W=
式中 :
?×103(KW·h/t)
0.3356?V———电解槽平均电压 4.068V W=
4.068×103=12895(KW·h/t)
0.3356?4）电流密度
电流密度也是铝电解槽的一个重要技术参数，随着电解槽电流强度的提高，电流密度降低，电解槽电流密度的降低，单位产品的电耗会随之下降，这使铝的单位成本降低。但同时电流密度的降低又会使电解槽尺寸加大，使基建投资等费用增加。反映到成本上，又使成本增加。因此，在一定条件下，应有一个最适宜的电流密度。在此电流密度下，作用相反的因素互相处于那样一种条件下，使得生产单位成本达到最低，此时的电流密度即成本电流密度D。
D=
式中:
D———成本方面的经济电流密度 A/cm2
A———电解槽及所有附属设备，建筑物与低平等的费用
?———电价 元/(KW·h)
???
?———电解槽的总电阻包括效应电阻平均值 ?
由于经济电流密度的计算需要大量技术经济资料，而这些资料的获得，总是带有或大或小的误差，一定程度上影响到计算结果的准确性，所以目前铝电解槽设计中多采用经验值，此处参考法铝280KA预焙阳极电解槽经验数据。
d=0.73 A/cm2
2.2 铝电解槽结构参数的确定
（1）阳极尺寸
阳极尺寸是铝电解槽一个重要的结构参数。一般说来，电解槽容量越大，则阳极尺寸也要越大一些。对于预焙阳极来说，更重要的是单块阳极的尺寸，下边举出世界各国的大型预焙槽阳极设计参数（表2-1）
表2-1 阳极设计参数
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参数
电流强度(KA) 阳极组数（组） 阳极电流密度（A/cm2）
阳极尺寸（mm） 槽平均电压（V） 电流效率（%） 直流电耗（(KW·h/t)
日本
（轻金属） 160 24 0.72 140×66 3.99 87.5 13600
德国 瑞铝 法铝
（TOGIN-195） （EPT-18） （PH-280） 175 180 280 20 0.78 146×76.5 4.1 90 13600
16 0.74 145×54 4.11 93 13200
40 0.74 145×65 4.11 95 12900
由表中可以看出，预焙阳极炭块尺寸，视阳极排列与组数不同，长度各异，而宽度在500-750mm之间。在这里，炭块的高度是一个主要参数。一般倾向于采用稍高一些的炭块，比如550mm，本次设计取炭块尺寸为1450mm×660mm×550mm。
阳极炭块数目,阳极电流密度:I=0.73 A/cm2，则阳极面积S 阳
280000S 阳=0.73=383562 cm2
每块阳极的水平截面积
S=145×66=9570 cm
阳极炭块数目
383562N=9570=40（块）
2阳极炭块组由阳极铝导杆，铝钢爆炸焊片，钢连接板梁，钢爪头和阳极炭块组成，阳极铝导杆长2278 mm，断面为130 mm ×130 mm纯铝材质面积电流0.394A/mm2，铝钢爆炸焊片其中铝板规格165 mm× 165 mm× 12 mm，钢板规格165 mm× 165 mm ×40 mm面积电流0.245 A/mm2，工作温度低于400钢连接板梁的钢板规格为150 mm ×890 mm ×16 mm ，面积电流0.094 A/mm2，共5片组成。钢爪头直径160 mm，爪间距375 mm，面积电流0.11 A/mm2。
阳极炭块组分两行排列，每行20块，行间距离要便于安装下料装置，一般采用200 mm ～300 mm，本次设计取250 mm，组间距离一般采用40 mm～50 mm，
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本设计取为50 mm。阳极升降速度和下料点数选择经验数据，升降速度50mm/min，升降距离400mm，下料点数4个。
（2）槽膛尺寸 槽膛深度
槽膛深度主要取决于槽中电解质与铝液水平及操作工艺制度。一般在400 mm ～600 mm 之间，槽膛过深则使电解槽造价增加，生产中热损失大，因此，目前不喜欢过深，常采用400 mm ～500 mm 。而在预焙槽上由于向阳极表面上加一厚层氧化铝（保温料），因此槽膛有些深些，本设计取为550 mm 。 槽膛宽度与长度
阳极炭块至槽膛侧壁之距离（大面），一般在300 mm ～500 mm 之间本设计取500 mm ，阳极炭块至槽膛侧壁之距离（小面）稍小些，一般在450 mm ～550 mm 之间，本设计取450 mm 。所以
槽膛宽度=2× 500+2×1450+250=4150 mm
槽膛长度=20×660+19×50+2×450=15050 mm。
（3）槽壳尺寸
电解槽有长方形刚体槽壳，槽外壁和槽底用型钢加固，槽壳侧壁砌一层炭块，总厚180mm，槽底铺一层阴极炭块（450 mm），两层耐火砖（2×65 mm），一层氧化铝粉（40 mm）和两层保温砖（2×65 mm），以及一层65 mm厚的硅酸钙特种保温砖。此外，在槽膛内砌一道斜坡。在中部下料预焙槽上，其侧壁保温层有所减薄，故敷设100 mm碳化硅层，以适应生长边部凝固电解质层的需要。
槽壳宽度4150+2×180+2×100=4710 mm 槽壳长度15050+2×180+2×100=15610 mm
槽壳深度550+450+40+2×65+40+2×65+65=1450 mm
（4）阴极炭块数目
参考法铝280KA预焙阳极电解槽，确定阴极炭块尺寸为3350mm×550 mm ×450 mm阳极氧化：
新阳极0，残极7.6cm，平均氧化3.8cm 每个阳极实际尺寸：
长： 145－2×3.8=137.4 cm 宽： 66－2×3.8=58.4 cm
扇形参数： F=1.27+0.6×4.0=3.67
2
阳极有效面积： AA=（37.4+2×3.67）×（58.4+2×3.67）×40=380608.3 cm 阴极有效面积： AC=（137.4+3×3.67）（58.4+3×3.67）×40=412045 cm2 每块阴极的水平截面积：335×55=18425 cm2
412045阴极炭块数N N==22（块）
18425阴极棒
适当的增加阴极棒的高度尺寸，可能使槽电压进一步降低，参照法国彼施涅280KA预焙阳极电解槽，确定阴极尺寸4340 mm ×180 mm ×65 mm 阴极棒电流
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密度为0.2137 A/mm2。阴极炭块组阴极炭块同埋设在炭块内部的钢制导电棒构成。导电棒的数目为每组两根，在导电棒与炭块之间用生铁浇铸，现代电解槽有的采用通长的阴极炭块组，以减少中央部位的缝子，阴极棒也是一根通长的。为了减少槽底电压降，特意采用半石墨化的阴极炭块。
（5）铝母线
铝电解槽有阳极母线，阴极母线和立柱母线，都用铝制作。铝母线有两种：压延母线和铸造母线，后者通用于高电流的大型电解槽，铝母线的电流密度一般为0.25～0.40A/mm2。
电解槽阴极母线断面为550 mm×220 mm，面积电流为0.274 A/mm2，阳极母线采用铸铝母线，两端设软母线，以便阳极升降，与立柱母线的连接采用压接。
2
立柱母线断面为125 mm×440 mm，面积电流为0.38 A/mm。
阴极母线也采用铸造铝母线，远电端母线面积电流为0.25 A/mm2，近电端阴极母线经电解槽槽底沿纵向中心引出，与近电端母线汇集引入下一台电解槽，从而使电流分布均匀，减少了母线用量，减少了大容量电解槽产生的磁场影响。
（6）极距
所谓极距，是指阴阳两极之间的距离。在工业电解槽上，浸在电解质里的阳极表面都是阳极工作面，而槽底上的铝液表面实际上就是阴极工作面。为便于测量起见，一般取阳极底掌到铝液镜面之间的垂直距离作为极距。工业电解槽中，提高极距，则电解质电压降有所增大。根据实测，每提高极距10mm，引起电压降增加400mv（旁插棒槽）或350 mv（预焙槽）。因此在工业生产上宜在取得高电流效率的情况下，保持尽可能低的极距，以便减少单位铝产量的电能消耗量。本设计取极距为4.0 cm
（7）铝电解车间
铝电解车间的任务是生产液态原铝，一个电解系列，电解车间由两栋互相平行的两层楼厂房组成，一楼安装槽体和阴极母线，地坪为素混凝土地坪。二层楼为操作地坪，操作地坪为绝缘地面，槽周围地坪设有通风格子板，为便于通风换气，一楼柱间为通风窗。
系列电解槽分设在两座电解厂房内，电解车间占地如下计算：
由于电解槽外形尺寸15610×4710及相关参考文献，电解车间铝电解槽按单行横向排列，200台槽排列在两座平行的厂房中，每座厂房100台槽，槽间距取为1.5m，每36台槽留15米间隙，便于生产上操作，厂房两侧各留20米间距，则厂房总厂
4.71×100+1.5×（100-3）+3×15+2×20= 700.5（m）
电解槽长15.61米，考虑到车间布置等因素，取厂房跨度28米。
表2-2铝电解槽基本尺寸
槽壳外形尺寸（mm） 15610×4710×1405 槽膛尺寸（mm） 15050×4150 槽膛深度（mm） 550 阳极组数（组） 40 第 30 页
阳极炭块尺寸（mm） 阴极炭块尺寸（mm） 阴极炭块组数（组） 阳极导杆尺寸（mm） 阴极棒尺寸（mm） 母线规格（mm）
1450×660×550 3350×550×450 22
4340×180×65 2278×200×180 550×220
2.3 铝电解槽的电压分配
由下述已知条件计算中间下料预焙阳极电解槽的电压分配
电流：280KA
槽膛：15050 ×mm× 4150 mm
阳极：1450 mm ×660 mm ×540 mm 电解质温度：950℃
极距：4.0 cm
电解质成分：Al2O3 3% CaF2 5%
分子比：2.2：
槽电压是阳极母线至阴极母线之间的电压降，它由与电解槽并联的直流电压表来指示。槽电压的数据包括电解槽的极化电压和各部分导电体的电压降值。电解槽内有两类导电体，第一类导体包括铝，铜，炭；第二类导体是冰晶石—氧化铝熔融电解质。在工业生产上，为了核算电解槽的电能消耗量，通常需要计算电解槽的平均电压。平均电压一般是指下列各项的总和：（1）槽电压（槽上电压表读数）的平均值；（2）发生阳极效应的电压分摊值；（3）槽上电压表测得范围以外的系列线路电压降的分摊值。
具体包括极化电动势、阳极电压降、阴极电压降、电解质电压降、母线电压降、阳极效应均摊电压。
2.3.1 极化电动势 极化电动势是指在实际电解情况下，两极的不平衡电位之差。它由如下三部分组成：
E极化=E°分解+η阳极+η阴极
式中：
E°分解———按铝电解一次反应所求得的理论分解电压 V
η阳极———阳极过电压 V η阴极———阴极过电压 V
E°分解随温度（T）的变化是：
E°分解=1.896－5.725×10-4T（V）
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