記者 楊瓊 王曉琦
今年8月，全球最大的投入產(chǎn)業(yè)化應用的魏橋創(chuàng)業(yè)集團600kA鋁電解生產(chǎn)線研發(fā)應用的“鋁電解一體化銅炭復合陰極技術開發(fā)及應用”項目通過了專家評審。節(jié)能、降碳、延壽和環(huán)保，被業(yè)內(nèi)譽為目前全球鋁電解領域一項全新的迭代技術橫空出世。
近日，該核心技術成果納入山東省重大科技成果庫，入選“山東好成果”，作為具有重大突破性成果在全省推介。
據(jù)悉，魏橋創(chuàng)業(yè)集團自2014年投運全球首條600kA電解系列生產(chǎn)線以來，不斷與合作單位一道進行新工藝、新技術的創(chuàng)新嘗試，實現(xiàn)了一定突破，在降碳、減排、節(jié)能、提效等領域成效顯著，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益，對助力國家“雙碳”目標實現(xiàn)，促進行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮著積極作用。
鋁電解一體化銅炭復合陰極技術究竟有多強？
山東宏拓實業(yè)有限公司鋁業(yè)公司第一分公司總經(jīng)理王昌介紹，項目成果在魏橋創(chuàng)業(yè)集團生產(chǎn)線應用以來，年節(jié)電1.00×108kWh，節(jié)約標準煤4.0萬噸，減排二氧化碳10.0萬噸，減少固廢1300噸，每年可實現(xiàn)節(jié)電效益5012萬元，增產(chǎn)效益5315萬元，延壽效益2279萬元，其他效益713萬元，年經(jīng)濟效益合計13319萬元，經(jīng)濟和社會效益顯著，項目整體技術達到國際領先水平。
記者了解到，該項目首創(chuàng)采用全銅導電棒，與陰極炭塊采用冷態(tài)精密裝配方式，開發(fā)了防滲碳和抗腐蝕一體化銅炭復合陰極，降低了導電棒和鋁液之間的電阻差，均化了鋁液電流分布，降低了水平電流，提高了磁流體穩(wěn)定性，實現(xiàn)了大容量鋁電解槽在更低電壓下穩(wěn)定運行；開發(fā)了一體化銅炭復合陰極電流分布均化技術，降低了陰極電流密度集中度，減緩了電化學腐蝕速率，具備大幅延長電解槽壽命的條件；針對一體化銅炭復合陰極，建立了對內(nèi)襯保溫材料升級及熱平衡匹配優(yōu)化設計方法，實現(xiàn)了“低熱損、慢衰減”和良好的熱平衡狀態(tài)；建立了與銅炭復合陰極技術特點相適宜的標準化生產(chǎn)工藝技術標準。技術創(chuàng)新程度高。
從技術經(jīng)濟指標看，該技術實現(xiàn)了陰極電壓降150mV，鋁液水平電流同比降低70%，槽工作電壓3.86V-3.89V，平均電流效率94.2%，鋁液直流電耗12242kWh/t-Al。技術經(jīng)濟指標先進。
項目采用數(shù)值模擬方法研究揭示了陰極及導電棒應力應變、界面穩(wěn)定和低電壓能量平衡等機理，開發(fā)了一體化銅炭復合陰極技術，降低了界面接觸壓降，提高了陰極導電性能，均化了鋁液電流分布，大幅降低了水平電流，解決了超大容量鋁電解槽磁流體穩(wěn)定空間小、槽壽命短，以及低電壓熱平衡匹配等一系列技術難題。技術難度大，復雜程度高。
項目自2016年7月陸續(xù)應用于鄒平匯盛、鄒平宏正、云南宏泰和云南宏合400kA和600kA生產(chǎn)線，截至2023年7月底累計應用104臺。電解槽長期運行平穩(wěn)、高效，技術重現(xiàn)性好，成熟度高。
據(jù)悉，鋁電解一體化銅炭復合陰極技術由山東魏橋創(chuàng)業(yè)集團所屬山東宏拓實業(yè)有限公司、東北大學設計研究院（有限公司）、德國TOKAI COBEX GmbH公司、中國有色金屬建設股份有限公司聯(lián)合研發(fā)。項目緊緊圍繞國家“雙碳”目標和高能耗產(chǎn)業(yè)政策的要求，最早于2016年開始在魏橋創(chuàng)業(yè)集團進入試驗階段，從最初的兩臺電解槽到10臺電解槽，逐步擴大到現(xiàn)在的100多臺電解槽，花費了7年時間�！爸院臅r7年，目的是拉長時間周期，以驗證技術的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。通過分析魏橋集團內(nèi)部400kA和600kA槽型的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，600kA槽型上取得了最好的節(jié)能效果。目前該技術已經(jīng)非常成熟，在行業(yè)里面有很強的示范作用。在節(jié)能降碳的大背景下，其市場前景廣闊�！蓖醪f。
從產(chǎn)量優(yōu)勢轉換成技術優(yōu)勢，進而形成市場優(yōu)勢，成為行業(yè)主導，魏橋創(chuàng)業(yè)集團不斷修煉內(nèi)功：從最初的粗放型高排放，到清潔能源占比超過1/3，噸鋁能耗和排放全球最低，提高鋁電解核心技術的國際競爭力，在行業(yè)賽道遙遙領先。
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