表4-1物料平衡表
收入 项目 氧化铝 冰晶石 氟化铝 氟化镁 氟化钙 阳极炭块 合计
/（kg·h-1） 243.55 0.63 3.15 0.63 0.50 56.79 305.25 /% 79.79 0.21 1.03 0.21 0.16 18.60 100 项目 原铝 冰晶石 氟化铝 氟化镁 氟化钙 碳损失量 CO2生成量 CO生成量 氧化铝损失 合计 支出 /（kg·h-1） 126.19 0.63 3.15 0.63 0.50 8.72 132.20 28.04 5.19 305.25 /% 41.34 0.21 1.03 0.21 0.16 2.85 43.31 9.19 1.70 100
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第五章 电解槽结构的设计
§5.1 概述
工业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。预焙槽根据下料方式可分为边部打壳下料电解槽和中心打壳下料电解槽两种。本设计为400kA中心下料预焙电解槽。
阴极结构指电解槽槽体部分，由槽壳和内衬砌体构成。
上部结构可分为承重架、阳极提升装置、打壳下料装置、阳极母线和阳极组、集气和排烟装置、氧化铝超浓相输送管道。
母线结构：铝电解槽有阳极母线、立柱母线和软带母线，槽之间、厂房之间还有联络母线。
电解槽电气绝缘:在电解槽系列上，系列电压达数百伏甚至上千伏。尽管人们把零电压设在系列中点，但系列两边对地电压仍高达500V左右，一旦短路，易出现人身和设备事故，而且，电解用直流电，槽上电气设备用交流电，若直流窜入交流系统，会引起设备事故，需进行交、直流隔离，因此电解槽的许多部位需要进行绝缘。
§5.2 阳极结构
(1) 铝导杆
阳极组数经过计算为48组，阳极导杆是48根，取阳极导杆规格为145mm×145mm×2278mm，断面尺寸为145mm×145mm。
导杆电流密度为：
d导杆=400000=0.396A/mm2145?145?48 (5-1)
(2) 爆炸焊结构
铝导杆与钢板的联接采用铝钢爆炸焊。铝钢爆炸焊片，其中铝板规格为165×165×2mm3，钢板规格为165×165×40mm3，铝钢接触面积不超过98%，
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抗拉强度不小于0.8MPa，抗弯强度不小于0.7MPa，耐热不小于350℃。 (3) 钢爪
钢爪头直径为160mm，长为280mm。设计所用阳极每组炭块共有四个钢爪，钢爪占有阳极面积为0.236m2/个，钢爪间距为200mm，钢爪上电流密
2=0.104A/mm2。炭块顶部有四个装配爪头的碳度为400000/（3.14?80?4?48）孔，其直径为200mm，深为100mm。 (4) 阳极炭块
阳极炭块尺寸为：1550mm×660mm×540mm
取残极高度为160mm，已知电流效率为0.94，阳极电流密度为0.836A/cm2，阳极净耗为450kg/t-Al，则换极周期为：
?=
（H-H残）?（54-16）?1.6?103=?103=21.9天8.052?DC8.052?0.94?0.815?450 (5-2)
另外，阳极炭块体的密度为1.6g/cm3，残疾高度为160mm，则可消耗阳极炭块重量为：
155×66×(56-16)×1.6=621984g=621.984kg (5-3)
单槽每小时阳极炭块消耗量为56.79kg/（槽·h），则单槽阳极炭块日消耗量：
56.79×24=1362.96kg (5-4)
换极周期为：
621.9?8448=21天.9 1362.96 (5-5)
与前一种计算方法吻合。取阳极更换周期为22天。 设残极长度为1400mm，宽为600mm，则残极高度为：
155?66?（54-14）?1.6?48-1362.96?22?103H残=+14=16.23cm140?60?1.6?48 (5-6)
§5.3 阴极结构
§5.3.1 槽壳
槽壳采用摇篮式结构，摇篮架是弹性变形体，这种槽壳受力不产生应力
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集中，在电解槽的端角部位，不会发生断裂现象，这是摇篮式槽壳最大的优点。摇篮支架选用360mm工字钢、厚钢板焊制而成，槽侧和端壁都设有一些摇篮架。
§5.3.2 内衬及保温绝热结构
(1) 槽侧部内衬选择
槽侧部用一层炭块，以使电解槽侧部散热型，易于形成侧部槽帮。炭块和电解槽之间有一定的间隙，作为伸缩缝，以满足电解槽投入生产后炭块膨胀的需要。在侧部炭块和底部炭块之间有用炭糊扎成人造伸腿，以便形成侧部电解质炉帮。
(2) 槽底部内衬选择
侧部为散热型结构，一般底部和上部要加强保温。阴极炭块为2层耐火砖，每层厚65mm，耐火砖之间用耐火泥粘结并错缝垒砌，耐火砖下是一层65mm的干式防渗料，干式防渗料能防止电解质渗透并与渗透的电解质作用生成一层坚硬的防渗层，有利于提高电解槽寿命及降低氟化盐单耗。干式防渗料下面是2层保温砖，每层厚65mm，中间用2mm厚的氧化铝粉填缝和整平，最底部是1层65mm厚的硅酸钙特种绝缘板。底部内衬厚度共392mm。保温砖与耐火砖的周边充填有耐火颗粒。
(3) 阴极结构参数的选择与计算
阴极结构可采用“长短型”，也可采用通长阴极炭块。本设计采用通长阴极炭块，设计规格为3410mm×660mm×450mm的阴极炭块。
取阴极炭块到槽膛端壁的距离为420mm，炭块间的炭糊扎缝为40mm，可计算阴极炭块数量n：17600-40(n-1)-660n=420×2 解得 n=24
炭块到端壁边缘的距离为：(17600-40×23-660×24)/2=420mm 炭块到侧壁边缘的距离为：(3900-3410)/2=245mm 阴极钢棒规格：4480mm×200mm×150mm，
阴极电流密度一般取0.18~0.25A/mm2，选择D阴极=0.20A/mm2 阴极截面积为：S=40000/0.20=2000000mm2
阴极钢棒数为：2000000/(150×200)=66.67，取66根阴极钢棒 效验阴极钢棒电流密度为：
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d=400000/(150×200×66)=0.202A/mm2=20.2A/cm2
由槽膛尺寸及槽膛内衬尺寸可算出槽壳尺寸：
槽壳宽度=3900+2×150(内衬)+2×12(钢板)+2×25(伸缩缝)=4274mm 槽壳长度=17600+2×150(内衬)+2×12(钢板)+2×25(伸缩缝)=17974mm 槽壳深度=550+450(底部炭块)+392(内衬)+12(钢板)+40(槽沿板) =1444mm
§5.4 母线结构
整流后的直流电通过铝母线引入电解槽上，槽与槽之间通过铝母线串联而成，所以电解槽有阳极母线、阴极母线、立柱母线和软带母线；槽与槽之间、厂房与厂房之间还有联络母线。阳极母线属于上部结构的一部分，阴极母线排布在槽壳周围或底部，阳极母线与阴极母线之间通过联络母线、立柱母线和软母线连接，这样将电解槽一个一个的串联起来，构成一个系列。
在大型预焙槽的设计中，母线不仅被看成把电流导入的导体，，而且更重要的是它产生的磁场，母线磁场是影响槽内铝液稳定的重要因素，直接制约着铝的氧化损失和电流效率指标的高低。因而所设计的母线系统必须很好的平衡磁场，以减少铝液的流动和波动。另外所设计的母线占电解槽基建费用的25%左右，确定合理的母线配置和结构是十分重要的。
本设计的电解槽为400kA预焙槽，采用大面四点进电母线配置。 §5.4.1.阳极母线
阳极母线采用铸造铝母线，两端用软母线与端头母线连接，一边阳极母线升降。
(1) 阳极横母线
设计采用四端进电方式，故母线上电流为I/8。 取电流密度为0.334A/cm2，则母线截面积为：
Sm=I/84000000/8==149700.60mm2 (5-7) Dm0.334取母线规格为580mm×260mm，取一根，校验母线电流密度为：
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