今年以來，國家連續(xù)出臺了一系列政策，遏制鋼鐵、電解鋁、水泥等行業(yè)基本建設(shè)投資過熱勢頭。加上氧化鋁供應(yīng)短缺價格居高不下，近期爆發(fā)的能源危機(jī)導(dǎo)致電價上漲，及出口退稅率降低等因素的影響，電解鋁企業(yè)四面受敵，這對于正處于發(fā)展巔峰的電解鋁工業(yè)來說不亞于一場風(fēng)暴。工程建設(shè)急劇降溫，企業(yè)生產(chǎn)成本大幅增加，利潤縮水，相當(dāng)一部分企業(yè)出現(xiàn)虧損，據(jù)報道目前全國己有六十家鋁廠處于停產(chǎn)或部分停產(chǎn)狀態(tài)，電解鋁企業(yè)陷入前所未有困境。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
我國電解鋁工業(yè)自建國以來經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，已逐步由電解鋁的純進(jìn)口國變?yōu)槭澜绲谝淮螽a(chǎn)鋁國。但是，由于我國鋁工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，氧化鋁供應(yīng)嚴(yán)重不足，并且氧化鋁這一電解鋁生產(chǎn)最主要的原料控制在少數(shù)企業(yè)的手中，加上受到電力體制的限制，我國電解鋁生產(chǎn)用電問題一直是困擾電解鋁企業(yè)的難題，近年來雖然一些企業(yè)實現(xiàn)了鋁電聯(lián)營，但對大多數(shù)企業(yè)用電問題并未能很好解決，因此電解鋁企業(yè)在這場風(fēng)暴面前顯得異常脆弱。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
20世紀(jì)80年代以來，在跟蹤國際超大型預(yù)焙鋁電解技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，我國在容量鋁電解槽開發(fā)取得了一系列成果，使我國大容量鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域總體技術(shù)水平跨入世界先進(jìn)行列，行業(yè)內(nèi)對鋁電解技術(shù)今后的發(fā)展己沒有太大的信心，也讓許多鋁電解技術(shù)工作者感到迷茫。作者認(rèn)為：雖然我國開發(fā)成功了300KA級特大容量電解槽技術(shù)，并迅速推廣應(yīng)用，但由于我們在跟蹤國際電解鋁技術(shù)過程中實現(xiàn)了跨越式發(fā)展這一特點，大型槽技術(shù)尚未經(jīng)過生產(chǎn)過程的逐步完善的過程，在生產(chǎn)實用技術(shù)領(lǐng)域缺乏應(yīng)有的技術(shù)積累和支撐，因此仍存在許多突出的技術(shù)問題，與國際水平仍有較大差距。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
十六大提出了“實現(xiàn)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展”的科學(xué)發(fā)展觀，要求企業(yè)依靠科技進(jìn)步，走新型工業(yè)化道路。高耗能電解鋁企業(yè)屬于資源依賴性的產(chǎn)業(yè)，更是目前國家宏觀調(diào)控的重點，只有不斷采用新裝備，開展以節(jié)能為中心的技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新，提升企業(yè)的技術(shù)裝備水平，才能使企業(yè)得到長久地生存和發(fā)展。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
1、我國鋁電解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
我國鋁電解技術(shù)自70年代末引進(jìn)160KA中間下料預(yù)焙槽技術(shù)之后，從消化國外技術(shù)開始，揭開了我國現(xiàn)代鋁電解技術(shù)發(fā)展的序幕，以鋁電解槽熱電磁力特性及磁流體數(shù)學(xué)模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術(shù)等方面展開了廣泛深入的研究工作。九十年代以來，在基礎(chǔ)理論、大型鋁電解槽開發(fā)以及工程應(yīng)用取得了一系列成果，開發(fā)成功了280、320KA以上的特大型電解槽技術(shù)，使鋁工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步令人注目。大容量電解槽的開發(fā)，使我國鋁電解技術(shù)總體上達(dá)到了國際先進(jìn)水平，電解鋁工業(yè)的面貌發(fā)生了根本的改變。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
——實際運行指標(biāo)差。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
由于開發(fā)時間短，對我國大型鋁電解槽在生產(chǎn)領(lǐng)域的深層次開發(fā)明顯不足，致使實際運行指標(biāo)的生產(chǎn)指標(biāo)與國際先進(jìn)水平還有較大差距。見表1。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
表1:我國300KA級鋁電解槽技術(shù)指標(biāo)與國際先進(jìn)水平對比
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項目 |
國內(nèi) |
國際 |
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電流效率（%） |
92-93鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
94-96中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
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電耗（Kwh/t-Al） |
13500-13800中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
13000-13200中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
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炭素凈耗（kg/t-Al） |
＞450中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
400中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
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陽極效應(yīng)系數(shù)（次/日.槽） |
≥0.3中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
＜0.1中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
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槽壽命（天） |
1500中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
2500中鋁網(wǎng)——www.cnal.com |
——多數(shù)在大負(fù)荷、小電網(wǎng)環(huán)境下運行，安全隱患多。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
鋁電聯(lián)營是我國電解鋁企業(yè)發(fā)展的趨勢之一，但同時在技術(shù)上也存在相應(yīng)的問題。由于大容量電解槽一般系列規(guī)模較大（一個系列產(chǎn)能可達(dá)20萬噸以上），巨大的用電負(fù)荷集中在一個生產(chǎn)系列上（一般達(dá)40萬KW以上），電解系列生產(chǎn)的任何波動都會造成電網(wǎng)或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
——缺乏建立在對陰極破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施，電解槽難以達(dá)到設(shè)計壽命，早期破損率高。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
影響我國大型槽槽壽命的問題除了我國普遍認(rèn)為的陰極炭素材料質(zhì)量方面的原因外，電解槽的設(shè)計、筑爐材料、筑爐質(zhì)量、焙燒啟動、正常生產(chǎn)操作及生產(chǎn)管理等方面均存在一些問題。導(dǎo)致這些問題的深層次原因是，我國尚缺乏對鋁電解槽破損（常稱為陰極破損）機(jī)理與規(guī)律的深入掌握及在此基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施。隨著電解槽容量的不斷擴(kuò)大，槽壽命問題就更加突出。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
——缺乏先進(jìn)的生產(chǎn)操作技術(shù)，作業(yè)成本高。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
我國300KA級的特大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時間短。又不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗（這些經(jīng)驗也有很大局限性）。焙燒啟動過程中電流分布不均的問題更突出且焙燒啟動過程中的能耗大；投入運行后電解槽的物理場（電場、磁場、流場）容易波動，熱平衡的維持較困難；槽電阻極易受外界的干擾而波動，陽極效應(yīng)發(fā)生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現(xiàn)槽況波動或槽況異�，F(xiàn)象，很難快速恢復(fù)正常。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
總的來說，目前就我國電解鋁整體生產(chǎn)狀態(tài)而言，能源綜合利用效率要比國際先進(jìn)水平低15%左右，主要表現(xiàn)在：
--電流效率相差2-3個百分點；噸鋁電耗相差300-800Kwh；鋁網(wǎng)——www.cnal.com
--電解鋁用陽極生產(chǎn)過程能耗相差3Gj/t左右；中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
--噸電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（折合標(biāo)準(zhǔn)煤約75-150Kg）；中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
--電槽槽壽命相差1000天左右；中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
--陽極效應(yīng)系數(shù)國際先進(jìn)為0.1次/天.槽以下，我國目前最好水平在0.3次/天.槽左右。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
2、鋁電解直流電流供電質(zhì)量的綜合技術(shù)開發(fā)中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
供電整流系統(tǒng)是整個鋁電解生產(chǎn)系統(tǒng)的核心。對鋁電解生產(chǎn)過程來說，恒定的直流電流供給是非常重要的一環(huán)。目前，由于絕大多數(shù)電解鋁企業(yè)都采用硅二極管整流技術(shù)，很難按生產(chǎn)實際保證瞬時恒定直流的供給。由于鋁電解過程中的陽極效應(yīng)及供電系統(tǒng)的電壓波動是很難避免的，從而引起電解系列電流不同程度的波動，通常其波動范圍都在設(shè)定恒流值的±15%。在其它條件相同的情況下，這種電流波動將使鋁廠的電能消耗增加3%左右，即噸鋁增加電耗400-500KWh。
采用智能控制等多種先進(jìn)控制技術(shù)，實時在線專家控制、浮動門技術(shù)等保證直流電流穩(wěn)定，大幅降低電流波動造成的電能消耗；開發(fā)鋁電解供電整流系統(tǒng)整流效率實時在線檢測裝置及整流效率優(yōu)化技術(shù)，提高供電整流系統(tǒng)的整流效率，改善直流供電質(zhì)量；開發(fā)應(yīng)用諧波實時在線檢測裝置及諧波治理和功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)，實現(xiàn)綠色用電，降低諧波與無功損耗，確保安全供電。開發(fā)應(yīng)用鋁電解供電整流系統(tǒng)整流效率實時在線檢測裝置，提高整流效率，實現(xiàn)鋁電解供電整流效率檢測標(biāo)準(zhǔn)化。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
此外，針對目前大型鋁廠采用地方小電網(wǎng)以及自備電廠直供的供電方式，鋁廠與電廠運行的安全穩(wěn)定的解決方案及技術(shù)措施也是目前亟待解決的重要課題。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
3、提高鋁電解槽槽壽命的綜合技術(shù)中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
隨著電解槽向大容量（直流電流強(qiáng)度200-500KA）發(fā)展，電解槽的使用壽命既是鋁業(yè)界愈來愈關(guān)注的一個反映生產(chǎn)技術(shù)水平高低的綜合性技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，又是擺在鋁業(yè)界面前的一項愈來愈突出的技術(shù)難題。在我國，大型預(yù)焙槽的使用壽命不足1500天（1300天左右），與國際先進(jìn)指標(biāo)（2000-2500天）的差距甚遠(yuǎn)。因此，槽壽命成為當(dāng)前困擾我國鋁業(yè)界的頭號問題。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
缺乏建立在對陰極破損機(jī)理與規(guī)律透徹掌握基礎(chǔ)上的“精細(xì)設(shè)計”技術(shù)和提高槽壽命的綜合技術(shù)措施是我國鋁電解槽槽壽命問題難以解決的根本問題。在以上工作基礎(chǔ)上，開發(fā)提高特大型電解槽槽壽命的綜合技術(shù)：
◆從最佳運轉(zhuǎn)效率和最佳槽壽命的雙重目標(biāo)出發(fā)，建立特大型鋁電解槽多物理場（電、磁、熱、流、力）的綜合仿真與優(yōu)化系統(tǒng)。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆應(yīng)用該系統(tǒng)并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場的相關(guān)測試數(shù)據(jù)，確定內(nèi)襯材料（包括陰極炭塊、硼化鈦涂層、搗固糊及其他筑爐材料）的功能設(shè)計與優(yōu)化配置原則、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計原則、筑爐與焙燒啟動的工藝規(guī)程、以及正常生產(chǎn)操作中的“內(nèi)襯保護(hù)”技術(shù)措施。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆在內(nèi)襯材料及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計原則指導(dǎo)下，研究與不同類型的陰極炭塊相匹配的硼化鈦陰極涂層，進(jìn)行涂層的成分、功能與厚度設(shè)計，實現(xiàn)在特大型電解槽上的工業(yè)應(yīng)用。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
解決槽壽命問題的難點在于多項技術(shù)領(lǐng)域的綜合研究與試驗需要綜合考慮解決，任何單一的措施都很難取得效果，在目前的條件下，通過聯(lián)合攻關(guān)達(dá)到2000天的槽壽命是完全可能的。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
4、降低電解槽無功能耗的綜合技術(shù)開發(fā)中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
預(yù)焙槽的電導(dǎo)部件及接觸點多，導(dǎo)致無功能耗的歐姆壓降很高，大型槽陽極壓降、陰極壓降和母線壓降的設(shè)計值分別達(dá)400mV、360 mV、和200 mV，實際生產(chǎn)中這些部位的壓降是導(dǎo)致生產(chǎn)過程中電能消耗高的重要原因。降低無功能耗包括以下幾方面：中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆ 對槽周圍及陽極母線達(dá)數(shù)百處之多的焊接及壓接質(zhì)量進(jìn)行研究，開發(fā)新的施工方法和工藝，達(dá)到以降低母線壓接壓降的目的。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆進(jìn)行陽極澆注材料（磷生鐵）的成分與澆注工藝的優(yōu)化研究，降低陽極導(dǎo)桿與陽極炭塊接觸壓降的目的。目前，一種新型鋁鋼復(fù)合陽極剛爪的研究已取得進(jìn)展，并已在一些鋁廠使用。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆對筑爐材料及搗固工藝進(jìn)行研究試驗，研究各陰極組件的槽外電阻檢測技術(shù)，探討最優(yōu)筑爐工藝技術(shù)，達(dá)到降低陰極壓降的目的。并研究新的陰極炭塊與鋼棒連接方式，降低電解槽的陰極接觸壓降。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆ 研究新的適合于生產(chǎn)使用的工藝方法，將低陽極導(dǎo)桿與陽極母線的接觸壓降降低。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
降低電解槽無功能耗隨著鋁電解技術(shù)的發(fā)展，大型槽技術(shù)逐漸完善，電解槽的無功能耗降低越來越困難，然而，每增加一毫伏壓降增加電耗3Kwh/tAl,因此，降低電解槽的無功能耗仍然是十分重要的，需要結(jié)合生產(chǎn)需要作細(xì)致的開發(fā)研究。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
5、大型鋁電解槽焙燒、啟動和正常生產(chǎn)工藝技術(shù)的綜合優(yōu)化中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
我國大型預(yù)焙鋁電解槽投入工業(yè)應(yīng)用的時間不長，因此，其生產(chǎn)操作技術(shù)尚不十分成熟。生產(chǎn)實踐表明，特大型槽從焙燒啟動到投入運行不能完全照搬以前在大型預(yù)焙槽上的相關(guān)經(jīng)驗。雖然國內(nèi)許多鋁廠在鋁電解槽生產(chǎn)系列上采用了焦粒焙燒啟動技術(shù)，并已逐步轉(zhuǎn)入正常運行，針對大型槽所表現(xiàn)的上述特性，初步開展了生產(chǎn)工藝技術(shù)研究與控制技術(shù)應(yīng)用研究，取得了一定成效，但還有許多問題尚未解決，綜合優(yōu)化的空間尚很大。因此在以上工作基礎(chǔ)上，開發(fā)焙燒、啟動和正常生產(chǎn)工藝技術(shù)的綜合優(yōu)化技術(shù)仍然有很多工作要做：中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆應(yīng)用鋁電解槽物理場（電、磁、熱、流、力）的綜合仿真系統(tǒng)并結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，采用“多場”耦合仿真與瞬態(tài)仿真技術(shù)，對特大型鋁電解槽從焙燒、到啟動到轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)過程中的物理場形成與演變規(guī)律進(jìn)行研究，揭示特大型鋁電解槽的運行特性，為制訂焙燒啟動與正常生產(chǎn)工藝技術(shù)規(guī)程提供指導(dǎo)。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆針對特大型電解槽的特性，研究改進(jìn)“焦粒焙燒啟動”工藝技術(shù)，重點解決“焦粒”的成分、鋪置厚度與方法、焙燒時間等參數(shù)的優(yōu)化問題。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆針對特大型鋁電解槽的特性，研究電解槽啟動后期管理的工藝方法，使電解槽啟動后能夠過渡到良好的正常生產(chǎn)狀態(tài)；著重研究工藝技術(shù)條件的調(diào)整方法、程序，為電解槽長期穩(wěn)定高效運行奠定基礎(chǔ)。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
◆針對特大型鋁電解槽的特性，研究電解槽高效、穩(wěn)定運行的新型工藝技術(shù)條件；研究在新型工藝技術(shù)條件下的能量平衡與物料平衡的穩(wěn)定控制技術(shù)以及相適應(yīng)的操作維護(hù)技術(shù)；開發(fā)相應(yīng)的計算機(jī)控制算法與程序并對計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
在上述工作的基礎(chǔ)上，逐步實現(xiàn)電解槽穩(wěn)定、高效運行，并總結(jié)出適宜我國特大型鋁電解槽的高效節(jié)能型電解生產(chǎn)工藝技術(shù)及操作規(guī)范。中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
6、結(jié)束語中鋁網(wǎng)——www.cnal.com
我國鋁電解技術(shù)經(jīng)過近20年來的發(fā)展，總體水平達(dá)到了國際先進(jìn)水平。然而，由于是在跟蹤國外技術(shù)的過程中實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，雖然在大型槽開發(fā)中成效顯著，然而，在生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)明顯不足。因此，作者針對我國大型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)存在的差距，瞄準(zhǔn)國際先進(jìn)水平，提出了涵蓋電解鋁技術(shù)的多項技術(shù)難題的研究開發(fā)方向。對于從整體上提高我國電解鋁生產(chǎn)技術(shù)水平，達(dá)到大幅度的節(jié)能降耗和進(jìn)一步有效降低環(huán)境污染的目的，實現(xiàn)電解鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對我國電解鋁工業(yè)技術(shù)水平全面達(dá)到國際先進(jìn)水平具有十分重要的意義。
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