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(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破。該技術(shù)在延長電解槽壽命40%以上的同時(shí)，進(jìn)一步降低了大修成本，減少了大修渣排放，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該技術(shù)獲2025年度河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
據(jù)中鋁鄭州研究院鋁電解研究所副所長、一級(jí)研究員包生重介紹，陰極炭塊是鋁電解槽的核心部件，承擔(dān)導(dǎo)電與底部內(nèi)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(yīng)力集中問題日益凸顯，開裂風(fēng)險(xiǎn)升高，嚴(yán)重制約電解槽壽命與生產(chǎn)效率。針對(duì)這一行業(yè)共性難題，中鋁鄭州研究院科研團(tuán)隊(duì)從電解槽基礎(chǔ)技術(shù)研究入手，經(jīng)過近10年的持續(xù)攻關(guān)，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(shù)體系，系統(tǒng)性提升大型電解槽整體壽命。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在精準(zhǔn)診斷陰極炭塊內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研發(fā)了陰極區(qū)域應(yīng)力緩釋立體抗?jié)B保溫技術(shù)。該技術(shù)創(chuàng)新保溫設(shè)計(jì)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(cè)部區(qū)域形成“剛?cè)釁f(xié)同”的應(yīng)力緩釋機(jī)制，有效解決了水平方向應(yīng)力釋放與吸收的適配難題，為大型電解槽延壽提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
此外，電解質(zhì)滲透侵蝕與氧化鋁濃度分布不均等問題，同樣會(huì)加劇陰極炭塊的局部應(yīng)力集中。針對(duì)這兩大痛點(diǎn)，中鋁鄭州研究院團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(shù)，直擊電解質(zhì)滲透破壞內(nèi)襯的難題。測(cè)試顯示，新材料抗?jié)B性能較現(xiàn)有同類產(chǎn)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(tuán)隊(duì)開發(fā)出大型鋁電解槽多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化控制技術(shù)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(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致爐膛畸形、局部破損的行業(yè)難題。應(yīng)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(yùn)行提供了關(guān)鍵的控制系統(tǒng)支撐。同時(shí)，中鋁鄭州研究院根據(jù)電解槽改進(jìn)和使用情況，不斷完善電解槽操作使用手冊(cè)，規(guī)范指導(dǎo)現(xiàn)場人員科學(xué)進(jìn)行管理，為全面提升電解槽使用壽命打好現(xiàn)場基礎(chǔ)。
目前，基于多尺度多場耦合理論的長壽命關(guān)鍵技術(shù)已在國內(nèi)多家電解鋁企業(yè)推廣應(yīng)用超4500臺(tái)，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(fèi)用3.4億元，減少大修渣排放2萬噸，有力推動(dòng)了鋁電解行業(yè)綠色低碳發(fā)展。
業(yè)內(nèi)專家評(píng)價(jià)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(shù)引領(lǐng)，對(duì)鋁電解行業(yè)向智能化、綠色化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)具有較強(qiáng)的推動(dòng)作用。
