陽極電流分布進一步惡化。

要求定時測量和檢查，若發(fā)現(xiàn)有偏流現(xiàn)象應(yīng)及時調(diào)整，通過調(diào)整

軟連接的U型卡具螺栓的松緊來調(diào)節(jié)陽極電流分布。若偏流太大可用

絕緣紙臨時切斷該導(dǎo)桿電流,但同時要注意陽極大母線-小盒卡具-

導(dǎo)桿之間不能形成通路，否則會燒毀小盒卡具。

整個焙燒時間定為4天（96h）,陽極中縫兩頭溫度達(dá)到800℃以

上即具備啟動條件。

第二節(jié)鋁電解槽的啟動

當(dāng)焙燒時間達(dá)到96h,所有陽極工作狀態(tài)良好，陽極中縫兩端溫

度達(dá)800℃以上時，即可進行電解槽啟動。啟動的任務(wù)是在槽內(nèi)熔化

足夠的液體電解質(zhì)，以適應(yīng)電解生產(chǎn)的需要。啟動方法有兩種：干法

啟動與濕法啟動。干法啟動通常在新建電解廠尚無現(xiàn)成的液體電解質(zhì)

情況下采用，在現(xiàn)有生產(chǎn)槽的系列中多采用濕法啟動。

濕法啟動分為兩種方法：無效應(yīng)濕法啟動、效應(yīng)濕法啟動。效應(yīng)

濕法啟動是向待啟動的電解槽內(nèi)灌入一定量的液體電解質(zhì)，同時上抬

陽極，逐漸引發(fā)人工效應(yīng)。在人工效應(yīng)期間可將陽極上用于保溫的冰

晶石推入槽內(nèi)熔化，若電解質(zhì)的量不足，還需投入冰晶石，直到液體

電解質(zhì)達(dá)到規(guī)定高度，便可投入一定數(shù)量的氧化鋁熄滅效應(yīng)。

無