第1章 概 论
1.1 铝的性质和用途……………………………………………………………………… 1
1.1.1 金属铝的主要性质…………………………………………………………… 1
1.1.2 铝及铝合金的主要用途……………………………………………………… 1
1.2 铝冶金发展简史……………………………………………………………………… 2
1.3 铝电解槽的发展……………………………………………………………………… 2
1.4 电解原料及原理……………………………………………………………………… 4
1.4.1 铝电解原料…………………………………………………………………… 4
1.4.2 冰晶石-氧化铝熔体结构…………………………………………………… 5
1.4.3 铝电解原理…………………………………………………………………… 6
1.5 中国铝工业的发展现状与特点……………………………………………………… 7
1.6 中国铝电解生产发展史……………………………………………………………… 7
1.7 中国铝工业与世界铝工业的差距…………………………………………………… 8
1.7.1 电解槽设计…………………………………………………………………… 8
1.7.2 阳极质量……………………………………………………………………… 8
1.7.3 电解槽寿命…………………………………………………………………… 8
1.7.4 电流密度……………………………………………………………………… 8
1.7.5 电流效率……………………………………………………………………… 9
1.7.6 过热度………………………………………………………………………… 9
1.8 200kA中间下料预焙铝电解槽在中国铝工业的地位与贡献……………………… 9
第2章 200kA电解槽槽型构造及电解车间主要设备
2.1 200kA电解槽上部结构……………………………………………………………… 11
2.1.1 200kA电解槽上部结构组成………………………………………………… 11
2.1.2 200kA电解槽的主要技术参数……………………………………………… 16
2.1.3 200kA电解槽上部结构维护………………………………………………… 17
2.2 氧化铝及氟化盐加料装置…………………………………………………………… 18
2.2.1 氧化铝及氟化盐输送工艺及配置…………………………………………… 18
2.2.2 氧化铝超浓相输送系统……………………………………………………… 18
2.2.3 电解槽上部下料系统………………………………………………………… 19
2.3 阳极升降装置………………………………………………………………………… 19
2.3.1 阳极升降装置组成…………………………………………………………… 19
2.3.2 阳极升降机构检修、更换方法……………………………………………… 19
2 200kA预焙铝电解槽生产技术与实践
2.4 短路口装置…………………………………………………………………………… 21
2.4.1 短路口构成和作用…………………………………………………………… 21
2.4.2 短路口的维护………………………………………………………………… 22
2.4.3 短路口打火事故的预防……………………………………………………… 22
2.5 阳极结构……………………………………………………………………………… 23
2.5.1 200kA电解槽阳极的规格…………………………………………………… 23
2.5.2 铝电解阳极材料组成………………………………………………………… 23
2.5.3 电解槽阳极安装……………………………………………………………… 27
2.6 炉底及炉膛尺寸设计………………………………………………………………… 27
2.7 阴极结构……………………………………………………………………………… 28
2.7.1 阴极形式……………………………………………………………………… 28
2.7.2 阴极炭块的种类……………………………………………………………… 28
2.7.3 阴极炭块的填充料…………………………………………………………… 29
2.7.4 侧壁…………………………………………………………………………… 29
2.8 母线配置……………………………………………………………………………… 30
2.8.1 阳极母线……………………………………………………………………… 30
2.8.2 阴极母线……………………………………………………………………… 31
2.8.3 软带母线……………………………………………………………………… 33
2.9 电解槽槽壳…………………………………………………………………………… 33
2.9.1 槽壳…………………………………………………………………………… 33
2.9.2 内衬…………………………………………………………………………… 34
2.9.2 槽壳受力分析………………………………………………………………… 35
2.10 抬包………………………………………………………………………………… 36
2.11 天车………………………………………………………………………………… 38
2.11.1 ECL电解多功能天车……………………………………………………… 38
2.11.2 电解简易高位多功能天车的维护保养与检修标准……………………… 46
2.12 阳极母线提升机…………………………………………………………………… 53
2.12.1 概述………………………………………………………………………… 53
2.12.2 产品结构及工作原理……………………………………………………… 53
第3章 铝电解焙烧技术与管理
3.1 概述…………………………………………………………………………………… 56
3.1.1 预焙槽焙烧的目的…………………………………………………………… 56
3.1.2 铝电解槽焙烧的方法………………………………………………………… 56
3.2 焙烧前电解槽的交工验收…………………………………………………………… 58
3.3 200kA电解槽的试车验收方案和验收规程………………………………………… 59
3.3.1 试车验收方案………………………………………………………………… 59
3.3.2 验收标准……………………………………………………………………… 60
3.4 焙烧方法选择………………………………………………………………………… 62
3.4.1 焦粒预热法…………………………………………………………………… 62
3.4.2 铝水预热法…………………………………………………………………… 63
3.5 装炉准备及装炉操作………………………………………………………………… 64
3.5.1 装炉准备……………………………………………………………………… 64
3.5.2 装炉操作……………………………………………………………………… 64
3.5.3 装炉注意事项………………………………………………………………… 65
3.6 软连接的安装………………………………………………………………………… 65
3.6.1 导杆与母线连接方式的选择………………………………………………… 65
3.6.2 安装软连接…………………………………………………………………… 66
3.7 分流器的安装………………………………………………………………………… 66
3.7.1 分流器的作用………………………………………………………………… 66
3.7.2 分流器的连接方式…………………………………………………………… 66
3.7.3 分流器的制作………………………………………………………………… 67
3.8 通电作业……………………………………………………………………………… 68
3.8.1 通电前准备…………………………………………………………………… 68
3.8.2 通电操作……………………………………………………………………… 68
3.9 焙烧期间管理………………………………………………………………………… 69
3.9.1 电压管理……………………………………………………………………… 69
3.9.2 分流器管理…………………………………………………………………… 69
3.9.3 软连接管理…………………………………………………………………… 69
3.9.4 焙烧期间温度管理…………………………………………………………… 70
3.9.5 电流分布管理………………………………………………………………… 70
3.9.6 焙烧槽技术参数测定………………………………………………………… 70
3.9.7 异常情况的处理……………………………………………………………… 70
3.9.8 焙烧时间的确定……………………………………………………………… 71
第4章 铝电解启动及后期管理
4.1 概述…………………………………………………………………………………… 72
4.1.1 干法启动……………………………………………………………………… 72
4.1.2 湿法启动……………………………………………………………………… 72
4.2 200kA预焙电解槽启动……………………………………………………………… 73
4.2.1 200kA大型预焙铝电解启动前的准备……………………………………… 73
4.2.2 200kA预焙电解槽启动……………………………………………………… 73
4.2.3 启动后技术条件的保持及管理……………………………………………… 74
4.3 电解槽的规整炉膛…………………………………………………………………… 74
4.3.1 电解槽炉膛的类型…………………………………………………………… 74
4.3.2 规整的电解槽炉膛对电解槽技术经济指标的影响………………………… 75
4.3.3 200kA预焙电解槽规整炉膛的建立………………………………………… 75
4 200kA预焙铝电解槽生产技术与实践
第5章 铝电解正常生产技术条件与管理
5.1 概述…………………………………………………………………………………… 77
5.1.1 铝电解槽的正常生产阶段…………………………………………………… 77
5.1.2 保持稳定的技术条件的特征………………………………………………… 77
5.1.3 形成规整炉膛的特征………………………………………………………… 77
5.2 铝电解生产中技术条件的管理……………………………………………………… 78
5.2.1 槽电压的管理………………………………………………………………… 78
5.2.2 电解温度的管理……………………………………………………………… 80
5.2.3 阳极效应的管理……………………………………………………………… 81
5.2.4 原铝质量的管理……………………………………………………………… 83
5.2.5 两水平的管理………………………………………………………………… 85
5.3 氧化铝的加工制度…………………………………………………………………… 85
5.4 电解生产的工器具…………………………………………………………………… 86
5.4.1 实际操作类工器具…………………………………………………………… 86
5.4.2 测量用工器具………………………………………………………………… 86
5.5 阳极更换作业………………………………………………………………………… 90
5.6 母线转接作业………………………………………………………………………… 92
5.6.1 母线转接作业………………………………………………………………… 92
5.6.2 母线提升过程中的注意事项………………………………………………… 93
5.7 保温料的添加作业…………………………………………………………………… 93
5.7.1 极上保温料的添加…………………………………………………………… 93
5.7.2 极上保温料的管理…………………………………………………………… 94
5.8 出铝作业……………………………………………………………………………… 94
5.8.1 铝水高度及出铝量的管理…………………………………………………… 94
5.8.2 出铝操作工艺………………………………………………………………… 96
5.9 电解质成分的调整工艺……………………………………………………………… 97
5.9.1 生产中电解质成分的变化…………………………………………………… 97
5.9.2 电解质成分的调整…………………………………………………………… 98
5.9.3 氟化盐精配料………………………………………………………………… 99
第6章 电解槽寿命的研究与实践
6.1 概述………………………………………………………………………………… 100
6.1.1 电解槽寿命的概念………………………………………………………… 100
6.1.2 电解槽寿命的统计方法…………………………………………………… 100
6.1.3 电解槽寿命的现状………………………………………………………… 101
6.2 影响电解槽寿命的因素…………………………………………………………… 102
6.2.1 延长电解槽槽寿命的经济效应…………………………………………… 102
6.2.2 影响电解槽寿命的诸多因素……………………………………………… 102
6.3 病槽、事故及其处理……………………………………………………………… 104
6.3.1 病槽的形成与处理………………………………………………………… 104
6.3.2 病槽的预防………………………………………………………………… 109
6.3.3 异常槽的处理……………………………………………………………… 110
6.3.4 事故及处理………………………………………………………………… 111
6.4 电解槽内衬的破损及小修技术…………………………………………………… 113
6.4.1 槽内衬的破损……………………………………………………………… 113
6.4.2 内衬破损的确认…………………………………………………………… 115
6.4.3 电解槽内衬破损的小修技术……………………………………………… 115
6.5 延长电解槽寿命的研究及实践…………………………………………………… 119
6.5.1 延长铝电解槽寿命相关技术研究………………………………………… 119
6.5.2 延长电解槽寿命技术的实践与应用……………………………………… 121
6.6 延长电解槽寿命的具体措施……………………………………………………… 128
6.6.1 电解槽焙烧启动管理……………………………………………………… 128
6.6.2 电解槽启动后非正常期的管理…………………………………………… 128
6.6.3 电解槽正常生产期的管理………………………………………………… 129
第7章 铝电解生产的电能效率和能量平衡
7.1 电能平衡…………………………………………………………………………… 130
7.1.1 铝的理论电耗率…………………………………………………………… 130
7.1.2 铝电解的电能效率的表示方法…………………………………………… 131
7.1.3 铝电解槽的电压平衡……………………………………………………… 131
7.1.4 铝电解槽的能量平衡方程式……………………………………………… 132
7.2 铝电解槽的节能途径……………………………………………………………… 134
7.2.1 提高电流效率……………………………………………………………… 134
7.2.2 降低平均电压……………………………………………………………… 135
7.2.3 降低电解槽热损失的措施………………………………………………… 135
第8章 铝电解原料输送和烟气净化
8.1 概述………………………………………………………………………………… 136
8.1.1 氧化铝输送技术发展和应用……………………………………………… 136
8.1.2 电解烟气净化的发展和应用……………………………………………… 138
8.2 浓相输送技术……………………………………………………………………… 138
8.2.1 氧化铝物料输送技术的应用……………………………………………… 138
8.2.2 浓相输送技术的基本原理………………………………………………… 138
8.2.3 浓相输送技术在电解铝厂的应用………………………………………… 140
8.3 超浓相输送技术…………………………………………………………………… 143
8.3.1 溜槽输送技术的基本原理………………………………………………… 143
8.3.2 超浓相输送技术工作原理………………………………………………… 145
6 200kA预焙铝电解槽生产技术与实践
8.3.3 超浓相输送技术的应用…………………………………………………… 146
8.4 氧化铝供料系统的运行实践……………………………………………………… 149
8.4.1 超浓相输送溜槽配置……………………………………………………… 149
8.4.2 供料风压的稳定…………………………………………………………… 149
8.4.3 氟化盐配料系统…………………………………………………………… 149
8.4.4 渣质的分离和清理装置…………………………………………………… 149
8.4.5 浓相输送系统设备………………………………………………………… 149
8.5 铝电解烟气净化…………………………………………………………………… 150
8.5.1 电解烟气净化中的主要污染物及其危害………………………………… 150
8.5.2 污染物的产生过程………………………………………………………… 151
8.5.3 烟气收集系统……………………………………………………………… 152
8.5.4 铝电解烟气干法净化原理………………………………………………… 152
8.5.5 烟气干法净化工艺设备配置……………………………………………… 156
8.6 氧化铝循环及氟化物回收………………………………………………………… 160
8.6.1 干法净化系统氧化铝的循环……………………………………………… 160
8.6.2 氟化物回收………………………………………………………………… 161
第9章 铝锭铸造技术与管理
9.1 概述………………………………………………………………………………… 163
9.1.1 铝锭铸造的生产概况……………………………………………………… 163
9.1.2 重熔用铝锭的工艺流程…………………………………………………… 164
9.2 原铝的配料及炉内处理…………………………………………………………… 165
9.2.1 原铝的配料………………………………………………………………… 165
9.2.2 原铝的炉内处理…………………………………………………………… 168
9.3 倾动式60t混合炉………………………………………………………………… 172
9.3.1 概述………………………………………………………………………… 172
9.3.2 主要技术性能参数………………………………………………………… 172
9.3.3 设备主要组成和结构特点………………………………………………… 173
9.3.4 设备调试…………………………………………………………………… 176
9.3.5 设备运行实践……………………………………………………………… 178
9.3.6 生产操作及维护…………………………………………………………… 179
9.3.7 天燃气安全管理…………………………………………………………… 179
9.3.8 冷炉启动及液压系统的安全操作方法…………………………………… 180
9.3.9 事故(故障)的处理及原因分析…………………………………………… 182
9.4 电磁搅拌机构……………………………………………………………………… 183
9.4.1 电磁搅拌器的工作原理…………………………………………………… 183
9.4.2 电磁搅拌器的组成、特点及优点………………………………………… 184
9.4.3 电磁搅拌器的操作………………………………………………………… 186
9.4.4 电磁搅拌器的保养与维护………………………………………………… 187
9.4.5 电磁搅拌器的使用效果…………………………………………………… 188
9.5 连续铸造机的操作………………………………………………………………… 188
9.5.1 20!铝锭铸造工艺流程…………………………………………………… 188
9.5.2 生产前的准备工作………………………………………………………… 188
9.5.3 连续铸造机的操作………………………………………………………… 190
9.5.4 连续铸造机常见故障处理………………………………………………… 192
9.6 铝锭的质量保证和QC活动……………………………………………………… 193
9.6.1 铝锭的质量控制…………………………………………………………… 194
9.6.2 QC活动……………………………………………………………………… 201
第10章 铝电解槽控制技术
10.1 概述………………………………………………………………………………… 202
10.2 铝电解槽控制系统的构成和控制策略…………………………………………… 203
10.2.1 铝电解槽控制系统的设计原则…………………………………………… 203
10.2.2 铝电解槽控制系统的控制方案…………………………………………… 204
10.2.3 铝电解槽控制系统的控制策略…………………………………………… 205
10.3 铝电解槽智能模糊控制系统……………………………………………………… 206
10.3.1 模糊控制系统的特点……………………………………………………… 206
10.3.2 模糊控制硬件结构………………………………………………………… 206
10.3.3 模糊控制软件结构………………………………………………………… 207
10.4 铝电解槽模糊专家控制实例……………………………………………………… 207
10.4.1 模糊专家控制器的基本构成……………………………………………… 207
10.4.2 铝电解槽工作电压的控制………………………………………………… 211
10.4.3 氧化铝浓度控制…………………………………………………………… 211
10.4.4 效应预报…………………………………………………………………… 212
10.4.5 电解槽操作控制分析……………………………………………………… 214
10.4.6 电解槽状态控制分析……………………………………………………… 215
10.5 铝电解槽控机下位机系统………………………………………………………… 216
10.5.1 槽控机各主要控制模块…………………………………………………… 217
10.5.2 电解槽控制系统下位机的功能…………………………………………… 217
10.6 铝电解槽控机上位机系统………………………………………………………… 218
10.6.1 标题区主要使用的菜单…………………………………………………… 218
10.6.2 工具条各按钮功能………………………………………………………… 219
10.7 基于网络的铝电解监控系统的设计与实现……………………………………… 222
10.7.1 系统整体设计……………………………………………………………… 222
10.7.2 系统整体功能……………………………………………………………… 223
10.8 结论………………………………………………………………………………… 225
第11章 电解生产有关技术与管理
11.1 混合料焙烧新工艺………………………………………………………………… 226
8 200kA预焙铝电解槽生产技术与实践
11.1.1 混合料通电焙烧前的准备工作及注意事项……………………………… 226
11.1.2 通电焙烧…………………………………………………………………… 227
11.2 强化电流工艺……………………………………………………………………… 228
11.2.1 强化电流与提高电流效率效果的分析比较……………………………… 228
11.2.2 强化电流的理论基础……………………………………………………… 228
11.2.3 强化电流的进程…………………………………………………………… 229
11.2.4 技术条件调整……………………………………………………………… 229
11.2.5 强化电流工艺的后期工作………………………………………………… 230
11.3 低工作电压的实践………………………………………………………………… 230
11.4 低阳极效应系数的实践…………………………………………………………… 232
11.4.1 对铝电解阳极效应的认识………………………………………………… 232
11.4.2 熄灭阳极效应……………………………………………………………… 234
11.4.3 低阳极效应系数的实践…………………………………………………… 235
11.5 电解生产班组量化考核…………………………………………………………… 241
11.5.1 量化绩效考核……………………………………………………………… 241
11.5.2 量化绩效考核的制定……………………………………………………… 241
11.5.3 量化绩效考核的办法……………………………………………………… 242
11.5.4 实施电解量化考核及绩效评价体系的优点……………………………… 245
11.6 点检管理模式……………………………………………………………………… 246
11.6.1 点检管理的由来…………………………………………………………… 246
11.6.2 设备点检的定义、目的及意义…………………………………………… 246
11.6.3 点检管理特点及内容……………………………………………………… 247
11.6.4 点检工作模型……………………………………………………………… 248
11.6.5 点检工作的任务结构及点检队伍素质构成……………………………… 249
11.6.6 设备点检管理细则………………………………………………………… 250
11.6.7 点检工作职责……………………………………………………………… 254
11.6.8 点检培训…………………………………………………………………… 256
11.6.9 设备状态监测及劣化倾向管理的实施…………………………………… 256
11.6.10 设备预防维修管理……………………………………………………… 260
第12章 电解系统的安全技术
12.1 概述………………………………………………………………………………… 261
12.2 电解安全生产的要点及危险源…………………………………………………… 261
12.3 电解车间的安全技术操作规程…………………………………………………… 261
12.3.1 电解安全技术操作规程…………………………………………………… 261
12.3.2 出铝安全技术操作规程…………………………………………………… 264
12.3.3 电解天车安全技术操作规程……………………………………………… 264
12.3.4 母线提升安全技术操作规程……………………………………………… 268
12.3.5 电解测量安全技术操作规程……………………………………………… 268
12.3.6 抬包清理安全技术规程…………………………………………………… 273
12.4 铸造生产的安全技术……………………………………………………………… 274
12.4.1 普铝铸造安全技术操作规程……………………………………………… 274
12.4.2 铸造衡量安全技术操作规程……………………………………………… 278
12.4.3 铸造水泵安全技术操作规程……………………………………………… 279
12.5 供料及烟气净化的安全要求……………………………………………………… 280
12.5.1 供料的安全要求…………………………………………………………… 280
12.5.2 烟气净化的安全要求:…………………………………………………… 280
12.6 检修作业的安全…………………………………………………………………… 282
12.6.1 检修车间电焊工安全技术规程…………………………………………… 282
12.6.2 检修车间管工安全技术规程……………………………………………… 283
12.6.3 检修车间起重工安全技术规程…………………………………………… 283
12.6.4 检修车间气焊工安全技术规程…………………………………………… 284
12.6.5 检修车间维修电工安全技术规程………………………………………… 284
12.6.6 检修车间钳工安全技术规程……………………………………………… 285
12.7 职业健康安全环境管理体系的建设……………………………………………… 287
12.7.1 职业健康安全环境管理体系概述………………………………………… 287
12.7.2 中铝青海分公司职业健康安全环境管理体系的建立…………………… 290
第13章 企业文化和党的建设对生产的促进作用
13.1 概述………………………………………………………………………………… 292
13.2 创建独特的企业文化……………………………………………………………… 292
13.3 建立系统的激励机制……………………………………………………………… 293
13.3.1 电解大组生产优胜杯考核评比细则……………………………………… 293
13.3.2 考核时间…………………………………………………………………… 294
13.3.3 电解横班生产优胜杯评比细则…………………………………………… 294
13.3.4 安全生产流动杯竞赛实施方案…………………………………………… 295
13.3.5 设备优胜杯竞赛实施方案………………………………………………… 296
13.3.6 现场管理流动杯…………………………………………………………… 306
13.4 建立和加强标准化党支部建设…………………………………………………… 313
13.4.1 党建、精神文明建设工作量化考核实施细则…………………………… 313
13.4.2 党支部工作目标量化考核实施细则……………………………………… 317
13.5 文明示范岗的创建………………………………………………………………… 317
13.5.1 开展创建“党员示范岗”活动实施方案………………………………… 318
13.5.2 创建“巾帼文明示范岗”活动实施方案………………………………… 319
13.5.3 青年安全监督岗工作实施方案…………………………………………… 321
13.5.4 创建“青年文明号”考核实施细则……………………………………… 323