1、世界铝电解技术发展的趋势世界铝电解技术发展的趋势挖潜降本挖潜降本 谋求生存谋求生存节能减排节能减排 稳定发展稳定发展中中 铝铝 国国 际际 贵贵 阳阳 铝铝 镁镁 设设 计计 研研 究究 院院姚姚 世世 焕焕第1页，共95页。内容内容 国外近期新建铝厂概况国外近期新建铝厂概况 铝电解技术先进性的标志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世界具有代表性的三种铝电解技术（迪拜（迪拜DX-370，海德鲁，海德鲁HAL275和和HAL-4e（400KA），），力拓力拓-加铝加铝AP3X（390KA）和）和AP50（500KA）我国铝电解槽的节能我国铝电解槽的节能 降低成本与低极距、低电
2、压、高电流密度降低成本与低极距、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原铝需求将达到原铝需求将达到7000万吨万吨第4页，共95页。图中显示，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
3、度增加。第5页，共95页。为什么再生铝的需求兴旺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，从煤炭开采开采发电发电输电输电铝土矿开采铝土矿开采氧化铝生产氧化铝生产阳极制阳极制造造电解铝生产直到铝加工材为止，所需要的能源大约是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(相当于相当于60500kwh/t)，而铝的再生只需要，而铝的再生只需要2.8 kwh/kg(相当于相当于2800kwh/t)，也就是比原铝制造所用，也就是比原铝制造所用能源节省了约能源节省了约95%，因此，废铝回收或再生就越来越，因此，
4、废铝回收或再生就越来越被用户所垂青。被用户所垂青。第6页，共95页。海湾地区已投产和在建新铝厂海湾地区已投产和在建新铝厂（海湾铝工业会议公布）（海湾铝工业会议公布）铝厂名称铝厂名称合资方合资方产能（万吨）产能（万吨）工程进度工程进度Sohar AL（阿曼）（阿曼）力拓力拓-加铝加铝20%20%，阿曼石油，阿曼石油公司公司40%40%，阿布扎比电力和，阿布扎比电力和水资源局水资源局40%40%。35万吨万吨/年年2008年已经投产年已经投产Emal(沙特阿拉沙特阿拉伯经济开放区伯经济开放区)迪拜铝业公司和迪拜铝业公司和Mubadala开发公司开发公司70万吨万吨/年年(一一期工程期工程)2010
5、年投产年投产Qatalum(卡塔尔卡塔尔)海德鲁与卡塔尔石油公司海德鲁与卡塔尔石油公司:各持股各持股50%58.5万吨万吨/年年2009-2010年投产年投产Maaden（Ras Az Zawr,沙特阿沙特阿拉伯）拉伯）沙特阿拉伯矿产公司沙特阿拉伯矿产公司51%，力拓力拓-加铝加铝49%75万吨万吨/年年（包括氧化（包括氧化铝）铝）正在建设，预计正在建设，预计2011年年投产铝厂，投产铝厂，2012投产氧投产氧化铝化铝第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）海湾地区即将投产和扩建、新建项目（海湾铝工业会议公布）铝厂名称铝厂名称合资方合资方产能（万产能（万吨）吨）
6、工程进度工程进度Emal(沙特阿沙特阿拉伯经济开拉伯经济开放区放区)迪拜铝业公司和迪拜铝业公司和Mubadala开发公司开发公司70万吨万吨/年年（2期工程）期工程）正在建设正在建设Emal(沙特阿沙特阿拉伯经济开拉伯经济开放区放区)迪拜铝业公司和迪拜铝业公司和Mubadala开发公司开发公司140万吨万吨/年年(2期工期工程中程中)2008年年1月签署理解月签署理解备忘录。预计备忘录。预计2010年开工。年开工。Jazan（沙特（沙特阿拉伯）阿拉伯）中铝（中铝（Chalco）和马来）和马来西亚西亚Saudi Binladin Group（SBG）72万吨万吨/年年2007年年11月签署理月签
7、署理解备忘录。预计解备忘录。预计2011-2012年投产。年投产。第8页，共95页。印度、俄罗斯、冰岛和马来西亚印度、俄罗斯、冰岛和马来西亚在建和拟建铝厂的项目在建和拟建铝厂的项目铝厂铝厂国家国家/地区地区公司公司新新/扩建扩建t/y合计合计t/y投产期投产期Jharsuguda-1Jharsuguda-2AdityaMahan齐力铝业齐力铝业SalcoBoguchankskIrkutskIsalHelguvikKitinat印度印度/Orissa印度印度/Orissa印度印度印度印度马来西亚马来西亚/Sarawak马来西亚马来西亚俄罗斯俄罗斯俄罗斯俄罗斯冰岛冰岛冰岛冰岛加拿大加拿大Vedan
8、taVedantaHindalcoHindalcoPress Metal BerhadCahay Mata Sarawak BerhadUC RusalUC Rusal力拓力拓-加铝加铝美国世纪铝业公司美国世纪铝业公司力拓力拓-加铝加铝550,0001,250,000260,000360,000115,000550,000600,000750,000扩建扩建280,000150,000扩建扩建150,000550,0001,250,000260,000360,000115,000550,000600,000750,000460,000150,000400,000Q2,20092010-2011
9、Q2,2011Q2,2011Q3,2009Q4,2010Q2,2009 Q2,2009Q2,2010Q4,2010Q2,2010合计合计5,015,0005,445,000第9页，共95页。阿曼阿曼SoharSohar变电整流设计变电整流设计股权股权:SAC 40%by COC.40%by ADWEA,20%by Alcan.:SAC 40%by COC.40%by ADWEA,20%by Alcan.原设计规模原设计规模:325,000:325,000吨吨(可研可研),),安装安装360360台台AP-35AP-35电解槽电解槽,实实际产能际产能360,000360,000吨。吨。1400M
10、W,51400MW,5个燃气发电厂个燃气发电厂 力拓力拓-加铝技术：加铝技术：AP-37AP-37 投资投资:24:24亿美圆亿美圆,Bechter EPCM,Bechter EPCM 总承包总承包 22 22美圆。美圆。ABBABB供应供应5 51650V/103KA,3001650V/103KA,300吨吨/组组,220V.,220V.20072007年年,12,12月月2020日发电日发电,2008,2008年年,5,5月月2626日出铝日出铝,11,11月月1212日全部投产日全部投产完毕完毕.第10页，共95页。卡塔尔卡塔尔 Qatalum Qatalum 变电整流设计变电整流设计
11、公司公司:Qatalum Aluminium Co,LLC.Qatar:Qatalum Aluminium Co,LLC.Qatar 电解电解2 2个系列个系列,共共704704台电解槽台电解槽,每个系列每个系列352 352 台台.计划计划20092009年底年底投产投产.设计规模设计规模:585,000:585,000吨吨.ABBABB设计设计:电解槽电流按电解槽电流按340KA340KA设计设计,直流电压按直流电压按1750V1750V设计设计,但是但是ABBABB实际制造按直流实际制造按直流2000V.2000V.每台每台400400吨重吨重.220V,220V,电缆。电缆。,10 1
12、0 组整流机组组整流机组 85KA,1750V,85KA,1750V,10 of 65 Mvar 33KV PFC babks,10 of 65 Mvar 33KV PFC babks,DC DC 测量测量 400KA ABB 400KA ABB 10 10 组组 162 MVA 162 MVA 整流变压器整流变压器第11页，共95页。铝电解技术先进性的标志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：电解槽大型化：目前评价的基本标准：电流强度在电流强度在300KA以上，有代表性是以上，有代表性是350KA，400KA和和500KA.1.目前世界上最先进的目前世界上最先进的 是力拓加
13、铝是力拓加铝-Pechiney AP3X系列，在全世界系列，在全世界有有450万吨产能采用万吨产能采用AP-350,AP360,AP370和即将上市的和即将上市的AP-400KA和和AP500KA.2.挪威海德鲁公司：挪威海德鲁公司：HAL-300KA和和HAL-420KA，前者在中东卡塔，前者在中东卡塔尔铝厂新建尔铝厂新建585,000吨吨.3.迪拜铝业迪拜铝业:DX370KA,在中东新建一个在中东新建一个700,000吨铝厂，最终规吨铝厂，最终规模模1400,000吨吨高电流密度高电流密度 0.95A/cm2,正向着正向着1A/cm2 发展。我国普遍发展。我国普遍0.73-0.75 A/c
14、m2，有的铝厂正向着，有的铝厂正向着0.83A/cm2 发展。发展。高电流效率：高电流效率：95-96%，我国，我国90-92%达到达到94%的少有。的少有。国外先进直流电耗国外先进直流电耗12800-13000kwh/t,我国新型槽我国新型槽12500kwh/t或小或小于于12500kwh/t.第12页，共95页。世界具有代表性的三种铝电解技术世界具有代表性的三种铝电解技术 后期之秀的迪拜铝业后期之秀的迪拜铝业-DX-370KA 紧跟世界潮流的海德鲁紧跟世界潮流的海德鲁HAL-4e 不甘落后的彼施涅不甘落后的彼施涅AP390和和AP50 第13页，共95页。世界最大的百万吨级世界最大的百万吨
15、级-迪拜铝厂迪拜铝厂第14页，共95页。迪拜铝厂概况迪拜铝厂概况(2009年资料年资料)2008年全年产量年全年产量:945,000吨吨2007年全厂共有年全厂共有1552台预焙电解槽台预焙电解槽+5台台280KA试验槽试验槽2007年各系列年各系列:第第1到第到第4系列：系列：D18槽型，槽型，192.84KA，电流效率，电流效率94.94%第第5到第到第6系列：系列：CD20槽型，槽型，232.21KA，电流效率，电流效率96.08%第第7和第和第9系列：系列：D20槽型，槽型，232.57KA，电流效率，电流效率94.47%第第8系列：系列：XD(350KA)槽型，槽型，350.05KA
16、，电流效率，电流效率96.00%2007年阳极焙烧产量：年阳极焙烧产量：第第1和第和第2焙烧炉：焙烧炉：166600块阳极块阳极/年年 第第3和第和第4焙烧炉：焙烧炉：219000块阳极块阳极/年年 合计合计 385600块阳极块阳极/年年全厂全厂52台套整流变电机组经过多年改造与更新。台套整流变电机组经过多年改造与更新。第15页，共95页。CD20和和D20的改进的改进1991年有年有5台台CD20试验槽，实际电流试验槽，实际电流200KA；1996年工厂进行第年工厂进行第2次扩建：第次扩建：第5系列和第系列和第6系列：系列：第第5系列：系列：240台台 CD20，电流，电流225KA,Da
17、=0.92A/cm2 第第6系列：系列：240台台 CD20，电按，电按230KA,Da=0.94A/cm22003年和年和2005-2006之间工厂进行第之间工厂进行第4次和第次和第5次扩建，采用次扩建，采用CD20的衍生品的衍生品D20新型电解槽：新型电解槽：第第7系列：系列：212台台 D20，2006年增加到年增加到248台台 第第9系列：系列：120台台 D20。2006年增加到年增加到248台。台。2008年；年；CD20的电流强化到的电流强化到233KA，Da=0.95A/cm2 D20的电流强化到的电流强化到246KA,Da=0.99A/cm22007年安装年安装32台超设计的
18、台超设计的D20槽槽,限制的强化电流为限制的强化电流为250KA,但但是目前的电流效率为是目前的电流效率为96%,另人费解的是另人费解的是Da=0.99A/cm2电流密度，极距是多少？电流密度，极距是多少？第16页，共95页。第17页，共95页。第第3和第和第4系列合并，更新整流变电设备系列合并，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和和CD20的特点的特点1个个AlF3料箱料箱2个氧化铝料箱个氧化铝料箱4个点式下料器个点式下料器1个出铝打击头个出铝打击头阳极加长：阳极加长：1515-1535mm，钢爪直径，钢爪直径=170mm，使用带槽阳，使用带槽
19、阳极。极。侧部采用侧部采用SiC砖，见图。砖，见图。阴极石墨化，加长阴极石墨化，加长40mm，见图。，见图。槽壳钢板厚度增加，并增加一根工字梁。槽壳钢板厚度增加，并增加一根工字梁。槽壳增加散热板。槽壳增加散热板。采用自己开放的采用自己开放的DCCU控制器和软件。控制器和软件。氧化铝控制浓度氧化铝控制浓度1.5-3.5%第21页，共95页。提高电流效率的措施：提高电流效率的措施：（1）稳定供电电流是最重要的；）稳定供电电流是最重要的；（2）采用高过剩量的）采用高过剩量的AlF3，严格控制稳定的氟化铝浓度和，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；过热度是提高电流效率的第二大因
20、素；（3）控制氧化铝的浓度是关键）控制氧化铝的浓度是关键 (4)(4)降低极距会显著的改进了能量效率或槽电压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。作情况时会使噪声增加。(5)阴极电流密度对电流效率的影响阴极电流密度对电流效率的影响:在给定设计的电解在给定设计的电解槽上，铝的二次反应是一个常数，因此，在电解槽电解质槽上，铝的二次反应是一个常数，因此，在电
21、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。照下列反应式协同在阴极上沉积的。Al+3NaF（在冰晶石中的（在冰晶石中的NaF）AlF3（在冰晶石中）（在冰晶石中）+3Na（在铝中）（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，降低的。所以在高阴极电流密
22、度和更低的分子比条件下，Na在铝中在铝中含量减少了，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。下表。CD-20电解槽铝中的钠为电解槽铝中的钠为94ppm，D20为为81ppm，所以为什么，所以为什么D-20的电流效率是的电流效率是96%！显然是因为！显然是因为D20不仅阳极电流密度比不仅阳极电流密度比CD-20高，高，而且阴极电流密度也与而且阴极电流密度也与CD-20接近。接近。但是有相反的情况出现，见下述和但是有相反的情况出现，见下述和Hydro的经验。的经验。阴极设计阴极设计阳极电流密度阳极电流密度A/cm2阴极电流密度阴
23、极电流密度A/cm2Al中含中含NaCD-200.950.9394ppmD-201.000.9181ppm第23页，共95页。第24页，共95页。电流效率与电流效率与Na关系关系 迪拜的解释：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，从理论上分析阴极电流密度越高，电流效率越高，而铝中的含而铝中的含Na减少。但是有些铝厂由于磁场补偿较减少。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，铝液中析出较多，铝液中Na含量较高，获得较高的电含量较高，获得较高的电流效率。流效率。但是迪拜的实践是铝液中的但是迪拜
24、的实践是铝液中的Na浓度越低电流效率越高，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论。迪拜恰恰与那种磁场补偿好的电解槽得到相反的结论。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。控制电解质化学成分有关。第25页，共95页。2010年年TMS会议宣布会议宣布D20槽电流为槽电流为260KA2010年年TMS会议上，该公司公布的会议上，该公司公布的D20电解槽实际数据电解槽实际数据:电流为电流为260K
25、A(自称为超强化电解槽自称为超强化电解槽,因为原来因为原来250KA时时,阳极阳极电流密度已经达到电流密度已经达到0.99A/cm2,现在是多少现在是多少?平均电流效率为平均电流效率为95.5%.D20电解槽技术已经在伊朗的电解槽技术已经在伊朗的Babdar Abbas-HORMOZAL工程中应工程中应用，预计用，预计2009年年10月投产。月投产。基于基于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，在模型，在2005年第年第4季度投产了季度投产了5台台DX型电解槽，当时运行的电流型电解槽，当时运行的电流为为340KA第26页，共
26、95页。5 5台台DXDX型电解槽型电解槽 整个母线设计的电流密度比整个母线设计的电流密度比D20电解槽约降低电解槽约降低20%,立母线的截面很大；立母线的截面很大；5台试验槽采用台试验槽采用4根立母线，根立母线，30个带有个带有4个蜘蛛状钢爪的单阳极，而全厂个蜘蛛状钢爪的单阳极，而全厂D18、D20、CD20使用的是直线型使用的是直线型3钢爪单阳极；钢爪单阳极；5台试验槽在试验阶段阳极长度进行了台试验槽在试验阶段阳极长度进行了3次更改，试验开始采用次更改，试验开始采用1500mm，电流为，电流为327.4KA，第第2次改为次改为1560mm，电流上升到，电流上升到333.5KA，第，第3次采
27、用次采用1580mm长阳极长阳极,电流上升到电流上升到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，详细过程见表过程见表在在40台工业生产槽分两栋厂房配置。阳极由台工业生产槽分两栋厂房配置。阳极由30个改为个改为36个单阳极，由蜘蛛状个单阳极，由蜘蛛状4钢爪改为直线型钢爪改为直线型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质时，难度较大，另外便于阳极组装车间
28、统一处理一种规格的阳极组件采用石墨化阴极炭块和采用石墨化阴极炭块和SiC侧块；侧块；单个下料器由工厂常用规格单个下料器由工厂常用规格1.9kg改为改为1.3kg。第27页，共95页。5 5台台DXDX试验槽阳极尺寸变化与指标试验槽阳极尺寸变化与指标第第1阶段阶段第第2阶段阶段第第3阶段阶段1月月28日日20052月月24日日20052月月25日日20062月月09日日200702月月10日日00710月月19日日2007电流强度电流强度KA327.4333.2340.0阳极长度阳极长度mm150015601580AlF3过剩量过剩量%9.510.510.8电流效率电流效率%95.795.596
29、.7直流电耗直流电耗kwh/吨吨138401362013270槽电压槽电压4.454.364.3第28页，共95页。Dubal Dubal 第第 8 8 系列系列 DX-370 KA DX-370 KA 电解槽电解槽 5试验槽采用试验槽采用30个个810宽的阳极，宽的阳极，阳极长度阳极长度1580mm第第8系列系列40台工业槽改为台工业槽改为36个个小阳极小阳极，报导阳极总面积与原报导阳极总面积与原有有30个阳极相同，每侧个阳极相同，每侧18个阳个阳极，测算宽度为极，测算宽度为675mm，电流，电流强度强度370KA时，阳极电流密度时，阳极电流密度为为0.96A/cm2。该设计用于建设阿布扎比
30、该设计用于建设阿布扎比170万吨万吨（Emal）电解铝厂）电解铝厂 第29页，共95页。DX-370 DX-370 电解槽系列指标电解槽系列指标(40(40台台)性能指标性能指标3个阶段个阶段 阳极电流密度达到阳极电流密度达到0.94A/cm2,V=4.15V06/200809/200810/200802/200903/200905/2009电流强度电流强度 KA352.8360.3364.5生产量生产量 kg/day273027762807电流效率电流效率%96.195.795.6直流电耗直流电耗 kwh/t Al130401295012920电解槽槽电压电解槽槽电压 V4.204.164.
31、15金属纯度金属纯度 Al%99.9199.9399.93阳极效应系数阳极效应系数 次次/槽槽/天天0.0370.0200.017总总F排放量排放量 kwh/t Al 0.340.360.22340KA时槽电压为时槽电压为4.3V,而电流升到而电流升到370KA时时,虽然阳极面积增加了虽然阳极面积增加了2%,但但槽电压降低到槽电压降低到4.15V，说明，说明ACD大幅度降低。大幅度降低。第30页，共95页。阿布扎比（阿布扎比（Emal）电解厂房）电解厂房 Emal电解厂房鸟瞰电解厂房鸟瞰阿布扎比（阿布扎比（EmalEmal）工程）工程(1(1期期7070万吨万吨)第31页，共95页。海德鲁铝业
32、公司海德鲁铝业公司300300和和400KA400KA电解槽电解槽和对电解技术的新认识和对电解技术的新认识第32页，共95页。海德鲁的海德鲁的 HAL250/275(300KA)电解槽技术电解槽技术HAL-250/275电解槽原设计指标电解槽原设计指标系列电流系列电流槽电压槽电压直流电耗直流电耗电流效率电流效率阳极净耗阳极净耗阳极毛耗阳极毛耗氟排放量氟排放量效应系数效应系数电流密度电流密度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。电流密度为阳极电流密度。氟
33、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电解槽已经在挪威的Ardal、Sunndal和卡塔尔和卡塔尔Qatalum三个铝三个铝厂安装使用，厂安装使用，最先在最先在Sunndal铝厂使用的铝厂使用的HAL-250KA电解槽，由于技术的不断改进，电流已经电解槽，由于技术的不断改进，电流已经从从252KA上升到上升到275KA，即在不增加任何投资的情况下，产量提高了，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，最近由于技术的提高，Sunndal铝厂的实际电流已经达到铝厂的实际电流已经达到303KA，在强化区实际电流达到，在强化区实际电流达到3
34、13KA已经超过半年。已经超过半年。在在Qatalum安装的安装的704台台HAL-250/275电解槽，按设计产能电解槽，按设计产能585,000吨吨/年计算其设计电流是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高电流强度和高电流密度电解槽的设计与生产注意槽的设计与生产注意4个方面：个方面：MHD稳定性、阴极电流分布、稳定性、阴极电流分布、侧部槽帮的形状和过热度与氧侧部槽帮的形状和过热度与氧化铝浓度的控制。化铝浓度的控制。高电流强度的电解槽，磁场影高电流强度的电解槽，磁场影响相当重要，主要是磁场的垂响相当重要，主要是磁场的垂直分量。设计中特别是相临列直分量。
35、设计中特别是相临列电解槽之间垂直磁场的相互影电解槽之间垂直磁场的相互影响，因为电解槽排烟设计的惯响，因为电解槽排烟设计的惯例，两列电解槽的烟道端均在例，两列电解槽的烟道端均在两栋电解厂房的短侧，因此，两栋电解厂房的短侧，因此，两列电解槽的槽中心距离越大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越有利，需要通过计算和经济比较予以确定。比较予以确定。对于一个对于一个500KA的电解槽而言，的电解槽而言，没有补偿的垂直磁场值，最大没有补偿的垂直磁场值，最大值约为值约为70Gs，4个象限的平均个象限的平均值可达值可达35Gs，经过补偿，分别，经过补偿，分别可以降到可以降到15-20和和4-5
36、Gs。第34页，共95页。海德鲁海德鲁HAL250/275槽壳内部长度为槽壳内部长度为12010mm HAL250/275槽壳内部宽度为槽壳内部宽度为4080mm 列间距离只有列间距离只有30米的母线配置米的母线配置 第35页，共95页。230KA230KA槽壳不变槽壳不变250KA250KA275KA275KA313KA313KA（Sunndal）HAL250/275电解槽技术是在电解槽技术是在HAL-220、HAL-230（委内瑞拉）和斯（委内瑞拉）和斯洛伐克洛伐克HAL230/250的基础上衍生的。的基础上衍生的。1995年在斯洛伐克建设了年在斯洛伐克建设了172台台HAL-230，扩建
37、中于，扩建中于2001年新增年新增54台台HAL-250电解槽。电解槽。30个单阳极，阳极尺寸由个单阳极，阳极尺寸由HAL-230的的1410700mm改为改为1510710mm，实际电流达到，实际电流达到258KA，电流密度，电流密度0.80A/cm2，3爪变爪变4爪。爪。采用石墨化阴极和采用石墨化阴极和SiC侧块，槽壳尺寸和侧块，槽壳尺寸和HAL-230一样，并减轻了一样，并减轻了5吨。电吨。电流效率流效率94%，槽电压，槽电压4.13V，直流电耗，直流电耗13200kwh/t，效应系数，效应系数0.05，阴极压，阴极压降降280-290mV（石墨化阴极）。（石墨化阴极）。HAL-250又
38、继续强化到又继续强化到275KA，后来又强化到，后来又强化到300KA为为320KA奠奠定了基础。这也是一个很有意思的发展，即定了基础。这也是一个很有意思的发展，即30个个700-710mm宽阳宽阳极的模式一直可以从极的模式一直可以从230KA发展到发展到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加长加长到到1550mm，阳极电流密度提高了不到，阳极电流密度提高了不到10%，电流就提高了，电流就提高了37-39%，使，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？企业增加了产能和降低成本，难道这
39、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”海德鲁的海德鲁的 HAL250/275电解槽技术被成为电解槽技术被成为“峡谷技术峡谷技术”，因为铝电解系，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。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电解槽排放的污染物与世界上使用的任何铝电解技术比较，可能是最低的。使用的任何铝电解技术比较，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
40、开槽罩和更换阳极的条件下均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。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，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，保持的压力差同时，保持的压力差 0.5毫米水拄
41、；而第二个抽气分支系统，是按照毫米水拄；而第二个抽气分支系统，是按照12台电台电解槽中有解槽中有1台槽打开台槽打开3个槽罩的条件下设计的，它的烟管的抽气率到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，压力差 0.5毫米水拄。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。硫从废气中除掉，氟则再循环利用。除掉，氟则再循环利用。第37页，共95页。第38页，共95页。海德鲁的海德鲁的400KA槽槽第39页，共95页。海德鲁有关高电流密度和极距认识海德鲁有关高电流密度和极距认识Hyd
42、ro在在2008年年TMS会议上报告会议上报告: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,使今天有可能将使今天有可能将过去认为阳极电流密度最多可以达到过去认为阳极电流密度最多可以达到0.8-09A/cm2，而现在可以在而现在可以在1.0A/cm2条件下获得电流效率条件下获得电流效率96%和电耗小于和电耗小于13000kwh/t的成绩的成绩.这是一个这是一个重新认识的结果重新认识的结果.高电流密度的应验指出高电流密度的应验指出;阳极质量非常重要阳极质量非常重要,因为绝不能过多的积累炭渣和因为绝不能过多的积累炭渣和阳极不能长包阳极不能
43、长包.基础研究的这样性表现在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中的均匀还包括侧部槽帮的动力学和氧化铝在电解质中的均匀分布问题分布问题.要研究石墨质和石墨化炭块的化学要研究石墨质和石墨化炭块的化学/机械磨损问题机械磨损问题,因为高电流密度的阴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要重新考虑内衬设计以保证热平衡发生变化
44、的调整,同时也要研究新的计同时也要研究新的计算机控制技术算机控制技术.第40页，共95页。HAL HAL 4e(420KA)4e(420KA)槽电压槽电压 和电流密度和电流密度07月月/2008效率效率95%08月月/2008效效率率95%09月月/2008效率效率95%槽电压槽电压4.088V4.121V4.098V直流电耗直流电耗12.83kwh/kg12.93kwh/kg12.86kwh/kg效应系数效应系数0.07次次/槽槽/天天0.027次次/槽槽/天天 0.020次次/槽槽/天天2008年年5月在月在Ardal研究中心投产的研究中心投产的6台台HAL-4e 400KA槽，槽，实际电
45、流达到实际电流达到420KA，阳极电流密度没有公布，推算，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年新报导近期电流将升到450KA，电流密度上升到电流密度上升到0.98Acm2。第41页，共95页。从图看出：从图看出：HAL300KA槽，稳定的极距在槽，稳定的极距在4.5cm左右，但左右，但HAL400KA与与HAL-300同样的稳定性是同样的稳定性是3.5cm，从稳定性图示看：，从稳定性图示看：400KA槽比槽比KAL300KA槽躁声更小。从保持的槽电压可以看出，槽躁声更小。从保持的槽电压可以看出，很难解释很难解释第42页，共95页。海德鲁对铝中含海德鲁对铝
46、中含Na的结果与迪拜相反的结果与迪拜相反 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），在铝解质温度的降低（见后面图），在铝/电解质界面上浮着一电解质界面上浮着一些冰晶石些冰晶石-氧化铝的共晶体的混合物。在此产生：氧化铝的共晶体的混合物。在此产生：Al+3NaF+AlF3+3Na 在磁场控制较好，铝液流速较低和过热度保持比较低在磁场控制较好，铝液流速较低和过热度保持比较低的电解槽中，铝中含的电解槽中，铝中含Na较高，电流效率也高；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，由于磁场的效但是海德鲁
47、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，冰晶石果不如横向配置，因此，电解质搅动较大，冰晶石-氧化氧化铝的共晶体的混合物迅速融化，铝的共晶体的混合物迅速融化，Na的沉积就减少了，所的沉积就减少了，所以也反映出电流效率较高。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由于阳极设定的技术问题和氧化铝浓度不均匀的问题的问题,每个阳极的极距是不均等的每个阳极的极距是不均等的.第44页，共95页。第45页，共95页。影响影响ACD(极距极距)不均匀的因素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，海德鲁
48、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：对有些影响的因素介绍如下：众所周知，随着众所周知，随着ACD降低到某一个极限值时，电流效率酒会急剧降低。降低到某一个极限值时，电流效率酒会急剧降低。根据根据Rolseth等人的测量极距的结果显示：极限极距在等人的测量极距的结果显示：极限极距在2-3cm，作者认，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低于低于极限值，事实告诉
49、我们高电流密度的电解槽对调整低极距是有利的。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。都对均化热度变化较小，电解质水平平稳。都对均化ACD有利，有利，见图见图。为此，为此，Hydro开发了开发了”自适应流动分布氧化铝自适应流动分布氧化铝“加料策略。加料策略。见图见图。第46页，共95页。第47页，
50、共95页。第48页，共95页。彼施涅 AP3X 和 AP50第49页，共95页。彼施涅彼施涅AP30技术技术20余年来的进步余年来的进步AP30从从1990年年300KA提高到提高到2008年的年的390KA。提高电流和生产率。提高电流和生产率的幅度高达的幅度高达30%。劳动生产率也提高。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同一种槽型在不同的国家和不同的铝
