近日，記者從中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司（以下簡稱“中鋁鄭州研究院”）獲悉，由該院牽頭研發(fā)的“基于多尺度多場耦合理論的大型鋁電解槽長壽命關鍵技術開發(fā)與應用”技術實現(xiàn)突破。該技術在延長電解槽壽命40%以上的同時，進一步降低了大修成本，減少了大修渣排放，取得了較好的經濟和社會效益。該技術獲2025年度河南省科學技術進步獎二等獎。
據(jù)中鋁鄭州研究院鋁電解研究所副所長、一級研究員包生重介紹，陰極炭塊是鋁電解槽的核心部件，承擔導電與底部內襯雙重功能。隨著電解槽日趨向500kA和600kA的大型化發(fā)展，電解槽陰極炭塊局部應力集中問題日益凸顯，開裂風險升高，嚴重制約電解槽壽命與生產效率。針對這一行業(yè)共性難題，中鋁鄭州研究院科研團隊從電解槽基礎技術研究入手，經過近10年的持續(xù)攻關，逐步建立并完善了融合“陰極、熔體、陽極”三大區(qū)域于一體的“縱深防御”技術體系，系統(tǒng)性提升大型電解槽整體壽命。
項目團隊在精準診斷陰極炭塊內部應力狀態(tài)的基礎上，進一步研發(fā)了陰極區(qū)域應力緩釋立體抗?jié)B保溫技術。該技術創(chuàng)新保溫設計理念，開發(fā)出電解槽底部“一體化柔性抗?jié)B層”。該抗?jié)B層在陰極炭塊側部區(qū)域形成“剛柔協(xié)同”的應力緩釋機制，有效解決了水平方向應力釋放與吸收的適配難題，為大型電解槽延壽提供了關鍵技術支撐。
此外，電解質滲透侵蝕與氧化鋁濃度分布不均等問題，同樣會加劇陰極炭塊的局部應力集中。針對這兩大痛點，中鋁鄭州研究院團隊從材料與控制系統(tǒng)兩方面分別取得突破。
在抗?jié)B材料方面，團隊研發(fā)出一種兼具抗?jié)B與保溫性能的抗?jié)B材料制備技術，直擊電解質滲透破壞內襯的難題。測試顯示，新材料抗?jié)B性能較現(xiàn)有同類產品提升2倍以上，為電解槽延壽提供了可靠的材料保障。
在過程控制方面，團隊開發(fā)出大型鋁電解槽多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化控制技術及協(xié)同尋優(yōu)控制系統(tǒng)，有效破解了因氧化鋁濃度不均易引發(fā)閃爍效應，進而導致爐膛畸形、局部破損的行業(yè)難題。應用顯示，該系統(tǒng)可使氧化鋁濃度采樣偏差降低20%，為電解槽長周期穩(wěn)定運行提供了關鍵的控制系統(tǒng)支撐。同時，中鋁鄭州研究院根據(jù)電解槽改進和使用情況，不斷完善電解槽操作使用手冊，規(guī)范指導現(xiàn)場人員科學進行管理，為全面提升電解槽使用壽命打好現(xiàn)場基礎。
目前，基于多尺度多場耦合理論的長壽命關鍵技術已在國內多家電解鋁企業(yè)推廣應用超4500臺，電解槽平均壽命從2000天延長至2800天以上；每噸鋁大修成本降低85元，大修渣排放量減少5公斤，每年可節(jié)約大修費用3.4億元，減少大修渣排放2萬噸，有力推動了鋁電解行業(yè)綠色低碳發(fā)展。
業(yè)內專家評價指出，這一成果為我國鋁工業(yè)綠色低碳發(fā)展提供了重要技術引領，對鋁電解行業(yè)向智能化、綠色化方向轉型升級具有較強的推動作用。
