世界铝电解技术的发展趋势(R)课件

1、世界铝电解技术发展的趋势挖潜降本 谋求生存节能减排 稳定发展中 铝 国 际 贵 阳 铝 镁 设 计 研 究 院姚 世 焕第1页，共95页。内容国外近期新建铝厂概况铝电解技术先进性的标志世界具有代表性的三种铝电解技术（迪拜DX-370，海德鲁HAL275和HAL-4e（400KA）， 力拓-加铝AP3X（390KA）和AP50（500KA）我国铝电解槽的节能降低成本与低极距、低电压、高电流密度和高电流效率问题的讨论第2页，共95页。近期国外新建电解铝厂海湾地区正在新建一批大型铝电解厂，世界三大技术公司在海湾展开技术较量第3页，共95页。2020原铝需求将达到7000万吨第4页，共95页。图中显示

2、，再生铝的增长速度高于原铝。1980年再生铝的产量仅为500万吨，而到了2007年就达到1800万吨，几乎增长了400%；而同期原铝的增长从1500万吨到3800万吨，只增长了250%，未来再生铝的市场将会以更快的速度增加。第5页，共95页。为什么再生铝的需求兴旺从原铝生产使用能量数量的额度来看也是惊人的，从煤炭开采发电输电铝土矿开采氧化铝生产阳极制造电解铝生产直到铝加工材为止，所需要的能源大约是60.5kwh/kg(相当于60500kwh/t) ，而铝的再生只需要2.8 kwh/kg(相当于2800kwh/t)，也就是比原铝制造所用能源节省了约95%，因此，废铝回收或再生就越来越被用户所垂青

3、。第6页，共95页。 海湾地区已投产和在建新铝厂（海湾铝工业会议公布）铝厂名称合资方产能（万吨）工程进度Sohar AL（阿曼）力拓-加铝20%，阿曼石油公司40%，阿布扎比电力和水资源局40%。35万吨/年2008年已经投产Emal(沙特阿拉伯经济开放区)迪拜铝业公司和Mubadala开发公司70万吨/年(一期工程)2010年投产Qatalum(卡塔尔)海德鲁与卡塔尔石油公司:各持股50%58.5万吨/年2009-2010年投产Maaden（Ras Az Zawr,沙特阿拉伯）沙特阿拉伯矿产公司51%，力拓-加铝49%75万吨/年（包括氧化铝）正在建设，预计2011年投产铝厂，2012投产氧

4、化铝第7页，共95页。 海湾地区即将投产和扩建、新建项目（海湾铝工业会议公布）铝厂名称合资方产能（万吨）工程进度Emal(沙特阿拉伯经济开放区)迪拜铝业公司和Mubadala开发公司70万吨/年（2期工程）正在建设Emal(沙特阿拉伯经济开放区)迪拜铝业公司和Mubadala开发公司140万吨/年(2期工程中)2008年1月签署理解备忘录。预计2010年开工。Jazan（沙特阿拉伯）中铝（Chalco）和马来西亚Saudi Binladin Group（SBG）72万吨/年2007年11月签署理解备忘录。预计2011-2012年投产。第8页，共95页。印度、俄罗斯、冰岛和马来西亚在建和拟建铝厂

5、的项目铝厂国家/地区公司新/扩建t/y合计t/y投产期Jharsuguda-1Jharsuguda-2AdityaMahan齐力铝业SalcoBoguchankskIrkutskIsalHelguvikKitinat印度/ Orissa印度/ Orissa印度印度马来西亚/ Sarawak马来西亚俄罗斯俄罗斯冰岛冰岛加拿大VedantaVedantaHindalcoHindalcoPress Metal BerhadCahay Mata Sarawak BerhadUC RusalUC Rusal力拓-加铝美国世纪铝业公司力拓-加铝550,0001,250,000260,000360,0001

6、15,000550,000600,000750,000扩建280,000150,000扩建150,000550,0001,250,000260,000360,000115,000550,000600,000750,000460,000150,000400,000Q2,20092010-2011Q2,2011Q2,2011Q3,2009Q4,2010Q2,2009 Q2,2009Q2,2010Q4,2010Q2,2010合计5,015,0005,445,000第9页，共95页。阿曼Sohar变电整流设计股权:SAC 40% by COC.40% by ADWEA,20% by Alcan.原设计

7、规模:325,000吨(可研),安装360台AP-35电解槽,实际产能360,000吨。1400MW,5个燃气发电厂力拓-加铝技术：AP-37投资:24亿美圆,Bechter EPCM 总承包 22美圆。ABB供应51650V/103KA, 300吨/组, 220V.2007年,12月20日发电,2008年,5月26日出铝,11月12日全部投产完毕.第10页，共95页。卡塔尔 Qatalum 变电整流设计公司:Qatalum Aluminium Co,LLC.Qatar电解2个系列,共704台电解槽,每个系列352 台.计划2009年底投产.设计规模:585,000吨.ABB设计:电解槽电流按

8、340KA设计,直流电压按1750V设计,但是ABB实际制造按直流2000V.每台400吨重.220V,电缆。,10 组整流机组 85KA,1750V,10 of 65 Mvar 33KV PFC babks,DC 测量 400KA ABB10 组 162 MVA 整流变压器第11页，共95页。铝电解技术先进性的标志电解槽大型化：目前评价的基本标准： 电流强度在300KA以上，有代表性是350KA， 400KA和500KA.1. 目前世界上最先进的 是力拓加铝-Pechiney AP3X系列，在全世界有450万吨产能采用AP-350,AP360,AP370和即将上市的AP-400KA和AP50

9、0KA.2. 挪威海德鲁公司：HAL-300KA和HAL-420KA，前者在中东卡塔尔铝厂新建585,000吨.3. 迪拜铝业:DX370KA,在中东新建一个700,000吨铝厂，最终规模1400,000吨高电流密度0.95A/cm2,正向着1A/cm2 发展。我国普遍0.73-0.75 A/cm2，有的铝厂正向着0.83A/cm2 发展。高电流效率：95-96%，我国90-92%达到94%的少有。国外先进直流电耗12800-13000kwh/t,我国新型槽12500kwh/t或小于12500kwh/t. 第12页，共95页。 世界具有代表性的三种铝电解技术 后期之秀的迪拜铝业-DX-370K

10、A 紧跟世界潮流的海德鲁HAL-4e 不甘落后的彼施涅AP390和AP50 第13页，共95页。世界最大的百万吨级-迪拜铝厂第14页，共95页。迪拜铝厂概况(2009年资料)2008年全年产量:945,000吨2007年全厂共有1552台预焙电解槽+5台280KA试验槽2007年各系列: 第1到第4系列：D18槽型， 192.84KA，电流效率94.94% 第5到第6系列：CD20槽型，232.21KA，电流效率96.08% 第7和第9系列：D20槽型， 232.57KA，电流效率94.47% 第8系列：XD(350KA)槽型，350.05KA，电流效率96.00%2007年阳极焙烧产量： 第

11、1和第2焙烧炉： 166600块阳极/年 第3和第4焙烧炉： 219000块阳极/年 合计 385600块阳极/年全厂52台套整流变电机组经过多年改造与更新。第15页，共95页。CD20和D20的改进1991年有5台CD20试验槽，实际电流200KA；1996年工厂进行第2次扩建：第5系列和第6系列： 第5系列：240台 CD20，电流225KA, Da=0.92A/cm2 第6系列：240台 CD20，电按230KA, Da=0.94A/cm22003年和2005-2006之间工厂进行第4次和第5次扩建，采用CD20的衍生品D20新型电解槽： 第7系列：212台 D20，2006年增加到24

12、8台 第9系列：120台 D20。2006年增加到248台。2008年；CD20的电流强化到233KA，Da=0.95A/cm2 D20的电流强化到246KA, Da=0.99A/cm22007年安装32台超设计的D20槽,限制的强化电流为250KA,但是目前的电流效率为96%,另人费解的是Da=0.99A/cm2电流密度，极距是多少？第16页，共95页。第17页，共95页。第3和第4系列合并，更新整流变电设备第18页，共95页。第19页，共95页。第20页，共95页。D20和CD20的特点1个AlF3料箱2个氧化铝料箱4个点式下料器1个出铝打击头阳极加长：1515-1535mm，钢爪直径=1

13、70mm，使用带槽阳极。侧部采用SiC砖，见图。阴极石墨化，加长40mm，见图。槽壳钢板厚度增加，并增加一根工字梁。槽壳增加散热板。采用自己开放的DCCU控制器和软件。氧化铝控制浓度1.5-3.5%第21页，共95页。提高电流效率的措施：（1）稳定供电电流是最重要的；（2）采用高过剩量的AlF3，严格控制稳定的氟化铝浓度和过热度是提高电流效率的第二大因素；（3）控制氧化铝的浓度是关键 (4) 降低极距会显著的改进了能量效率或槽电压虽然，高电流密度可以取得很高的电流效率，但是在低分子比和较低极距的条件下运行，条件十分苛刻。因此当保持不恰当的操作情况时会使噪声增加。 (5) 阴极电流密度对电流效率

14、的影响:在给定设计的电解槽上，铝的二次反应是一个常数，因此，在电解槽电解质温度、电解质成分和槽帮基本不变的条件下，阴极电流密度越高，电流效率必然也随之提高。在阴极，钠和铝是按照下列反应式协同在阴极上沉积的。Al+3NaF（在冰晶石中的NaF） AlF3（在冰晶石中）+3Na（在铝中）第22页，共95页。钠平衡的浓度是随着电解质操作温度的降低和AlF3过剩量的增加而降低的。所以在高阴极电流密度和更低的分子比条件下，Na在铝中含量减少了，当然由于生成的铝多了，所以电流效率就提高了。见下表。CD-20电解槽铝中的钠为94ppm，D20为81ppm，所以为什么D-20的电流效率是96%！显然是因为D2

15、0不仅阳极电流密度比CD-20高，而且阴极电流密度也与CD-20接近。但是有相反的情况出现，见下述和Hydro的经验。阴极设计阳极电流密度A/cm2阴极电流密度A/cm2Al中含NaCD-200.950.9394ppmD-201.000.9181ppm第23页，共95页。第24页，共95页。电流效率与Na关系迪拜的解释：从理论上分析阴极电流密度越高，电流效率越高，而铝中的含Na减少。但是有些铝厂由于磁场补偿较好，降低了铝液的流速，此时，浓度的极化作用使Na析出较多，铝液中Na含量较高，获得较高的电流效率。但是迪拜的实践是铝液中的Na浓度越低电流效率越高，恰恰与那种磁场补偿好的电解槽得到相反的结

16、论。迪拜认为他们的铝液流速没有降低，而是在较高流速的情况下没有损害电解槽的指标，所以，迪拜认为：这与严格控制电解质化学成分有关。第25页，共95页。2010年TMS会议宣布D20槽电流为260KA2010年TMS会议上，该公司公布的D20电解槽实际数据:电流为260KA(自称为超强化电解槽,因为原来250KA时,阳极电流密度已经达到0.99A/cm2,现在是多少?平均电流效率为95.5%. D20电解槽技术已经在伊朗的Babdar Abbas-HORMOZAL工程中应用，预计2009年10月投产。基于D20的成功经验，该公司将其长期积累的经验和开发的数学模型，在2005年第4季度投产了5台DX

17、型电解槽，当时运行的电流为340KA第26页，共95页。5台DX型电解槽 整个母线设计的电流密度比D20电解槽约降低20%,立母线的截面很大；5台试验槽采用4根立母线，30个带有4个蜘蛛状钢爪的单阳极，而全厂D18、D20、CD20使用的是直线型3钢爪单阳极；5台试验槽在试验阶段阳极长度进行了3次更改，试验开始采用1500mm，电流为327.4KA，第2次改为1560mm，电流上升到333.5KA，第3次采用1580mm长阳极,电流上升到340KA，改变的原因除了力争高电流之外，主要是因为大面宽容易塌壳，所以不断加长阳极，详细过程见表在40台工业生产槽分两栋厂房配置。阳极由30个改为36个单阳

18、极，由蜘蛛状4钢爪改为直线型3钢爪，因为蜘蛛状钢爪难以清理，如清理残极表面的电解质时，难度较大，另外便于阳极组装车间统一处理一种规格的阳极组件采用石墨化阴极炭块和SiC侧块；单个下料器由工厂常用规格1.9kg改为1.3kg。第27页，共95页。5台DX试验槽阳极尺寸变化与指标第1阶段第2阶段第3阶段1月28日20052月24日20052月25日20062月09日200702月10日00710月19日2007电流强度KA327.4333.2340.0阳极长度mm150015601580AlF3过剩量%9.510.510.8电流效率%95.795.596.7直流电耗kwh//p>

19、3270槽电压4.454.364.3第28页，共95页。Dubal 第 8 系列 DX - 370 KA 电解槽 5试验槽采用30个810宽的阳极，阳极长度1580mm第8系列40台工业槽改为36个小阳极，报导阳极总面积与原有30个阳极相同，每侧18个阳极，测算宽度为675mm，电流强度370KA时，阳极电流密度为0.96A/cm2 。该设计用于建设阿布扎比170万吨（Emal）电解铝厂 第29页，共95页。 DX - 370 电解槽系列指标(40台)性能指标3个阶段 阳极电流密度达到0.94A/cm2, V=4.15V06/200809/200810/200802/200903/200905

20、/2009电流强度 KA352.8360.3364.5生产量 kg/day273027762807电流效率 %96.195.795.6直流电耗 kwh/t Al130401295012920电解槽槽电压 V4.204.164.15金属纯度 Al%99.9199.9399.93阳极效应系数 次/槽/天0.0370.0200.017总F排放量 kwh/t Al 0.340.360.22340KA时槽电压为4.3V,而电流升到370KA时,虽然阳极面积增加了2%,但槽电压降低到4.15V，说明ACD大幅度降低。第30页，共95页。阿布扎比（Emal）电解厂房 Emal电解厂房鸟瞰阿布扎比（Emal）

21、工程(1期70万吨)第31页，共95页。海德鲁铝业公司300和400KA电解槽和对电解技术的新认识第32页，共95页。海德鲁的 HAL250/275(300KA)电解槽技术HAL-250/275电解槽原设计指标系列电流槽电压直流电耗电流效率阳极净耗阳极毛耗氟排放量效应系数电流密度275KA4.14V13kwh/kg95.0%405kg/t520kg/t0.15kg/t 0.070.87A/cm2电流密度为阳极电流密度。氟的排放量为从电解槽排到电解厂房的量。HAL-250/275电解槽已经在挪威的Ardal、Sunndal和卡塔尔Qatalum三个铝厂安装使用，最先在Sunndal铝厂使用的HA

22、L-250KA电解槽，由于技术的不断改进，电流已经从252KA上升到275KA，即在不增加任何投资的情况下，产量提高了10%。最近由于技术的提高，Sunndal铝厂的实际电流已经达到303KA，在强化区实际电流达到313KA已经超过半年。在Qatalum安装的704台HAL-250/275电解槽，按设计产能585,000吨/年计算其设计电流是300KA。第33页，共95页。高电流强度和高电流密度电解槽的设计与生产注意4个方面：MHD稳定性、阴极电流分布、侧部槽帮的形状和过热度与氧化铝浓度的控制。高电流强度的电解槽，磁场影响相当重要，主要是磁场的垂直分量。设计中特别是相临列电解槽之间垂直磁场的相

23、互影响，因为电解槽排烟设计的惯例，两列电解槽的烟道端均在两栋电解厂房的短侧，因此，两列电解槽的槽中心距离越大越有利，需要通过计算和经济比较予以确定。对于一个500KA的电解槽而言，没有补偿的垂直磁场值，最大值约为70Gs，4个象限的平均值可达35Gs，经过补偿，分别可以降到15-20和4-5Gs。 第34页，共95页。 海德鲁HAL250/275槽壳内部长度为12010mm HAL250/275槽壳内部宽度为4080mm 列间距离只有30米的母线配置 第35页，共95页。230KA槽壳不变250KA275KA313KA（Sunndal）HAL250/275电解槽技术是在HAL-220、HAL-

24、230（委内瑞拉）和斯洛伐克HAL230/250的基础上衍生的。1995年在斯洛伐克建设了172台HAL-230，扩建中于2001年新增54台HAL-250电解槽。30个单阳极，阳极尺寸由HAL-230的1410700mm改为1510710mm，实际电流达到258KA ，电流密度0.80A/cm2，3爪变4爪。采用石墨化阴极和SiC侧块，槽壳尺寸和HAL-230一样，并减轻了5吨。电流效率94%，槽电压4.13V，直流电耗13200kwh/t，效应系数0.05，阴极压降280-290mV（石墨化阴极）。HAL-250又继续强化到275KA，后来又强化到300KA为320KA奠定了基础。这也是一

25、个很有意思的发展，即30个700-710mm宽阳极的模式一直可以从230KA发展到300KA。一个基本槽型在阴极槽壳基本不变的情况下，阳极长度从1410mm加长到1550mm，阳极电流密度提高了不到10%，电流就提高了37-39%，使企业增加了产能和降低成本，难道这不是一种非常经济的发展途径吗？第36页，共95页。海德鲁的称HAL250/275电解技术为“峡谷技术”海德鲁的 HAL250/275电解槽技术被成为“峡谷技术”，因为铝电解系列是建设在挪威西部的峡谷地区，而该地区对环保要求十分苛刻。 它是世界上最环保和友好的槽型，从HAL250/275电解槽排放的污染物与世界上使用的任何铝电解技术比

26、较，可能是最低的。采用自主开发的双抽气系统。该系统即便是在电解槽打开槽罩和更换阳极的条件下均能使排放物达到最小值。抽气系统分为两个分支系统，每个抽气系统管理12台电解槽。第一个抽气分支系统，即正常抽气系统，它属于基本抽烟系统，它包括非人工操作条件下，12台槽子中有一台电解槽打开槽罩的最大抽气量，设计的抽气量是5000Nm3/h，同时，保持的压力差0.5毫米水拄；而第二个抽气分支系统，是按照12台电解槽中有1台槽打开3个槽罩的条件下设计的，它的烟管的抽气率到15000 Nm3/h，压力差0.5毫米水拄。 双抽气系统在最佳的能量利用的条件下，集气效率可以达到99.5%。硫从废气中除掉，氟则再循环利

27、用。 第37页，共95页。第38页，共95页。海德鲁的400KA槽第39页，共95页。海德鲁有关高电流密度和极距认识Hydro在2008年TMS会议上报告:历史的经验和对电解过程的新认识以及许多新的发明与创造,使今天有可能将过去认为阳极电流密度最多可以达到0.8-09A/cm2，而现在可以在1.0A/cm2条件下获得电流效率96%和电耗小于13000kwh/t的成绩.这是一个重新认识的结果.高电流密度的应验指出;阳极质量非常重要,因为绝不能过多的积累炭渣和阳极不能长包.基础研究的这样性表现在:对在高电流密度条件下电解质的质量传质和降低极距的问题必须搞清楚;还包括侧部槽帮的动力学和氧化铝在电解质

28、中的均匀分布问题.要研究石墨质和石墨化炭块的化学/机械磨损问题,因为高电流密度的阴极必须采用高阳极电流密度必然要采用高导电率的阴极材料.要重新考虑内衬设计以保证热平衡发生变化的调整,同时也要研究新的计算机控制技术.第40页，共95页。HAL 4e (420KA) 槽电压 和电流密度07月/2008效率95%08月/2008效率95%09月/2008效率95%槽电压4.088V4.121V4.098V直流电耗12.83kwh/kg12.93kwh/kg12.86kwh/kg效应系数0.07次/槽/天0.027次/槽/天0.020次/槽/天2008年5月在Ardal研究中心投产的6台HAL-4e

29、400KA槽，实际电流达到420KA，阳极电流密度没有公布，推算0.92Acm2。2010年新报导近期电流将升到450KA，电流密度上升到0.98Acm2 。第41页，共95页。从图看出：HAL300KA槽，稳定的极距在4.5cm左右，但HAL400KA与HAL-300同样的稳定性是3.5cm，从稳定性图示看：400KA槽比KAL300KA槽躁声更小。从保持的槽电压可以看出，很难解释第42页，共95页。海德鲁对铝中含Na的结果与迪拜相反海德鲁研究表明在氧化铝加入电解质时，由于加料点附近电解质温度的降低（见后面图），在铝/电解质界面上浮着一些冰晶石-氧化铝的共晶体的混合物。在此产生：Al+3Na

30、F+AlF3+3Na在磁场控制较好，铝液流速较低和过热度保持比较低的电解槽中，铝中含Na较高，电流效率也高；但是海德鲁也承认在纵向配置的电解槽上，由于磁场的效果不如横向配置，因此，电解质搅动较大，冰晶石-氧化铝的共晶体的混合物迅速融化，Na的沉积就减少了，所以也反映出电流效率较高。第43页，共95页。由于阳极设定的技术问题和氧化铝浓度不均匀的问题,每个阳极的极距是不均等的.第44页，共95页。第45页，共95页。影响ACD(极距)不均匀的因素海德鲁对这个问题进行了研究，除了没有公布阳极更换方法之外，对有些影响的因素介绍如下：众所周知，随着ACD降低到某一个极限值时，电流效率酒会急剧降低。根据R

31、olseth等人的测量极距的结果显示：极限极距在2-3cm，作者认为这个极限值随着带槽阳极的引入和最佳磁场的设计，可能还会低一些。因此，相信高电流密度的电解槽必然有一些阳极下面的ACD低于极限值，事实告诉我们高电流密度的电解槽对调整低极距是有利的。下图告诉我们不均匀的ACD其电流效率很低。因此，设计上改进铝液水平的平整度和操作上改进氧化铝的均匀分布，减少氧化铝浓度的偏差以及过热度变化较小，电解质水平平稳。都对均化ACD有利，见图。为此，Hydro开发了”自适应流动分布氧化铝“加料策略。见图。第46页，共95页。第47页，共95页。第48页，共95页。彼施涅 AP3X 和 AP50第49页，共9

32、5页。彼施涅AP30技术20余年来的进步AP30从1990年300KA提高到2008年的390KA。提高电流和生产率的幅度高达30%。劳动生产率也提高37%。 第50页，共95页。第51页，共95页。第52页，共95页。Datum of AP 30 . From 11.2005 to 01,2006 (bhpbilliton 2006 March 29网上发表)同一种槽型在不同的国家和不同的铝厂就有极大的差别有的槽在340KA条件下可以取得4.1V电压,但有的320KA槽电压却4.22V.而且后者也没有因为阳极电流密度低和极距比前者高而电流效率有所提高?Hill-1Hill-2Hill-3Mo

33、z-1Moz-2ABCDEFGHIKA351.6349.9352.1349.3351.7338.3340.3344.2342.2319.3341.8352.9332.8335.0Kwh/t1305813096131111342513394129541277013157133741328313287133761298012919CE95.7295.5195.4195.2194.4694.595.194.3194.2594.8394.9094.5296.296.2Kg / t27102691270526782675257526062614259724382612268625782596电压.4.1

34、944.1874.1974.2894.2454.1074.0754.1634.2294.2264.2254.2424.194.17阳极410415398423415408403-411409421406418408Fe (pmm)8948287877606947839721023105813759631152864675Haupin 说：对于全球而言，同一种槽型，在不同地点和不同铝厂，甚至于在一个铝厂的不同系列或工段获得不同效果的情况是司空见惯。第53页，共95页。AP39电解槽的开发 在法国圣让铝厂G-系列的强化区共有8台试验槽，其中有6台是AP39电解槽，并分为两个阶段每次启动3台AP39

35、见下表。到2009年6月平均槽寿命已经达到16个月。表 AP39电解槽启动日期AP39槽编号启 动 日 期内 衬 寿 命(月)12345630/05/200716/04/200719/10/200811/02/200718/03/200920/03/2009262892644第54页，共95页。槽电压AP39电解槽在启动和稳定生产以后，把槽电压逐步压低，在2009年6月达到原订4.18V的目标，见图。有4台电解槽进行了压低槽电压的试验，已经压低了约170mV，折合电力约540kwh/t Al。电压的目标是4.02V，见图。 第55页，共95页。阳极效应系数：虽然遇到氧化铝质量的变化(见图中黑三

36、角),但有两台电解槽达到0.05次/天/槽的指标，而且小于一般的AP30。稳定性：稳定性的程度见图，整个这个统计是从2008年11月开始的。从2009年3月份开始平均的稳定性均在控制的范围之内，当最后两台电解槽在2008年12份启动的时候，它们还执行一项新的电解质温度和优化氧化铝加料的程序。即使是在继续不断压低ACD、多种氧化铝质量的变化和多次电流的波动的情况下，稳定性指标仍能保持在70nano-Ohms的水平。AP39在387KA条件下的稳定性水平优于AP30在325KA条件下运行的指标。第56页，共95页。第57页，共95页。电流效率和直流电耗： 从2009年1月，当采用了优化的下料参数和

37、改变了热平衡制度之后，AP39的电流效率一直稳定的保持在目标值94.5%以上，而且优于AP30。 直流电耗在目标值13,400kwh/t 以下。从2009年一月份以后，AP39的日生产量向着3000kg/天/槽的目标迈进，以实现AP3X能够达到日产3000kg的指标。对AP39的测量：只看两个最有代表性的性能就可以看出电解槽运行是稳定的。首先看阴极棒电流分布的平衡状态，A侧与B侧基本接近，相差越2%（51%比49%），见图左。 测量的槽帮也是比较规整的，见图右。这当然与采用（FCN）强力冷却装置有关。第58页，共95页。第59页，共95页。第60页，共95页。AP39开发的结论 基于17个系列

38、超过4500台AP30的经验，有效的设计和试验了一种新的AP-39电解槽。 这种新的AP-39电解槽具有升级的母线和阳极组件设计并具有新的阴极设计概念，以及FECRI上部结构和槽壳形式。这种新型的电解槽有可能达到日产3000kg铝的水平，而且是在具有良好环境条件下进行生产的：低的能量消耗，低的阳极效应系数以及低的氟化物排放。 这种新电解槽在法国圣让马利铝厂经过3年在工业化条件下运行的试验，现在既可以用于17个系列的改造也可以用于新建铝厂，而且这种电解槽已经具备达到400KA的电流。 积成了AP技术的全部经验在新建铝厂中应用，将会降低投资费用和生产成本。第61页，共95页。第62页，共95页。5

39、00KA或大电流电解槽阴极棒电流分布和流场，阴极棒电流分布的均匀性已经成为电解槽磁场动态和流场变化的主要因素(阴极炭块与阳极炭块数量均为48块,阴阳极上下对应,所以阴极棒96根,即每侧48根。第63页，共95页。PECHNEY在开发400-500KA大型槽时特别强调：（1）磁场（2）MHD稳定性（3）热场，主要使槽壳温度（4）阴极棒电流分布的均匀性（5）流场或熔体的流速（6）AEDAP-3XAP-3XAP-3X第64页，共95页。AP50与AP30比较第65页，共95页。AP50与AP30比较第66页，共95页。AP50与AP30比较AP50B的流速比AP50低10%第67页，共95页。加拿大

40、Jonquiere AP-50试验厂的建设目前在建的试验厂规模为60,000吨/年,采用AP-50B型44台电解槽2009年TMS会议上公布了整流所土建工程建设照片2008年5月力拓-加铝对进一步扩大AP-50电解工程编制可行性研究，使试验工厂规模达到140,000吨/年计划投资20-25亿美圆，建设一个年产40万吨的大型AP-50工业化项目。第68页，共95页。AP50B的试验指标电流强度KA530电流效率%95.5直流电耗Kwh/t Al13600阳极效应系数AE/cell/day0.03不稳定性水平n欧姆20第69页，共95页。 几个典型高电流密度槽型的运行指标单位ALMADuokerq

41、SAZ迪拜SLOVAL迪拜BOYNEPortland槽型电流强度阳极数阳极尺寸电流密度电流效率平均电压直流电耗效应系数电解温度AlF过剩阴极材料阴极压降ACD-KA组,个cmA/cm2%VKwh/t次%-MvcmAP37367.320(40)155660.8895.94.2813490-96011.8石墨化-4AP36360.1同前153650.8594.84.2413320-96412.2石墨化-4RA30031032-0.8893.54.35137920.05-D20250-260-0.99954.505140200.03962.111.8石墨化2543.8HAL2302583015171

42、0.8944.13132000.05-石墨化280-290-DX3653615867.0.9495.-964.1512920-11石墨化-B32271-2750.8996.54.2313080-石墨化-A-817322944.37513860-12石墨化-资料来源M.L2008同前同前ML2005ML2008ML2010ML2006AMEM.L=Light Metals第70页，共95页。结论：西方铝电解技术快速发展挑战 西方三个竞争者:超大型、低极距、高电流强度和低电耗力托-加铝-Pechiney：300KA400KA500KA。 阳极电流密度：0.98A/cm2，槽电压趋势：4.02V，

43、电流效率95-96%，直流电耗：1300012800kwh海德鲁（Hydro）300KA420KA，阳极电流密度： 0.99A/cm2，槽电压：4.08V，电流效率94-95%， 直流电耗： 1300012800kwh迪拜（Dubai）：DX型：350370KA。阳极电流密度： 0.99A/cm2，电流效率95-96%，槽电压：4.15V，直流电耗： 13000kwh。 这三个公司的技术在中东推广，其特点：与我国的电解槽相比，其单位面积的产能比我们高20-30%，所以我国出口技术面临着电解槽造价比人家高20-30%的局面。第71页，共95页。我国铝电解槽的节能我国铝电解槽的节能效果是国际领先的

44、，直流电耗达到12500kwh/t的目标可以实现，向12000kwh/t靠近还需要努力。目前国内进行的各种阴极结构的电解槽表明对降低ACD或电压均是有效的，但是，那一种形式对槽寿命有利和节能效果最显著，应用时间较短，目前似乎还没有结论。不同电流和结构的电解槽，其最佳的电解槽热平衡和工艺条件尚需要下功夫进行科学测定与评价。我的疑问？我国0.73A/cm2的电流密度,电解槽的 ”到位电压”是多少?3.95V，3.90V ，3.85V？是什么原因影响ACD或槽电压不能下降，磁场设计不好？工艺条件没有摆好？0.73-0.78A/cm2的电流密度，槽电压4.15-4.20V与0.95 A/cm2的电流密

45、度4.15V比较怎么也 解释不通？第72页，共95页。异型阴极国外专利第73页，共95页。郑州龙祥的160KA强化到180KA槽电压3.83V 134台普通槽（没有采用异型阴极）从 2009年7月开始试验，赶紧经9个月试验效果：由原来的4.15V降低到3.83-3.88V(两种母线配置)电流从原来的160KA上升到180KA，产能提高12.5%效应系数：0.02次/槽/天电流效率:从原来的92.5%提高到93.5%直流电耗:由原来的13600降低到12400kwh/t氧化铝浓度控制在1.8-2.5%,过热度控制在8-12第74页，共95页。基本条件原设计为134台154KA槽，22个阳极，阳极

46、尺寸：1450660，阳极电流密度为0.73A/cm2有54台槽立母线由两端进电，另76台为大面4点进电实测垂直磁场平均值：-34.02Gs33.3Gs电流强化到180KA时，阳极改为1550660，阳极电流密度为0.826A/cm2电流升高后母线压降增加50-60mV，阴极压降平均376mV，两者合计增加约120-140mv，而试验达到的电压3.83-3.88V均含有此不利因素实测槽电压:3.843V电解质分子比为2.5(原来2.34)，LiF含量2.38-2.68%，电解质温度928，铝液温度910 ，电解质水平19-21cm（原来22.6），铝液高度24-26cm（原来17.7)第75页

47、，共95页。龙祥电解槽控制的手段仍然通常个主要参数能量的准平衡质量或物料的准平衡噪声的准平衡这里用“准平衡”的意思是说明它们的变化是在一个非常“窄”的范围内变化的只有这三者能建立在“准平衡”的基础上，过热度才能基本稳定，槽帮的厚度也就能够准稳定保持稳定的条件：电压、分子比和噪声，第76页，共95页。日本三菱坂出铝厂电解质成分：LiF-1.5%,过剩AlF3-6%;半石墨化阴极炭块和圆型阴极棒; 阳极使用为沥青焦；电流：132KA；电流效率91.3%；槽电压：3.74V； DC:12.2kwh/kg。132KA原槽壳不变，采用沥青焦为基础的半石墨化阴极和圆形大阴极棒，炉底压降预计降低0.2V,实

48、际降低到0.21V. 设计新型槽原有改进电流（KA）150150132阳极电流密度0.80A/cm20.800.70槽电压（V）3.85-3.903.903.74电流效率（%）91-939291.3DC*kwh/kg）12.3-12.812.612.2第77页，共95页。降低成本与低极距、低电压、高电流密度和高电流效率问题的讨论第78页，共95页。几个典型铝厂平均现金生产成本(USD / 吨)加拿大AP30澳大利亚A-817澳大利亚AP18迪拜D20挪威HAL-250美国Tennesse-225氧化铝电 力阳 极劳动力其 他634(45.9%)336(24.3%)159(11.5%)127(

49、9.3%)125( 9.0%)478(38.7%)379(30.7%)159(12.8%)101( 8.2%)119( 9.6%)483(39.2%)356(28.9%)161(13.1%)118( 9.6%)114( 9.2%)586(52.5%)217(19.8%)156(14.3%)64( 5.8%)94( 8.6%)592(44.6%)373(28.2%)157(11.8%)97( 7.3%)107( 8.1%)552(38.1%)460(31.8%)169(11.7%)148(10.2%)119( 8.2%)138112361232109713261448西方国家跨国公司对于新建铝厂

50、的最重要的条件之一就是电价要便宜，除此之外降低现金成本的重点就放在劳动力和车间管理费方面。另一个最重要的途径就是降低还贷成本（看彼施涅自白）第79页，共95页。第80页，共95页。中国电解铝成本的竞争力问题2009年某厂上半年原铝成本金额(元/吨)比例%氧化铝3738.9634.11氟化盐98.550.90阳极1070.039.76电力4747.4043.31工资及附加206.891.89制造费用482.304.40企业管理费用617.025.63合计10961.16100%而我国突出的问题当然是电费，因为经过最近几年市场发展的情况来看，原材料的价格基本上随铝价的变化而变化，从长期看铝价与成本

51、之间差额不会太大，因此降低其他费用对降低铝锭成本方面也应于考虑。第81页，共95页。讨论-1上面三个大型电解槽的事例说明: 大幅度的提高电流密度对于降低成本是最为有效的 当然提高电流效率也将降低成本或获得利润西方国家看重这两点，用前表田纳西铝厂数据为例，其现金成本为1448美圆/吨。假设某厂年产原铝20万吨，原有阳极电流密度0.73A/cm2，现提高30%达0.95A/cm2，此时，原料费用不变（设电耗不变，前3例都是强化后降低了电耗），工厂产量增加到26万吨，每吨铝成本中的劳动力和其他费用分别由原来的148和119美元降低到114和92美元，现金成本由原来的1448美元降低到1386美元，年

52、增加利润1600万美元。 同理，提高电流效率也将同样相应降低这两种成本。 计算例还没有包括建设费用的还贷。西方国家则更重视此点第82页，共95页。讨论-22。 上面三个大型电解槽的事例说明: 大幅度的提高电流密度必须与降低极距ACD相结合，1cmACD相当于300-350mV 大幅度的提高电流密度必须改造阳极和阴极质量与结构 大幅度的提高电流密度必须有最佳的母线电流密度和配置 大幅度的提高电流密度必须有“窄窗口”的控制技术 除彼施涅使用槽壳强制冷却手段外，其他两个公司均没有提到采用这种装置，只是在槽壳上增加了散热板，说明1cm或更多一些的ACD加上其他上述集中措施，就可以为提高电流提供足够的空

53、间。第83页，共95页。讨论-33。 我国新型阴极槽和龙祥普通槽降低极距或电压的事实说明:小电流的电解槽其单位容量的散热面积大电流的，也就是小槽单位面积的散热量大电流槽单位面积散热量越小的电解槽，过热度t变化对槽帮厚度的影响越小采取保温或强制冷却对单位面积散热量（q）的影响过热度t变化对q的影响，因此，必须认识到在给定的槽上侧壁的散热是依赖槽帮厚度的（h），而h又取决过热度t的降低ACD实际就是降低内热，电解槽保温，除减少烟气或结壳跑掉的热量外，只有加强侧部保温，此时槽帮厚度增加，过热度减小，还带来氧化铝的溶解度降低，电解质萎缩，炭渣分离困难，沉淀增加，电流效率降低等问题，而且这些措施最多只能

54、补偿1cmACD的1/3或1/2。 单纯依赖降低ACD，必然表现着内热不足，单纯依靠强制保温是不可能补偿内热不足的，只能依靠提高电流密度才能提高过热度。 第84页，共95页。第85页，共95页。电解槽强化电流和现代化的经验电解槽热平衡方程式 QI（V1.6490.48R体外）， (1) 式中：Q 为热损失，I为电流，V为槽电压，为电流效率，Rext为体系外电阻。将（1）式除以I，则（1）式可写为 q热损= V1.6490.48V体外 (2) 式中a热损热损失系数，V体外=母线电压降 这个公式说明在给定的电流效率和V体外之外，电解槽的单位安培的q热损只与槽电压成正比，但是q热损与前面提到的电单位

55、散热面的积散热量是两回事。 电解槽强化电流或提高电流密度，如果引起电解槽的欧姆电压相应上升，而侧部结壳又必须要有一定的厚度，彼施涅的做法是采用侧壁强制冷却（通风）；海德鲁和迪拜发是在强化电流的同时降低极距（ACD）这是合算的。但降低ACD的极限是噪声不能增加或电流效率不能有显著的降低（海德鲁一般效率94%），现在彼施涅也发现他们过去没有认识到ACD的作用。第86页，共95页。讨论-44。 操作路线探讨前面三个高电流密度电解槽均表明在某一低极限极距条件下电流效率没有降低，主要的解释就是在最佳磁场补偿和最佳控制技术的条件下，ACD可以降低某一个极限值；还有一种解释就是由于阴极电流密度的大幅度提高，阴极的产铝量增加了，而铝的损失仍然是原