S总=12.374×1.65×2=40.834m2 S架=40.834-24=16.834 T计=（60-25）/2=17.5 查表：A3=1.30
a对=1.3×(60-25)1/3=4.25 对流热损失：
Q对=4.25×16.834×（60 -25）=2504.06 kCal/h 辐射热损失：
ε=1.0，ψ=0.8，C0=4.9kCal/(m2·h·℃)
Q辐=1.0×0.80×4.9×16.834×[(60/100+273/100)4-(25/100+273/100)4] =2644.81 kCal/h 框架总损失：
Q框架=2504.06+2644.81=5148.87 kCal/h 罩总损失：
Q罩=17425.94+2906.9+5148.87+5384.18 =33835.89 kCal/h=141569.36kJ/h
③开罩热损失
开罩时间：每天换阳极一次：6分/次;每两小时加工一次：8分/次。
ⅰ)加工面热损失
由于每次加工半面，所以只开半面，计算热损失也计算半面。 S=12.0×3.7/2=22.2m2
=0.8,C0=4.9kCal/h,a=1.0 Q 工面=1.0×22.2×（950-25）+0.8×4.9×22.2×
[（950/100+273/100）4-(25/100+273/100)4] =20535+1940042.65=1960577.65kCal/h ⅱ）未加工面热损失
环境温度：25℃，氧化铝温度：135℃
为了加强上部保温，炭块上部覆盖有许多氧化铝，所以，炭块露出部分很少。因此在计算时都按氧化铝面计算。 t计=（135-25）/2=55 查表得： A3=1.27
1/3
a计=1.27×（135-25）=6.085 a对上=1.3×6.085=7.91
ε=0.8，ψ=1.0，C0=4.9kCal/h·m·℃ 热损失：
Q未加工面=7.91×22.2×（135-25）+0.8×1.0×4.9×22.2× [（135/100+273/100）4-(25/100+273/100)4] =36567.96 kCal/h 则 每小时热损失：
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Q=1960577.65+36567.96=1997145.61 kCal/h 每小时开罩时间：
6/24×60+8/60×2=0.07083 则 开罩热损失：
Q开罩=0.07083+1997145.61=141457.82 kCal/h=591859.52KJ/h
④槽沿板热损失
环境温度：25℃，表面温度:120℃ 侧沿板：宽325+140-30=435mm,
除去罩壳住部分为350mm，总长（1200-350）×2=23350mm。 端部沿板：分两部分：
一部分:长：1800×2=3600mm
宽;110mm(450mm除去罩住部分325mm) 令一部分：长：2500×2=5000mm
宽：450（775mm除去罩住部分325mm） 槽沿板散热面积：
S=23.35×0.35+3.6×0.11+5.0×0.45=10.82m2 散热损失：
t计=(120-25)/2=47.5 查表得：A3=1.27
a对=1.27×(120-25)1/3=5.79 a上=1.3×5.79=7.53 ε=1.0，ψ=1.0
a上=7.53×10.82×（120-25）+1.0×1.0×4.9×10.82 ×[(120/100+273/100)4-(25/100+273/100)4] =16206.18kCal/h=67806.66KJ/h ⑤阴极棒头热而损失 阴极棒表面截面：150×110mm2，伸出长度为：406mm，由于对辐射计算复杂，所以用传导计算。表面温度140℃，阴极炭块温度929.37℃，槽膛至槽壳的距离为165mm,导热系数为4.5kCal/h·m2·℃。 K=45/0.406=11.08 32个阴极棒
Q=11.08×0.15×0.11×32×（929.37-140） =4383.99kCal/h=18342.61kJ/h
2.5.3 能量平衡列表
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收入 项目
表2-4 215kA电解槽的能量平衡表
支出
数量 百分比 项目 数量 （kJ/h） （%） （kJ/h）
百分比
（%）
1.直流电 2.阳极反应热
3.CO燃烧
合计
3739008.99 909490.17 76159.74
4724658.90
79.13 1.Al2O3分解 19.26 2.气体带走 1.61 100
3.铝液带走 4.残极
5.加热冰晶石等
6.散热损失槽壳 密闭罩 开罩 槽沿板 阴极钢棒头 合计 其它损失
2003286.04 602496.00 120606.54 10847.22 6985.63
550495.86 141569.36 591859.52 67806.66 18342.61 4687851.44 36801.46
42.22 16.52 2.55 0.26 0.15
15.10 3.88 16.23 1.86 0.50 99.22 0.78
2.6 铝电解槽炭阳极与阳极炭块 2.6.1 阳极炭块及炭块组
炭阳极是铝电解槽的主体部件，它由阳极本体(阳极炭块)、阳极导电金属棒(杆)升降装置及其附件构成。铝电解槽炭阳极分为连续自焙阳极(简称自焙阳极)和预焙阳极两种。自焙阳极按导电金属棒从上部或侧部插入，分为上插自焙阳极和侧插自焙阳极预焙阳极导电杆在上部。
预焙阳极电解槽和阳极炭块几乎与现代炼铝方法同时诞生。1880年，美国的霍尔(Hall)利法国的埃鲁(Heroult)同时提出冰晶石—氧化铝溶解炼铝法。1888年，美国匹兹堡电解厂把这种炼铝方法应用于工业生产，建成了世界上最早的预焙阳极电解槽，所用阳极炭块以木炭作为原料，采用模压法生产，单个
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阳极模截面积只有8～10cm ，其质量指标也比较落后。之后，瑞士、法国、英
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国、德国等几个国家都使用了类似的预焙阳极，用电解法生产铝。
铝电解发展初期，采用挤压法生产的小型预焙阳极，单个阳极尺寸甚小，阳极电流4000A。1924年，挪威人索德贝格发明了连续自焙阳极，使阳极面积逐步扩大，电解槽电流容量随之提高。1934年，法国彼施涅(Pechiney)铝业公司研制成功上插自焙阳极，随后又用多功能天车进行阳极操作，20世纪50年代之后，用挤压和振动成型机制造大规模预焙阳极成功，预焙阳极又逐渐被广泛采用。20世纪80年代后期，预焙阳极电解系列，电流容量达280～350KA。最新的预焙阳极电解槽电流达500kA。
由于以预焙阳极炭块为本体构成的预焙阳极操作比较简单．阳极电压降比自焙阳极低，易于实现机械化、自动化，且消除了电解过程中的沥青烟害，有利于电解槽向大容量方向发展。因此，20世纪末，已普遍采用预焙阳极炼铝。国外用振动成型法生产的阳极炭块，最大的尺寸为2250mm × 750mm ×2500 mm，单块重为2500kg[18]。
预焙炭阳极通常安装在电解槽上部，强大的直流电流60～300kA通过炭阳极，导人电解液。炭阳极的电阻率为50～70μ?·m，加上导杆与接点电阻，正常铝电解生产时，消耗在炭阳极上的电压降为300～500mv，占电解槽电压降的10％～15％。在炭阳极底部接触熔融电解液的部位，发生分解氧化铝的复杂电化学反应(阳极反应)。在碳的参与下，阳极最终产物是CO和CO2。铝电解生产中，炭阳极日平均消耗1～2cm，定期向电解槽上部添加新的阳极糊(对自焙阳极电解槽)或定期更换预焙阳极将(对预焙阳极电解槽)是阳极工作的主要内容，以保持阳极连续正常工作。
预焙阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，用作预焙铝电解槽作阳极材料。这种炭块已经过焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块，习惯上又称为铝电解用炭阳极。用预焙阳极炭块作阳极的铝电解槽成预焙阳极电解槽，简称预焙槽，这是一种现代化的大型铝电解槽。
阳极炭块一般为长方形，在其导电方向上有2～4个直径为160～180、深为80～110mm的圆槽，俗称炭碗。在阳极组装时，炭碗用来安放阳极爪头，通过磷生铁浇铸，使阳极导杆与阳极炭块连为一体，组成阳极炭块组。阳极炭块根据电解槽电流的大小和工艺的不同而有不同的尺寸，但通常它的电流密度一般为0.70～0.90A/cm2，使用周期为20～28天。
阳极炭块组是预焙阳极电解槽的重要组成部分。由多组阳极炭块组和阳极提升机构部分组成炭阳极，它参与电化学反应并把电流导入电解槽内。每组阳极炭块组由1～3 块阳极炭块、阳极导杆和钢爪预先组装而成。其中以单块阳极组使用较普遍。炭块的数量和尺寸视电解槽的容量而定（一般为10～40组）。这些炭块组在槽内对称的排列在阳极水平母线左右两侧，炭块组的铝导杆靠可转动的卡具固定在水平母线上，铝导杆起着输送电流和吊挂炭块组的双重作用。阳极提升机构是升降阳极的机构。随着炭阳极的消耗，阳极机构带动阳极炭块组下降，当降至最低位置时，借助阳极提升机构，通过转接母线作业把水平母线提高，以保证在电解过程中阳极升降机构连续带动阳极炭块组下降，使阴阳
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极间的间距相对稳定。现代大型预焙阳极多采用自动控制。
2.6.2 预焙阳极操作
一般说，预备阳极是间断式的。预焙阳极的主体为阳极炭块，预焙阳极在铝电解生产中起着导电与参与阳极反应的作用，因而不断消耗，必须定期更换。预焙阳极位于电解槽的中央，其上部靠阳极导杆夹在电解槽上部水平阳极母线上，阳极下部浸在电解质中。在铝电解生产中，起着把电流导入电解槽和参与阳极反应的作用。
预焙阳极的常规作业主要包括换阳极和抬阳极水平母线。
换阳极 当阳极炭块消耗到一定高度时，就要定期更换。为保证电解槽生产稳定，必须严格执行交叉更换的原则，按一定的顺序陆续更换。换阳极的工作程序为：按正常顺序确定要更换的阳极号，吊出残极，安装上新阳极，阳极上覆盖保温材料。阳极更换周期一般为20～28天[19]。抬阳极水平母线。炭块组的铝导杆通过卡具压接在阳极水平铝母线上。随着阳极的不断消耗，阳极母线也不断的下降，当降低到某一高度时，需要把阳极水平母线提升上去，这一操作称为抬母线。根据阳极消耗速度和母线的形程，确定抬母线的周期。抬母线的作业顺序为：用临时卡具卡住阳极导杆，打开卡具小盒，提升大母线把卡具小盒上紧，移去临时卡具。
2.6.3 炭阳极生产工艺及设备流程
阳极材料的生产工艺包括原料的预碎、煅烧、破碎、筛分、分级、配料，黏结剂的预处型、混捏，混捏后的糊料成型、焙烧及清理加工，工艺流程及设备流程如图3—1、图3—2所示。
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