最近這些年以來以來，我國連續出臺了一系列政策，遏制鋼鐵、電解鋁 、水泥等行業基本建設投資過熱勢頭。加上氧化鋁供應短缺價格居高不下，近期爆發的能源危機導致電價上漲，及出口退稅率降低等因素的影響，電解鋁企業四面受敵，這對于正處于發展巔峰的電解鋁工業來說不亞于一場風暴。工程建設急劇降溫，企業生產成本大幅增加，利潤縮水，相當一部分企業出現虧損，據報道目前全國己有六十家鋁廠處于停產或部分停產狀態，電解鋁企業陷入前所未有困境。
我國電解鋁工業自建國以來經歷了50多年的發展，已逐步由電解鋁的純進口國變為世界第一大產鋁國。但是，由于我國鋁工業產業結構不合理，氧化鋁供應嚴重不足，并且氧化鋁這一電解鋁生產最主要的原料控制在少數企業的手中，加上受到電力體制的限制，我國電解鋁生產用電問題一直是困擾電解鋁企業的難題，近年來雖然一些企業實現了鋁電聯營，但對大多數企業用電問題并未能很好解決，因此電解鋁企業在這場風暴面前顯得異常脆弱。
20世紀80年代以來，在跟蹤國際超大型預焙電解鋁技術發展的基礎上，我國在容量電解鋁槽開發取得了一系列成果，使我國大容量電解鋁槽技術領域總體技術水平跨入世界先進行列，行業內對電解鋁技術今后的發展己沒有太大的信心，也讓許多電解鋁技術工作者感到迷茫。作者認為：雖然我國開發成功了300KA級特大容量電解槽技術，并迅速推廣應用，但由于我們在跟蹤國際電解鋁技術過程中實現了跨越式發展這一特點，大型槽技術尚未經過生產過程的逐步完善的過程，在生產實用技術領域缺乏應有的技術積累和支撐，因此仍存在許多突出的技術問題，與國際水平仍有較大差距。
十六大提出了“實現全面、協調、可持續發展”的科學發展觀，要求企業依靠科技進步，走新型工業化道路。高耗能電解鋁企業屬于資源依賴性的產業，更是目前國家宏觀調控的重點，只有不斷采用新裝備，開展以節能為中心的技術開發和創新，提升企業的技術裝備水平，才能使企業得到長久地生存和發展。
1、我國電解鋁技術發展現狀
??我國電解鋁技術自70年代末引進160KA中間下料預焙槽技術之后，從消化國外技術開始，揭開了我國現代電解鋁技術發展的序幕，以電解鋁槽熱電磁力特性及磁流體數學模型研究為核心，在工藝、材料、過程控制及配套技術等方面展開了廣泛深入的研究工作。九十年代以來，在基礎理論、大型電解鋁槽開發以及工程應用取得了一系列成果，開發成功了280、320KA以上的特大型電解槽技術，使鋁工業的技術進步令人注目。大容量電解槽的開發，使我國電解鋁技術總體上達到了國際先進水平，電解鋁工業的面貌發生了根本的改變。
——實際運行指標差。
由于開發時間短，對我國大型電解鋁槽在生產領域的深層次開發明顯不足，致使實際運行指標的生產指標與國際先進水平還有較大差距。見表1。
表1:我國300KA級電解鋁槽技術指標與國際先進水平對比
項目 國內 國際
電流效率（％） 92-93 94-96
電耗（Kwh/t-Al） 13500-13800 13000-13200
炭素凈耗（kg/t-Al） ＞450 400
陽極效應系數（次/日.槽） ≥0.3 ＜0.1
槽壽命（天） 1500 2500
——多數在大負荷、小電網環境下運行，安全隱患多。
鋁電聯營是我國電解鋁企業發展的趨勢之一，但同時在技術上也存在相應的問題。由于大容量電解槽一般系列規模較大（一個系列產能可達20萬噸以上），巨大的用電負荷集中在一個生產系列上（一般達40萬KW以上），電解系列生產的任何波動都會造成電網或自備電廠較大的影響，甚至威脅供電安全
——缺乏建立在對陰極破損機理與規律透徹掌握基礎上的“精細設計”技術和提高槽壽命的綜合技術措施，電解槽難以達到設計壽命，早期破損率高。
影響我國大型槽槽壽命的問題除了我國普遍認為的陰極炭素材料質量方面的原因外，電解槽的設計、筑爐材料、筑爐質量、焙燒啟動、正常生產操作及生產管理等方面均存在一些問題。導致這些問題的深層次原因是，我國尚缺乏對電解鋁槽破損（常稱為陰極破損）機理與規律的深入掌握及在此基礎上的“精細設計”技術和提高槽壽命的綜合技術措施。隨著電解槽容量的不斷擴大，槽壽命問題就更加突出。
——缺乏先進的生產操作技術，作業成本高。
我國300KA級的特大型預焙電解鋁槽投入工業應用的時間短。又不能完全照搬以前在大型預焙槽上的相關經驗（這些經驗也有很大局限性）。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，陽極效應發生后熄滅困難，且由于電解槽的慣性大，一旦出現槽況波動或槽況異常現象，很難快速恢復正常。
總的來說，目前就我國電解鋁整體生產狀態而言，能源綜合利用效率要比國際先進水平低15％左右，主要表現在：
??--電流效率相差2-3個百分點；噸鋁電耗相差300-800Kwh;
??--電解鋁用陽極生產過程能耗相差3Gj/t左右；
??--噸電解鋁陽極消耗相差30-60Kg（折合標準煤約75-150Kg）；
??--電槽槽壽命相差1000天左右；
??--陽極效應系數國際先進為0.1次/天.槽以下，我國目前最好水平在0.3次/天.槽左右。
2、電解鋁直流電流供電質量的綜合技術開發
供電整流系統是整個電解鋁生產系統的核心。對電解鋁生產過程來說，恒定的直流電流供給是非常重要的一環。目前，由于絕大多數電解鋁企業都采用硅二極管整流技術，很難按生產實際保證瞬時恒定直流的供給。由于電解鋁過程中的陽極效應及供電系統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控制技術，實時在線專家控制、浮動門技術等保證直流電流穩定，大幅降低電流波動造成的電能消耗；開發電解鋁供電整流系統整流效率實時在線檢測裝置及整流效率優化技術，提高供電整流系統的整流效率，改善直流供電質量；開發應用諧波實時在線檢測裝置及諧波治理和功率因數補償技術，實現綠色用電，降低諧波與無功損耗，確保安全供電。開發應用電解鋁供電整流系統整流效率實時在線檢測裝置，提高整流效率，實現電解鋁供電整流效率檢測標準化。
此外，針對目前大型鋁廠采用地方小電網以及自備電廠直供的供電方式，鋁廠與電廠運行的安全穩定的解決方案及技術措施也是目前亟待解決的重要課題。
3、提高電解鋁槽槽壽命的綜合技術
隨著電解槽向大容量（直流電流強度200-500KA）發展，電解槽的使用壽命既是鋁業界愈來愈關注的一個反映生產技術水平高低的綜合性技術經濟指標，又是擺在鋁業界面前的一項愈來愈突出的技術難題。在我國，大型預焙槽的使用壽命不足1500天（1300天左右），與國際先進指標（2000-2500天）的差距甚遠。因此，槽壽命成為當前困擾我國鋁業界的頭號問題。
缺乏建立在對陰極破損機理與規律透徹掌握基礎上的“精細設計”技術和提高槽壽命的綜合技術措施是我國電解鋁槽槽壽命問題難以解決的根本問題。在以上工作基礎上，開發提高特大型電解槽槽壽命的綜合技術：
◆從最佳運轉效率和最佳槽壽命的雙重目標出發，建立特大型電解鋁槽多物理場（電、磁、熱、流、力）的綜合仿真與優化系統。
◆應用該系統并結合工業現場的相關測試數據，確定內襯材料（包括陰極炭塊、硼化鈦涂層、搗固糊及其他筑爐材料）的功能設計與優化配置原則、內襯結構的優化設計原則、筑爐與焙燒啟動的工藝規程、以及正常生產操作中的“內襯保護”技術措施。
◆在內襯材料及結構的優化設計原則指導下，研究與不同類型的陰極炭塊相匹配的硼化鈦陰極涂層，進行涂層的成分、功能與厚度設計，實現在特大型電解槽上的工業應用。
解決槽壽命問題的難點在于多項技術領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，通過聯合攻關達到2000天的槽壽命是完全可能的。
4、降低電解槽無功能耗的綜合技術開發
預焙槽的電導部件及接觸點多，導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計值分別達400mV、360 mV、和200 mV，實際生產中這些部位的壓降是導致生產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：
◆ 對槽周圍及陽極母線達數百處之多的焊接及壓接質量進行研究，開發新的施工方法和工藝，達到以降低母線壓接壓降的目的。
◆進行陽極澆注材料（磷生鐵）的成分與澆注工藝的優化研究，降低陽極導桿與陽極炭塊接觸壓降的目的。目前，一種新型鋁鋼復合陽極剛爪的研究已取得進展，并已在一些鋁廠使用。
◆對筑爐材料及搗固工藝進行研究試驗，研究各陰極組件的槽外電阻檢測技術，探討最優筑爐工藝技術，達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。
◆ 研究新的適合于生產使用的工藝方法，將低陽極導桿與陽極母線的接觸壓降降低。
降低電解槽無功能耗隨著電解鋁技術的發展，大型槽技術逐漸完善，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，需要結合生產需要作細致的開發研究。
5、大型電解鋁槽焙燒、啟動和正常生產工藝技術的綜合優化
我國大型預焙電解鋁槽投入工業應用的時間不長，因此，其生產操作技術尚不十分成熟。生產實踐表明，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焙槽上的相關經驗。雖然國內許多鋁廠在電解鋁槽生產系列上采用了焦粒焙燒啟動技術，并已逐步轉入正常運行，針對大型槽所表現的上述特性，初步開展了生產工藝技術研究與控制技術應用研究，取得了一定成效，但還有許多問題尚未解決，綜合優化的空間尚很大。因此在以上工作基礎上，開發焙燒、啟動和正常生產工藝技術的綜合優化技術仍然有很多工作要做：
◆應用電解鋁槽物理場（電、磁、熱、流、力）的綜合仿真系統并結合現場實測數據，采用“多場”耦合仿真與瞬態仿真技術，對特大型電解鋁槽從焙燒、到啟動到轉入正常生產過程中的物理場形成與演變規律進行研究，揭示特大型電解鋁槽的運行特性，為制訂焙燒啟動與正常生產工藝技術規程提供指導。
◆針對特大型電解槽的特性，研究改進“焦粒焙燒啟動”工藝技術，重點解決“焦粒”的成分、鋪置厚度與方法、焙燒時間等參數的優化問題。
◆針對特大型電解鋁槽的特性，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狀態；著重研究工藝技術條件的調整方法、程序，為電解槽長期穩定高效運行奠定基礎。
◆針對特大型電解鋁槽的特性，研究電解槽高效、穩定運行的新型工藝技術條件；研究在新型工藝技術條件下的能量平衡與物料平衡的穩定控制技術以及相適應的操作維護技術；開發相應的計算機控制算法與程序并對計算機控制系統進行升級改造。
在上述工作的基礎上，逐步實現電解槽穩定、高效運行，并總結出適宜我國特大型電解鋁槽的高效節能型電解生產工藝技術及操作規范。
6、結束語
我國電解鋁技術經過近20年來的發展，總體水平達到了國際先進水平。然而，由于是在跟蹤國外技術的過程中實現了跨越式發展，雖然在大型槽開發中成效顯著，然而，在生產應用領域的開發明顯不足。因此，作者針對我國大型預焙電解鋁槽生產技術存在的差距，瞄準國際先進水平，提出了涵蓋電解鋁技術的多項技術難題的研究開發方向。對于從整體上提高我國電解鋁生產技術水平，達到大幅度的節能降耗和進一步有效降低環境污染的目的，實現電解鋁工業的可持續發展。對我國電解鋁工業技術水平全面達到國際先進水平具有十分重要的意義。
