中南大学课程设计报告

3.3 阳极炭块数目

每块阳极水平截面积=160×70=11200 cm2 ，阳极炭块数目N=308510.6/11200=27.5。取28块阳极。分两行排列之,每行14组炭块。采用双阳极炭块组，双阳极组块之间的距离为20mm，相邻双阳极组块之间的距离为45mm。 3.4 槽膛尺寸

阳极至槽侧壁距离（即加工面宽度）越小越有利于获得高电流效率但加工面过窄也会带来问题：①阴极电流密度高，对阴极炭块质量要求高；②电解槽内熔体的体积相对较小，因此工艺技术条件（如熔体温度、熔体高度、氧化铝浓度、极距等）对外界干扰敏感，电解槽自平衡能力弱；③对帮结壳的稳定性和炉膛的规整度要求很高，否则可能引起侧部破损，或引起换极困难。根据国内外生产实践经验，中间点式下料的大型预焙槽的大面加工面宽度为280～350mm，小面加工面宽度为400～450mm。两排阳极炭块的中间缝宽度为120～180mm。

取阳极炭块组至槽膛侧壁之距离为280mm，至槽膛端壁之距离为400mm。 槽膛宽度=2×280+2×1600+180=3940mm

槽膛长度=14×700+6×45+7×20+2×400=11010mm 槽膛深度=650mm 3.5 槽壳尺寸

侧壁用一层炭块（120mm），一层耐火砖（65mm）。

槽底用一层阴极碳块（450mm），2层耐火砖（2×65mm），2层保温砖（2×65mm），一层氧化铝粉（40mm）。

此外，在侧壁上用炭糊打一层侧坡，在阴极炭块下面铺设40mm厚的炭垫。 槽壳厚度=3940+2×（120+65）=4310mm 槽壳长度=11010+2×（120+65）=11380mm 槽壳深度=650+450+40+2×65+2×65+40=1440mm 3.6 阴极碳块尺寸

全槽共用30个阴极炭块组，分两行排列。行与行之间扎50mm宽的炭糊（扎缝）。阴极炭块尺寸：3500×550×450（mm）。阴极炭块在槽底的排列有图3-1 所示的几种情况，其中a，b，c 三种比较，c 型最好。d 型对应通长炭块，这种类型接缝数量最少，一般认为该类型可使电解质和铝液渗漏的可能性以及由于上抬力和推挤力所引起的机械破损可能性均可降至最小。通长炭块不一定采用通长阴极棒，但发展趋势是通长炭块与通长阴极棒。因此在设计中冶选择d 型对应通长炭块，中国铝业广西分公司320kA系列亦是采用d 型对应通长炭块。

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图3-1 阴极炭块组安装类型

第四章 阳极结构设计

4.1 阳极炭块组

本实用新型涉及一种预焙铝电解槽用阳极铝导杆组装结构，属于有色冶金铝电解槽阳极结构技术领域。所述铝导杆组装结构包括：预焙阳极块、铸钢爪、铝阳极导杆和铝钢爆炸焊片，铸钢爪的下部与预焙阳极块的上表面连接，铸钢爪的上部通过铝钢爆炸焊片与铝阳极导杆的底端呈水平式过渡连接，铝阳极导杆的侧部再次通过铝钢爆炸焊片与铸钢爪进行捆绑式连接。本实用新型通过在铝导杆与铸钢爪单一铝钢爆炸焊片进行过渡连接的基础上，对铝导杆与铸钢爪又进行捆绑式连接，不仅提高了阳极钢爪与铝导杆杆体之间的连接强度而且增加了铝导杆与铸钢爪之间的接触面积，降低了接触电压，提高了阳极组件寿命，结构简单、制作和使用成本低、使用效果好。

本设计采用双阳极炭块组，铝导杆断面积按每组阳极电流负荷确定，按经济电流密度

选取，一般按0.4A/mm2。阳极钢爪，每个钢爪的电流密度按0.1A/mm2选取，按通过的电流强度计算出钢爪的断面。若取铝导杆断面为正方形，经计算断面尺寸为160×160mm。采用每个阳极炭块组阳极导杆六个钢爪，若钢爪截面为正方形，经计算，截面尺寸为160×160mm。

浇铸阳极炭块组采用磷生铁的化学成分为：C:3.6-3.8%；Si:1.4-1.5%P:0.1%Mn:0.3-0.5%；

S：0.05%。此种低磷生铁的优点有：比电阻小，不易产生裂纹。在阳极炭块浇铸磷铁环的周围的碳素体，在使用期内被空气及阳极气体氧化，导致钢爪与炭块间的接触电压增高，严重者易掉快造成阳极消耗的增大，为防止接点处的氧化，用碳素制造成两半圆形似轴瓦形态的碳领，碳领与钢爪间的缝隙用阳极糊填满，如图4-1所示。

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图4-1 双阳及钢爪

4.2 换极周期与顺序

阳极更换顺序的确定原则是：第一，相邻阳极组要错开更换；第二，电解槽两面炭块组应均匀分布，使阳极导电均匀，两条大母线承担的阳极重量均匀；第三，若按电解槽纵向划成几个相等的小区，每个小区承担的电流和阳极重量也应大致相等，为此，阳极更换必须交叉进行。

为了便于记录和管理阳极更换，生产现场对电解槽的阳极进行编号，所有的阳极分为A、B 两侧，其中A 侧：指进电端的那一侧阳极；B 侧：指非进电端的那一侧阳极；阳极号以出铝端的第一块阳极作为1 号阳极，按数字顺序排列到烟道端。

本设计阳极号与阳极组号对应表及阳极组更换顺序表分别如表4-1和表4-2所示：

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阳极组 阳极号 阳极组 阳极号 组号 更换顺序 A侧 B侧 1 1 4 2 5 8 3 9 12 4 13 2 5 11 6 6 7 10 7 3 14 BAA1 AAA2 AAA3 AAA4 AAA5 A1A11 A6 A12 A13 A7 A14 表4-1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 B1 BBB2 BBB3 BBB4 BBB5 B1B6 B11 B12 B1B7 B14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 表4-2

3 由表4-2可看出，相邻阳极组更换周期均相差4d，其与新极相邻的残极较高，利于新极封料，能够形成良好的覆盖层，同时方便下次换极。此外阳极组数（14）小于阳极更换周期（24），因此每槽平均1.7d才能更换一组阳极，实际操作可每24天中有14天更换阳极，其中安插10天休息（不更换）。

4.3 阳极炭块质量要求与组装

4.3.1 阳极炭块质量要求

预焙阳极多为间断式工作，每组阳极可使用18～28 天。当阳极炭块被消耗到原有高 度的25%左右时，为了避免钢爪熔化，必须将旧的一组阳极炭块吊出，用新的阳极炭块组 取代，取出的炭块称为“残极”。由于预焙阳极操作简单，没有沥青烟害，易于机械化操作 和电解槽的大型化，因此，国内外新建大型铝厂以及自焙阳极电解槽的改造都采用此种阳 极。我国及国外所用炭阳极的质量标准分别见下表。

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