电解铝工业重大节能技术进步：(1)开发并全方位推广应用了大型预焙电解槽成套技术；(2)开发应用了铝电解计算机控制技术；(3)开发应用了提升大型预焙电解槽寿命技术；
电解铝工业重大节能技术进步
(1)开发并全方位推广应用了大型预焙电解槽成套技术
1996年郑州轻金属研究院成功完成了280kA大型预焙铝电解槽工业试验，标志着国内已基本学会了大型预焙槽核心技术，并进行了推广应用，见图4-4。
国内所开发的大型预焙铝电解槽技术包含：
①大型铝电解槽的物理场仿真模拟技术：大型槽物理场仿真模拟技术已经在国内铝电解技术的研发与设计中得到了广泛用。尤其是在肯定电解槽结构和电流密度有哪些用途下，依赖Ansys和电磁流动等软件的模拟计算，可较为准确地得出电解槽内的水平电流、电磁力场与流动场的分布规律，从而为探寻较为适当的电解槽结构设计和运行参数的制定提供要紧依据。通过工业应用的大型预焙槽实质测定的物理场数据又可为模拟计算提供进一步优化的参数，从而开发出更为准确、贴近实质情况的模拟计算办法。
300 kA铝电解槽垂直磁感应强度分布见图4-5。
②大型铝电解槽用阳极、阴极和内衬材料：伴随大型预焙槽技术的大规模推广应用，与之相适应的优质、多品种的阴阳极材料及内衬材料的生产技术也得到了大力开发和应用。通过对国内石油焦、煤沥青等原材料生产条件和商品水平及炭阳极生产过程各环节技术的系统研究，成功开发出了借助国产原材料生产抗氧化性优秀的炭阳极的成套重点技术，满足了国内大型预焙槽技术对优质炭阳极的需要，保证了大型铝电解槽运行的稳定性和高效率。大型预焙电解槽所需的含有30%、50%的石墨、全石墨质阴极、碳化硅-氮化硅结合的复合侧衬材料也都得到了大规模开发应用，不只使国内大型铝电解槽的运行效率得到了提升，而且延长了电解槽寿命。
③大型铝电解槽用的重大配套装备：伴随国内铝电解工业的迅猛进步，铝电解重大配套装备的生产技术也得到了迅速提高。第一通过海外先进装备的引进和消化，结合国内生产工艺的特征，自主开发出了大型预焙槽配套的变压、整流电气装备、上部结构及天车、氧化铝输送、下料器与烟气净化装置等成套铝电解装备，并得到了广泛应用。大型预焙槽配套的变压、整流电气装备已达成国产化，替代了进口装备。现在国内已可以制造几乎所有与铝电解槽配套的供电整流设施。与大型预焙槽配套的上部结构、天车及氧化铝输送、下料器及借助新鲜氧化铝净化铝电解槽烟气的净化装置也都已达成了国产化，确保了国内大型铝电解槽技术的大规模推广应用和稳定运行。
2003——2008年，国内相继成功开发了300kA、350kA、400kA大型预焙电解槽设计、生产技术，从此步入了全方位学会大型预焙电解槽技术的少数国家之列。此后，国内达成了向印度、哈萨克斯坦、伊朗等国的大型预焙槽技术出口。现在国内正在进一步开发500kA超大型电解槽设计、生产技术，并已获得了肯定效果，年产原铝38万t的500kA电解槽生产线已投入工业运行并正在进行优化试验。600kA超大型电解槽也已于2012年投入工业试验。
500kA以上的超大型铝电解槽需要解决如下重点技术问题：
①超大型电解槽中铝液磁流体运行的稳定性：大型电解槽的计算机物理场仿真模拟技术是超大型铝电解槽设计技术的核心。通过计算机软件的进一步研究开发和动态仿真模拟计算，研究铝电解槽内磁场、热场和运动场的变化规律，探寻适当的磁场分布及可维持铝液磁流体运行稳定性的基本条件和工艺参数，为超大型铝电解槽的设计提供要紧依据。通过有关仿真模拟软件的进一步开发应用，国内已能成功地设计出400kA以上的大型预焙电解槽，并维持铝液磁流体运行的稳定性。因为计算机软件仿真模拟都具备肯定的误差，需要通过实验室试验和工业试验对模拟结果进行验证或修正。
②超大型电解槽中氧化铝浓度的均匀性和扩散速度：因为超大型铝电解槽尺寸容积的扩大，维持槽内氧化铝浓度的均匀性就成为技术难题。而这一点又对铝电解槽的运行稳定性和电流效率产生重大影响。通过氧化铝下料器的小型化设计，调整电解槽的控制系统，维持铝电解槽内铝液肯定的流动速度，可以基本达成超大型电解槽内氧化铝浓度的均匀性。
③超大型电解槽的阳极消耗和底掌平面的均匀性：提升炭阳极水平，保证用优质炭阳极，优化电解槽控制系统是达成炭阳极消耗均匀性的重点。这一点对超大型铝电解槽非常重要。
④超大型电解槽的电流效率和能耗的先进性：超大型铝电解槽为达到较高的电流效率，减少能耗，就势必对铝电解槽结构设计、控制系统和下料系统的运作提出更高的需要。尤其是怎么样通过优化的计算机模拟和结构设计，成功地减少水平电流，提升电流效率，这又是开发超大型铝电解槽技术的重点。
(2)开发应用了铝电解计算机控制技术
国内铝电解工业通过铝电解工艺与计算机控制技术相结合，开发出了多代大型预焙槽计算机控制技术，明显提升了电解槽运行的稳定性，大幅度减少了直流电耗，提升了电流效率，减少了阳极净耗、阳极效应系数与温室气体排放量。
铝电解计算机控制技术的主要研究办法：深入研究大型预焙铝电解槽运行规律和特质，综合应用铝电解工程范围和专家系统、智能控制、计算机仿真、现场总线、计算机互联网等交叉学科范围的办法，开发出铝电解智能控制系统。
现在国内铝电解控制系统中控制软件的特点：通过对槽电压和槽电阻的计算机测试，辨别电解质中氧化铝浓度的波动，以氧化铝下料的频次控制电解质氧化铝浓度的稳定。更为一流的氟化铝下料控制技术也已有所应用。
国内铝电解工业界研究了低槽电压下的能量平衡，开发了一套大型预焙电解槽低窄氧化铝浓度控制技术，提升了对氧化铝浓度控制的准确性，达成了铝电解槽在低槽电压下的稳定运行，同时减少了电解槽的阳极效应系数，降低了氟化物气体排放。
(3)开发应用了提升大型预焙电解槽寿命技术
2005年，针对国内大型预焙槽寿命短的情况，提出了提升大型预焙电解槽寿命技术的研究项目。通过对影响铝电解槽寿命重点原因的研究，开发出了提升大型预焙电解槽寿命的重点技术。
延长铝电解槽寿命的重点技术：通过强化铝电解槽控制系统，减少阳极效应系数;严格控制电解质过热度，维持电解槽稳定运行;大容量电解槽用高石墨质阴极炭块、碳化硅侧块，提升铝电解槽的热稳定性;使用焦粒焙烧启动技术. 以形成稳定规整的炉帮和阴极等。
所开发的提升大型预焙电解槽寿命技术已经使国内电解槽寿命由1300天提升到目前的2500天以上，大大降低了废槽衬的排放量和铝电解槽的修理量。
(4)开发应用了优质炭阳极和内衬材料生产技术
通过对国内石油焦、煤沥青等原材料生产条件和商品水平及炭阳极生产过程各环节技术的系统研究，开发出了适应国内石油焦水平特征的多种生石油焦混配原理及均化应用技术，深入研究了煤沥青性质对炭阳极水平的影响规律，系统研究了炭阳极各生产工艺过程的控制参数与阳极水平的关联性。在这类研究结果的基础上，成功开发出了借助各种石油焦进行混配、改变炭阳极氧化性的重点技术，达成了使用国产原材料即可生产出抗氧化性优秀的优质炭阳极，并由此拟定了优质炭阳极生产技术指标，全方位提升了炭阳极水平及电解槽运行稳定性，从而使国内炭阳极的水平及铝电解炭耗达到国际先进水平。现在中国优质炭阳极已经大量量出口到世界发达区域的铝电解厂。
为提升铝用碳素阴极的性能，减少铝电解各项消耗，含有30%、50%的石墨及全石墨质阴极已大规模生产应用，石墨化阴极也已成功研制并规模化生产。碳化硅-氮化硅结合的复合侧衬材料不只在国内大型槽上得到了广泛应用，满足了国内需要，显著减少了铝电解电耗并提升了电解槽寿命，而且已大规模出口。现在，国内生产的各种规格的优质炭阳极、阴极与侧衬材料誉满全球(见图4-6)。国内已成为世界上最大的铝用碳素出口国。
(5)开发应用了新型阴极结构电解槽等重大节能技术
2005年以来，国内相继通过改变铝电解槽阴极炭块和钢棒的结构和形状，并相应优化电解槽内衬结构等一系列革新技术，形成了新型阴极结构电解槽、新型钢棒结构等重大铝电解节能技术，构成了具备国内自主常识产权的铝电解重大节能技术。这些技术使国内铝电解生产达成了大幅度节能降耗。新型阴极结构电解槽技术见图4-7。
这些新型阴极结构铝电解槽技术达成了低极距、低水平电流、低槽电压、低电耗、低阳极效应、高电能借助率的铝电解稳定运行，达成了大幅度节能减排，吨铝直流电耗为12000~12300kW·h，达到了国际领先技术水平。2011年新型阴极结构铝电解节能技术开始大规模推广，国内铝锭综合交流电耗逐年降低。国内铝电解重大节能技术的开发应用已引起了世界铝电解技术界的高度看重和关注。
(6)开发应用了低温低电压铝电解新技术
低温低电压铝电解的核心技术包含含锂盐电解质体系的物理化学性质及变化规律、低温电解电极过程、低温下Al，O3溶解性能、分布技术等参数，通过工艺试验，获得初晶温度较低的低温电解质体系，并确定了电解槽的电解质水平、铝水平、极距、槽电压、锂盐添加剂等工艺参数，成功开发了合适国内国情的低温电解技术。打造了大型铝电解槽“电流场一母线配置一磁流体”耦合模型和仿真系统，通过工业试验修正了电磁场和磁流体稳定性仿真边界条件，开发了使电解槽电磁特质运行于深度稳定区间的母线装置。低温低电压铝电解技术在云南铝业、中孚实业林丰铝电等铝电解厂进行了产业化示范应用，达成了铝电解大幅度节能的目的。
(7)开发了大型铝电解系列不停电(全电流)技术
该技术主要针对在电解槽启动或大修时的停、开槽操作时需要系列停电，因而存在对电网导致冲击、浪费电能并影响电解槽稳定运行的重大技术难点，成功开发出铝电解系列不停电技术，并研制成功了大型铝电解槽不停电停、开槽成套装置。通过低电压大电流转移的试验室研究、半工业性试验和工业规模试验，开发了铝电解系列全电流不停电停、开槽办法、技术与成套设施，解决了铝电解单台槽检修需要系列停产的技术难点。该技术已成功应用于国内外50多家铝厂70 多个系列中，产生了非常大的经济社会效益。
