電解鋁是高耗能產(chǎn)業(yè)，碳排放占全國(guó)碳排放總量約5%，其中電能消耗占電解鋁碳排放的80%以上。陽(yáng)極是鋁電解槽的心臟，由鋁導(dǎo)桿、鋁-鋼爆炸焊片、水平鋼爪梁、鋼爪頭和陽(yáng)極炭塊組成。由于多種材料與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，多年來(lái)，盡管我國(guó)電解鋁節(jié)能研究取得了巨大進(jìn)步，但陽(yáng)極結(jié)構(gòu)及其節(jié)能研究長(zhǎng)期停滯不前。近日，一種新型均流式復(fù)合陽(yáng)極鋼爪及全自動(dòng)生產(chǎn)線在河南鄭州大學(xué)研制成功，已完成工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，節(jié)能效果顯著。
鄭州大學(xué)梁學(xué)民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合鄭州輕冶科技股份有限公司、洛陽(yáng)銅一金屬?gòu)?fù)合材料發(fā)展有限公司，針對(duì)鋁電解槽陽(yáng)極節(jié)能技術(shù)瓶頸，經(jīng)歷多年研究，開發(fā)了鋁電解槽“均流式復(fù)合陽(yáng)極鋼爪”。利用編程軟件建立鋁電解槽物理模型單元，使用ANSYS進(jìn)行了仿真模擬，根據(jù)基礎(chǔ)電工學(xué)原理，提出了一種新型均流式陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極電流分布優(yōu)化效果顯著；在自主研發(fā)的新型金屬?gòu)?fù)合材料的基礎(chǔ)上，通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變陽(yáng)極鋼爪導(dǎo)電路徑和電流分布，大幅提高了陽(yáng)極鋼爪的導(dǎo)電特性，實(shí)現(xiàn)了鋁電解陽(yáng)極電流的均勻分布。
目前，均流式復(fù)合陽(yáng)極鋼爪已在河南、內(nèi)蒙、青海、云南多家電解鋁廠400kA、500kA及600kA電解槽上分別開展工業(yè)試驗(yàn)和示范。初步測(cè)試結(jié)果：由于該復(fù)合材料具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電的雙重優(yōu)越特性，復(fù)合陽(yáng)極鋼爪不僅能夠完全替代現(xiàn)有陽(yáng)極爆炸焊接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鋼爪梁全界面電流的均勻分布，陽(yáng)極鋼爪電壓降降低達(dá)到29.7~35.1mV,噸鋁節(jié)電達(dá)95~112kWh。而且，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用表明，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大提高。
據(jù)悉，該技術(shù)在材料研制、復(fù)合陽(yáng)極結(jié)構(gòu)以及成套全自動(dòng)機(jī)器人生產(chǎn)線等方面已申請(qǐng)國(guó)家專利11項(xiàng)，獲得授權(quán)專利7項(xiàng)。
目前，鄭州輕冶科技股份有限公司首條均流式復(fù)合陽(yáng)極全自動(dòng)生產(chǎn)線已研制成功，并可根據(jù)不同容量電解槽陽(yáng)極結(jié)構(gòu)提供不同設(shè)計(jì)方案選擇，具備了大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的條件。該技術(shù)的應(yīng)用，突破了陽(yáng)極節(jié)能的技術(shù)瓶頸，節(jié)能效益巨大、應(yīng)用前景廣闊。
