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科技创新是电解铝行业发展的唯一选择
时间:2012-12-21 15:45    来源:中国有色金属报    点击:

我国现代铝电解技术发展自上世纪80年代初以来,在消化引进技术的基础上,研究开发了“铝电解槽数学模型和仿真技术”,掌握了大型铝电解槽开发的基础理论和设计工具,相继自主开发成功165kA、186kA、280kA、320kA以及400kA、500kA大型预焙阳极铝电解槽技术,并在持续的开发和推广应用中得到不断完善,形成了我国自己的现代铝电解技术体系,目前各项技术指标达到了国际领先水平。回顾世界电解铝技术的发展,系列生产的直流电耗国际先进指标在近三十年中仅仅下降了不到800kwh/tAl(从上世纪80年代的12800降低至12000kwh/tAl),进一步降低将越来越困难,应该说作为传统的熔盐电解法炼铝技术,已经达到了相当先进的水平。

但从我国整个电解铝行业来讲,目前工业生产的综合交流电耗处于13600~13900kwh/tAl左右(直流电耗12600~13000kwh/tAl),考虑到不同电解槽的先天条件,仍然有600~800kwh/tAl的节能空间。最近几年,我国在大型铝电解槽技术发展的同时,开发出了许多节能降耗的新技术成果,主要有以下几种路线:第一是从电解槽先天设计方面的技术,由于电解槽电磁特性优化、母线系统设计以及电热平衡技术的研究进展,使得电解槽的稳定性得到大幅度提高(称为“静流技术”),为电解槽低电压运行(小于3.8v或更低)创造了条件,从而实现了大幅度节能的效果,这是铝电解生产的核心理论基础;第二,通过采用异型阴极或导流性阴极结构,阻挡槽内熔体由于电磁场作用形成的流动和波动(称为“阻流技术”),提高电解槽的稳定性,达到降低槽电压的目的,在早期开发的大型铝电解槽上有明显的效果,但对不同的电解槽具有不确定性;第三,通过采用异型阴极钢棒结构减小槽内水平电流分量(如“双钢棒技术”),以达到削弱电磁作用的目的来降低槽电压,采取这一路线的做法思路是对的,但就水平电流的改善而言,以底部出电最佳,但实验结果收效甚微;第四,通过优化铝电解生产工艺和过程控制实现低温低电压生产。同时,工业电解槽的精细化设计和优化操作也还有一定的潜力。

从长远来说,铝电解技术发展到今天,传统的工业电解铝技术面临重大创新的战略需求。开展新型结构的节能环保型铝电解槽研究成为未来电解槽技术发展的主流,如以开发惰性电极材料为基础的多极性电解槽的开发等。

“低温低电压铝电解新技术”几乎涵盖了目前铝电解槽节能降耗的工艺和技术各个方面,不仅包括电解槽物理场的基础理论、电解槽结构设计和施工管理,还包括对生产系列运行的连续性、稳定性要求、原材料精细化管理和生产工艺优化操作和控制。正像您了解到的一样,这项技术是在“战略联盟”的平台上,在国家科技部和有色金属工业协会强力推动下完成的。由于这项技术本身的复杂性,在目前在产的电解铝企业的推广也划分为3种类型。一是在新建的电解铝系列全面推广;二是在在产企业的生产线上实施改造;三是在现有生产线上不停产应用。

为进一步推动该技术的推广应用,“低温低电压铝电解技术应用示范”已被科技部列入新的“十二五”国家科技支撑计划。计划用两到三年的时间,在全国推广的企业达到15家,生产规模增加500万吨/年以上。作为项目主要负责人,同时也是科技部确定该项目的主体推广单位之一、湖南中大冶金设计院的首席顾问,我将把这项技术的推广和进一步的创新开发作为自己今后几年的主要工作。

此外,还有相当一部分企业,自发地推广采用此项技术,如东方希望、永登铝业等。据统计,目前全国有30多家铝厂共11000台电解槽上推广应用了中南大学“低温低电压电解槽及控制技术”,约占总槽数的48%;以实现低电压为目标的新型阴极结构(异型阴极,导流阴极,曲面阴极等)应用于老电解槽改造,总数为2000余台,约占我国电解槽总数的10%。

电解铝行业的不景气一定程度上是受到宏观经济大气候的影响,从整个国家经济发展的大势和我国电解铝行业在生产、技术、资源、市场的总体条件而言,我对电解铝行业发展整体上是乐观的。原因有以下几方面:一是电解铝作为一种基础原材料,在国民经济建设中有着十分重要的地位,尽管电解铝在其冶炼过程中能耗较高,但这只是整个铝产业链条上的一个耗能环节,单纯以电解铝的耗能衡量整个铝产业的单位能耗未免有失偏颇,应当看到铝在应用过程中的绿色、节能、可回收及其不可替代性。中国有色金属工业协会发起的“绿色铝”活动,得到了陈全训会长的高度重视,同时也得到了行业内广大企业的积极响应,正说明了社会对铝这一重要而又神奇的金属有了新的认识;二是生产技术方面,我国电解铝技术经过30年的发展,达到了世界领先的总体水平,加上铝电解工艺的特殊性,电解铝的产品质量与发达国家亦无任何差异,已经成为我国少有的优势产业,先进成熟的生产技术为电解铝发展提供了基础;三是就资源的保障情况来看,我国拥有一定储量的铝土矿资源,具备发展电解铝的基本条件。而且,氧化铝本来就是一种国际化的资源,尽管目前我国氧化铝和铝土矿进口已经占总需求的1/3以上,进口总量也不过千万吨计。同时我认为依靠自身的优势产业,从国际市场获取资源,正是我国经济发展应该走的路。四是就市场而言,短期内确实电解铝发展的势头过猛,但就其总量来说,与我国经济的快速发展是相适应的,与一些行业相比,电解铝过剩尚不十分明显。随着经济结构调整,电解铝投资也将趋于理性。

未来的发展一是要加快产业调整,支持电解铝企业积极向能源丰富地区布局,以降低生产成本;二是要坚持不懈地依靠科技创新,在现有条件下最大限度地应用新技术、新装备,节能降耗、降低成本,提高企业竞争力。同时,我们也期待着不久的将来,电解铝革命性技术的诞生。

 电解铝产能西移是市场化的结果。世界上生产电解铝方法120年来都是一样的,由于耗能的特点,电解铝从来都是建设在电力资源丰富的地区。由于中东部地区电力资源的趋紧,生产铝的成本增加,向西部地区转移成为电解铝企业的必然选择。我认为目前电解铝在向西部转移的过程中,需要考虑以下几个问题:一是产能规模布局的问题。由于我国电解铝技术的进步和西部地区丰富的能源优势,许多西进企业在新建电解铝工程的时候,规划建设的规模比较大,项目决策和建设周期短,没有充分考虑该地区运输、能源和经济发展的平衡;二是电解铝转移是产业升级的极好机会,在规划建设中应充分采用先进技术、优化建设方案,长远着眼提高企业的核心竞争力,以推动我国电解铝行业的节能减排;三是强化风险意识,控制投资风险。仅从技术角度而言,电解铝生产的特点是大系列和投资密集,同时在生产运行中存在较大的风险。除了对项目建设条件的充分论证外,对新技术的采用和建设方案的创新需要坚持科学的态度。由于某些技术开发的时间和应用的周期短,存在的问题没有充分暴露,造成一些隐患,比如前些年采用的阴极钢棒压接结构,最近几年电解车间过道母线短路等问题,都造成了很大的影响。

总之,电解铝发展到今天是科技创新的结果,未来的发展仍然需要依靠科技创新。(梁学民)

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