我国铝电解技术40年发展回顾(七)

2021年02月22日 9:35 1789次浏览 来源:   分类: 铝资讯   作者:

导读: 经过3年多的研究、试验和仿真计算,攻关项目组终于完成了280kA试验槽的全部设计方案

280kA试验终获成功
经过3年多的研究、试验和仿真计算,攻关项目组终于完成了280kA试验槽的全部设计方案,试验即将转入实质性的实施阶段。
方案会审——规模空前。1991年1月19日~23日,试验项目开工准备工作正紧锣密鼓地进行。为确保项目建设方案的科学合理性和万无一失,有色总公司科技局在北京平谷县亚运村水上运动中心宾馆召开了一次全国各大铝企业、大学、科研院所等35名专家参加的设计方案论证会,专家成员有中南工业大学、北京大学、贵阳院、沈阳院、轻研院等科研院所的专家和来自贵州、抚顺、青海、包头、兰州、连城等各大铝厂的著名专家,这些专家有理论研究工作的学者教授,也有电解工艺的老专家,还有从事电解铝设备、筑炉等一线工作的专家(如贵州铝厂的于宗耀、青海铝徐忠良教授等),项目组成员有34人参加了会议。
会议决定由7位德高望重的280kA试验项目“常设专家组”成员组成“核心专家组”,在听取大专家组意见的基础上,形成最终决议,足见有关部门对于此次会议的高度重视。说到底主管单位的领导还是对试验项目的成功心里没有底,所以邀请了全国的专家们把把脉。笔者作为3场仿真和电解槽设计方案的主要汇报人之一,对这次会议的印象非常之深刻,令人难忘。钮因键局长作为项目的总协调和主管领导,自始至终倾注了大量的心血,不辞劳苦,几乎亲自组织、参加了每一次的讨论会。中国工程院院士邱竹贤说:“多年来我们在铝电解电化学领域研究取得了很多的成果,但在物理场研究方面很薄弱,这是现代工业电解槽的核心,贵阳院在这方面的研究开发走在了前边,能够设计出这样的大槽子让我感到很欣慰,第一步总是要迈出去。”
高度肯定——谨慎建议。基于当时技术发展历史背景和专家们的经验,专家们一方面对280kA试验充满期待,又对这些年我们在160kA电解槽生产方面的一些问题心有余悸,会议经过了热烈(近乎激烈)地讨论,最后经过核心专家组的研究,做出了以下几点结论:
① 对项目组在现有条件下所做的试验槽、试验车间工艺设计方案,采用的各项技术与当前国际上的发展水平相比是先进的;
② 电解槽三场仿真、槽内衬设计方案、五点进电母线配置方案的计算依据是可靠的,设计的电热特性、电磁特性设计方法和各项指标先进、技术方案可行;
③ 阳极中缝设计200mm,改为250mm(186kA试验槽采用200mm,引进160kA为250mm);
④ 阴极钢棒由通长钢棒改为中间断开方式,中间断开距离为250mm;
⑤ 参考当时国际上一些大型槽技术特点,建议1~3号槽结构采用原方案,即直角摇篮式槽壳和涡轮蜗杆提升机构,4号槽采用船型摇篮式槽壳和三角板滚珠丝杠式的提升机构,由沈阳院负责完成设计工作。
主要技术方案获得专家一致通过,大大鼓舞了试验组的信心。这次会议是历史性的,它的召开是试验工作的重点转入建设和工业试验阶段的一个转折点。
由沈阳院承担4号槽在结构上进行不同方案的试验,今天看来是非常正确的,这是此次会议的又一贡献,船型槽壳在后来的大型槽发展应用中充分得到了证明,也成为一种普遍的结构形式;而三角板滚珠丝杠式的提升机构也是后来市场上大家看到的沈阳院与贵阳院设计方案的标志性差别,这是沈阳院霍庆发教授和王汝良、张万福等专家的重要贡献。
另外,从以上决议可以看出,阳极中缝由200mm加大到250mm,今天看显然是保守了,随着点式下料技术的应用,已经不需要那么大了。但是万一造成下料不畅怎么办?能不冒险还是不要冒险;阴极钢棒采用通长还是中间断开,今天看结果已经不是什么问题,虽然意见分歧很大,但在当年引进的160kA槽大面积破损的阴影笼罩下,日方采用的通长阴极钢棒也有可能会是罪魁祸首之一,专家组希望结合我国在小型槽上已有长期生产运行经验的断开式的阴极钢棒,也是可以理解的。从这次会议结果,也可以看出老专家们内心的期待和纠结。“是啊,至少能出铝吧,不放心也要干!”“关键的技术要突破,要大胆试。”能试验的尽量试,多一些选择。”“该保守的还是保守点儿,我们不能输。”中国铝电解技术,就是这样在一点一滴,循环往复、进进退退中不断进步、不断完善、不断发展壮大的。在整个280kA试验槽开发长达8年的历程中,几乎天天都面临这样那样的问题和挑战。
只是模仿?多年以后的一次国际交流活动中,一位外国朋友曾说:“中国的大型电解槽是模仿国外某公司的技术设计的。”笔者听后,当时就严肃地跟他说道:“您错了,您可能不了解情况,中国的大型电解槽或许有借鉴国外技术,但那只是公开的知识,我们既没有得到国外的任何帮助,也没有国外提供的资料,甚至连国外的槽子都没有看见过,完全是靠自己理论研究,一步步开发完成的,怎么能说模仿设计的?波音飞机你经常坐,它就在你面前,全世界却有几家公司能够模仿?”
我们在引进日本技术的基础上,经历了将近20年的时间,从物理场研究到引进技术改造、180kA级电解槽的试验,再到280kA特大型试验槽的开发,这是模仿吗?应该说,到今天中国不但形成了自己的现代技术体系,而且与国际上最先进的铝业公司的代表性技术相比,不但有自己突出的特点,而且在某些主要性能指标上超过了国外水平,这是值得中国人自豪的。中国铝电解大型化技术在当今国际市场上的竞争优势决不逊色于任何产业,而且成套技术和装备实现了完全的国产化。
项目建设——艰难曲折。由于是第一次承担这么大的电解槽的建设和试验,所有参建单位都派出了最强的技术力量。郑州轻金属研究院副院长刘全朴担任指挥长,后期项目启动运行前,由副院长王平甫担任厂长;鲁光裕、黄志高、吕定雄等先后担任副指挥长。为了确保电解槽钢结构焊接质量,承担建设任务的中国第六冶金建设公司施工人员。为了保障电解槽结构安全,尽管选拔了有丰富经验的优秀焊工承担,还是不敢丝毫马虎,在设计人员现场指导下,按照不同部位焊接要求进行模拟焊接,经检验合格才正式上岗操作;电解槽内衬筑炉工作由青海铝厂修建公司承担,由该公司总经理徐忠良教授级高工亲自带队施工。全体试验人员认真负责,每一个技术问题、每一次变更都要进行认真的讨论,有时候为了一个变更几家单位吵得面红耳赤、不亦乐乎。
由于资金投入远超过初期预算(后期有所调整),加上需要考虑整个试验厂运营增加的26台140kA电解槽和辅助系统,资金出现了较大的缺口。轻研院前后两任院长田庚有和顾松青为了获得资金支持,想方设法,四处奔走;王平甫临危受命,关键时刻出任280kA试验厂厂长,克服重重困难,显示了知识分子领导的魄力与胆识。终于在1992年中期,试验项目280kA槽建设基本完成。
解决电力难题——高层施援。然而,由于当时河南的电力供应情况变化,出现了严重的缺电。而且,沁阳电力集团看到了铝工业发展的有利条件,也开始规划自己的电解铝产业,并在试验基地西侧不足1公里的地方,率先建成了1万吨/年的自焙槽铝厂(沁阳铝电集团华懋铝厂,沁奥铝业的前身),使得本来就紧张的电力供应更趋艰难,导致试验项目长时间不能启动运行。到1993年夏天,时任中国有色金属工业总公司总经理吴建常,亲自写信给河南省委书记李长春,阐明国家攻关项目的重要性,希望河南省给予支持。在度过夏季农业抗旱季电力高峰以后,试验场的电力情况很快得到改变,试验基地从140kA槽开始逐步启动运行。
终获成功。1995年1月,4台280kA电解槽相继启动运行。试验组分为电气保障组、工艺试验组、测试组和资料组四个小组,全面投入试验过程。为了考虑到铝液焙烧可能对槽寿命产生影响,试验组放弃了当时国内普遍使用的日本铝液焙烧技术,总结了国内当时曾经使用过的厚焦粒焙烧技术的不足,首次制定并采用了薄焦粒焙烧的技术方案。由于经验不足,第一台槽通电后出现了8组阳极不导电的不利情况。试验组及时总结改进,使后三台槽焙烧启动顺利完成。
经过连续的运行和试验,在经过1年多的试验和3个月的性能测试后,试验组完成全部的试验任务,取得了令人满意的试验结果,280kA电解槽获得了巨大成功。
“280kA特大型铝电解槽工业试验”是国家计委“七五”“八五”重点攻关项目,该项目由中国有色金属工业总公司组织实施,郑州轻研院、贵阳院和沈阳院共同承担了该项目的开发设计、施工建设及工业试验任务。从1988年开始筹建大型铝试验基地,经过8年的攻关,成功地开发了4台280kA特大型铝电解试验槽。经过一年半的运行,考核测试结果:试验槽取得了电流效率93.44%,直流电耗13114kWh/tAl。1996年11月通过了有色总公司组织的国家科技成果鉴定。
里程碑。280kA试验槽的开发成功,标志着我国大型铝电解槽技术已进入世界领先行列,其高效、低耗、运行可靠、投资省等优点,所完成的各项试验,成为我国更大容量电解槽的基础和模板。280kA试验槽的开发为我国铝电解生产的规模化提供了成套先进技术,被誉为我国铝电解技术发展的里程碑,也成为中国电解铝工业高速发展的转折点和强大引擎,并且孕育了此后又一个20年电解铝一波又一波发展浪潮!
为此作出重大贡献的既有程宗浩、张燕刚等老领导,邱竹贤、姚世焕、杨瑞祥、张大有等高瞻远瞩的老一辈领导和专家,也有钮因键、顾松青、王平甫、刘全朴、于家谋、霍庆发等一代领导的精心领导和组织,还有众多新一代年轻科技精英长达8年的克难攻坚、昼夜奋战。他们与280kA试验槽技术一样,必将载入中国电解铝发展的光辉史册!
1998年,“280kA铝电解槽工业试验”项目,获得国家科技进步一等奖。这是有史以来我国电解铝技术领域唯一的国家科技进步一等奖。

责任编辑:于璐

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