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我国铝电解技术40年发展回顾 (二)
2021-01-13 07:40:59   来源:    点击:

 
责编·作者:梁学民
 
  全行业对引进技术的消化吸收
 
  从国家战略的角度,贵州铝厂引进工程的决策,并不仅仅是为了建设一个铝厂,而是为了改变和提升一个产业。
 
  从60kA小预焙槽到135kA。在贵铝引进日本技术之前,我国在预焙电解槽技术开发方面开展过一些研究工作。根据《新中国有色金属60年》记载,我国最早的预焙阳极电解槽是1964年在郑州铝厂建成的。由于从前苏联引进的75kA侧插自焙槽槽阳极过宽(3600×2500),造成电压过高,且针摆严重,必须进行改造。在这种情况下,第一次设计了边部加工无槽罩的80kA预焙槽。
 
  1978年,抚顺铝厂与沈阳铝镁设计院(沈阳院)等单位合作,在设计大师杨瑞祥和韩复业等专家的主导下,将第四系列部分电解槽改建为23台135kA边部加料预焙槽,进行了预焙槽扩大试验,1979年11月投产,在大型化道路上首开先河。该槽型后来在包头铝厂建设中得到应用,并获得1987年国家科技进步二等奖。
 
  然而直到贵铝160kA预焙槽的引进,迅速吸引了整个铝行业的目光,改变了电解铝科技进步的进程,才真正开启了我国大型预焙槽技术发展的大幕。
 
  怎么评价“日轻”引进工程?几十年过后,关于“日轻”技术问题的争论已渐渐平息,然而这些问题到底属于什么样的问题,最后也没有形成统一的定论。当时国内一批专家也理性地认识到,日本的技术整体上应该说是先进的,出现各种问题,某种程度上说是由于我们短时间内没有吃透和缺乏经验有一定的关系,加上国内当时的工业基础、施工和生产管理水平的确与现代化水平有一定差距。当年直接参与引进工程的第一批专家殷恩生(杰出的铝专家,后担任广西平果铝总经理)认为,当时国内在大型预焙槽技术和管理上可以说还是“白帽子”。
 
  冷静地分析和评价“日轻”技术优劣后,人们逐渐发现:第一,日方技术在当时来说的确是先进的,称之为上世纪70年代国际先进水平并非言过其实;第二,在当时的总体技术背景下,日方提供的设计方案基本上无可挑剔,甚至可以说是完善的;第三,日方当年提供的技术是完整而详实的,这在我们后来的引进工程和国内任何工程设计中是没有的。
 
  在贵州铝厂引进“日轻”工程的过程中,许多人都注意到一个这样的事实,就是这项工程由日方提供的技术资料、图纸非常详细,包括项目可行性研究报告、项目基本设计文件(初步设计)和施工图纸。在贵阳院的档案室里,这个工程的技术文件资料用成吨来形容一点儿都不过分。除了正常的工程技术图纸资料,日方提供的技术资料还包括了整个工厂各个工序确定、各种技术方案、各种技术问题研究和讨论等,都有详细的计算和详实的数据及分析依据,还提供了一些计算方法和计算程序。比如“电解槽加工面的选择”“电解槽炉膛深度的计算确定”“电解槽覆盖料厚度的计算确定”等等,都有专门的资料提供,而且还包括了一些“三场”计算资料和程序、计算机控制模型和软件资料等等。
 
  应该说对当年的技术转让,日方的态度是真诚的。至于为什么日方能够如此慷慨?作者了解有几种解释:一是与当时中日友好的大背景有关;二是上世纪70年代日本面临严重的能源危机,高耗能的电解铝行业在日本已经没有了生存的条件,面临全面关停的局面,这些技术对他们已经没有前景,技术转让或许是唯一出路;还有一种可能,因为当时该工程属于成套引进,除了配套工程设计和施工,几乎所有的材料、设备都是来自于日本或者由日方采购,而且合同内容还包括了技术转让,那就是说日方按合同操作符合国际惯例。根据有关资料,这种情况与当年宝钢的引进情况非常相似,真实原因或许还有其他的解释,但无论如何,有人认为当年的引进是花了巨资(约2亿美元)买了一堆破烂,还有人甚至认为我们被日本人欺骗了,这些都是不了解内情的严重误解。
 
  消化吸收和研究工作全面展开。引进工程让我国电解铝行业专家们耳目一新,从此打开了新技术探索的大门。在积极研究探讨引进技术存在问题的同时,行业专家们达成了共识(当然这也是国家的要求):必须尽快组织力量消化吸收,掌握引进技术,为我国电解铝工业下一步发展做好准备。在国家有关行业领导的组织安排下,由贵阳院、沈阳院、贵州铝厂、郑州轻金属研究所、青海铝厂、白银铝厂(国家计划重点建设的大型电解铝厂)等组织了若干个引进技术的消化吸收研究小组,中南矿冶学院、东北工学院等也开展了一系列的研究工作,全国掀起了一场旷日持久消化吸收引进技术的高潮。
 
  虽然“日轻”提供的电解槽技术在今天来看是落后了,但就当时的铝电解技术发展总体水平而言,给我们带来了全新的技术和设计理念。同时由于日方提供了非常详细的技术资料,对于我们学习掌握现代化电解铝厂的基本设计方法和操作标准起到了重要作用,对于快速研究开发自己的大型电解槽技术大有脾益,大大缩短了我们研究开发现代铝电解技术的进程。
 
  大量对160kA电解槽的研究一开始首先是集中在槽寿命问题的研究方面。邱竹贤、姚世焕、江献镔、姚广春、于宗耀及赵无畏等发表了多篇文章,着重研究了电解槽的破损机理和生产条件下造成内衬破损的原因分析;王立若、孙效增、干益人、宋垣温等的研究则更多关注到影响槽寿命的原因和如何延长电解槽的寿命;贺志辉、梁学民、廖贤安等则在针对造成电解槽早期破损机理研究的基础上,提出了电解槽内衬结构的主要设计原则和设计方法,以延长电解槽的寿命。由于引进技术早期,我国大型电解槽破损的问题非常突出,这一领域的研究一直受到行业内专家们的高度重视。研究的范围不仅广泛,而且一直持续了很多年,取得了许多的研究成果,在此不一一详述。2002年,铝业泰斗韦涵光老先生还特别撰文对延长槽寿命的措施和意义给以分析和建议,表达了对此问题的关注。也可以说,槽寿命问题一直是困扰我国电解铝技术挥之不去的梦魇。
 
  为了尽快掌握引进技术,发展我国的铝电解工业,杨洪儒等牵头组织国内研究单位和电解铝骨干企业,开展了贵铝160kA中间下料预焙槽使用国产中间状氧化铝生产的新工艺试验,这项研究取得的成果为此后国内建设的青海铝厂、白银铝厂等工程设计采用引进槽型和技术提供了依据。
 
  东北工学院沈时英教授对电解铝的电化学原理与能量平衡进行了深入研究,从化学热力学角度对电解铝过程的能量需求进行分析,提出了著名的“区域能量自耗”理论;李德林教授在引进生产线上进行了强化电流试验。中南矿冶学院蔡其风教授等在铝液流动与测量方法的研究上独树一帜。
 
  同时受到关注的还有电磁场问题与电解槽结构设计方面的问题。宋垣温、干益人等用Bell620三位高斯计对160kA电解槽的磁场进行了全面的测试分析;潘阳生、武丽阳等对日方采用的磁场模拟计算方法进行了探讨;武威、杨洪儒等则进一步将磁场测量结果与槽内炉帮形状的分布规律的对应关系进行了研究分析,并提出了电磁场改进的建议。
 
  1985年,青海铝厂新建10万吨/年电解铝项目(后建成20万吨/年规模)和此后贵州铝厂8万吨/年扩建工程均分别选择了以引进的“日轻”160kA槽型技术为原型,获得了成功。
 
  配套技术和装备国产化热潮。日本引进工程带来的并不仅仅是电解工艺技术本身,还有一整套与现代化铝厂配套的技术、装备和工业化体系。包括电解铝主要操作设备、供电整流机组、炭素系统设备、阳极组装、氧化铝输送、电解烟气干法净化以及各种运输设备等。由于关键设备种类太多,这里仅仅举例说明。
 
  整流系统设备主要是变压器和整流机组。引进工程采用的是日本富士的可控硅整流技术。通过消化引进技术,基本搞清楚了电解系列生产对系统的技术要求,主要的难点集中在整流机组采用可控硅还是二极管整流的分歧。由于电解铝发展较快,但当时规模尚小,作为特种变压整流设备研究开发相对滞后。从工艺技术角度,要适应电解系列电压电流稳定性角度,可控硅整流是最好的选择,但国内尚不具备生产制造能力,只有引进日本或欧洲设备,但投资巨大;采用国产设备,只有采用“二极管+饱和电抗器”的方式,生产电解铝用变压器的企业当时有西变、江变、柳变等,整流器生产有西整、九整等企业,基本满足了国内电解铝发展的需求,这种情况一直持续了很多年。在本世纪初电解铝快速发展的阶段,电解系列规模快速扩张,而相配套的研制滞后,变压器、整流器因质量问题造成的各类事故时有发生,让很多铝厂企业家们至今想起来心有余悸。这一切都已经成为宝贵经验,成就了今天的电解铝。
 
  多功能天车的代价——前赴后继。多功能天车(机组)是电解铝生产的主要操作设备,承担电解槽的出铝、换极、抬母线等主要作业,它的重要性仅次于电解槽和整流设备。国际上只有法国ECL公司、德国NKM公司等少数著名的装备企业能够生产,贵铝引进工程采用的是法国ECL设备。
 
  从国内第一个翻版项目起,贵阳院、沈阳院和贵州铝厂等以及有色金属行业装备制造骨干企业——沈阳有色冶金修造总厂(沈冶修)就担负了设计研发的重任。贵阳院担任机组总设计的是主任工程师刘宗俊,是一位非常优秀的机械装备设计师,为了解决机组设计中的诸多技术难题,深入不同机械领域广泛考察学习。他在出差途中向铁路专家探讨火车防撞技术并成功应用于多功能机组设计的故事,在贵阳院传为佳话。沈冶修制造的第一批多功能机组应用在贵州铝厂第三电解铝厂,除了特种空压机和打壳机头,整个多功能机组直接实现了国产化。但装备制造是一项非常复杂而精密的工作,贵铝三电解(翻版引进)投产后,多功能天车出现了不少问题。刘宗俊带领技术人员长期坚持一线,终于弄清楚了问题的原因,得到了时任厂长杨光的高度赞扬,但刘宗俊终因积劳成疾,心脏病发作,倒在了贵铝工作现场。在今天我们大谈振兴装备制造业的背景下,对前辈们30年前为振兴铝工业勇挑重担的责任意识和大无畏精神深感敬仰。
 
  全面国产化。为了解决国产化问题,当时许多装备都是首先考虑由国内最强的制造企业承担消化开发任务。除了多功能机组和碳素阳极震动成型机由沈冶修制造以外,电解槽阳极提升机构、母线提升框架、出铝台包等都是委托了航空航天系统(如222厂、170厂)等制造;铝锭连续铸造机由昆明重型机器厂制造;特种运输车辆由柳州特种车辆厂制造。筒式下料器是在贵铝三电解工程以后,由170厂率先研制成功,是在分析日本引进技术的不足之后,贵阳院宋丽娟、刘长利等首先开发的一种欧洲型下料器。
 
  沉寂的加料小车。经历了40年的发展,我们在各个方面的技术都已经远远超过了日本当年的引进水平,吨铝电耗大约降低了1000kWh。但有一个技术国内一直没有敢于尝试,就是在氧化铝输送系统中,从净化系统的载氟氧化铝料仓到电解槽,日方采用了“电动小车”的技术,由电动小车自动接料,然后按顺序每天自动送料到每台电解槽设置在厂房柱子之间排烟管上方的5吨容量的料箱(称为“槽壁料箱”)内。投产多年,系统运行非常稳定。多年来在历次大型工程设计中,只作为备选方案,但一般都得考虑引进,从没有人开发这个系统。作者在此只想介绍在这个项目中有这么一个有趣的技术存在,但至今无人尝试,或许代表了当时日本的自动化水平。
 
  坚实的基础。通过引进工程消化吸收,给我们带来的各种铝用技术和装备很多,这里不一一叙述。几十年来,大浪淘沙,配套生产制造企业也不再是当初那几家,今天我们已经实现了电解铝全套装备的国产化。更重要的是贵州铝厂的引进工程,为我们建立现代铝电解工业体系打下了基础。
 
  在今天面对工业智能化时代的到来,电解铝装备制造业的升级和现代化发展仍然是首当其冲的重大命题。
 
 

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