摘要：我国的电解铝工业不但可以满足国民经济快速发展的需要，而且在世界上也具独树一帜。回顾我国电解铝技术创新和发展的历程，研究其技术创新的模式，有助于把握一个行业内技术创新的一些规律，挖掘其中的规律和共性的东西。但愿能成为他山之石，为其他行业的技术创新提供借鉴。基于此，本文主要对中国电解铝技术创新模式进行分析探讨。
关键词：中国电解铝；技术创新；模式研究
1、前言
近年来，中国电解铝企业突出自主创新，着力抓自主知识产权创造、开发和应用，逐步形成了从氧化铝、电解铝、铝加工到铜、稀土的一系列具有公司自主知识产权的核心技术和专有生产技术。行业技术创型式主要以模仿创新为主、合作创新为辅为基本特征。
2、中国电解铝核心技术的发展
改革开放以来，特别是进入21世纪以来，中国的电解铝行业取得了长足的进步和发展。据《中国铝业》报道，到2013年底，中国的电解铝产能达到3100万吨／年，产量达到2205万吨／年。相比之下，同期世界电解铝产能（含中国）为5250万吨／年，产量4861．3万吨／年。中国电解铝产能已占到世界电解铝产能的59％，产量占到45．4％。
这得益于生产规模大型化和主体装备大型化的良性互动发展。在国内总产能中，400kA级大容量铝电解槽贡献了总产能的35％，成为主流生产槽型，500kA级贡献了总产能的8％，600kA大容量铝电解槽贡献了总产能的3%。而国外，世界主流生产槽型仍为300kA级别，尽管采用600kA技术的试验系列时见报端，但还没有见到国外商业化运行的600kA级电解槽系列的报道。中国电解铝主流槽型的容量居世界领先水平。
自2008年以来，采用400kA及以上容量的铝电解槽系列产能已达到全国总产能的35％以上。国内400kA、500kA和600kA铝电解槽典型技术经济指标详见表1。
国内400kA、500kA和600kA铝电解槽典型技术经济指标
2010年、2011年两年间，系列化铝电解槽容量大型化技术在行业相关科研设计单位、高校和企业的通力协作下，通过了中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定。在容量大型化方面，主要体现在：
·磁流体超稳定性技术
·热电平衡配置技术
·热应力数值模拟计算技术
在节能方面，主要体现在：
·新型阴极结构技术：
·新型内衬配置技术
·铝电解槽余热回收及综合利用技术
·低温低电压铝电解新技术
·低温差焙烧、快速降电压启动技术
·低电压稳定生产工艺技术
在减排方面，主要体现在：
·铝电解槽烟气高效收集技术
·新型铝电解槽烟气干法净化技术
·铝电解车间高效节能通风技术
在自动控制方面，主要体现在：
·铝电解生产实施监测、智能控制、分析和决策技术
·高效整流供电技术
在电解槽结构方面，主要体现在：
·可压缩内衬结构技术
·槽壳钢结构许用变形控制技术
·超大型铝电解槽上部结构设计技术
其中，低温低电压铝电解新技术，针对我国400kA级铝电解槽的特点，将电解槽结构优化与母线配置优化相结合，大幅度提高了电解槽磁流体稳定性。在河南中孚实业林丰铝电222台400kA级铝电解槽上进行的产业化示范应用，取得了槽平均电压3．74V、槽温927℃，电流效率94．3％，阳极效应系数0．02次／槽日，吨铝直流电耗11819kWh等
技术经济指标。
2014年1月份，“600kA超大容量铝电解槽技术研发”通过了中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定。12台600kA超大容量铝电解槽经过2年的生产运行，在45天连续测试期间，槽平均电压3．777V，电流效率92。77％，吨铝直流电耗12136kWh，阳极毛耗475．9kg／tAl，氟化盐单耗15．2kg／tAl、阳极效应系数0．08次／槽·日。然而，尽管中国电解铝的产能、产量和我国自主研发的高能效铝电解槽技术在容量和能耗等部分技术经济指标处于世界领先水平，但我国的电解铝行业仍处于“大而不强”的状态，行业的可持续性发展仍然需要核心技术的进一步突破。
3、电解铝工业发展趋势
我国正面临转换增长方式，调整产业结构，经济发展放缓的重要历史阶段。未来随着节能减排和小康社会的目标将使用铝的消费同样与日俱增。预计到“十三五”末期铝消费将达到4400万吨，并且将维持较长时间，因此尚有1000万吨增长空间。
3.1电解铝技术向大容量、高效节能方向发展
2015年国际上报道铝电解槽的三个最大是：中国魏桥有2个产能各为30万吨/年的600kA电解系列是世界首个最大电解槽；加拿大阿尔维达600kA电解槽和阿联酋阿布扎比444台最长的电解槽系列。随着国家对电解铝工业的规范，我国电解铝生产技术向大容量、高效节能方向发展，目前国内500kA、400kA、300kA槽型是产能最多的三个槽型。2014年符合国家《铝行业规范条件》的2985万吨产能中，500kA的产能占17.1%，400～500kA的产能占38.3%，300～400kA的产能占24.6%。而目前我国在建或拟建项目中，约90%以上的产能采用500～600kA槽型，未来大容量、高效节能槽型的产能占比将越来越大。
3.2创新发展，推动铝工业健康可持续发展
（1）技术创新
“十二五”期间我国铝工业创新发展取得了令人瞩目的成绩，异型阴极结构、双钢棒、阳极开沟、槽控箱的改造等一系列科技成果，使吨铝直流电耗下降到12500千瓦时以下。创新是“十三五”发展的核心动力，“十三五”期间在创新上会有更大进展，
（2）体制创新
国有企业的混合所有制改革，顺利实施取得了很好的成绩；
（3）利用铝液直接加工的能力超过50%
加强管理，创新改革，用改革激活体制机制，特别是国有企业，全员劳动生产率每年200吨/人以下，而民营企业就高得多，接近每年500吨/人。因此，深化改革，挖掘潜力，开源节流，降本增效，努力提高生产率，减少管理层次，真正做到“扁平化”管理。在稳定、安全、经济的前提下，“十三五”期间中国应该继续扩大进口原铝和氧化铝，减少铝土矿进口数量，从而减少铝土矿选尾矿及赤泥的产生。提高铝土矿选尾矿的资源化利用水平，严格要求铝土矿和赤泥堆场复土还田。发展绿色电解技术，进一步减少温室气体排放量。开发并推广应用铝电解槽废槽衬无害化处理技术，从本质上消除氰化物对生命和环境的危害。高效回收废槽衬中有用的氟化物，并循环利用，大幅度降低铝电解生产氟化盐消耗。
3.3扩大铝应用
由于铝有质量轻、耐腐蚀、可回收等诸多优良性能，在铝的整个生命周期里都具有节能减排和绿色功效，铝的应用有很大的开发空间，是一项重要的国家战略资源能源。北美地区交通用铝占总消费量22.1%，包装容器占28.5%，而我国铝应用主要在建筑领域，占35%左右，而交通用铝目前只占总量3%，包装容器只占5%。今后随着交通运输工具轻量化进程加快和节能减排推力加大，以及高铁、城铁及地铁的快速发展，我国交通用铝量会有大幅度增长。据报道，我国建筑铝模板有8亿平方米的应用前景，即要用掉2000～2400万吨铝。目前我国人均的消费量约20kg，与世界发达国家人均25～35kg的水平相比还有较大增长空间。因此，铝在交通、机械制造、新能源、建筑、电力电子等行业有很大的应用潜力。
4、结语
（1）我国电解铝工业经过60多年的发展，生产区域分布广泛、行业集中度高。
（2）技术创新接近国际先进水平、节能降耗取得成效，成为全球第一大铝生产、消费国。
（3）随着西北、内蒙地区新增产能的陆续投入，国内外铝业公司通过兼并、重组、扩产等形式提高产能，占领市场话语权，竞争愈发激烈。
（4）“十三五”期间，随着我国经济的平稳发展，对铝的需求量将不断增加，而国家相关政策的出台，将对电解铝工业的发展提出合理的规划和意见，促使电解铝工业健康持续发展。
参考文献：
［1］孙林贤．我国电解铝工业现状及未来发展［J］．轻金属，2015（3）：1－6．
［2］中国铝业［J］．2016（3）：2－9．
论文作者:吴波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
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