电解工基础培训

铝电解工技能鉴定培训

学习与辅导2014年12月李庆宏*关于鉴定考试*1、考题的内容：理论、实操各100分。

实操：笔试、操作各50分；——每科各满60分为合格。2、笔试时间：初级90min；中级100+60min；高级以上120+60min3、考题的基本类型：级别理论考题实操笔试填空选择判断简答计算论述合计选择分析解答合计初级工10×220×210×24×5————100______0中级工5×225×213×21×61×8——100391150高级工5×225×215×110×11×52×52×51×10100391150技师5×225×210×12×52×51×10100351550高技师10×1.525×115×14--251×71/p>

☆铝电解的主要相关理论知识

☆有关计算举例

☆关于实操问题

☆其他类习题分析举例☆复习要点提示

☆相关知识中国铝电解技术发展历程及技术解析三高型

高槽温高分之比高AO浓度散热型保温型环保型第一讲

铝电解的主要相关理论知识2.1铝的主要特性

铝是自然界分布极广，含量极丰富的金属元素，地壳总含量7.35%(8.2%)

，第三位，占金属总量的三分之一，

第三周期3号主族元素(原子序号为13—电子13；三层；外三）,可离解3个电子（3s23p1

）而为正三价或正一价的离子；

原子量26.98154－－27.0

密度2.699g/cm3

液态（660℃）2.30g/cm3

，轻金属

熔点659℃；沸点2467℃；硬度为3；

导电系数36～37×10-4Ω–1cm-1(为银的36.1％），电化当量0.3356

g/A.h

2.980A.h/g

铝——储能银行（生命周期长；产、用异地；节能减排）

——万能金属

——节能环保型，循环性经济——硬度低、弹性小、与铜有电化学腐蚀。2.2、

相关基础理论①分解电压、过电压、极化电压；

——与阳极材料有关

炭阳极:UFj=1.1~1.2v（惰性2.1～2.2v）;Uguo=0.5~0.6v;Ujh=1.7v

②电极电位；部分金属的电位值

LiKBaCaNaMgAlMnSiZnFeNiCu-3.01-2.92-2.92-2.84-2.71-2.38-1.66-1.05-0.86-0.76-0.44-0.23+0.34

③溶液----溶质、溶剂、溶（熔）液；

浓度＝溶质量÷溶液量；

溶质量＝溶液量×浓度。

极化电压：克服反电动势的~；主要=生成+浓差阳过0.4~0.6v=气膜+放电+浓差。阴过:10mv④冰晶石的分子（摩尔）比电解质（冰晶石）的分子比＝＝

＝＝重量比×2例：某冰晶石中，氟化铝含量为48%，求其分子比是多少？解：CR==

=104/48=2.17答：该冰晶石的分子比为2.17⑤两类导体。

自由电子、离子；

K、Na、Ca、Mg、Al

Zn、Fe、Sn、PbCu、Hg、Ag、

Pt、Au活泼金属电解盐或氧化物较活泼金属H、C、Al、Na还原不活泼金属直接加热自然单质淘洗电解法热还原法热分解法物理法化学法：火法冶金；湿法冶金⑥电流强度、电流密度、电阻、欧姆定律

阳极、阴极、经济、临界。

R=V=IR=I=

PL+b⑦、金属的冶炼方法（按金属活动顺序表）2.3、

大型槽技术参数1、一般参数设定电压：4.0~4.15；氧化铝浓度：1.5~3.5%；槽温：930~950℃；分子比：2.3~2.4；铝水平：18~20cm；电解质水平：20~22cm;

效应系数：0.3~0.08次/槽.日。2、

工艺技术(条件)的演变与进步

三低一高五低一高(三窄)VCRtAOAE

i阳

CRtAOL（V）

低槽电压：3.80~3.88V

低分子比：2.2～2.3

低过热度：10℃左右低氧化铝浓度：1.8～2.5％

低阳极效应系数：≤0.02

高电流密度：>0.83A/cm2

窄物料平衡工作区

窄热平衡工作区

窄磁流体稳定性调节区平衡、稳定2.4、

阳极效应与效应管理一、阳极效应定义：阳极效应(简称效应)是熔盐电解过程中发生在阳极上的一种气膜放电的特殊现象。▲1、阳极效应发生时的外观现象：(1)火眼冒出的火苗颜色由蓝色变紫进而变黄；(2)电解质与阳极接触周边有弧光放电，并伴有劈啪响声，阳极四周的电解质停止沸腾；(3).槽电压急剧升高到30伏左右，效应信号灯亮；(4).发生阳极效应时阳极气体二氧化碳降至20％左右，一氧化碳升到60％左右，另有20％左右全氟化碳PFCs（CF45～20％＋

C2F61％

)；(5).槽电压噪声频率增大。——先从局部发生，前奏——诱发，再到全槽。

▲2、阳极效应对生产的危害1）浪费大量的电能；（300kA—1000--1200kwh）；2）增加氟化盐的挥发损失,加大了物料消耗；3）效应多发频发，系列电流会降低，影响系列电流的稳定性；4）增大了环境污染；

当Al2O3浓度小于1％时，电解质就与阳极碳发生反应：

Na3AlF6+3/4C=Al+

3/4CF4+3NaF

Na3AlF6+3/4C+3/2CO2=1/2Al2O3+3/4CF4+3NaF+3/2CONa3AlF6+C=Al+

1/2C2F6+3NaFPFC＝CF4+

C2F6

6500或9200CO2

具有：大气存留时间长;吸收红外辐射能力强。

5）高热量提高了槽温，降低了电流效率；6)增加了工人的劳动强度；

——效应的评述分析

阳极效应的危害是明显的，因此，低(零）效应管理技术已成为大型槽新的管理理念，先进铝电解槽阳极效应控制在0.03（0.08）以下。为降低电耗，减少污染，还应控制好效应持续时间（<1min），效应熄灭操作亦是现场管理人员的重要技能之一。

▲3、阳极效应产生的原因

：氧化铝浓度低；槽温（过热度）过低。——达到临界电流密度。控制好铝电解槽的物料与能量的平衡，可有利减少阳极效应。▲4、

AE与临界电流密度：——根本原因（1）定义：给定电解条件下，电解槽发生阳极效应的阳极电流密度——表示电解质熔体发生AE的能力，临界电流密度越高，AE越不容易发生。（2）影响临界电流密度的因素：

——氧化铝浓度：ccd=0.43.AO%;——过热度：随之升高（传质）；

——电解质成分（粘度）；

——阳极材料与形状。▲5、适当阳极效应（对病槽）的可利用之处：1).消除炉底沉淀,洁净电解液(排出碳渣)

发生效应时,电解质对碳的湿润性不良,混入电解质中的碳渣可良好分离出来；效应时产生的大量热量可以熔化部分炉底沉淀。启动初期的电解槽：适当（早、多）的阳极效应有利提高槽底温度，防止炉底结壳；并有利炭渣的打捞。2)清理阳极底掌,规整槽膛。当阳极底掌出现局部消耗不良,效应时,可在突出部分产生强烈电弧使之迅速烧掉,使阳极底掌平整；效应期间产生的高热量，可使局部突出的伸腿熔化,使炉膛规整。3）调整槽子的热平衡4）发生效应的各种数据，可提供槽子运行状态的信息,作为了解槽况及AL203投入量的依据。VAE＜15v；VAE＞35v；AE早发、频发；AE迟发、少发▲6、阳极效应的机理发生阳极效应的内在原因是电解质中缺氧化铝，电解质的性质发生了变化，外在原因是阳极气体排出困难，它与氧化铝浓度、电解质的过热度、阳极电流密度有关。其发生机理有：①湿润性理论：当氧化铝浓度低时，电解液对阳极的湿润性变坏，阳极气泡难排而聚成气膜层，造成槽电压升高，电弧产生，从而发生阳极效应。②氟离子放电理论：当氧化铝浓度低于1%时氟离子与氧离子共同放电，阳极被钝化，阳极气体大量聚集，引发阳极效应（有20％左右CF4)。③静电吸引理论：氧化铝浓度高时电解质气泡带正电荷，反之带负电荷而被阳极吸引，从而引起阳极效应。④综合理论。一、二种理论的综合理论。

AO低，F离子放电，使阳极钝化，同时电解质对阳极的湿润性变差，使气体难排，形成气膜，放电——发生阳极效应。二、阳极效应管理▲1、几种非正常阳极效应及参考处理办法1）暗淡效应：槽电压较低，10—20伏。一般是槽温高，电解质不干净，极距过低。——适当提高极距；适当加冰晶石降温；待炭渣分离捞出后熄灭或20v以上时正常熄灭。2）闪烁效应：槽压高且摆。一般是槽膛不规整、阳极长包，或槽温低、极距低、槽底有结壳。——抬高极距，加冰晶石并提高槽温；扎空处槽帮，必要时加铝水；待槽压稳定、温度提高后熄灭。3）瞬时效应：刚发生即自动回去，并反复出现。一般是槽温低或两水平低，沉淀多，或系列降电流、停电恢复后——抬高阳极，稳定电压，待提高温度后熄灭。——提前效应正常效应滞后效应难灭效应▲2、熄灭阳极效应的作业熄灭阳极效应：向槽中补充物料，阴阳极局部瞬间短路而驱赶阳极气泡（插木棒、通气、自动升降阳极），使阳极恢复正常工作。大型中心下料预焙槽，计算机兼有自动熄灭效应的程序，可通过效应加工、升降阳极的操作自动熄灭效应；人工熄灭效应是采用效应加工后向阳极下插入木棒，木棒插入高温电解质中产生气泡,赶走阳极底面上的滞气层,使阳极得到净化恢复正常工作。熄灭阳极效应的作业的质量控制点:控制效应持续时间从效应发生到熄灭的时间间隔称为效应持续时间,即计算机检出时间、效应加工时间和熄灭操作的最少时间之和，

一般在3～5分钟（可望缩短到1分钟左右）。

——准备充分；方法得当。▲3、新启动槽的阳极效应管理特点：无电解质结壳，散热面大，散热量较大；内衬吸热多,

电解质分子比高,其初晶温度高,槽温高；现象：

炉底容易出现过冷，易形成畸形炉膛；阴极内衬出现裂纹、爆层、起坑等危害,——导致电解槽早期破损。要求：新启动槽前期必须保持足够的炉底温度，适当增大效应系数,通过效应产生的高热量使炉底沉淀及时熔化掉,保持炉底干净。

启动后效应一般要求：

第一个效应在启动后8h尽量发生15天内为1.0—1.2次/槽日；

15～45天内为1.0次/槽日，45天以后逐渐到正常控制。——阳极效应是衡量电解槽热平衡和物料平衡的重要参数。2.5、槽电压管理一、电压管理基本概念：现代大型槽的电压管理一般由计算机按照设定电压及应用程序自动执行。

V=aL+b采信号—算电阻---分为效应、坏、正常---平滑处理—排除干扰—实电阻

R实=（V平-E）/I平平滑处理

R设定折合

R实＞

R设折

降阳极

R实＜

R设折

升阳极电压管理是电解槽能量平衡的主要管理，其实质是增、减极距的槽电阻管理——“过热度”调节的主要手段。二、工作电压的组成

VNET=V阳+V极化+V电解质+V阴+V周母V阳=330—350mv，炭块、导杆钢爪、焊接、组装、卡具压接；V极化=1700mv，霍尔法基本不变；V电解质=1470—1500mv，成分、过热度、极距；V阴=350－380mv，与槽龄、阴极材料、组装有关，短期不变；V周母=180—200mv，设计建成后不变。Σ=4.00～4.13vV平=V阳+V质+V极化+V阴+V周母+△VAE+V公用母——黑电压△VAE=

=

0.020～0.060v例：某系列，槽平均工作电压4.10v，平均效应系数0.3次/槽日，平均效应电压29.0v,效应持续时间5分钟，其效应分摊电压多少？解：△VAE=

＝

＝0.026（v)三、设定电压的调整（p74）——根据热平衡需要1、上调情况:

槽子热量不足，效应多发或早发；质水平连续下降，需要投料；槽帮变厚，炉底出现沉淀结壳；发生针振＞300mv；铝水超过基准值10mm以上；

8小时内更换两组阳极；系列停电恢复送电后；出现病槽2、下调情况:

槽子热量过剩，效应迟发少发；电解质水平连续在上限之上，投入物料已熔化，无须再补充热量；针振消失后；炉底沉淀、结壳消除；病槽好转。3、调整幅度:

4.30v以上时每次100mv4.20—4.10v时每次50mv4.10—4.00v时每次30mv

4.00v以下时每次20mv2.6、下料间隔——效应2.7、槽况分析---依照槽状态参数①、阳极下降量——无异常出铝，

下降量＞标准量，槽膛大—槽热下降量＜标准量，槽冷有超量物料投入

②、分子比变化——正常添加氟化盐

突降----碱性成分偏析，酸化，变冷突升----转热，化帮③、铝质量变化——无异常杂质增加

杂质增多----化帮，趋热硅量下降----伸腿、沉淀发育，趋冷④、效应电压

VAE

＜15v槽热，阳极有病或炭渣多

VAE

＞35v槽冷铝水高或电解质低⑤、氧化铝消耗电流效率

ηAO=物料产量/电能理论产量

=有效AO投入量×54/102/电能理论产量

=M氧化铝/M电理

ηAO

＝93.0％

η电能＝

92.0％

——冷、沉淀、凝固；ηAO＞

η电能

——槽趋冷，物料过剩或有沉淀生成；ηAO＜η电能——槽趋热，沉淀熔化。⑥、电解质的电阻——槽底洁净程度

>60～55～50>(Ωm)—（μΩ/cm)

劣差良优冷热2.8、常见添加剂及对电解质性质的影响性质初晶温度密度导电度粘度表面性质挥发性AO溶解氟化铝AlF31%降约2℃减小减小减小减小界面张力增大湿润角增大减小氟化钙CaF21%降约3℃增大减小增大增大界面张力增大湿润角降低减小氟化镁MgF21%降约5℃增大减小增大增大界面张力增大湿润角降低减小氟化锂LiF1%降约8℃减小明显提高减小影响微小降低明显减小要求越小越好密度差大大小适中张力大小好

采用低分子比电解质电解，电解温度会——，电阻会——，粘度会——，电解质与铝的密度差会——，挥发损失——，对阳极炭块的湿润性会——，同时氧化铝的溶解度会——。2.8、电流效率一、铝的电化当量、理论产量及电流效率1、法拉第定律与电化当量(英MichaelFaraday)

①M=kq=kIt

②

k=1/F×m/n

F=1mol电子的电量——电解1mol一价物质的电量的库仑数，F亦称法拉第常数

—c/mol

F＝1.6022×10-19×6.022×1023

＝96485c/mol=96485A.h/3600mol=26.80A.h/mol

m/n：化学当量（一价物质的克原子量）对于铝：k=1/26.80×26.98/3

=

0.33557g/A.h

=

0.3356g/A.h2、电解铝的槽日理论产量

M理=

k

I

t

=0.3356×24×I×10-3

kg3、电流效率η=M实/M理×100%二、电流效率降低的原因1、铝的溶解和再氧化损失——二次氧化损失

物理溶解

饱和约0.05～0.10％（温度升、浓度降）

化学溶解

2Al+AlF3=3AlF——变为低价离子

Al+Na3AlF6=3AlF+3NaFAl+6NaF=Na3AlF6+3Na

再氧化损失

2Al+3CO2=Al2O3+3CO

溶解氧化过程的步骤：

1、铝在界面上发生溶解反应；（0.08～0.10％)

2、反应物从界面层扩散出来（温度、界面张力、搅动－－控制步骤）

3、反应物均匀溶入电解质整体

4、反应物被阳极气体氧化。（阳极下2～3cm处反应）

2、高价铝离子的不完全放电（高-低价离子循环转换）

极限电流（低于分解电压的电流）

Al3++2e=Al+

Al+-2e=Al3+没有铝生成

温度、搅拌、低极距、低电流密度、杂质元素（高价的V、P、S）

——高—低循环、空耗。3、钠离子放电

随温度升高钠的析出电位升高，与铝的差缩小

钠离子放电的条件：高温

阴极电流密度大高分子比；

低氧化铝浓度4、其他损失——水解、炭化铝生成（高温含炭滚铝）

2H2O2H2+O2

4Al+3C=Al4C3

温度

电流效率

10℃1.5％975℃——3001000——2501070——1001150——0第三讲有关计算（6）3.1、电解质成分的调整计算使用重量比计算公式（p77~78）

QAlF3=

QNaF=

使用分子比计算公式

QAlF3=

QNaF=上式中：p——槽中液体纯冰晶石的质量

K1、K2

－分别为调整前后分子（重量）比例1、某160kA槽约10000kg电解质成分:CaF24.9%Al2O33.1%分子比2.5（1.25）要调到2.4（1.20）加AlF3------理论量?解：P冰晶石=

10000kg×(1-4.9%-3.1%)=9200kgQAlF3=P（K1-K2）÷K2（1+K1）

=9200×(1.25-1.20)/[1.20×(1+1.25)]

=170.37(kg)QAlF3=2P（K1-K2）÷K2（2+K1）

=2×9200（2.5-2.4）/2.4（2+2.5）

=170.37(kg)答：（略）例2、某新启动槽熔体总重12吨成分CaF25%Al2O32.8%分子比2.70(1.35)

－→

2.80(1.40)

求加Na2CO3?解：3Na2CO3+2Na3AlF6=Al2O3+12NaF+3CO23×106

12×42x

1X=318÷504=0.631——转换系数P=[12000

×

(1-5%-2.8%)]=11064

(kg)QNaF=p×(

K2-K1）÷(1+K1)=11064×(1.40-1.35)÷(1+1.35)≈

235.4(kg)QNa2co3

=235.4kg×0.631=

148.54kg答：该槽电解质分子比由2.70提升到2.80需加纯碱148.54kg

例3、某台生产中的铝电解槽，槽内液体电解质总量15000kg，成分为：CaF2

3.7%、Al2O33.0%、MgF2

3.3%、NaF50%。为保证分子比2.4的运行条件，应补充多少AlF3才能满足要求？分析：QAlF3

=题目缺电解质的分子比或重量比？解：K1=50

÷（100-3.7-3.0-3.3-50）=1.25

P=15000×(1-3.7%-3.0%-3.3%)=15000×90%=13500(kg)QALF3=

=13500×(1.25-1.20)÷[1.2(1+1.25)]=675÷2.7=250(kg)

方法2：设100公斤电解质应加入氟化铝X公斤，所以100公斤熔体中氟化钠、氟化铝分别为50、40公斤则有：1.2=50÷（40+X）X=（50-48）÷1.2=1.667（kg）AlF3加入总量=15000/100×1.667=250(kg)答：（略）3.2、出铝管理——MTVV（铝水有效值法）要点：五天为一管理周期，期末三点测量计算铝水高度平滑处理，得出铝水有效值，下达期内指令表

MTVV=

M0+

〔M1-（j-k）〕

式中：J—五日阳极下降量=实际总吸出量

k—五日标准阳极下降量=长期平均值

j-k五日吸出误差

M0三点测量铝水平均高度

M1上次铝水有效高度单位均为mm合理制定处理量表及指令表当j>k较多时，则表明铝水吸出量偏多例4：某300kA槽，铝水平标准高度190mm，阳极标准下降量14.2mm/d。管理期三点测得铝水高度200mm,五日前测得铝水有效值为196mm，据回转计读数计算五日阳极实际下降72mm。计算该槽铝水高度有效值，并对照下表安排五日计划。

5日出铝计划表单位：kgMTVV与基准值之差5日总吸出量 第一天第二天第三天第四天第五天＋20～+11mm

12050

2450

2400

2400

2400

2400

+10~-5mm

11250

2250

2250

2250

2250

2250

-6~-15mm

10400

2050

2100

2050

2100

2100解：5日阳极标准下降量k=14.2×5=71(mm)

MTVV=

200

+

[196-(72-71)]=67+130=197(mm)

MTVV与基准值之差＝197-190=+7mm

查表知：

5日出铝量为11250kg，每日吸出量均为2250kg答：(略)

（p82优点）3.3、氧化铝加料量计算一、氧化铝的实际单耗？

实际消（单）耗=理论消耗÷化学纯度÷有效使用率＝

1889÷

0.985÷（

1－0.3％－0.25％）＝1928.4(kg/t.Al)

二、槽日AO加料量＝？

AO日加料量＝AO实际单耗×槽日产铝量

——300kA;槽日铝产量为2250kg,98.6%,0.3%，0.4%,

AO日加料量＝AO实际单耗×槽日产铝量

＝

1.889÷0.986÷（1－0.3%－0.4%）×2250＝1.9293

(kg/kg.Al)

×2250(kg.Al/槽日)＝4341kg/日3.4、最大电压计算V额定≥V系列＋ni×ΔVAE＋∑V母线=V最大例5、某160kA系列，252台，槽工作电压4.15v公用母线均摊25mv，系列设计允许同时发生4个效应，效应电压为30V。求：系列V额定=？解：V额定＝

V系列＋ni×ΔVAE＋∑ΔV母线＝4.15×252+4×（30-4.15）＋252×0.025＝1045.8

+103.4+6.3＝1155.5（v）答：该电解槽系列额定最小电压为1155.5v，

V最大＝（4.15＋0.025

）×252+4×（30-4.15）＝1052.1

+103.4＝1155.5（v）3.5、电流效率计算及相关公式①

、η=M实/M理×100%②、η=M实/M理=[Σmi+（M2-M1）]÷

[0.3356×I×t×10-3

]

Σmi:累计出铝量；（M2-M1）：在产铝的变化③、M0=Mcu（1-k1）/（k2-k1）④、W直耗＝2980×

⑤、hc＝(cm/d)

⑥、△VAE＝（v）⑦铝电解槽的平均电压及其计算☆V平=V阳+V质+V极化+V阴+V槽母+△V效应

+V公用母

=VNET+△VAE

+V公用母

＝

VNET+V黑

☆

V平=ＶＨ（同期电压小时计读数）÷（运行槽时数）

=ＶＨ÷（２４×槽日）例6：200台槽系列，一个月（30天）电压小时计读数为597600，当月电流效率92.5%。计算当月直流电耗率。解：V平=597600÷(200×30×24)=4.15(V)

W直耗＝2980×V平÷η

＝2980×4.15÷92.5％＝13370

kwh/t.Al答：（略）例7：某160kA系列8月份平均电流159800A，其中86#槽7月底M1=8055kg,8月底出铝后M2＝7980kg，全月累计出铝37500kg，η86#槽8月＝？

解：M实＝累计出铝量+在产铝的变化

＝

∑Mi+△M0=37500+(7980-8055)=37425（kg）

η＝M实/M理＝37425÷(0.3356×24×159.8×31）＝37425÷39890＝93.82％答：86＃槽8月份电流效率为93.82％例8：一台160kA槽，加铜前测得本底铜浓度0.010％，加入1kg铜KCU2=0.021%，求M0解：M0=Mcu（1-k1）/（k2-k1）＝1×（1-0.00010）÷（0.00021-0.00010）＝9090（kg）例9

、某160kA槽，η=92%，24组阳极，阳极更换周期28天，计算消耗一组阳极产原铝＝？解：消耗一组阳极产量＝一个周期的产量÷阳极组数

M周期＝0.3356×24×160×92％×28＝33197kg

M块极＝33197÷

24＝1383.2

（kg/组）

答：该槽子消耗一组阳极可产铝1383.2kg例10：4月份某槽平均电流159.85kA，加98.5%氧化铝69305kg，当损失0.6％时计算氧化铝（消耗）电流效率？解：ηAO=物料产量÷电能理论产量

=有效AO投入量×

54/102÷电能理论产量

=M氧化铝÷M电理M氧化铝

=69305×（1－0.6％）×98.5％×54/102＝35923.68(kg)M电理＝0.3356×24×159.85×30＝38624.88(kg)ηAO=M氧化铝÷M电理＝35923.68÷38624.88=93.01%答：(略)

Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2

10254例11、一台200kA槽，测得本底铜浓度0.010％，加入1kg铜K2=0.021%，第二天K3＝0.018％，一日内总铜量不变；该电解槽的电流效率为多少？

解：M0=1×(1-0.00010)÷(0.00021-0.00010)=9090kg

M3=k2M0÷k3

=0.00021×9090÷0.00018=10605kg

η=

M实

÷M理

=10605-9090）÷（0.3356×24×200）

=1515÷1611=94.05%答：该电解槽的电流效率为94.05%例12、某铝业公司拥有两条理论产能相等的铝电解系列，一条是中间下料大型铝电解系列；另一条是由274台原自焙槽改造的边部下料的小预焙槽生产系列。2006年度，小预焙系列平均电流强度为72kA，平均电流效率为89%。与大型预焙系列相比，小预焙生产系列当年度少生产原铝3247.86吨，求：大型中间下料预焙系列槽2006年度平均电流效率是多少？解：M小=0.3356×24×72×274×365×89%＝51617756（kg)＝51617.76（t)

M大=M小+

M多＝51617.76+3247.86＝54865.62（t)

η大＝M实÷

M理

＝M大÷

M理小

＝

54865.62÷[0.3356×24×72×365×274×10-3

]＝54865.62÷57997.48=94.60%答：该系列2006年的电流效率为94.60％例13、160kA使用24块阳极i阳=0.72A/cm2

5月份η=93.00%

Wc=

420kg/t.Al阳极总高560mm

dc=1.60g/cm3残极高160mm

计算：M块=?分析：——先求出阳极更换周期？

H更=

有效高度÷阳极日消耗解：hc=[8.054×i阳×Wc×η]×10-3÷dc=8.054×0.72×420×93.0%×10-3

÷1.60=1.416cm/dH更=（56-16）÷hc=40÷1.416=28.25≈28(d)M块=[0.3356×24×160×0.93×28]÷24

=1398.24（kg/块）答：（略）3.6、关于热损失计算

α热损=V体系－（0.48+1.64η）(V)

W热损=α热损I

t例：300kAV=4.18vV周母=180mv

平均电流效率93.0%计算槽热损系数及一台槽一天损失电能。解：V体系=VNET－

V周母

=

4.18－0.18=4.0v

α热损=V体系－（0.48+1.64η）

=

4.0－（0.48+1.64×0.93）

=1.995(V)W=α热损It=1.995×300×24

=14364kwh

答：(略）第四讲、关于实操内容4.1、阳极更换作业规程作业准备：1）确认槽号、极号：从换极周期表中查出拟换极所在的槽号及相应极号，并记入作业日记。2）备块：准备好碎结壳面块，新阳极碳块。3）准备好操炉工具。换极作业步骤：1）揭开槽罩：以所换极为中心，视极数揭开三块或四块槽罩。2）扒料：用铝耙呈扇形将应换极上的氧化铝浮料和边部可扒出的壳面块扒干净。3）联系计算机：按槽控箱上的‘更换阳极’键，与计算机取得联系。4）开缝：指挥天车工下降多功能机组打壳装置，打开拟换极四周的结壳，（靠邻前两天所换极一侧不需开口），当换两块极时，必须打开两块极中间结壳。5）拔出残极：指挥天车工下降多功能机组阳极提升装置，卡住导杆，下降阳极扳手，旋松卡具，缓慢地将阳极拔出，并吊离电解槽至通道位置。6）画线：用卡尺底部水平贴紧残极底掌，把水平母线上的下划线与卡尺对齐并在卡尺上画线，同时观察阳极的形状，看阳极是否有长包、掉角、氧化、化爪、裂纹等异常现象并作记录，然后指挥天车把残极吊至残极清理架放好。7）勾块：用大钩等工具把落入槽内的块勾出来，并进行“三摸一推”

：

i.摸炉底情况。察看炉底是否有沉淀、结壳块、阴极破损等，进行处理并记录；

ii.摸相邻残极的情况。检查邻极是否有裂纹、长包、化爪等异常，如有裂纹、化爪则提前换极，如有长包则提极清理，并记录清楚；

iii.摸侧部炉帮状况；iv.将炉底沉淀推开。8）新极定位：天车工把残极吊至残极清理架上后，吊回一块新极，用卡尺底部水平贴紧新极底掌，以卡尺上划线为基准在新极导杆上水平画定位线，导杆上定位线应比卡尺上定位线低1.5~2cm。在此过程，注意检查阳极是否合格，不合格的不能用。清刷铝导杆与水平母线的压接面。9）阳极设置：天车工把新极挂到水平母线上，操作者在下面指挥阳极安装位置，使定位线下沿与母线下沿平齐。然后用阳极板手旋紧卡具，并进行三次松紧动作保证阳极不下滑。10）收边：待电解质表面冷凝后把碎壳面块加入边部，用铁锹拍实并收齐、整形，使其形成边平内高的斜坡状。11）添加保温料：天车工下降下料管，在操炉工指挥下在新极和前两天极上加保温料，并用铝耙拍实、整形。保温料厚约14~16cm，基本与阳极钢爪窗孔顶端平齐。12）收尾：清扫工作面卫生，盖上槽罩。在导杆上用粉笔记录换极日期。13）巡视电压：检查槽电压是否正常。14）记录：纪录换极情况。包括铝水、邻极、炉底、残极状况。4.2、出铝作业规程1）联系计算机：按槽控箱的‘出铝’键，启动出铝控制程序。2）打开出铝洞口：打开出铝洞口的端盖，操作出铝打击头打开洞口壳面，然后用碳渣漏铲捞净洞口的结壳块和炭渣。打出的洞口尺寸要大于吸出管管径。3）接管及下管：将吸出软管一头用快速接头接高压风入口，然后指挥天车将吸出管对准出铝口，慢慢下管，触到底部后稍微上抬（约10cm）。4）虹吸：打开风阀开始虹吸抽铝。观察电子称数字的变化情况，到达出铝目标量后及时关闭风阀，停止虹吸。5）取出抬包：虹吸完后，操作天车，上升抬包，提出吸出管，准备进行下一台槽的吸出作业。一包最多虹吸两台槽的铝液，铝水重量不超过抬包的容量。6）吸出时如果发生阳极效应，应立即停止吸出，并将吸出管从槽中抽出，待效应熄灭后，再继续进行出铝作业。7）清理出铝洞口，盖上端盖。8）放包：当抽2台槽的铝水后，已达到抬包的容量，这时，把抬包移到通行道，将抬包吊上抬包车，放稳后，脱开吊钩。9）填写记录：吸出工依据重量单，计算每台槽的出铝量，认真填写吸出记录。例14.某铝厂在一次出铝操作中，由吸出工甲联系计算机，按槽控箱的“出铝”键，然后将吸出软管一头用快换接头接高压风入口；吸出工乙用出铝打击头打开洞口壳面，然后用碳渣漏铲捞净洞口的结壳块和炉底沉淀；吸出工丙指挥天车将抬包吸出管对准出铝口，慢慢下管，当触到底部后稍微上抬，待高压风接好打开风阀后开始虹吸抽铝；吸出工班长丁观察电子称数字的变化情况，并负总责。在还没有到达出铝目标量时，该槽发生了阳极效应，丁赶紧命令停止吸出，并指挥将吸出管从槽中抽出，然后亲自熄灭效应，再准备进行下一台槽的出铝作业。(1)在以上操作过程中，你认为以下谁的工作最关键（）。

(A)乙(B)丙(C)丁(D)一样重要(2)请问与吸出精度最相关的工作是（）的操作。

(A)乙(B)丙(C)丁(D)丙和丁(3)在以上的操作过程中，有一位职工的操作不当，你认为他是（）。

(A)甲(B)乙(C)丙(D)丁4.3、铝电解生产中的常规测量★1、阳极电流分布测量基本定义:每个阳极上导电的均匀程度用途：焙烧；新极16h；槽异常、阳极病变。工具：电压表、测量叉；原理：阳极导杆等距压降；停测情况：效应、对地电压异常、降压、操作作业。★2、铝水、电解质高度测量

用途：关系热平衡、出铝的依据；

定义（铝水）：槽内含沉淀在内所有铝水的深度;

关于铝水测量：1点（每天了解条件变化）——出铝口、换极3点（条件管理、出铝）——一大面均三点；多（6）点（全面了解炉底情况临时需要）——Ａ、Ｂ面各三点

——其方法、工具都相同

工具：４５°测量钎、水平尺、直尺

★3、阴极电流分布测量目的：了解阴极特性，炉底破损情况。方法：阴极软母线的压降×修正系数★4、炉底隆起测量——破损情况——1、基本测量法：

X：槽沿板到测量棒的距离

y：测量棒的高度

z：炉底平面到槽沿板间的距离＝槽膛深－槽沿板高举例：槽膛深550mm，槽沿板高80mm，测量棒高850mm，当测量槽沿板到测量棒的距离为405mm，计算炉底隆起高度？

解：

Z=550-80=470mm

H=X+Z-Y=405+470–850=25mm=2.5cmyxzH水平尺H=X+Z-Y——2、简易测量法：简单普查用

H=液体高度极差值=液体最高量－最低量例15.某电解车间进行炉底隆起情况的普查（已知该车间电解槽的炉膛深度为55cm，槽沿板到炉口高度为8cm），对069号采用两种方法进行测量，一种是由电解工甲进行操作，首先他将测量棒前端从阳极之间的缝隙伸入炉底隆起部位，在水平端放上水平器使之保持水平，然后用直尺触及槽沿板量出到测量棒之间的垂直距离为360mm，并记录数据和测量位置，取出测量棒，以同样方式放置在地平面上，量出测量棒的水平高度为800mm，并记录。另一种方法是由电解工乙操作，他用直角测量钎测量槽内4个不同点的液体高度，分别记录为：422mm、423mm、450mm、449mm。(1)对于电解工甲，其测量结果得出的炉底隆起高度为（）。(A)20mm(B)25mm(C)30mm(D)35mm(2)对于电解工乙，其测量结果得出的炉底隆起高度为（）。(A)28mm(B)27mm(C)26mm(D)1mm(3)对比电解工甲和乙所用的测量方法，你认为在生产中比较实用的是（）。(A)甲(B)乙(C)一样实用(D)都不实用★电解质（槽温）温度测量（p137)目的与方法：了解运行状态；

热电偶法；工具：Ni-Gr:Ni-Al热偶、补偿线、测温计、套管（铠装）；要求：避铝水、避2天新极；过程注意：测前检查工具；

30～60度放入；

深±15cm；正、负分连；

稳定后读数；

效应+1～-2h不能测；

-900、+1000℃时检查。例16.某电解车间的058号槽的铝水平为19cm，电解质水平为22cm，该槽效应发生1个半小时后，看槽工小王为了了解该槽是否运行在正常温度范围内，于是决定对该槽进行温度测量。首先，小王观察到该电解槽火苗呈淡蓝色，强劲有力，电解质颜色红而稍微发亮，黄适中，沸腾比较均匀，其次，小王选定一位置打好测量洞，将保护管直插入电解质中，约插入17cm左右停住，然后将热电偶插入保护管内，1分钟后用补偿导线把热电偶与高温温度计按、极相对应接好，过了1分钟，表上所显数据基本稳定，小王从温度计上直接读取该数据为1030℃，做好记录后，结束了电解质温度测量。(1)单从整个电解质温度测量来看，小王漏了一个重要步骤，它是（）。

(A)测量之前应确认槽号；

(B)测量之前应检查测量工具、仪表是否正常

(C)测量之前应判断槽况，并做好记录

(D)测量之前应先检查该槽的槽帮情况(2)根据以上的整个测量过程，你认为以下说法有误的是（）。

(A)效应1个半小时后不应该进行温度测量

(B)保护管应在一定角度范围内斜插入电解质中

(C)保护管插入深度有误，超过了标准的15cm(D)从温度计上直接读取所测数据的作法正确(3)根据以上信息，你可以得出的结论是（）。

(A)该电解槽处于热行程

(B)本次温度测量无效，主要原因是测量不合时宜

(C)本次温度测量无效，主要原因是热电偶和温度计不正常

(D)本次温度测量无效，主要原因是热电偶和温度计不正常且测量不合时宜第五讲、相关习题分析举例1．某铝业公司160kA大型预焙铝电解生产系列，共有252台工作铝电解槽，系列设计电解槽工作电压4.15V，母线分摊电压（V母）为0.025V，电解槽效应系数（K）0.4次/台·天，效应电压（V效）30V，效应持续时间（τ）5分钟，系列允许同时发生4个阳极效应，系列设计平均电流效率93.5%，计算系列最高电压（Vmax）和吨铝直流电耗（W）。--解：V额定＝

V系列＋ni×ΔVAE＋∑ΔV母线

＝4.15×252

＋4×（30—4.15）＋Δ0.025×252

＝1045.8

＋

103.4＋6.3

＝1155.5（v）

W直耗＝

2980×V平÷η

＝2980×{[4.15+0.4×(30-4.15)×5÷1440]+

0.025}÷93.5%

＝2980×{4.15+0.036+0.025}÷93.5%

＝2980×4.211÷93.5%

＝13421(kwh/t.Al)2．某台平均电流强度为200kA的铝电解槽，出铝中取样分析测得槽内铝液中铜的浓度为0.011%，刚出铝后随即加入1kg的铜，待充分溶解均匀，取样测得铝中铜的浓度为0.0211%；第二天的同一时间，出铝1500kg，并测得槽内铜含量为0.0181%。已知该槽全天工作电压平均为4.18V，其中槽周母线电压为180mV，计算该槽的热损失系数和全天热损失的电能？分析：α＝V体系－（0.48+1.64η）A＝α.I.t

V体系＝V工作－V槽周

η=?

M0=Mcu（1-k1）/（k2-k1）

解：M0=1×(1-0.000101)÷(0.000211-0.000101)=9090kg

M3=k2M0÷k3=0.000211×9090÷0.000181=10597kg

η=

M实

÷M理=

（10597-9090）÷（0.3356×24×200）

=1507÷1611=93.54%

α＝4.18-0.18-（0.48+1.64×0.9354）=1.986(v)

A＝α.I.t=1.986×200×24=9533(kwh/d)答：该电解槽的热损系数为1.986v，日电能损失9533kwh3．某台新起动的铝电解槽，槽内液体电解质为14000kg，成分为CaF25%，Al2O32.8%，需将分子比由2.7迅速提高到2.8，不采用加NaF的办法，而采用加Na2CO3的办法，需要加入多少Na2CO3？提示：Na2CO3加入电解质中后所发生的反应为：3Na2CO3＋2Na3AlF6＝Al2O3＋12NaF＋3CO24．某公司有两条理论产能相等的生产系列，一条是边部下料小预焙槽系列，平均电流效率为87.8%；另一条为120台中间下料电流强度为200kA大预焙槽，年均效率93.5%，该系列每年（按365天计算）比小系列多产原铝多少吨？

多出产量=理论产量×效率差5．某生产线，阳极电流密度为0.73A/cm2，电流效率为93.4%，阳极碳块为：1400mm×660mm×540mm，体密度为1.6g/cm3，阳极碳块利用率为70%，每块碳块产原铝1320kg。阳极大母线安全行程量上至50mm，下至320mm。计算抬母线的周期。（下页解）分析：H=S效÷hc

Wc＝炭净耗量（kg）÷耗炭产铝量(t)解：

Wc＝(14×6.6×5.4×1.6）×70％÷1.320

＝558.8÷1.320＝423（kg/t.Al)hc=8.054×0.73×93.4％×423×10-3÷1.6

＝1.452（cm/d)H=S效÷hc=(32-5)÷1.452＝18.60（d）答：（略）其他类习题：

一、选择类、二填空类、三判断类。一、选择类例题1.在电解过程中，（）是保证电解过程能够进行的重要条件之一。(A)液体电解质(B)初晶温度(C)导电度(D)粘度。2.在铝电解生产中，为了改善电解质的性质，有利于生产，通常向电解质中添加各种添加剂。以下添加剂中能明显降低氧化铝在电解质中的溶解度和溶解速度的是（）。(A)氟化铝(B)氟化钙(C)氟化镁(D)氟化锂3.铝电解生产中的状态报表主要反映的是槽子8小时内状态情况，以下属于状态报表的是（）。

(A)日报表(B)班报表

(C)出铝指示量表(D)电解质取样表4.阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象。关于阳极效应，以下说法最恰当的是（）。(A)阳极效应是由于电解液对阳极的湿润性改变所致(B)阳极效应是由于阳极-气体之间的静电引力所引起(C)阳极效应是由于阳极过程发生了改变，即氟离子放电所为(D)研究阳极效应，一般应从三相本身的变化及其相互关系的变化上综合进行讨论

5.氧化铝是铝电解生产中的主原料，在生产中要求它的水分含量要低，主要原因是氧化铝中的水分会分解冰晶石，关于其后果，以下说法有误的是（）。(A)引起氟化盐消耗(B)增加铝中的氢含量(C)减缓氧化铝的溶解(D)产生氟化氢气体污染环境6.抑制高价铝离子不完全放电可以提高电流效率，以下对高价铝离子不完全放电没有影响的是（）。

(A)槽温升高；(B)强化系列电流；

(C)电解质被搅拌；(D)电解质中有高价离子7.在大型铝电解槽的生产中，出现了各种进电方式和母线配置方案，其作用是（）。

(A)降低母线磁场影响(B)提高母线导电性能(C)节约母线材料(D)提高母线强度8.与阳极效应密切相关的电流密度应是（）。

(A)阳极电流密度(B)临界电流密度

(C)阴极电流密度(D)极限电流密度

9、效应电压高于正常效应电压上限的槽子是（）

A.槽子过热；B.电解质太低或槽子过冷；

C.物料过剩；D.阳极有病，引起局部断路。10、热槽、冷槽都会引起阳极长包，它们长包的的共同点是（）

A.包在极中；B.槽不来效应，即使来，电压低、不稳；

C.包在极端头,槽子不显得太热；D.电压明显摆动。11、电解槽需要缩短加料间隔的情况应是以下的（）

A.热行程槽；B.冷行程槽；

C.病槽好转、效率恢复；D.提前来效应。12、电解槽频发、突发阳极效应，分析该槽原因是（）

A、阳极病变，如长包；B、物料过剩；

C、电压偏低，热输入不足;D、电压高，或铝水低。13、在铝电解的生产实践中，为了确保新极安装精度，新极上槽后16小时，需进行的测试是（）。

(A)导电量检查(B)槽电压测试

(C)阳极高度测量(D)阳极电流密度检测14、以下不会造成阴极内衬破损的条件是（）。A钠离子的侵入；B阴极材料的膨胀收缩；C保持槽子稳定生产；D氧化铝浓度稳定较低15）铝电解生产中，电解槽出现（）的情况时，应延长加料间隔时间

A