沈阳铝镁设计研究院长期致力于铝冶炼技术的研究与开发。在七十年代末，开创了中国大型预焙阳极电解槽生产的历史；在九十年代，应用先进的数学模型和设计软件，成功地解决了电解槽生产过程中的磁流体稳定性问题、热平衡问题和槽壳受力变形问题，开发出SY系列大型预焙阳极电解槽，即SY160/170、SY190/200、SY230/240、SY280/300、SY350，可以满足不同规模铝厂建设的需要。经过生产实践证明，SY系列电解槽具有合理的母线配置、稳定的磁流体稳定性、良好的热平衡、合理的槽壳结构、结构简单的传动系统和智能多模式电解槽控制系统等特点。沈阳铝镁设计研究院还开发了自焙槽预焙化改造和预焙槽扩容技术。

    沈阳铝镁设计研究院铝电解技术的开发和应用，为推动中国铝工业的发展和进步，为中国原铝产量位居世界第一位，奠定了技术基础。

    前言

    　　自20世纪90年代起,中国铝工业发展很快,电解铝产量以年均13%的速度增长,近几年增长速度达到20%[1]。2002年，中国的电解铝总产量为4358 kt/a，产能达到5300 kt/a，生产企业达到136家，连续两年成为全球最大的原铝生产国[2]。目前，中国预焙槽的产量约占75%，自焙槽的产量约占25%，拥有世界上几乎所有的槽型。由沈阳铝镁设计研究院开发的SY系列预焙阳极电解槽，是中国原铝生产的主力槽型。SAMI的铝电解技术为中国铝工业的快速发展提供了技术支持。

    SAMI铝电解技术发展史

    　　中国人民共和国成立之初，中国的铝工业还是一片空白。20世纪50年代，沈阳铝镁设计研究院与原苏联合作，设计了中国的第一个电解铝厂-抚顺铝厂，采用45 kA自焙阳极电解槽技术。60-70年代，SAMI相继开发了60-80 kA自焙阳极电解槽技术。70年代末，SAMI与抚顺铝厂合作，开发了135kA中间下料预焙阳极电解槽，获中国部级科技进步一等奖，并建成了135 kA生产系列；该技术应用在包头铝厂二期扩建工程，规模为45 kt/a，该工程获中国国家优秀设计金奖；从此，开创了中国自行开发和设计大型预焙阳极电解槽的先河[3]。80年代，SAMI设计了中国规模最大的电解铝厂-青海铝厂，采用160 kA两端进电的中间下料预焙阳极电解槽技术，两个系列，产能为200 kt/a，该工程获中国国家优秀设计银奖。90年代，SAMI开发了大型预焙阳极电解槽的设计模型和工程软件，成功地解决了电解槽物理场问题，开发出大面进电的SY系列电解槽，即SY160/170、SY190/200、SY230/240。21世纪，在原有的SY系列电解槽基础上，SAMI推出了SY300和SY350预焙阳极电解槽，并在商业中获得成功应用。中国铝工业的发展经历了自焙槽-预焙槽-大型预焙槽的发展过程，SAMI铝电解技术的应用也同样经历了这个过程，SAMI铝电解技术伴随着中国铝工业的发展不断进步而且日趋成熟。

    铝电解技术

    　　SAMI长期致力于铝冶炼技术的研究与开发，应用先进的数学模型和设计软件，成功地解决了电解槽生产过程中的磁流体稳定性问题、热平衡问题和槽壳受力变形问题，开发出SY系列大型预焙阳极电解槽，即SY160/170、SY190/200、SY230/240、SY280/300、SY350，可以满足不同规模铝厂的建设需要。经过生产实践证明，SAMI开发的SY系列大型预焙阳极电解槽具有合理的母线配置、稳定的磁流体稳定性、良好的热平稳、合理的槽壳结构、结构简单的传动系统和智能多模式电解槽控制系统等特点。

    SAMI开发的自焙槽预焙化改造技术，对60 kA侧插自焙阳极电解槽进行技术改造，即保持原内衬和阴极母线不变，更换上部结构，改造成70-75 kA预焙阳极电解槽；或改变阴极内衬，适当优化母线，更换上部结构，改造成80-90 kA预焙阳极电解槽。SAMI还进行了预焙槽扩容设计，将　　　　160kA预焙阳极电解槽的容量增加到180kA。

    电解槽

    　　从设计理论来看，要解决电解槽的稳定性问题必须要解决如下三个主要问题。一是磁流体稳定性问题，以保证电解槽在高电流强度下能够平稳地生产；二是热平衡问题，以解决电解槽既要保温又要散热的矛盾，使电解槽能够长期在稳定条件下高效运行；三是电解槽壳的应力变形问题，要求槽壳有足够的刚度，以抵御由于阴极炭块热膨胀和渗钠所产生的强大外推力，长期保持电解槽所必须的良好形状[4]。

    　　磁流体稳定性在设计中SAMI使用数学模型和工程软件来优化并指导电解槽母线设计，全新的阴极母线配置不但可以很好地满足电解槽磁流体稳定性的设计要求，并且结构简单、方便施工安装、便于短路而且还具有良好的安全性。

    　　SY系列电解槽母线设计采用大面等电流进电方式,立柱母线位置的选定既有利于磁场的分布,又不妨碍生产操作。阴极母线采用非对称性配置，以补偿相临列电解槽产生的不利磁场。采用相同软件和技术设计的SY160/170、SY190/200、SY230/240和SY280/300，其母线设计垂直磁场大小、磁场分布、铝液流速及铝液变形大小等测量结果与理论设计值十分吻合。

    　　SY系列电解槽垂直磁感应强度设计值与测试值比较表

    垂直磁场的磁感应强度 单位 SY160 SY200 SY230 SY300

    设计值 测试值 设计值 测试值 设计值 测试值 设计值 测值

    四个象限绝对值的平均值 GS 5.6 10.2 5.6 7.5 2.9 5.6 5.0 8.7 四个象限绝对值的最大值 GS 24.0 24.3 20.3 21.2 12.2 19.9 18.0 17.9

   

    　　热平衡

    　　电解槽热平衡设计的关键是侧部炉帮和伸腿的形状及大小和电解质结晶固相等温曲线的位置。为了防止电解质凝固破坏阴极炭块和保护槽下部的绝热层，将电解质结晶固相等温曲线(850℃)，设在阴极炭块下的耐火层内；采用干式防渗料可以有效地阻止电解质向阴极保温层内渗漏，从而达到延长槽寿命的目的，并将850℃等温线保持在防渗料层中间。为了解决电解槽侧部散热并形成良好的炉帮，侧部材料应选择抗氧化、耐腐蚀和热传导系数高的材料；采用氮化硅结合炭化硅材料可满足在槽侧的上部形成一个良好的散热窗口，以保证槽内形成规整的炉帮。目前，阴极炭块仍采用普通无烟煤质炭块。

   

   

    　　SY系列电解槽槽内衬温度

    　　分布模拟结果

    　　槽壳

    　　槽壳设计要求槽壳有足够的强度和刚性，以减少蠕变和永久变形；还要有利于侧部散热，促进炉帮的形成并保证炉膛形状的规整。SY预焙阳极电解槽采用"船型"槽壳结构，既合理地解决了应力集中问题；又有利于槽侧壁的空气对流，加速侧部散热；还可以节省钢材用量。

   

    　　SY系列电解槽槽壳变形

    　　模拟结果

   

    　　上部结构

    　　SY预焙阳极电解槽采用腹板梁结构,料箱与板梁焊制在一起，既省钢材，又加强了板梁稳定性。加料装置采用下料量小、定容准确的1.8kg筒式定容下料器，根据电解槽流动场的动力学模拟结果，确定加料点数量和位置。阳极升降装置采用滚珠丝杠加三角板整体提升传动机构，其特点是结构简单，机械加工件少，易于制造和维修，传动效率高，造价低；同时还有利于扩大上部料箱容积。

    　　窄加工面

    　　采用窄加工面是现代大型中间下料预焙槽的一个显著特点。SY预焙阳极电解槽采用窄加工面技术，一方面使电解槽结构紧凑，增加电解槽单位面积产能，减少电解槽材料用量；另一方面可以缩小铝液界面，减小二次反应机率，提高电流效率，降低能耗。

    阳极

    　　SY系列电解槽中SY230/240、SY300和SY350的阳极采用了双阳极结构，可以有效地利用电解槽的空间，增加单位面积的产能，减少换极的工作量并减少换极时的热损失和烟气的无组织排放。

    　　电解槽控制系统

    　　SY预焙阳极电解槽工艺过程控制采用由SAMI为其开发的"智能多模式控制系统"。"智能多模式控制系统"包括氧化铝浓度模糊自适应控制、电解质温度控制、槽况专家模糊诊断、电解质温度在线动态跟踪等技术，将多项最新技术有机结合起来，实现对铝电解槽的物料平衡和能量平衡全面稳定地控制，为电解槽的稳定生产，提高技术经济指标提供了可靠的保证。

    　　氧化铝输送

    　　氧化铝输送采用全密闭式管道输送，即氧化铝仓库至电解车间日用贮槽的氧化铝输送和电解车间日用贮槽至电解槽槽上料箱的氧化铝输送。电解车间日用贮槽至电解槽槽上料箱的氧化铝输送采用沈阳铝镁设计研究院的超浓相输送专利技术。超浓相输送技术具有可水平输送、设备寿命长、安装简单、维护量小、氧化铝粉破损小等特点。

    　　电解烟气净化

    　　电解烟气净化采用干法净化技术,使用电解用Al2O3吸附烟气中的HF等污染物来完成对烟气的净化。干法净化回收技术采用反应效率高、低阻力损失的反应器和除尘效率高的组合式布袋除尘器等设备，具有净化效率高、无二次污染、操作管理方便等优点。

    SY系列电解槽的应用

    　　截止到2003年6月，在中国已经有41个项目采用了SY系列预焙阳极电解槽技术，其中SY160/170预焙阳极电解槽技术应用6个项目，6个系列，646台槽，全部投入运行；SY190/200预焙阳极电解槽技术应用19个项目，19个系列，2562台槽，投入运行1374台槽；SY230/240预焙阳极电解槽技术应用5个项目，5个系列，970台槽，投入运行116台槽；SY280/300预焙阳极电解槽技术应用11个项目，12.5个系列，2744台槽，投入运行512台槽；SY350预焙阳极电解槽技术应用1个项目，1个系列，156台槽。实践证明，SY系列预焙阳极电解槽运行平稳，侧部炉帮稳固而坚实，整个阴极底部平整、干净，各项技术经济指标达到或超过设计值。在《中国铝业》比比看的排行榜中，应用SY系列电解槽的用户，其技术经济指标均名列前茅。

    　　SY系列预焙阳极电解槽的主要技术参数

    　　序号 项 目 单 位 数 值

    　　1 电流强度 kA 160-300

    　　2 槽平均电压 V 4.18-4.20

    　　3 电流效率 % 93-95

    　　4 原铝直流电单耗 kW.h/t-Al <13600

    　　5 氧化铝单耗 kg/t-Al 1930

    　　6 氟化铝单耗 kg/t-Al 22

    　　7 冰晶石单耗 kg/t-Al 4

    　　8 阳极毛耗 kg/t-Al <550

    　　结束语

    　　随着中国经济和中国铝工业的快速发展，国外大铝业公司纷纷看好中国铝工业，拟与中国的大型企业合作，建设合资企业；或采用中国的铝电解技术在国外建厂。SY系列预焙阳极电解槽技术不仅应用在中国，还出口到国外。SAMI的铝电解技术将不断进步，为中国和世界的铝工业发展提供更先进的技术。