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我国铝电解技术40年发展回顾(八)
2021-03-03 08:13:26   来源:中国有色金属报    点击:

 
责编·作者:梁学民
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平果铝320kA超大型铝电解试验槽。
 
  从320kA到400kA
  ——面向全球的跨越
 
  国家大型铝试验电解试验基地280kA特大型铝电解槽试验的成功,使我国成为世界上继美铝、法铝之后拥有280kA以上特大型铝电解槽技术的国家。它的诞生,被称为我国铝电解技术发展的里程碑,为中国铝电解工业的快速发展提供了强大的技术保障。
 
  焦作万方铝业股份有限公司董事长金保庆,敏锐地觉察到280kA电解槽技术对电解铝行业发展的重大意义。这位军人出身、敢于第一个吃螃蟹的企业家,几乎在试验槽成功启动一 开始,借助天时地利的有利条件,率先与有色总公司达成协议,以技术使用费500万元获得第一家技术使用权。遗憾的是,这也是唯一一家以试验槽280kA电流容量进行工业化生产的电解系列,也是唯一一家提供技术使用费的企业。1998年“焦作万方6.8万吨/年280kA铝电解示范工程”列入国家经贸委重点工程,由贵阳院承担工程设计并成功建设投产。焦作万方从此成为行业的新标杆!
 
  然而,电解铝的技术进步,并没有就此止步,焦作万方的新纪录在短短几年内,不断被刷新……
 
  平果铝320的经验。尽管280kA试验槽已经取得了成功,并已经推向工业应用,但是当时国际上电解槽大型化的速度还在加快。法铝的AP28已经发展为AP30,实际运行电流超过了300kA。
 
  一定要超越国际水平!这是老一辈铝业专家的一种情结。
 
  上世纪80年代末,时任青铜峡铝厂厂长康义和贵州铝厂副厂长杨世杰随团去西方某铝工业大国参加培训学习。期间,康义等学员请示参观该国最新开发的最先进的320kA电解试验槽。东道主露出神秘的一笑,同意最多5人可以参观,他们把学员领到一个车间的一头,再领到一台天车上,指着朦胧的远处说:“就在那儿!”名为参观,实为封锁,这一举动像一把利剑深深地刺进康义和杨世杰的心口。沉思良久,康义对杨世杰说:“老杨啊,咱一定要争这口气!超过他们!”杨世杰默默地点点头。开发300kA级以上的电解槽,攀登世界铝电解高峰的责任始终压在那一代电解人的心头。
 
  1997年,平果铝成功实现2年达产达标的目标,280kA特大型槽开发已经取得成功。时任平果铝总经理杨世杰和副总经理殷恩生认为开发300kA以上铝电解槽的条件已经成熟。7月,杨世杰前往北京向已担任有色总公司副总经理的康义(1998年4月转任国家有色金属工业局副局长)作了专题汇报,得到康义首肯。
 
  1998年9月,由康义亲自推动的国家经贸委国家重点技术创新项目“平果铝320kA超大型铝电解槽技术示范项目”开始实施,初期方案确定的容量为300kA,后来调整为320kA,项目由平果铝业公司和贵阳院联合承担。母线设计采用六点进电方式,同时槽况诊断、工艺参数调控配有专家决策智能支持系统,氧化铝浓度分布采用模糊控制技术。1999年6月,30台电解槽全部建成并开始启动,从设计到建成仅仅用了9个月。
 
  试验意外遇险。然而320kA电解槽设计并不是280kA电解槽的简单几何放大,最大的难题还是电磁场的仿真模拟。首批投产的10台电解槽电压摆动剧烈、铝液波动频繁且幅度大,情况很不稳定。怎么办?继续还是中止?同时毕业于贵州工学院的杨世杰和殷恩生两位老同学、好朋友、好搭档之间,发生了严重分歧。作为总经理的杨世杰认为,必须如期全线投产,否则无法向国家交待。但作为资深铝电解专家的殷恩生则坚决反对:“磁场问题是电解槽的先天基因,一旦投产将无法再改变,必须探明原因,彻底解决!”
 
  这件事震动了贵阳院设计总负责人——贵阳院原总工程师翁文成,他积极向院领导建议:请笔者牵头组织攻关组,抓紧拿出解决方案。院领导班子进行了认真研究,当时负责院科研工作的副院长代表院班子找到笔者本人:“此事关系重大,请你务必出马,大家信任你。不然,贵阳院对不住人啊!”
 
  但是,木已成舟,如何解决?确实没有把握。
 
  为确保问题解决,平果铝同时组织了考察组,由殷恩生带队前往美铝(Alcoa)考察。5天过后,考察组也有了回音:类似情况国外也出现过,曾导致大型槽开发中断,但不便提供技术细节。后来,根据公开资料显示,美铝280kA槽在上世纪80年代建成两个系列后,因电磁场问题无法解决,从未再使用过。
 
  成功化解。经过仔仔细细把电解槽的模拟数据和设计方案进行检查,8天后找到了问题的原因:试验车间的两栋厂房间距只有21米,设计时对其影响和铁磁性物质影响的补偿不足;同时由于320kA电解槽采用44块阳极方案,缺乏一定的模数和规律,导致电磁特性先天不足。改造方案当天提交给院技术委员会讨论,获一致通过。
 
  施工现场所有人员严阵以待,同时派出了医疗救护小组。在不停产的条件下,经过施工单位十一冶和七冶施工人员艰苦奋战,改造成功了!应该说,我们是幸运的。
 
  事实上,贵阳院技术委员会在讨论320kA方案的时候,就曾经发生了严重的分歧。一部分意见认为:电磁场问题我们已经解决了,无需担心,我们改造160kA开始,到180kA、280kA都没出现问题就是证明。然而,不该出现的问题还是出人意料地出现了。
 
  从2000年4月到8月,分别对其中8台试验槽和30台槽进行试验考核,取得的主要技术指标为:电流强度322.456kA,电流效率95.04%(30台平均94.43%),直流电耗13191kWh/tAl (30台平均13323kWh/tAl),整体达到国际先进水平。
 
  鉴定会上,专家组组长刘业翔院士说:“320kA特大型铝电解槽技术的成功开发和应用,标志着我国铝电解槽技术已具备完整的科学体系,使我国铝电解技术跃上了一个新台阶。”康义百感交集地说:“320kA电解槽是现代铝电解发展的方向,它的开发成功,为我国铝电解工业迎战新世纪抢得先机,振奋人心,大涨中国人志气!”
 
  总结320试验成功的经验,阳极“模数”的问题被首次提了出来,贵阳院技术委员会大部分专家认为,必须要重新认识电解槽阳极模数优化和电磁场模拟问题的重要性,经姚世焕大师后来一再明确强调,使后来的320kA电解槽首先在河南中孚实业股份有限公司(简称“中孚实业”)应用得到了进一步优化完善,成为我国铝电解工业的主力槽型。
 
  沈阳院快速发展。从上世纪90年代中期开始,沈阳院率先引进了国际知名的数值分析软件ANSYS,由杨晓东等领衔在1996年完成了河南鑫旺160kA四点进电电解槽的仿真设计,取得了很好的效果,引起了全国关注,接着,各大设计院相继购买了ANSYS。这一强大的仿真计算工具的引进,使得电解槽的物理场仿真工作进一步加强,同时,也印证了我国自行开发的仿真软件的可靠性,结合我们20多年研究,已经掌握了大量可靠的边界条件。通过在设计工作中两种软件的交叉运用、相互验证,加快了大型铝电解槽开发的步伐。不断更新改进的新型电解槽直接应用于系列化生产。
 
  特大型电解槽的开发成功,使得铝电解工业发展的面貌发生了根本的变化。2001年,伊川电力集团由沈阳院设计的20万吨/年300kA电解系列,仅用1年时间建成,开创了电解铝工程建设达产的历史纪录;2002年,河南中孚实业股份有限公司启动年产25万吨/年,由贵阳院改进设计的320kA电解系列开工建设;同年,贵阳院在贺志辉副院长的主导下,320kA电解槽技术出口印度,签订了有史以来最大的电解铝技术出口订单。这两种槽型基本结构均沿袭了280kA的模式,到后来铝电解技术开始大规模输出国际市场。与此同时,中国电解铝技术大型化的脚步还在向前迈进。
 
 
 

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