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1、0 年产 20 万吨铝的铝电解车间设计 摘摘 要要 本设计是毕业设计，依据毕业任务书进行了一年产 20 万吨铝锭的 铝电解车间的设计。在查阅有关文献、翻阅了自己所学的相关课程下， 对我国铝工业的发展、国际炼铝的综合情况进行了简明的论述；并确定 了冰晶石熔盐电解的方案，选用并论证了 420KA 电解槽的技术经济指标。 作了厂址的选择与论证及铝电解槽的设计计算、物料平衡及能量衡算、 铝电解烟气净化及原料输送、环境保护、技术经济评价及成本核算等内 容。并绘制 CAD 四张，以及完成了一份毕业实习报告书。 关键词：电解 铝 电解槽 毕业设计 1 目目 录录 一、绪论一、绪论.3 1.1 铝的物理化学性
2、质3 1.2 国内外铝工业发展的现状及趋势4 2.1 工业布局问题8 2.1.1 工业布局的影响8 2.1.2 各工业区之间的经济协调8 2.1.3 厂址和居住区的规划9 2.2 原材料供应及交通运输条件9 2.3 供水供电条件及费用10 2.4 环境保护和节约用地问题10 三、生产工艺流程与技术经济指标的选择与论证三、生产工艺流程与技术经济指标的选择与论证.11 3.1 工艺流程11 3.1.1 工艺流程选择的基本原则11 3.1.2 工艺流程图12 四、冶金计算四、冶金计算.13 4.1 铝电解槽的简介13 4.2 铝电解槽结构与计算14 4.2.1 阳极尺寸14 4.2.2 槽膛尺寸15
3、 4.2.3 槽壳尺寸15 4.2.4 阴极炭块数目16 4.2.5 铝母线16 4.2.6 极距17 4.3 台数的计算以及产量的衡算17 4.3.1 单个电解槽日产量计算17 4.3.2 电解槽槽数的确定17 4.3.3 备用槽槽数18 4.3.4 电流密度18 4.3.5 铝电解槽的电压平衡计算18 4.4 物料平衡计算19 4.4.1 铝产量19 4.4.2 Al2O3 消耗量19 4.4.3 氟化盐的消耗量20 4.4.4 阳极炭块的消耗20 4.4.5 物料平衡列表20 4.5 热平衡计算21 4.5.1 热收入21 2 4.5.2 热支出22 4.5.3 热量平衡表24 第五章第
4、五章 铝电解槽正常生产管理铝电解槽正常生产管理.25 5.1 电解车间的生产管理.25 5.1.1车间生产管理的一般法则.25 5.1.2车间机构及管理层次.27 52 电解车间工艺技术条件管理.30 5.2.1 槽电压管理.31 5.2.2 铝水平及出铝管理.32 5.2.3 极上保温料的管理.33 5.2.4 效应管理.33 5.2.5 效应间隔管理.37 5.2.6 原铝质量管理.37 第六章第六章 冶金环境保护冶金环境保护.41 6.1 环境保护的重要性.41 6.2 铝电解厂烟气中的污染物及其危害.42 6.3 铝电解的环境保护.44 七、编说明书绘车间平面图及电解槽三视图七、编说明
5、书绘车间平面图及电解槽三视图.46 八、结八、结 束束 语语.46 九、文九、文 献献.48 3 一、绪论一、绪论 1.11.1 铝的物理化学性质铝的物理化学性质 铝的物理性质 1、银白色的轻金属,较软, 2、密度 2.7g/cm3, 3、熔点 660.4,沸点 2467, 4、它有良好的导电性和传热性.所以铝常用来做导线,制造各种炊 具. 5、铝对光的反射性能良好,反射紫外线比银还强,铝越纯,它的反射 能力越好, 铝的化学性质 1、和氧气反应：铝粉可燃铙 4Al+3O2=2Al2O3（发强白光） 2、和非金属反应：2Al+3S=Al2S3 3、和热水反应：2Al+6H2O=2Al(OH)3+
6、3H2（反应缓慢） 铝和水发生置换反应：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2 4、和较不活动金属氧化物反应：3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3 5、和酸反应：在常温下浓硫酸和浓硝酸可使铝钝化.盐酸和稀硫酸 可跟铝发生置换反应,生成盐并放出氢气.2Al+3H2SO4(稀)=Al2(SO4) 3+3H2 2Al+6HCI=2AlCl3+3H2 6、和盐溶液反应：2Al+3Hg(NO3)2=3Hg+2Al(NO3)3 4 7、和碱溶液反应：主要和 NaOH、KOH 强碱溶液反应,可看做是碱溶 液先溶解掉铝表面氧化铝保护膜 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 2Al+2O
7、H-+2H2O=2AlO2-+3H2 注：1.铝和不活动金属氧化物（主要是难熔金属氧化物如 Cr2O3、V2O5 以及 Fe2O3 等）的混合物,都叫铝热剂,在反应中铝做 还原剂.反应过程放大量热,可将被还原的金属熔化成液态 2.铝在加热时可以跟浓硫酸或硝酸反应,情况较复杂不做要求 1.21.2 国内外铝工业发展的现状及趋势国内外铝工业发展的现状及趋势 世界金属统计局表示，2008 年全球前 10 个月铝市供应过剩 113.2 万吨，远远超过去年同期 4.4 万吨的过剩量。值得关注的是，12 月份开 始全球铝库存增加的速度突然变快。库存的快速增加表明全球原铝供需 正在继续恶化。 如今全球的原铝
8、生产商都面临着全球经济放缓、铝库存增加、价格 下跌等困难，并且走出这样的困难需要时日。全球的原铝生产商都在大 幅度的削减生产或取消扩建计划，以平衡供需关系。 对于中国来讲， 首先，从政策环境来看，中国电解铝行业的出口限制政策持续深化，铝 合金、铝板带或将成为调整对象。与此同时，国储局伸援手收储 30 万 吨电解铝。此举对企业短期内缓解经营压力、减少亏损是有利的。这次 收储价格的确定主要以企业以成本报价后再加成后确定，为 12350 元/ 吨，该价格比市场价格高 10%。但这种收储行动主要还是帮助企业度过 难关，很难对市场价格产生实质的推动作用。其次，从经济环境来看， 宏观经济面临的国内外环境将
9、更加趋紧，尤其是内部经济内生性变化带 5 来的周期性调整压力可能会明显大于 2008 年。世界经济增长周期性变 化和国内周期性因素相叠加，增大了 2009 年经济进一步向下调整的压 力。 但是，我国经济长期增长的内在条件没有改变，宏观经济政策有可 能转为中性偏松，2009 年经济继续向下调整的幅度可能会小于 2008 年。 2008 年以来，工业经济总体保持了平稳较快的发展态势。08 年前三季 度，规模以上工业增加值同比增长 15.2%，增速同比减缓 3.3 个百分点。 其中 7、8、9 月增速分别为 14.7%、12.8%、11.4%，减速趋势十分明显。 对于固定资产投资，进入 2008 年
10、以来，投资速度继续加快，前三季度， 全社会固定资产投资 116246 亿元，同比增长 27%，比上年同期加快 1.3 个百分点。2003-2007 年，我国房地产投资增长速度以 26.32%的速度在 增长，进入 08 年以来，受到国内信贷政策及金融危机的影响，中国房 地产投资增长速度出现了回落，2008 年 1-10 月，全国完成房地产开发 投资 23918 亿元，同比增长 24.6%，增幅比 1-9 月回落了 1.9 个百分点。 再次，从社会环境来看，在有色金属工业协会组织召开部分骨干电解铝 企业市场分析座谈会上全体代表通过了电解铝企业联合减产“倡议书” ， 并承诺自即日起一个月内逐步达到减
11、产 5-10%的目标。并向全国电解铝 企业发出倡议，希望所有电解铝企业加入到减产行列，为电解铝行业争 取一个较为宽松的市场环境。此次联合减产，不仅可以缓解电力紧张的 状况，而且可以稳定铝价，提高企业的盈利能力。但由于目前行业并没 有出现亏损，加上在建产能较多，我们预计实际影响的产量较为有限。 最后，从技术环境来看，目前世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。 6 电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能、高污染行业，但是电解铝是 一种应用广泛的金属，轻工业、电器行业、机械制造、电子行业等各行 各业都离不开铝。目前电解铝的最重要的下游行业为建筑行业、交通运 输业、电子电力行业及包装行业，其对铝金属的消
12、耗量约占总量的 80%。随着下游行业的发展以及应用领域的托长，电解铝应用前景广阔。 国家连续出台了一系列政策，遏制钢铁、电解铝、水泥等行业基本建 设投资过热势头。加上氧化铝供应短缺价格居高不下。 近期爆发的能源危机导致电价上涨，及出口退税率降低等因素的影响， 电解铝企业四面受敌，这对于正处发展高峰的电解铝工业来说不亚于一 场风暴，据报道目前全国已经有六十家铝厂处于停产或者部分停产状态， 电解铝企业陷入前所未有的困境。 其中，电解铝价格快速下跌，主要是两个方面的原因，一是电解铝 行业产能过剩，另一方面是经济危机使来自于汽车、房地产等下游行业 的需求大幅减少。 目前中国电解铝产量过剩情况如此严重除
13、了需求下 降的因素外，中国电解铝行业的非理性扩张也是一个重要的原因。从中 国的资源量来看，中国铝土矿基础储量只有 7 亿吨左右，只占世界的 2.3%，按照现在的发展速度，中国的铝土资源只能维持 10 年左右，因 此行业的调整已是必然。如今电解铝的主要原料氧化铝价格都已经在行 业平均成本价以下。从 08 年 9 月份以来，包括氧化铝、电力及各类辅 料在内的几乎所有成本都出现下降，其中氧化铝和辅料的价格下跌尤为 迅速。考虑到原料和辅料价格进一步下跌的可能性，以及由于煤炭价格 下跌，拥有自备电厂的电解铝厂将在成本上拥有优势，国内电解铝的平 7 均生产成本有进一步下降至 15000 元/吨，但由于中国
14、铝土矿的稀缺性， 中国电力紧张的情况仍将长期存在，因此电解铝生产成本再大幅下降的 可能性不大。 从电解铝产业竞争态势来看，第一，进入者的威胁。目前中国氧化 铝完全能够满足国内电解铝生产的需要，并出现供应过剩。氧化铝供求 弹性低，出现过剩将促使氧化铝生产商向下游电解铝行业延伸产业链。 第二，购买者分析。电解铝行业的购买方即铝消费者，在中国随着经济 的复苏，中国城市化进程中基础设施、公共事业、住房和汽车等消费品， 将极大地带动国内铝消费需求，而中国旺盛的铝消费是推动电解铝产量 增长的根源。第三，替代品分析。为了调节供需矛盾，作为电解铝一部 分替代品的再生铝加大了加工生产力度，但国内废铝回收比例并不
15、高， 原材料供应量不足致使废铝的进口数量居高不下。第四，行业内现有竞 争者分析。目前电解铝行业处于高速发展阶段，行业集中度不断提升 8 二、厂址的选择与论证 厂址选择对工业企业的建设速度、建厂投资、生产发展、经济效益、 环境保护及工农关系都能具有重要意义。 2.12.1 工业布局问题工业布局问题 2.1.12.1.1 工业布局的影响工业布局的影响 建设一座电解厂，对全国的供应业布局、一个地区或一个城市的合 理发展、各工业区之间的经济协调及农业发展等起着重要作用，应根据 工业布局大分散、小集中、多搞小城市的方针，按工农结合，城乡结合， 有利生产，生活方便的原则，进行厂址选择和居住区的规划，使之符
16、合 供应业布局总体规划及城市建设规划要求。 2.1.22.1.2 各工业区之间的经济协调各工业区之间的经济协调 我国地域辽阔，经济发展水平差距较大，不仅表现为东、中、西部 三大地带间的巨大差距，而且还表现为三大地带内部各省区之间的差距。 特别是改革开放以来得以 快速发展的东部沿海地带，其内部各省区之 间、新兴工业区和老工业区之间以及各省区内部之间也存在发展差距。 由于不同区域的资源禀赋和社会经济条件不同，因 而，各具独特的经 济潜力和相对优势。区域经济协调发展理论认为：地区间分工应建立在 发挥各自优势的基础上，中央和地方政府应积极支持和促成这种分工的 形 成;国家对地区的倾斜政策与国家的产业政策和地区优势有机地结合 起来，即对重点发展地区的优势产业或国家重点支持发展的产业进行倾 斜，对其他产业不予倾 斜，国家加快条件较好地区发展的同时，也要 重视落后地区的发展，将地区差距控制在社会能够承受的范围内。 9 2.1.32.1.3 厂址和居住区的规划厂址和居住区的规划 我选择的厂址位于位于秦晋豫黄河金三角中心山西省永济市境 内中条山北麓。图红 1 位置 2.
