寿命改善有好处，但它们并不是提高我国铝电解槽寿命的根本措施。综上所述，总结过去的经验，可以认为，我国如果不从电解槽内衬结构材料的选择与结构设计、筑炉方法、筑炉质量、焙烧和启动的方法和质量，早期技术管理以及合理的电解槽工艺制度等各个方面上去研究、去改进、去提高，是不可能达到国际上电解槽寿命2500～3000天的技术水平的。
1.4.2 阳极质量
对于电解槽阳极质量上的差别，没有数量上的概念。由于我们没有健全的、与国外可供比较的质量检测方法、技术，也没有可信、可比的数据，很难对这一问题作出准确、定量的结论。我个人认为我国铝电解槽阳极质量极不稳定，好坏差别很大。由于供应的多渠道和质量检测手段落后、不完善，检测技术与质量标准和国际不接轨，缺乏对原材料性能、结构和成份进行配料等方面的工艺和技术研究，是造成阳极质量差的根本原因。
铝电解槽炭阳极之所以用石油焦做阳极，是因为在所有来源广、成本低且纯度高的炭素材料中，非石油焦莫属。评价铝电解槽炭阳极的质量指标有多个方面，如密度、孔隙度、强度、电导率、导热率、抗氧化性能、对CO2的反应性能、透气率、抗热冲击性能等等。在这些质量指标中，有些具有相关性，如电导率和导热系数之间就有很强的相关性，这是所有固体导电材料固有的特性。阳极炭块导电性与导热性的好坏，同阳极炭块和石油焦本身的煅烧温度、炭块密度和孔隙度大小有关。导热性、导电性好的阳极炭块必然有较好的抗氧化性能。
对工业铝电解槽来说，比较直观的是看重炭阳极的导电、导热性能和抗氧化性能。因为这些性能好的阳极可以承受更大的电流密度，阳极电压降低，抵抗高温氧化的能力强，阳极消耗少。这些优点是铝电解槽提高电流效率、降低电能消耗的基本保障。
1.4.3 电流密度
我国电解铝厂的大型预焙阳极电解槽电流密度一般在0．7A／cm2左右，属于低电流密度电解槽，而国外同类型的大型预焙阳极电解槽的阳极电流密度一般在0．8A／cm2以上。目前世界上最大的最先进的法国AP50(500kA)电解槽的阳极电流密度为0．8A／cm2，新西兰迪拜新系列的200kA电解槽的阳极电流密
2
度为0．88 A／cm。这意味着，同样大小电解槽在其它技术经济指标不变的情况下，以阳极电流密度0．7A／cm2与0．8 A／cm2相比，后者电解槽的产量比前者高14％，这无疑使铝电解生产的成本大大降低。高电流密度电解槽代表着先进的铝电解槽设计和技术水平，过去我国电解铝厂一直认为，提高电解槽的电流密度最大的技术障碍是阳极质量问题，我国电解铝厂阳极质量低，不能承受更大的阳极电流密度。但最近的湖北华盛铝厂60kA改成75kA小预焙阳极电解槽，使用国产阳极，电流密度到达0．81A／cm2。实践证明我国电解铝厂，
第 12 页
使用优良的国产阳极炭块，可以承受0．8A/cm2的阳极电流密度。
1.4.4 电流效率
不论从理论上，实践上，提高电流效率都是通过减小和降低电解槽中已经电解出来的金属铝的溶解量来实现的。因此提高铝电解槽的电流效率基本上有4种方法：①减少铝液和电解质熔体的搅动，即增加铝液镜面动力学的稳定性；②提高铝电解槽的阴极电流密度和尽量降低除阳极底掌以下面积之外的阴极铝液面积相对阳极底掌面积的比率，如，减少电解槽阳极到边部的距离，或在相同的大面和小面宽度下采用更大电流强度的电解槽。理论上如果在磁场影响和其它设计参数不变的情况下，大槽子应该比小槽子有更高的电流效率；③减少铝在电解质中的饱和溶解度，这与电解质的成份和温度有关；④降低阴极铝向电解质熔体中的溶解速度。应该说，在这4种方法中，前两个是与电解槽的设计和电解槽操作的稳定性有关的，第三种方法则完全是铝电解槽操作的工艺条件，即对电解成份和温度的选择有关的，而最后一种方法，即与电解槽的设计和电解槽的操作的稳定性有关，也与电解槽工艺条件的选择有关。
目前，国际上电解铝厂电流效率最高的电解槽当属Pechiney在加拿大魁北克的325kA电解槽系列，该电解槽系列年平均电流效率为96．0％，电耗13．0kWh／kg·Al，炭阳极净耗0．397kg／kg·Al(理论值0．333kg／kg·Al)。目前世界上最大的500kA电解槽AP50，长18m，宽5m，阳极电流密度0．8A／cm2，电流效率95．0％，2003年4月公布的电流效率为95．9％，也接近96％。令人惊奇的是这么高的电流效率是在973℃(325kA槽)、963℃(500kA槽)以及过热度6．8℃(325kA槽)、9．7℃(500kA槽)的技术条件下取得的。这是当今国外采取的高电解温度、较高电解质初晶温度、低过热度、高电解槽稳定性、低电解质电阻、低过电压、低效应系数、高电流效率的铝电解槽工艺操作技术路线。我国同类型的300kA电解槽的电流效率一般在93％左右，系列年平均电流效率很难突破94％，对于其它类型的大型预焙阳极电解槽的电流效率也一般都徘徊在93．5％左右[6]。
在我国电解铝厂中，-直习惯于用传统的低温、低分子比来提高电流效率的方式组织生产。这也不能说完全不对，实验研究表明，低温、低电解质分子比确实有降低铝在电解质熔体中的溶解度和溶解速度，减少铝的溶解损失，显著提高电流效率的作用。但低温、低电解质分子比的负面作用是，电解质成份的稳定性、热稳定性大大降低，由于电解质成份不稳定性增加，容易产生沉淀，而沉淀又不容易溶解，槽帮不结壳，伸腿过长、过大，造成水平电流大，槽电压不稳，铝水摆动大，效应系数多，电解质电阻大，反电动势高等缺点。而不容易使低温、低分子比操作达到理想的提高电流效率的目的。此外，由于电解槽的热稳定性降低，电解槽阴极内的电流分布不均，槽内衬应力不均匀，也容易降低电解槽的寿命。
加拿大铝冶金专家Utigard从铝和电解质的表面张力、电导、相图、过热度、
第 13 页
电解质成份的稳定性、热稳定性等各方面，综合分析并得出了使电解槽实现稳定的基本技术条件是，电解质温度应不低于955℃，对于添加有LiF的电解质的电解温度应不低于940℃。
1.4.5 过热度
对我国电解铝厂来说，过热度是一个新概念，所谓过热度即电解质温度与电解质初晶温度之差。一般认为，最好的电流效率是在不失去电解槽的稳定性的情况，用尽可能低的电解温度实现的。然而过低的电解温度容易在槽底产生沉淀和造成槽膛不规整，因而会引发槽子不稳定。
有些文献报道，电解温度每降低10℃，可使电流效率提高2％～3％。实验室研究表明，降低电解温度会使电流效率连续升高，但在工业电解槽上，当过热度恒定时，电解温度的高低对电流效率几乎是没有什么影响。国际著名的铝冶金专家豪平(Haupin)对大量的电流效率数据的统计分析表明，电解槽的电流效率更依赖于过热度，而不是电解质温度，其原因现在尚未搞清。最初，人们把较低过热度对电流效率提高所取的效益归结于，适当的过热度会使电解槽形成较好的槽帮结壳。而最近Solheim研究指出，较低的过热度可以在铝阴极表面沉积一层冰晶石壳膜，因而可阻止铝的溶解损失，提高电解槽的电流效率。Haupin也同意这种观点。然而过热度太低时也会引起过多的冰晶石沉积和沉淀，而导致电解槽的不稳定。因此，最佳的电解质过热度必须由实践加以确定。最佳的过热度的大小应与电解质的分子比、电解质初晶温度有关。分子比较低时，需要适当提高一点过热度，因为在此时，电解质的初晶温度的变化受电解质分子比变化的影响较大。目前国外大型预焙阳极电解槽的过热度一般在8～10℃，法国彼斯涅AP50电解槽的电解质过热度为9．7℃，电解质的初晶温度953℃，电解质的分子比2．15，电流效率95．9％；AP35(350kA)电解槽，电解质分子比2．1～2．2，平均电解质初晶温度953．7℃，过热度7．8℃，电流效率96．0％。由此可见，国外大型预焙阳极电解槽电解质的过热度一般都在8～10℃，并将这一数值作为电解槽的重要工艺技术参数和控制指标。我国电解铝厂目前也开始对这一技术问题加以重视。我们与沈阳东英冶金工程科技有限公司共同用自己开发和制造的仪器，对抚顺铝厂200kA系列电解槽电解质初晶温度、电解温度和过热度进行测量得出，电解质熔体的过热度在9～20℃之间，各电解槽电解质初晶温度和过热度的差别较大。总的来说，我国电解铝厂电解质的初晶温度较低，而过热度较大，系列电解槽的平均电流效率在93．5％左右。参照法国彼斯涅铝电解的操作经验，如果这种电解槽的平均过热度能降低到8～9℃，其电流效率有可能上一个台阶。如果全国铝厂都能将过热度作为-个重要的工艺技术参数加以控制并确定在8～10℃的范围内，可以预见，我国电解铝厂电解槽的电流效率将会打破现在的水平，上升到一个新水平[7]。
第 14 页
1.4.6 铝电解槽初晶温度和过热度的控制技术
在铝电解生产过程中，取得好的技术经济指标和电解槽运行稳定，是工业铝电解生产追求的目标，这只有通过控制好电解槽的热平衡和物料平衡才能实现，电解槽的热平衡是通过凋整电解槽的极距、能量输入来实现的。而电解槽的物料平衡是通过对氧化铝和AlF3的合理加料制度来实现的。但是对铝电解槽来说，热平衡和物料平衡是相互关联，相互配合的。电解槽中添加AlF3对电解槽直接或间接的影响是使电解质的初晶温度降低，过热度升高。过热度增加又导致槽侧部的散热量增加，影响到热平衡，使槽帮结壳及伸腿熔化，AlF3的浓度降低。如果极距增加，输入到电解槽中的能量就会增加，直接的影响就是使电解质的温度增加和过热度增加。电解质温度增加时，也会使沉淀和槽帮结壳熔化，电解质的初晶温度上升，这反过来又使过热度降低和电解槽侧部热损失减小。因此有可能由于极距的增加而导致的热损失增加比预计的要小。也就是说，电解槽热平衡和物料平衡不是相互独立的，而是相互关联，相互影响的。电解槽的物料平衡的稳定(Al2O3加料和AlF3成份稳定)和热平衡稳定(温度的稳定)的控制是可以通过正确的电解质初晶温度和过热度的控制战略实现的。除了Al2O3加料和浓度控制的软件外，另一个可以稳定控制电解槽电解质分子比、电解温度的计算机控制软件也已经开发出来。
计算机控制软件所监控的目标有3个，初晶温度下限、初晶温度上限和过热度。而实际实现的控制目标为5个：初晶温度下限，初晶温度上限，电解温度下限，电解温度上限和过热度。而最终达到的目标是，电解质成份的稳定和电解温度的稳定，即真正的电解质分子比控制和温度控制。这是当代国际最先进的电解槽电子计算机控制技术。
通过上述电解质成份(分子比)和电解温度的稳定控制，可以肯定，我国铝电解槽的电流效率的提高，电耗指标的下降，效应系数减少，阳极和氟化盐消耗的降低，都将是明显的。电解槽热平衡状态的稳定对电解槽的寿命也有好处。
1.4.7 工业铝电解槽电解质初晶温度和过热度的测量
一种由国内代理商代理，国外生产制造的工业铝电解槽电解质熔体初晶温度和过热度的测定仪已在我国的个别电解铝厂演示。这种仪器的原理是基于一个内插有热电耦的金属容器，置入电解槽熔体中，待容器中热电耦传感器指示的温度达到稳定后，即为电解质熔体的实际温度时，将容器连同内部的电解质熔体取出让其降温冷却，在冷却过程的降温曲线上出现拐点，此拐点的温度即为电解质的初晶温度，而电解质熔体温度与电解质熔体初晶温度之差即为电解质熔体的过热度。仪器数据处理软件会对数据进行快速运算处理，并在极短的时间内(数秒钟)将数据处理完毕，然后将测量结果以数字形式显示在仪表盘的显示器上。 国外产的这种电解质熔体初晶温度和过热度的测量仪器，价格较贵，据说在22万元／台以上，且测量使用的温度传感器是一次性的，每测量一次，
第 15 页
所消耗温度传感器及其配件在60元左右，很不适于中国国情。现在一种具有自主知识产权的新型铝电解槽电解质熔体初晶温度和过热度测量仪在沈阳面世，这种新型的测量仪器具有与上述一样的测定原理，且温度传感器可多次使用，多次测量，测量方法也简便，测一个电解槽的电解质初晶温度和过热度仅需一分钟左右的时间，其成本仅是国外产品的1／60～1／30，价格不到国外产品的1／3，性价比极高，适合我国国情，可望能在国内电解铝厂推广使用。加之相配套的铝电解槽初晶温度和过热度计算机控制软件的使用，必然使我国铝电解槽的技术工艺、电流效率和能耗指标达到国际先进水。
1.5 预焙槽炼铝的生产技术
预焙槽炼铝过程的3个阶段：预热、启动(包括启动后期)以及正常生产。其中，预热和启动时间大约为1个月，正常生产大约为80～100个月。木章详细论述正常生产阶段中的各项技术参数和病槽治理等。铝电解槽的预热、启动和后动后期虽然时间很短，但是对于槽寿命、阴权电压降和早期的生产指标有很大关系，应给予极大的重视。
新槽包括大修理之后的电解槽。在投入正常生产之前，新槽先要预热，其目的在于加热阳极和阳极周围的固体电解质料，以及加热阴极，使底部炭块之间的炭糊烧结，达到预定温度900℃，以利于下一步的启动操作。
1.5.1 铝电解槽的预热
铝工业上有3种预热方法。
(1)炭粒预热 用焦粒作发热电阻体，这是一种比较通用的预热方法。其原理是在电解槽的阴极上铺设一层焦粒(冶金焦的颗粒)作为电阻体。当电流通过此层焦粒时，就在阳极、焦粒层和阴极中产生热量，提高阳极温度，同时阴极中的底糊逐渐加热以至烧结。
在焦粒预热法中，采用适当厚的焦粒层和适当大小的焦粒，铺在槽底上。典型的焦层厚度10mm，炭粒小于6mm，焦层中不能含有细于lmm的焦粉，以免与阴极和阳极接触不良，因为很细的焦粉具有较大的电阻率，而且在启动时不便于清除。此焦粒是焙烧过的。这层焦粒发热体还用来保护槽底，免受空气氧化。
所用的阳极要经过仔细挑选，要求没有外部的和内部的裂缝，这可用铁锤敲击阳极而判定。阳极炭块要乎整，导杆要与炭块垂直。要求阳极的密度大而且电导率好。
阳极炭块组并不直接卡在母线大梁上，采用软母线把二者连接起来，其目的在于使阳极炭块组的重量完全落在下面的焦炭层之上。阳极母线梁、软母线和阳极导杆三者之间的接触面要洗刷干净。在带有中部自动下料装置的电解槽上，有相当宽的中缝。两排阳极炭块之间的中缝带的阴极也要充分预热，所以
第 16 页