铝解槽设计说明书 - 1 - 课程设计说明书 题 目： 年产xx万吨铝电解槽设计 学生姓名： 学 院： 材料科学与工程 班 级： 冶金06-xx 指导教师：
2009年xx月
学校代码： 10128 学 号：xxxxxxxxxxx 铝解槽设计说明书
- 2 - 内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称： 冶金工程课程设计 学院： 班级： 冶金06 - xx 学生姓名： ___ 学号： _ 指导教师： 一、 题目 铝电解槽的设计（年产铝量20万吨）
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。 3.装配工作图的绘制与完成 （1）绘制装配图。 （2）标注尺寸、配合及零件序号。 （3）编写零件明细表、标题栏、技术特性及技术要求等。 五、主要参考文献 [1]成大先主编.机械设计手册.第一卷.第五版.北京：化学工业出版社1969. [2]郭鸿发主编.冶金工程设计设计基础.第一册.北京：冶金工业出版社，2006. [3]唐谟唐主编.火法冶金设备.中南大学出版社，2003.
审核意见
系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 年 月 日
指导教师签字：_______________ 铝解槽设计说明书 - 3 - 目 录 第一章 设计任务………………………………………………………………1 第二章 设计步骤………………………………………………………………1 1预设电解槽的个数………………………………………………………1 2电解槽的类型……………………………………………………………1 3计算电流效率……………………………………………………………1 4阳极尺寸的选择…………………………………………………………1 5计算阳极炭块数…………………………………………………………1 6算槽膛尺寸………………………………………………………………1 7计槽壳各部分尺寸………………………………………………………2 7.1侧壁…………………………………………………………………3 7.2槽壳底层……………………………………………………………3 7.3槽壳尺寸……………………………………………………………4 第三章 设计校核………………………………………………………………5 一 能量平衡计算…………………………………………………………5 1 能量平衡的计算原则…………………………………………………5 1.1 能量平衡计算温度基础…………………………………………5 1.2 能量平衡的计算体系……………………………………………5 1.3 槽体散热损失计算部位…………………………………………5 1.4 能量收入、支出平衡的计算时间单位…………………………5 2 二氧化碳的生成量……………………………………………………6 3 一氧化碳生成量………………………………………………………6 4 计算参数选择与测试项目……………………………………………6 5 能量平衡计算原则……………………………………………………7 6 测试数据处理及计算公式……………………………………………8 6.1 能量收入计算……………………………………………………8 6.2 能量支出计算……………………………………………………8 6.2.1 CO2气体消耗热………………………………………………8 6.2.2 CO气体消耗热量……………………………………………9 6.2.3 CO、C02气体消耗热量………………………………………9 6.2.4铝电解反应耗热………………………………………………9 铝解槽设计说明书 - 4 - 6.2.5 铝液带走热……………………………………………………10 6.2.6 残极带走热……………………………………………………10 6.2.7钢爪带走热………………………………………………………11 6.2.8 换极散热………………………………………………………11 6.2.8.1 对流散热………………………………………………………11 6.2.8.2辐射散热………………………………………………………12 6.2.8.3换极散热………………………………………………………12 6.2.9空气带走热………………………………………………………13 6.2.10 电解槽散热……………………………………………………13 6.3 电解槽能量平衡表……………………………………………………14 6.4 能量利用率……………………………………………………………14 6.4.1 有效能量…………………………………………………………14 6.4.2 收人能量…………………………………………………………15 6.4.3 能量利用率………………………………………………………15 6.4.4 能量平衡测试误差………………………………………………15 二 物料平衡计算………………………………………………………………15 三 电压平衡校核………………………………………………………………15 参考文献…………………………………………………………………………17 铝解槽设计说明书
- 5 - 摘要 本设计说明书主要介绍了年产量20万吨铝电解槽的设计步骤和设计过程，对电解槽槽膛、槽壳的尺寸计算。对耐火材料和保温材料以及侧壁和槽底材料的选择、电流强度的选择、阳极碳块尺寸的选择、阴极碳块的选择做了说明、并且对这些设计合理性的校核(包括能量、物料、电压的平衡计算)都做了简要的阐述。此外，还对电解槽的结构以及用途做了简要的说明。 关键词:铝电解槽;物料平衡;槽壳 铝解槽设计说明书
- 6 - 第一章 设计任务
预设计年产铝20万吨的电解槽。
第二章 设计步骤 1 预设电解槽的个数 年产20万吨铝，预设400个电解槽。 2 电解槽的类型 采用中部下料预焙阳极电解槽 3 计算电流效率 计算每个电解槽的年产量年吨/500400200000 计算每天生产铝的量（去除节假日、维修日、意外事件等共15天，一年按350个工作日计算）。 dt/42857.1350500 计算每小时生产量，每天按24个小时工作日 hkg/52.592442857.1 计算电解槽通过的电流强度（其中电流密度取90%） 由IM3355.0可以得到
KAMI118.1979.03355.052.593355.0 考虑到电流效率可能达不到预期的数值，取I=200KA 4 阳极尺寸的选择
对于200KA的电流强度阳极的电流密度为0.74/2/CmA
由阳阳SID可以得到:227.27027074.0200000cmDIS阳阳
5 计算阳极炭块数 阳极炭块组如下图1所示： 铝解槽设计说明书
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图1阳极炭块组示意图（单块组） 每块阳极水平截面积2188925.58152cmS，则阳极炭块组
30889225.270270N（块）即30组，分两行排列之，每行15组炭块。
6 计算槽膛尺寸 根据经验，阳极炭块组至大面一般为300～500mm，取400mm。至小面一般为450～500mm，取500mm。阳极炭块之间的缝隙一般采用40～50mm，取50mm，槽子中间缝隙要安装下料装置，一般采用200～300mm，取280mm。各部分尺寸如图2。
图2槽膛内尺寸 则槽膛宽度为：mma4120280152024002。槽膛长度为：mmb103754502501458515。槽膛深度一般为500～600mm，根据阳极炭块的尺寸选择600mm。 7 设计槽壳尺寸 槽壳各层材料示意图如下图所示：
铝硅合金导杆20085铝解槽设计说明书
- 8 - 图3槽壳各层材料 各材料的热导率和耐火温度如表1所示： 表1各材料地热导率和耐火温度 材料 炭块 粘土质耐火砖 红砖 热导率(w/m°c) 47 0.84+0.00058t 0.814+0.00022 t
耐火温度(°c) 1580 1580 1000 7.1侧壁 先预设炭块的厚度为1=120mm，则33.1958312.09501000471211ttq
对于同一墙体的q值都是相同的，所以mmmqtt94.6306394.033.19583)50950(393.1)(3222，考虑到砖的尺寸标准
选265mm。 核算合理性qttq76.19387391.1065.04712.0501000221131'，所以合理。
7.2 槽壳底层
摄氏度摄氏度摄氏度摄氏度
摄氏度摄氏度
摄氏度
三氧化二铝粉红砖粘土质耐火砖碳素垫阴极炭块粘
土质耐火砖
炭块