板材之家讯：
今年以来，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，这对于正处于发展巅峰的电解铝工业来说不亚于一场风暴。工程建设急剧降温，企业生产成本大幅增加，利润缩水，相当一部分企业出现亏损，据报道目前全国己有六十家铝厂处于停产或部分停产状态，电解铝企业陷入前所未有困境。
我国电解铝工业自建国以来经历了50多年的发展，已逐步由电解铝的纯进口国变为世界第一大产铝国。但是，由于我国铝工业产业结构不合理，氧化铝供应严重不足，并且氧化铝这一电解铝生产最主要的原料控制在少数企业的手中，加上受到电力体制的限制，我国电解铝生产用电问题一直是困扰电解铝企业的难题，近年来虽然一些企业实现了铝电联营，但对大多数企业用电问题并未能很好解决，因此电解铝企业在这场风暴面前显得异常脆弱。
20世纪80年代以来，在跟踪国际超大型预焙铝电解技术发展的基础上，我国在容量铝电解槽开发取得了一系列成果，使我国大容量铝电解槽技术领域总体技术水平跨入世界先进行列，行业内对铝电解技术今后的发展己没有太大的信心，也让许多铝电解技术工作者感到迷茫。作者认为：虽然我国开发成功了300KA级特大容量电解槽技术，并迅速推广应用，但由于我们在跟踪国际电解铝技术过程中实现了跨越式发展这一特点，大型槽技术尚未经过生产过程的逐步完善的过程，在生产实用技术领域缺乏应有的技术积累和支撑，因此仍存在许多突出的技术问题，与国际水平仍有较大差距。
十六大提出了“实现全面、协调、可持续发展”的科学发展观，要求企业依靠科技进步，走新型工业化道路。高耗能电解铝企业属于资源依赖性的产业，更是目前国家宏观调控的重点，只有不断采用新装备，开展以节能为中心的技术开发和创新，提升企业的技术装备水平，才能使企业得到长久地生存和发展。
1、我国铝电解技术发展现状
我国铝电解技术自70年代末引进160KA中间下料预焙槽技术之后，从消化国外技术开始，揭开了我国现代铝电解技术发展的序幕，以铝电解槽热电磁力特性及磁流体数学模型研究为核心，在工艺、材料、过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究工作。九十年代以来，在基础理论、大型铝电解槽开发以及工程应用取得了一系列成果，开发成功了280、320KA以上的特大型电解槽技术，使铝工业的技术进步令人注目。大容量电解槽的开发，使我国铝电解技术总体上达到了国际先进水平，电解铝工业的面貌发生了根本的改变。
——实际运行指标差。
由于开发时间短，对我国大型铝电解槽在生产领域的深层次开发明显不足，致使实际运行指标的生产指标与国际先进水平还有较大差距。见表1。
表1:我国300KA级铝电解槽技术指标与国际先进水平对比
项目 国内 国际
电流效率（%） 92-93 94-96
电耗（Kwh/t-Al） 13500-13800 13000-13200
炭素净耗（kg/t-Al） ＞450 400
阳极效应系数（次/日.槽） ≥0.3 ＜0.1
槽寿命（天） 1500 2500
——多数在大负荷、小电网环境下运行，安全隐患多。
铝电联营是我国电解铝企业发展的趋势之一，但同时在技术上也存在相应的问题。由于大容量电解槽一般系列规模较大（一个系列产能可达20万吨以上），巨大的用电负荷集中在一个生产系列上（一般达40万KW以上），电解系列生产的任何波动都会造成电网或自备电厂较大的影响，甚至威胁供电安全。
——缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施，电解槽难以达到设计寿命，早期破损率高。
影响我国大型槽槽寿命的问题除了我国普遍认为的阴极炭素材料质量方面的原因外，电解槽的设计、筑炉材料、筑炉质量、焙烧启动、正常生产操作及生产管理等方面均存在一些问题。导致这些问题的深层次原因是，我国尚缺乏对铝电解槽破损（常称为阴极破损）机理与规律的深入掌握及在此基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施。随着电解槽容量的不断扩大，槽寿命问题就更加突出。
——缺乏先进的生产操作技术，作业成本高。
我国300KA级的特大型预焙铝电解槽投入工业应用的时间短。又不能完全照搬以前在大型预焙槽上的相关经验（这些经验也有很大局限性）。焙烧启动过程中电流分布不均的问题更突出且焙烧启动过程中的能耗大；投入运行后电解槽的物理场（电场、磁场、流场）容易波动，热平衡的维持较困难；槽电阻极易受外界的干扰而波动，阳极效应发生后熄灭困难，且由于电解槽的惯性大，一旦出现槽况波动或槽况异常现象，很难快速恢复正常。
总的来说，目前就我国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率要比国际先进水平低15%左右，主要表现在：
--电流效率相差2-3个百分点；吨铝电耗相差300-800Kwh;
--电解铝用阳极生产过程能耗相差3Gj/t左右；
--吨电解铝阳极消耗相差30-60Kg（折合标准煤约75-150Kg）；
--电槽槽寿命相差1000天左右；
--阳极效应系数国际先进为0.1次/天.槽以下，我国目前最好水平在0.3次/天.槽左右。
2、铝电解直流电流供电质量的综合技术开发
供电整流系统是整个铝电解生产系统的核心。对铝电解生产过程来说，恒定的直流电流供给是非常重要的一环。目前，由于绝大多数电解铝企业都采用硅二极管整流技术，很难按生产实际保证瞬时恒定直流的供给。由于铝电解过程中的阳极效应及供电系统的电压波动是很难避免的，从而引起电解系列电流不同程度的波动，通常其波动范围都在设定恒流值的±15%。在其它条件相同的情况下，这种电流波动将使铝厂的电能消耗增加3%左右，即吨铝增加电耗400-500KWh。
采用智能控制等多种先进控制技术，实时在线专家控制、浮动门技术等保证直流电流稳定，大幅降低电流波动造成的电能消耗；开发铝电解供电整流系统整流效率实时在线检测装置及整流效率优化技术，提高供电整流系统的整流效率，改善直流供电质量；开发应用谐波实时在线检测装置及谐波治理和功率因数补偿技术，实现绿色用电，降低谐波与无功损耗，确保安全供电。开发应用铝电解供电整流系统整流效率实时在线检测装置，提高整流效率，实现铝电解供电整流效率检测标准化。
此外，针对目前大型铝厂采用地方小电网以及自备电厂直供的供电方式，铝厂与电厂运行的安全稳定的解决方案及技术措施也是目前亟待解决的重要课题。
3、提高铝电解槽槽寿命的综合技术
随着电解槽向大容量（直流电流强度200-500KA）发展，电解槽的使用寿命既是铝业界愈来愈关注的一个反映生产技术水平高低的综合性技术经济指标，又是摆在铝业界面前的一项愈来愈突出的技术难题。在我国，大型预焙槽的使用寿命不足1500天（1300天左右），与国际先进指标（2000-2500天）的差距甚远。因此，槽寿命成为当前困扰我国铝业界的头号问题。
缺乏建立在对阴极破损机理与规律透彻掌握基础上的“精细设计”技术和提高槽寿命的综合技术措施是我国铝电解槽槽寿命问题难以解决的根本问题。在以上工作基础上，开发提高特大型电解槽槽寿命的综合技术：
◆从最佳运转效率和最佳槽寿命的双重目标出发，建立特大型铝电解槽多物理场（电、磁、热、流、力）的综合仿真与优化系统。
◆应用该系统并结合工业现场的相关测试数据，确定内衬材料（包括阴极炭块、硼化钛涂层、捣固糊及其他筑炉材料）的功能设计与优化配置原则、内衬结构的优化设计原则、筑炉与焙烧启动的工艺规程、以及正常生产操作中的“内衬保护”技术措施。
◆在内衬材料及结构的优化设计原则指导下，研究与不同类型的阴极炭块相匹配的硼化钛阴极涂层，进行涂层的成分、功能与厚度设计，实现在特大型电解槽上的工业应用。
解决槽寿命问题的难点在于多项技术领域的综合研究与试验需要综合考虑解决，任何单一的措施都很难取得效果，在目前的条件下，通过联合攻关达到2000天的槽寿命是完全可能的。
4、降低电解槽无功能耗的综合技术开发
预焙槽的电导部件及接触点多，导致无功能耗的欧姆压降很高，大型槽阳极压降、阴极压降和母线压降的设计值分别达400mV、360 mV、和200 mV，实际生产中这些部位的压降是导致生产过程中电能消耗高的重要原因。降低无功能耗包括以下几方面：
◆ 对槽周围及阳极母线达数百处之多的焊接及压接质量进行研究，开发新的施工方法和工艺，达到以降低母线压接压降的目的。
◆进行阳极浇注材料（磷生铁）的成分与浇注工艺的优化研究，降低阳极导杆与阳极炭块接触压降的目的。目前，一种新型铝钢复合阳极刚爪的研究已取得进展，并已在一些铝厂使用。
◆对筑炉材料及捣固工艺进行研究试验，研究各阴极组件的槽外电阻检测技术，探讨最优筑炉工艺技术，达到降低阴极压降的目的。并研究新的阴极炭块与钢棒连接方式，降低电解槽的阴极接触压降。
◆ 研究新的适合于生产使用的工艺方法，将低阳极导杆与阳极母线的接触压降降低。
降低电解槽无功能耗随着铝电解技术的发展，大型槽技术逐渐完善，电解槽的无功能耗降低越来越困难，然而，每增加一毫伏压降增加电耗3Kwh/tAl,因此，降低电解槽的无功能耗仍然是十分重要的，需要结合生产需要作细致的开发研究。
5、大型铝电解槽焙烧、启动和正常生产工艺技术的综合优化
我国大型预焙铝电解槽投入工业应用的时间不长，因此，其生产操作技术尚不十分成熟。生产实践表明，特大型槽从焙烧启动到投入运行不能完全照搬以前在大型预焙槽上的相关经验。虽然国内许多铝厂在铝电解槽生产系列上采用了焦粒焙烧启动技术，并已逐步转入正常运行，针对大型槽所表现的上述特性，初步开展了生产工艺技术研究与控制技术应用研究，取得了一定成效，但还有许多问题尚未解决，综合优化的空间尚很大。因此在以上工作基础上，开发焙烧、启动和正常生产工艺技术的综合优化技术仍然有很多工作要做：
◆应用铝电解槽物理场（电、磁、热、流、力）的综合仿真系统并结合现场实测数据，采用“多场”耦合仿真与瞬态仿真技术，对特大型铝电解槽从焙烧、到启动到转入正常生产过程中的物理场形成与演变规律进行研究，揭示特大型铝电解槽的运行特性，为制订焙烧启动与正常生产工艺技术规程提供指导。
◆针对特大型电解槽的特性，研究改进“焦粒焙烧启动”工艺技术，重点解决“焦粒”的成分、铺置厚度与方法、焙烧时间等参数的优化问题。
◆针对特大型铝电解槽的特性，研究电解槽启动后期管理的工艺方法，使电解槽启动后能够过渡到良好的正常生产状态；着重研究工艺技术条件的调整方法、程序，为电解槽长期稳定高效运行奠定基础。
◆针对特大型铝电解槽的特性，研究电解槽高效、稳定运行的新型工艺技术条件；研究在新型工艺技术条件下的能量平衡与物料平衡的稳定控制技术以及相适应的操作维护技术；开发相应的计算机控制算法与程序并对计算机控制系统进行升级改造。
在上述工作的基础上，逐步实现电解槽稳定、高效运行，并总结出适宜我国特大型铝电解槽的高效节能型电解生产工艺技术及操作规范。
6、结束语
我国铝电解技术经过近20年来的发展，总体水平达到了国际先进水平。然而，由于是在跟踪国外技术的过程中实现了跨越式发展，虽然在大型槽开发中成效显著，然而，在生产应用领域的开发明显不足。因此，作者针对我国大型预焙铝电解槽生产技术存在的差距，瞄准国际先进水平，提出了涵盖电解铝技术的多项技术难题的研究开发方向。对于从整体上提高我国电解铝生产技术水平，达到大幅度的节能降耗和进一步有效降低环境污染的目的，实现电解铝工业的可持续发展。对我国电解铝工业技术水平全面达到国际先进水平具有十分重要的意义。
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