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五、大型鋁電解槽的開(kāi)發(fā)——180kA試驗(yàn)槽

80年代中期，國(guó)際上以美鋁Aloca697及P225電解槽工業(yè)化應(yīng)用，Pechiney在F系列采用AP18槽型之后，180～200kA級(jí)容量電解槽成為國(guó)際先進(jìn)鋁電解技術(shù)的典型代表，并被其他西方國(guó)家所效仿（如瑞士鋁業(yè)、加拿大鋁業(yè)、挪威海德魯?shù)龋?。與此同時(shí)，280～300kA級(jí)的特大型電解槽也逐步開(kāi)始了其工業(yè)化的進(jìn)程。物理場(chǎng)（“三場(chǎng)”）研究的成果，也將中國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展推向了一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)逐步建立了走自主開(kāi)發(fā)道路和打造我國(guó)鋁電解技術(shù)創(chuàng)新體系的信心。

因此，為了積極追趕國(guó)際鋁電解技術(shù)發(fā)展前沿，貴陽(yáng)院聯(lián)合貴州鋁廠向國(guó)家經(jīng)委、有色總公司申請(qǐng)?jiān)谫F州鋁廠建設(shè)試驗(yàn)工廠，廠長(zhǎng)孫生軍果斷決策投資1800萬(wàn)元，開(kāi)發(fā)4臺(tái)180kA級(jí)鋁電解試驗(yàn)槽（實(shí)際電流186kA）。1987年2月獲得批準(zhǔn)，項(xiàng)目被國(guó)家經(jīng)委和有色總公司列為“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。試驗(yàn)廠建設(shè)期間第一任廠長(zhǎng)為吳偉成（后擔(dān)任中鋁領(lǐng)導(dǎo)），后合并至第一電解鋁廠，廠長(zhǎng)為李鴻鵬高工。貴陽(yáng)院項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師為楊洪儒和胡慶軒高工。

試驗(yàn)的主要方案。作為我國(guó)第一個(gè)自主開(kāi)發(fā)的大型預(yù)焙槽技術(shù)，所遇到的技術(shù)問(wèn)題和選擇是多方面的，在當(dāng)時(shí)的條件下，具有很大的挑戰(zhàn)性，電解槽設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方案的確定過(guò)程中，多次召開(kāi)專家論證會(huì)，聽(tīng)取多方面的的意見(jiàn)。幾經(jīng)反復(fù)，最終確定的設(shè)計(jì)方案如下：

① 設(shè)計(jì)電流強(qiáng)度186kA，安裝4臺(tái)試驗(yàn)槽。

② 母線配置設(shè)計(jì)為四點(diǎn)進(jìn)電，為“兩端+大面中間兩點(diǎn)”，保留160kA電解槽槽底有中間往端部引出的補(bǔ)償母線，增加了中間短路母線。

③ 陽(yáng)極尺寸1450×660×540，陽(yáng)極組數(shù)28組，陽(yáng)極電流密度0.7A/cm2。

④ 3臺(tái)槽陽(yáng)極提升機(jī)構(gòu)渦輪蝸桿式，采用四點(diǎn)提升；1#槽參考日本酒田鋁廠（白銀鋁廠引進(jìn)155kA）的絲杠外置形式的渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。

⑤ 采用中間下料方式，四點(diǎn)下料，下料器容量4.5kg，最初的方案采用風(fēng)動(dòng)下料器（溜槽控制），設(shè)有5噸壁料箱，采用風(fēng)動(dòng)溜槽供料（早期的超濃相技術(shù)）。

⑥ 首次采用了小加工面設(shè)計(jì)：大面375，小面450，陽(yáng)極中縫200。

⑦ 槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)在底部保溫、與側(cè)下部的保溫與防滲漏結(jié)構(gòu)上，依據(jù)電熱模擬仿真的等溫線圖和熱流分布（及爐幫形狀），采取了特殊的設(shè)計(jì)。

⑧ 試驗(yàn)廠房采用兩層樓式結(jié)構(gòu)，操作平臺(tái)為+2.6m，廠房跨度為22.5m。

⑨ 整流供電采用了從已投產(chǎn)的第二個(gè)八萬(wàn)噸引入160kA，再新建一個(gè)30kA機(jī)組，向試驗(yàn)槽提供26kA電流。

⑩ 為適應(yīng)母線“四點(diǎn)進(jìn)點(diǎn)”后大面立柱母線對(duì)操作的影響，多功能機(jī)組駕駛室必須采用高位操作模式。

主要設(shè)計(jì)人員有易小兵、席燦明等，作者最初負(fù)責(zé)電熱解析仿真及內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，后承擔(dān)了電磁場(chǎng)及母線設(shè)計(jì)方案和測(cè)試工作等，陳廷貴負(fù)責(zé)流場(chǎng)的仿真；電解槽力學(xué)結(jié)構(gòu)與上部傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)也得到了高度的重視，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)了兩種渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)：一種是現(xiàn)在常用的這種渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸桿升降，另一種是渦輪與蝸桿固定在一起轉(zhuǎn)動(dòng)、帶動(dòng)固定在母線上的絲母升降（參考了日本酒田式），劉光聲高工、吳有威、郭海龍等非常成功地完成了這方面的工作；采用了貴陽(yáng)院研制設(shè)計(jì)、大連起重機(jī)廠生產(chǎn)的首臺(tái)國(guó)產(chǎn)高位操作的多功能機(jī)組，主任設(shè)計(jì)師為劉宗俊高工。

車間系列母線影響——首次非對(duì)稱配置。作為一個(gè)單獨(dú)的試驗(yàn)槽系列，由于槽數(shù)少，試驗(yàn)槽內(nèi)磁場(chǎng)受到回路大母線磁場(chǎng)的干擾嚴(yán)重。為了削弱這種影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，將由老系列（貴鋁三電解）引入的160kA電流返回母線布置在試驗(yàn)廠房的一側(cè)，而將另外增加的26kA小機(jī)組電流由另一側(cè)返回，如圖所示。利用磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流成正比、與距離平方成反比的關(guān)系，通過(guò)仿真調(diào)整兩側(cè)母線與槽中心的距離使其能夠最大限度地相互抵消。設(shè)計(jì)結(jié)果160kA大母線距槽中心51.2m，26kA母線距槽中心11.7m。當(dāng)然這樣仍然不能完全消除其對(duì)試驗(yàn)槽磁場(chǎng)的不利影響，而且這部分磁場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)槽影響仍然是非對(duì)稱的。為此，電解槽周圍母線也設(shè)計(jì)成非對(duì)稱形式，進(jìn)一步改善了試驗(yàn)槽的磁場(chǎng)分布。

設(shè)計(jì)方案通過(guò)審查。1987年7月，有色總公司在貴州鋁廠組織了全國(guó)專家召開(kāi)了試驗(yàn)槽設(shè)計(jì)方案審查會(huì)，參加會(huì)議的有來(lái)自中南大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、鄭州輕金屬研究院、貴陽(yáng)和沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院、貴州鋁廠、有色總公司貴陽(yáng)分公司劉業(yè)翔、姚世煥、梅榮淳、梅熾、潘學(xué)榮、韓佩川、干益人、武威、楊洪儒、李潤(rùn)東、蔡其風(fēng)等業(yè)內(nèi)著名專家和方瑛、孫良佳等總公司領(lǐng)導(dǎo)。除了研究討論試驗(yàn)槽的配置、陰陽(yáng)極、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面審查以外，會(huì)議關(guān)注的焦點(diǎn)自然是試驗(yàn)槽的電磁場(chǎng)和母線的設(shè)計(jì)問(wèn)題。專家評(píng)審會(huì)議認(rèn)為試驗(yàn)車間在設(shè)計(jì)上對(duì)技術(shù)問(wèn)題的考慮是全面的，采用的工藝技術(shù)先進(jìn)，物理場(chǎng)設(shè)計(jì)可靠，首次設(shè)計(jì)的外部大母線和槽周母線非對(duì)稱設(shè)計(jì)得到與會(huì)專家的肯定。

母線設(shè)計(jì)一波三折。母線系統(tǒng)設(shè)計(jì)是鋁電解槽成敗的關(guān)鍵，這一點(diǎn)今天已為鋁電解人所熟知，而電解槽周圍母線的設(shè)計(jì)是決定的因素。判斷母線設(shè)計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是其磁流體力學(xué)特性，槽內(nèi)熔體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力主要是電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的電磁力。電流場(chǎng)除了受到槽子結(jié)構(gòu)影響外，主要由熱場(chǎng)的設(shè)計(jì)結(jié)果決定；電磁場(chǎng)的計(jì)算則需要考慮電解槽周圍復(fù)雜的導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的綜合效果，如相鄰系列的影響，系列大母線的影響及鐵磁性物質(zhì)的復(fù)雜影響。

在1990年2月，試驗(yàn)槽已經(jīng)進(jìn)入緊張地施工安裝階段的時(shí)候。剛剛參加完280kA試驗(yàn)槽(另一項(xiàng)國(guó)家重大攻關(guān)項(xiàng)目)方案審查的楊洪儒先生發(fā)現(xiàn)，186kA電解槽原母線設(shè)計(jì)由于受到軟件本身的限制在對(duì)復(fù)雜電磁場(chǎng)仿真計(jì)算考慮不足，這可能導(dǎo)致試驗(yàn)槽在電磁模擬精度上出現(xiàn)偏差，并且受日本引進(jìn)技術(shù)影響母線設(shè)計(jì)偏于保守。

調(diào)整方案——中斷施工。于是在總設(shè)計(jì)師楊洪儒高工的強(qiáng)烈建議下，在工程即將進(jìn)入按裝的情況下，中斷施工。采用了最新開(kāi)發(fā)的第二代磁場(chǎng)模擬程序（LMAG）和母線優(yōu)化軟件(LBUS)。在對(duì)不同類型的母線分別進(jìn)行磁影響處理，重新計(jì)算設(shè)計(jì)完成最終的母線設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)槽新的磁場(chǎng)模擬結(jié)果將四點(diǎn)進(jìn)電方案的進(jìn)電比由原來(lái)的9：5：5：9修改設(shè)計(jì)為1：1：1：1，即四個(gè)立母線等電流進(jìn)電，方案最終得到了順利實(shí)施。

從1986年項(xiàng)目啟動(dòng)到1993年試驗(yàn)槽鑒定驗(yàn)收7年間，設(shè)計(jì)方案和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)反反復(fù)復(fù)，貴陽(yáng)院和貴州鋁廠項(xiàng)目組的同志，唯恐出現(xiàn)任何問(wèn)題，留下遺憾。試驗(yàn)組的同志克服重重困難，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的調(diào)整和完善，解決了一系列的技術(shù)難題。

這是最終模擬的電磁及磁流體力學(xué)特性模擬結(jié)果：

槽內(nèi)垂直磁場(chǎng)最大值12.72高斯(1Gs=10-4T)；平均4.87高斯；

橫向水平磁場(chǎng)最大值102.5高斯；平均35.5高斯；

鋁液層流速最大值17.19cm/s；平均3. 96cm/s；

鋁液面隆起最大高度1.51cm。

LBUS設(shè)計(jì)的母線系統(tǒng)在滿足電流分布誤差不大于3%的情況下，系統(tǒng)總壓降當(dāng)量值為175mv，鋁母線用量（包括陽(yáng)極母線）僅為27.1t/槽，經(jīng)過(guò)全面的試驗(yàn)測(cè)試，在試驗(yàn)槽上的運(yùn)行效果得到了驗(yàn)證。

但是，鋁電解專業(yè)的同志可能都看得出來(lái)，當(dāng)時(shí)由于步子還不敢邁的太大，母線的設(shè)計(jì)還帶有日本技術(shù)(兩端進(jìn)電)的一些痕跡。

認(rèn)識(shí)的沖突——試驗(yàn)槽啟動(dòng)再遇阻力。試驗(yàn)項(xiàng)目得到了有色總公司領(lǐng)導(dǎo)和總公司科技部的高度重視，在各方努力下終于在1990年下半年建成，并具備了啟動(dòng)運(yùn)行的條件。在這個(gè)時(shí)候，貴州鋁廠老廠長(zhǎng)孫生軍退休，新廠長(zhǎng)楊光上任，試驗(yàn)工作進(jìn)程出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)。在投產(chǎn)前的啟動(dòng)方案論證會(huì)上，部分專家提出了反對(duì)意見(jiàn)，擔(dān)心試驗(yàn)槽啟動(dòng)后會(huì)存在三個(gè)方面的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：一是因?yàn)樵囼?yàn)槽有160kA電流來(lái)自于后八萬(wàn)噸系列，試驗(yàn)槽投產(chǎn)后會(huì)造成其剩余電壓不足給生產(chǎn)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)；二是從電力技術(shù)上擔(dān)心兩個(gè)不同電壓等級(jí)的機(jī)組合并提供186kA（160kA加26kA）也存在風(fēng)險(xiǎn)；三是擔(dān)心試驗(yàn)槽和為試驗(yàn)槽所設(shè)的大母線產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)影響后八萬(wàn)噸生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而反復(fù)爭(zhēng)論的結(jié)果，第三點(diǎn)無(wú)論如何也沒(méi)辦法說(shuō)服所有的人。磁場(chǎng)！還是磁場(chǎng)問(wèn)題！看不見(jiàn)摸不著。正因?yàn)橹来艌?chǎng)問(wèn)題是關(guān)鍵所在，有些專家就武斷地認(rèn)為中國(guó)人沒(méi)有這個(gè)能力，任憑試驗(yàn)組有再充分的科學(xué)依據(jù)也無(wú)濟(jì)于事。在當(dāng)時(shí)大背景下，一項(xiàng)前所未有的試驗(yàn)項(xiàng)目要求所有專家理解也是不可能的。

方瑛的執(zhí)著。由于存在不同意見(jiàn)，試驗(yàn)槽的啟動(dòng)被一再推遲。在這個(gè)過(guò)程中，有色總公司科技部負(fù)責(zé)項(xiàng)目協(xié)調(diào)的處長(zhǎng)方瑛教授等積極奔走、多方協(xié)調(diào)。組織專題討論會(huì)，向各方面領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)溝通，展示充分的科學(xué)依據(jù)和對(duì)試驗(yàn)工作的信心，強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)工作對(duì)我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展的重要意義。終于，在通過(guò)專家論證的基礎(chǔ)上，獲得了各方面的一致支持，此時(shí)方瑛處長(zhǎng)流出了激動(dòng)的眼淚……

上下齊心——中國(guó)大型槽開(kāi)發(fā)首獲成功。為這個(gè)項(xiàng)目做出過(guò)重要貢獻(xiàn)的還有時(shí)任貴州鋁廠領(lǐng)導(dǎo)副廠長(zhǎng)劉治平、總工程師馮紹忠，他們是項(xiàng)目的組織者和決策者；電解鋁廠總工程師冷正旭、車間主任黎計(jì)武等技術(shù)專家，他們?cè)谠囼?yàn)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

回憶這段歷史，仍然能夠感受到大型槽開(kāi)發(fā)過(guò)程的艱難，但在當(dāng)時(shí)的歷史背景下，試驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)這樣的插曲也是很正常的。在我國(guó)大多數(shù)鋁廠還在使用80kA以下自焙槽的情況下，對(duì)180kA大型電解槽這樣的新鮮事物一時(shí)不能或不敢接受，是可以理解的。即使在1994年試驗(yàn)槽已經(jīng)通過(guò)鑒定以后，某大型鋁企業(yè)考察團(tuán)在為其擴(kuò)建工程選擇電解槽技術(shù)，第一次考察180kA試驗(yàn)廠的時(shí)候，廠長(zhǎng)當(dāng)著作者的面發(fā)出感嘆：這么大的家伙，我們敢不敢搞？而今天看來(lái)是不是有些好笑，600kA我們都嫌小了，這就是我們認(rèn)識(shí)事物的過(guò)程。

經(jīng)過(guò)多方努力，四臺(tái)試驗(yàn)槽在推遲一年多以后終于1991年9月順利啟動(dòng)投產(chǎn)。經(jīng)過(guò)一年半的運(yùn)行，取得了電流效率93.5%，直流電耗13450kWh/tAl的運(yùn)行指標(biāo)。1993年3月通過(guò)國(guó)家科技成果鑒定。這是我國(guó)依靠自己的研究成果，自主開(kāi)發(fā)成功的第一代現(xiàn)代大型預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽，達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。

1998年，該項(xiàng)成果獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，為我國(guó)鋁電解工業(yè)發(fā)展提供了重要的核心技術(shù)和成套裝備，標(biāo)志著我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展跨上了一個(gè)新臺(tái)階，獲得了大型槽工業(yè)化開(kāi)發(fā)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

在國(guó)際鋁電解技術(shù)發(fā)展的歷史上，這一容量的槽型是具有典型意義的現(xiàn)代鋁電解槽技術(shù)的代表，正如美鋁A-697和法鋁AP18一樣。無(wú)論如何，我國(guó)180kA試驗(yàn)槽的開(kāi)發(fā)終于成功地邁出了第一步，完成了它的歷史是使命，為此后的280kA、320kA、350kA、400kA級(jí)以上電解槽的開(kāi)發(fā)及工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)，具有重要的歷史意義。

六、280kA試驗(yàn)槽攻關(guān)——方案初定

1988年，我國(guó)電解鋁工業(yè)還處在鮮為人知的年代，但一場(chǎng)必定要載入史冊(cè)的技術(shù)變革正悄悄向我們走來(lái)。這一年，我國(guó)大型鋁電解試驗(yàn)基地攻關(guān)項(xiàng)目正式啟動(dòng)，此后三十多年的事實(shí)證明，這個(gè)項(xiàng)目的啟動(dòng)，改寫了中國(guó)電解鋁工業(yè)發(fā)展的歷史。

老一輩的報(bào)國(guó)之心。關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的來(lái)歷，或許今天知道的人已經(jīng)不多。但它之所以發(fā)生，背后有著深厚的背景和許許多多老一輩鋁業(yè)人的不懈努力和追求，也是歷史的必然。我們也不得不從老一代鋁工業(yè)專家們說(shuō)起。1984年一批老一輩鋁工業(yè)專家包括程宗浩、楊萬(wàn)志等在為國(guó)家辛勤奮斗幾十年后，將離開(kāi)工作崗位。而我國(guó)鋁工業(yè)正處在一個(gè)新老交替和歷史上百年不遇的換檔期，他們懷著對(duì)鋁工業(yè)深厚感情和為我國(guó)鋁工業(yè)科技發(fā)展做貢獻(xiàn)的歷史責(zé)任感，深知我國(guó)鋁電解技術(shù)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新須臾不可松懈，需要抓住機(jī)遇奮起直追，趕超世界先進(jìn)水平。在他們的積極建議下，1984年7月，“中國(guó)有色金屬工業(yè)鋁冶煉技術(shù)開(kāi)發(fā)中心”在鄭州成立，貴陽(yáng)院老院長(zhǎng)程宗浩任中心主任。“中心”成立之初，就從貴陽(yáng)院、沈陽(yáng)院、北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院和鄭州輕金屬研究所（簡(jiǎn)稱輕研所）抽調(diào)了一批專家，辦公地點(diǎn)就設(shè)在位于鄭州上街區(qū)的輕研所。1988年10月，由于一些原因，技術(shù)開(kāi)發(fā)中心被撤銷，合并至鄭州輕研所，鄭州輕金屬研究所也由此改名為鄭州輕金屬研究院（簡(jiǎn)稱輕研院），原來(lái)從貴陽(yáng)院、沈陽(yáng)院一部分人員回原單位，另有一部分留了下來(lái)，還創(chuàng)辦了鄭州輕研院設(shè)計(jì)部，來(lái)自貴陽(yáng)院的電解專家郭振圖高工擔(dān)任設(shè)計(jì)部主任，這便是輕研院和其設(shè)計(jì)部的由來(lái)。

“中心”撤了，但老專家們?yōu)殇X工業(yè)科技創(chuàng)新做貢獻(xiàn)的初衷不改。1986年，法國(guó)Pechiney位于圣·讓·D·莫里因工廠的G系列120臺(tái)AP28（后發(fā)展為AP30）特大型槽開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，成為世界矚目的焦點(diǎn)；同一時(shí)間，美國(guó)Alcoa在澳大利亞Poltland鋁廠的Aloca-817也投入運(yùn)行，運(yùn)行電流均達(dá)到275～300kA，國(guó)際鋁電解技術(shù)大型化發(fā)展的步伐進(jìn)一步加快。

攻關(guān)項(xiàng)目啟動(dòng)。1987年9月，在貴鋁180kA試驗(yàn)槽技術(shù)方案順利通過(guò)專家評(píng)審的背景下，老專家們高瞻遠(yuǎn)矚，從趕超國(guó)際先進(jìn)水平的戰(zhàn)略角度出發(fā)積極建議：由輕研院牽頭，聯(lián)合貴陽(yáng)院、沈陽(yáng)院在河南省內(nèi)建立“國(guó)家大型鋁電解試驗(yàn)基地”，開(kāi)發(fā)試驗(yàn)我國(guó)自己的280kA以上特大型鋁電解槽，直接瞄準(zhǔn)國(guó)際最先進(jìn)技術(shù)。之所以由輕研院牽頭實(shí)施，也包含了為研究院發(fā)展實(shí)體產(chǎn)業(yè)的另一層意義，之前輕研院的氧化鋁中試廠建設(shè)取得了很好的效果。項(xiàng)目得到了中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司科技局領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，并在1988年初得到國(guó)家計(jì)委批示立項(xiàng)，列為國(guó)家計(jì)委、有色總公司“七五”、“八五”重大攻關(guān)項(xiàng)目，項(xiàng)目初期總投資預(yù)算2800萬(wàn)，后為了維持工廠運(yùn)行、增加生產(chǎn)設(shè)施，調(diào)整為5300萬(wàn)（實(shí)際投資更高）。作為當(dāng)時(shí)的科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目投資規(guī)模之大、參與人數(shù)之多、規(guī)格之高、開(kāi)發(fā)周期之長(zhǎng)，可以說(shuō)是空前絕后，當(dāng)時(shí)就被稱之為“鋁電解科技的奧林匹克”。

作者在1995年陪同程宗浩老院長(zhǎng)前往廣西平果鋁參加全國(guó)第三屆輕金屬冶金學(xué)術(shù)會(huì)議路途中，老院長(zhǎng)一路上暢談他對(duì)鋁工業(yè)科技開(kāi)發(fā)工作的宏偉設(shè)想，希望有一天真正建立中國(guó)在世界上有影響力的鋁工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心。作為一個(gè)已經(jīng)離休10余年的老領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)鋁工業(yè)科技發(fā)展所傾注的關(guān)切和情懷，作為晚輩我感慨萬(wàn)千，他的諄諄教誨至今銘記。沒(méi)有老一輩開(kāi)疆拓土的雄才偉略和嘔心瀝血的奉獻(xiàn)精神，就不會(huì)有我國(guó)鋁工業(yè)今天的輝煌。

聯(lián)合攻關(guān)——群英薈萃。1988年7月，驕陽(yáng)似火，280kA鋁電解試驗(yàn)項(xiàng)目工作正式啟動(dòng)。鄭州輕研院派出了強(qiáng)大陣容：第一任項(xiàng)目指揮長(zhǎng)由輕研院副院長(zhǎng)劉全樸教授擔(dān)任，盧光裕、黃志高等任副指揮長(zhǎng)，干益人任總工程師，郭超然、趙無(wú)畏等專家任副總工程師。按照有色總公司科技局組織安排，項(xiàng)目參加單位的設(shè)計(jì)分工為：貴陽(yáng)院負(fù)責(zé)電解車間及4臺(tái)電解槽設(shè)計(jì)、凈化系統(tǒng)和氧化鋁輸送等，總設(shè)計(jì)師為土建專家、技術(shù)處處長(zhǎng)于家謀、電解設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人是武威高工和作者，同時(shí)負(fù)責(zé)物理場(chǎng)仿真設(shè)計(jì)；工藝及槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還有高振玉、易小兵、劉光聲、王愚等；沈陽(yáng)院負(fù)責(zé)整流所設(shè)計(jì)，總設(shè)計(jì)師霍慶發(fā)、電氣負(fù)責(zé)人李明賢，工藝負(fù)責(zé)人王汝良、張萬(wàn)福等，鄭州輕研院設(shè)計(jì)部負(fù)責(zé)其他配套部份的設(shè)計(jì)（包括總平面、鑄造車間、陽(yáng)極組裝等），設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人是郭振圖高工。他們?yōu)榍捌诘捻?xiàng)目決策、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)。

廠址選擇最初有兩個(gè)方案：一個(gè)是開(kāi)封，一個(gè)是焦作市下轄的沁陽(yáng)市。由于開(kāi)封的電力條件不能滿足要求，最后落實(shí)在沁陽(yáng)市，距離剛剛擴(kuò)建完成又有富余電力負(fù)荷的沁陽(yáng)電廠不到一公里的校尉營(yíng)村——太行山腳下一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的小村莊。距離輕研院所在地鄭州上街區(qū)150公里，坐班車要走4、5個(gè)小時(shí)。在建設(shè)規(guī)劃上，為了使試驗(yàn)基地具備一定的生產(chǎn)規(guī)模，投產(chǎn)后能夠獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，輕研院領(lǐng)導(dǎo)在試驗(yàn)槽建設(shè)的同時(shí)，原考慮建設(shè)一個(gè)1萬(wàn)噸規(guī)模的60kA自焙槽系列（當(dāng)時(shí)小電解鋁廠的起步規(guī)模），以能夠使試驗(yàn)廠投產(chǎn)后產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，維持基地運(yùn)轉(zhuǎn)。

專家組陣容強(qiáng)大。為了確保攻關(guān)萬(wàn)無(wú)一失，總公司組織成立了一個(gè)由行業(yè)內(nèi)權(quán)威專家組成的“常設(shè)專家組”，專家組成員有：韋涵光、邱竹賢、程宗浩、楊瑞祥、姚世煥、徐樹(shù)田、張大有等七人組成，老院長(zhǎng)程宗浩任專家組長(zhǎng)，輕研院老專家張大有任副組長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)，每往前一步，都要經(jīng)過(guò)專家組進(jìn)行方案討論和論證。

80年代中后期，法國(guó)Pechiney開(kāi)發(fā)的280kA(AP28-30)和美鋁300kA (Alcoa817)剛剛實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，而我國(guó)280kA鋁電解試驗(yàn)槽的設(shè)計(jì)，是在貴陽(yáng)院“三場(chǎng)”研究成果得到初步驗(yàn)證，對(duì)160kA電解槽技術(shù)改造、186kA試驗(yàn)槽僅完成設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。但當(dāng)時(shí)186kA試驗(yàn)項(xiàng)目尚未啟動(dòng)，直接跨越到當(dāng)時(shí)國(guó)際上最大容量級(jí)的280kA電解槽，設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)可想而知。有色總公司安排國(guó)外考察，只要是考察團(tuán)，到人家的鋁廠也只能在幾十米開(kāi)外遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看上一眼，當(dāng)然技術(shù)考察是一律不接待的，大型槽技術(shù)秘密在當(dāng)時(shí)是嚴(yán)格封鎖的。當(dāng)然，作為國(guó)際各大鋁業(yè)公司剛剛開(kāi)發(fā)成功的最新技術(shù)，嚴(yán)格的技術(shù)保密也是可以理解的。在作者和大多數(shù)專家的心里，AP28、Alcoa-817就是神一樣的存在，所有的資料就只有論文和幾張照片，物理場(chǎng)——更是看不見(jiàn)摸不著，告訴你結(jié)果和指標(biāo)，你也不知道怎么做。

在這種情況下，項(xiàng)目建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位包括專家組全體參試人員，盡管都安排組成了最強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)，但面臨的壓力仍是巨大的。電解槽設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方案的確定過(guò)程中，多次召開(kāi)專家論證會(huì)，廣泛調(diào)研，聽(tīng)取多方面的的意見(jiàn)。作者在每次的專家評(píng)審會(huì)其間，都能夠聽(tīng)到前輩專家們說(shuō)的最多的一句話，是一句近似安慰的鼓勵(lì)：大膽設(shè)計(jì)，不用怕，總能出鋁吧？一方面這么大的槽子，大家心里沒(méi)底，不敢有太大的奢望，也做好了最不利的準(zhǔn)備；另一方面，也期待著成功的一天。當(dāng)時(shí)那種責(zé)任感、使命感和壓力陡然劇增。

總體方案。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組艱苦努力，在全面研究并充分結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有試驗(yàn)基礎(chǔ)，最終向?qū)＜医M提出的設(shè)計(jì)方案如下：

① 設(shè)計(jì)電流強(qiáng)度280kA，安裝4臺(tái)試驗(yàn)槽；選擇4臺(tái)槽基本是工業(yè)化試驗(yàn)的慣例。按照磁場(chǎng)的特點(diǎn)，一般端部槽很難獲得理想效果，中間槽至少2臺(tái)以作為試驗(yàn)對(duì)比樣本，這也是最少的配置了；

② 最初考慮兩個(gè)方案，采用鄭州鋁廠65kA小預(yù)焙槽陽(yáng)極，36組陽(yáng)極陽(yáng)極（雙極組）的方案被否決；最后采用了貴鋁的改進(jìn)陽(yáng)極尺寸1450×660×540，陽(yáng)極組數(shù)40組，陽(yáng)極電流密度0.7314A/cm2；受到原有陽(yáng)極尺寸的限制，只有少許的改變；陽(yáng)極電流密度也有增加；

③ 陰極炭塊尺寸515×450×3150，陰極組數(shù)28組；陰極的尺寸當(dāng)時(shí)可以選擇的只有貴州鋁廠的模式；

④ 母線配置設(shè)計(jì)為全大面五點(diǎn)進(jìn)電；理論研究的成果，特大型槽獲得最佳磁流體力動(dòng)力學(xué)效果的配置形式，即電解槽橫向排列和大面多點(diǎn)進(jìn)電；

⑤ 陽(yáng)極提升機(jī)構(gòu)渦輪蝸桿式，采用8點(diǎn)提升；最初的設(shè)計(jì)，穩(wěn)妥可靠；

⑥ 采用中間下料方式，六點(diǎn)下料，下料器容量1.8kg，采用筒式（機(jī)械式）下料器；符合國(guó)際最新工藝技術(shù)發(fā)展；

⑦ 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用氧化鋁濃度自適應(yīng)控制系統(tǒng)；已經(jīng)在前期的研究中獲得一定基礎(chǔ)；

⑧ 加工面為：大面375，小面450，陽(yáng)極中縫200；參考了186kA槽，也是國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)；

⑨ 試驗(yàn)廠房采用兩層樓式結(jié)構(gòu)，操作平臺(tái)為+2.8m，廠房跨度為24m；基于車間散熱需要，這種廠房結(jié)構(gòu)形式為大型槽普遍采用，也與引進(jìn)項(xiàng)目一樣；

⑩ 氧化鋁輸送采用了超濃相輸送；當(dāng)時(shí)可選擇的是濃相和超濃相技術(shù)，但濃相技術(shù)國(guó)內(nèi)尚未掌握；

? 多功能機(jī)組駕駛室采用高位操作，跟186kA試驗(yàn)槽一樣，采用了大連起重機(jī)廠高位操作的多功能操作機(jī)組。

從以上方案，內(nèi)行專家們都可以看出，280kA電解槽的所有技術(shù)選擇，都具備了現(xiàn)代大型鋁電解槽的基本特征，即使今天來(lái)評(píng)價(jià)依然是先進(jìn)的。

七、核心難題破解

280kA試驗(yàn)廠的設(shè)計(jì)方案，完全比照了和吸收了國(guó)際最新先進(jìn)技術(shù)基本理念和研究成果。然而，真正的難題是在沒(méi)有先例的情況下，能不能真正掌握特大型槽的仿真設(shè)計(jì)技術(shù)，即設(shè)計(jì)出先進(jìn)的280kA槽并獲得真正優(yōu)良的效果。事實(shí)上，歐美國(guó)家大型化技術(shù)發(fā)展也并非一帆風(fēng)順。

前車之鑒。鋁電解磁流體動(dòng)力學(xué)（MHD）影響是現(xiàn)代鋁電解槽特有的核心技術(shù)問(wèn)題，也是成敗的關(guān)鍵。到國(guó)外考察，我們最想看、但人家絕對(duì)不讓看的就是用于電磁場(chǎng)補(bǔ)償?shù)哪妇€配置是怎么設(shè)計(jì)的。美國(guó)鋁業(yè)公司（Alcoa)早在上世紀(jì)60年代就開(kāi)始采用橫向配置和大面進(jìn)電母線配置解決磁流體問(wèn)題，Alcoa和Pechiney（法鋁）是現(xiàn)代鋁電解技術(shù)的先驅(qū)。多年以后，從多個(gè)渠道查閱到的有關(guān)資料報(bào)道，當(dāng)年曾讓我們神一樣膜拜的美鋁280kA槽（Alcoa-817）僅僅在澳大利亞波特蘭鋁廠建立兩個(gè)系列，后由于電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)原因不能穩(wěn)定運(yùn)行，因而至今沒(méi)有在任何地方再使用?；叵肫饋?lái)，真是讓人難以置信。

事實(shí)上，由于電磁場(chǎng)仿真出現(xiàn)問(wèn)題上導(dǎo)致工業(yè)試驗(yàn)和系列生產(chǎn)失敗的慘痛教訓(xùn)并不鮮見(jiàn)。美國(guó)凱撒（Kaiser）鋁業(yè)曾進(jìn)行過(guò)兩個(gè)190-200kA槽的工業(yè)試驗(yàn)，但均因磁場(chǎng)問(wèn)題宣告失?。挥汕疤K聯(lián)全蘇鋁鎂設(shè)計(jì)院80年代設(shè)計(jì)的塔吉克鋁廠(255kA)電解系列，建成后由于電磁不穩(wěn)定無(wú)法正常生產(chǎn)，當(dāng)年曾受到前蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈?duì)柊蛦谭虻狞c(diǎn)名批評(píng)。

磁場(chǎng)仿真再完善——LMAG的開(kāi)發(fā)。磁流體動(dòng)力學(xué)（MHD）影響研究，是現(xiàn)代大型鋁電解核心技術(shù)，其中電磁場(chǎng)仿真研究是基礎(chǔ)。電流的通過(guò)在電解槽內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與槽內(nèi)電流相互作用引起鋁液流動(dòng)、波動(dòng)，導(dǎo)致電流效率降低。由于電解廠房?jī)?nèi)槽殼、上部結(jié)構(gòu)等鐵磁性物質(zhì)的存在，磁場(chǎng)仿真計(jì)算的精度受到很大干擾，加上電解車間鋼結(jié)構(gòu)等分布復(fù)雜，并且一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度下存在磁飽和現(xiàn)象，對(duì)槽內(nèi)電磁場(chǎng)的精確仿真也更加困難。

由于容量的大幅度增加，280kA試驗(yàn)槽的車間布置方式母線配置發(fā)生了本質(zhì)變化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理工作量巨大，受復(fù)雜的母線電流源和鐵磁物質(zhì)的影響更是難以解決。因此，必須研究完善仿真技術(shù)，滿足完成280kA特大型槽電磁特性的分析和全大面“多點(diǎn)進(jìn)電”的母線配置設(shè)計(jì)的需要。

在對(duì)特大型工業(yè)鋁電解槽電磁特性研究的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)組提出了針對(duì)三類鐵磁物質(zhì)不同影響特性的電流源分別處理的技術(shù)路線，總結(jié)出了“內(nèi)磁場(chǎng)加強(qiáng)、外磁場(chǎng)減弱、復(fù)合磁場(chǎng)弱化”的鐵磁性物質(zhì)影響的基本規(guī)律，結(jié)合對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)槽和試驗(yàn)槽的系統(tǒng)測(cè)試研究后，建立了的“綜合屏蔽因子”模型和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)三類母線磁感應(yīng)強(qiáng)度受鐵磁性物質(zhì)的不同影響進(jìn)行分別處理；并通過(guò)多維空間變換實(shí)現(xiàn)了物理模型的無(wú)限擴(kuò)展，以更全面準(zhǔn)確考察系列電解槽的磁影響范圍和鐵磁物質(zhì)的影響，從而在當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)發(fā)展水平還不能滿足三維大空間數(shù)值計(jì)算需求的條件下，大大提高了電磁場(chǎng)模擬的精確度。以此為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了LMAG磁場(chǎng)計(jì)算軟件。

通過(guò)采用LMAG設(shè)計(jì)完成了280kA試驗(yàn)槽全大面“五點(diǎn)進(jìn)電”母線配置方案，使磁場(chǎng)設(shè)計(jì)取得了優(yōu)良的效果，模型方法和模擬結(jié)果得到了專家組的高度評(píng)價(jià)和認(rèn)可。優(yōu)化的結(jié)果垂直磁場(chǎng)平均值均小于４高斯，而且Ｙ向的水平磁場(chǎng)平均值｜By｜ave減少了將約50％。試驗(yàn)結(jié)果證明了模擬計(jì)算的精度是可靠的。

多點(diǎn)進(jìn)電母線優(yōu)化——再下一城。母線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)鋁電解槽電磁場(chǎng)及磁流體動(dòng)力學(xué)特性理論工程化實(shí)施的關(guān)鍵，是現(xiàn)代大型鋁電解槽的核心技術(shù)。

一般來(lái)說(shuō)，母線系統(tǒng)首先要滿足電解槽陰、陽(yáng)極電流分布及母線系統(tǒng)電流分布，這是實(shí)現(xiàn)電磁特性模擬結(jié)果的基礎(chǔ)；同時(shí)還應(yīng)當(dāng)使母線系統(tǒng)的投資費(fèi)用與電耗費(fèi)用的總和最低，由于母線的投資在電解槽投資中占有很高的比例（30~40%），因此母線的優(yōu)化直接影響電解鋁的投資；再其次，母線系統(tǒng)對(duì)于施工安裝、生產(chǎn)操作、安全性以及母線規(guī)格的工程要求，使得母線的設(shè)計(jì)異常復(fù)雜。對(duì)以往的單端或雙端進(jìn)電電解槽而言，傳統(tǒng)的方法是采用求母線經(jīng)濟(jì)電流密度的方法確定母線斷面。由于大型槽母線配置設(shè)計(jì)采用了“多點(diǎn)進(jìn)電”和補(bǔ)償母線等結(jié)構(gòu)，使母線系統(tǒng)十分復(fù)雜，無(wú)法用傳統(tǒng)的單一矩形或鍥型母線計(jì)算方法來(lái)定義。因而這項(xiàng)研究也成為現(xiàn)代鋁電解技術(shù)在電磁場(chǎng)理論的工程化難題。

“當(dāng)量?jī)?yōu)化法”——LBUS。試驗(yàn)組研究分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)物理模型用于多點(diǎn)進(jìn)電系統(tǒng)分析時(shí)，帶來(lái)的分析誤差可以達(dá)到30%以上。因此，1988年，試驗(yàn)組在提出母線斷面綜合優(yōu)化的概念的基礎(chǔ)上，首先將研究的物理模型擴(kuò)展到電解槽所有的導(dǎo)電區(qū)域，即確定了以先進(jìn)的“鋁液—鋁液”網(wǎng)絡(luò)模型建立的物理模型；首次從理論上確定了母線系統(tǒng)各段母線截面之間的優(yōu)化關(guān)系，即以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所遵循的基爾霍夫定律為基礎(chǔ)，將復(fù)雜的母線系統(tǒng)分解為具有普遍意義的“樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)”，通過(guò)“當(dāng)量母線”確定母線段之間的優(yōu)化約束條件，從而建立了以母線系統(tǒng)總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)的母線斷面“當(dāng)量?jī)?yōu)化法”模型，破解了多點(diǎn)進(jìn)電母線網(wǎng)絡(luò)多級(jí)串并聯(lián)的“K值理論解”的問(wèn)題，并據(jù)此開(kāi)發(fā)成功母線系統(tǒng)優(yōu)化軟件（LBUS）。此外，LBUS的強(qiáng)大功能還包括規(guī)格化、現(xiàn)場(chǎng)安裝、操作因素、安全參數(shù)等引入作為附加約束條件，同時(shí)考慮了溫度變化對(duì)電阻率的影響，實(shí)現(xiàn)了工程條件下“多點(diǎn)進(jìn)電”母線斷面的優(yōu)化。

也就是說(shuō)，LBUS不僅使母線系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足理論上的最優(yōu)化，而且能夠滿足各種復(fù)雜的實(shí)際工程要求，即可以模擬母線系統(tǒng)在電流和電壓分布特性、工程限制條件和經(jīng)濟(jì)性之間尋求最優(yōu)的平衡。由于LBUS的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，為試驗(yàn)槽多種方案的快速優(yōu)化選擇計(jì)算提供了可靠保證。

1989年10月，鑒于其對(duì)大型槽開(kāi)發(fā)的重要作用，貴陽(yáng)院專門提請(qǐng)由有色總公司組織專家對(duì)“當(dāng)量?jī)?yōu)化法”模型和LBUS軟件省部級(jí)專家鑒定：認(rèn)為模型和軟件均達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，獲得了省部級(jí)優(yōu)秀軟件獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

280kA母線設(shè)計(jì)——水到渠成。LBUS軟件成功應(yīng)用于280kA試驗(yàn)槽五點(diǎn)進(jìn)電母線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不但取得了預(yù)期的電磁場(chǎng)效果，母線系統(tǒng)的電壓、電流分布以及投資費(fèi)用都得到了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果。LBUS在母線系統(tǒng)的電壓175mV（一般<180mV）的情況下，使用最少的鋁母線用量，單位母線用量?jī)H為0.10t/kA。模擬的精度一般控制在2%以內(nèi)，實(shí)際測(cè)量結(jié)果局部最大誤差達(dá)到3～5%。優(yōu)化取得的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)至今無(wú)法超越。

LMAG和LBUS的開(kāi)發(fā)，使原本280kA槽開(kāi)發(fā)技術(shù)難題順利化解，一切水到渠成。設(shè)計(jì)工作在專家指導(dǎo)下，進(jìn)展非常順利。

1990年3月，在專家組專門組織的物理場(chǎng)及母線設(shè)計(jì)方案評(píng)審會(huì)上，邱竹賢院士輕松地笑著說(shuō)：非常好！模型計(jì)算考慮的非常嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，沒(méi)有問(wèn)題，立母線是不是高了一點(diǎn)兒？

試驗(yàn)系列配置難題——專家組的決定。單獨(dú)為了4臺(tái)當(dāng)試驗(yàn)槽建一個(gè)廠，這在全世界也是罕見(jiàn)的。存在一個(gè)突出的問(wèn)題，4臺(tái)槽正常的系列電壓還不足20V，一旦發(fā)生效應(yīng)（效應(yīng)時(shí)單臺(tái)槽電壓會(huì)升高30V以上），系列電流將產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)，試驗(yàn)將很難維持正常的運(yùn)行條件。

由于試驗(yàn)車間只有4臺(tái)試驗(yàn)槽，最初的設(shè)計(jì)方案，電解車間返回母線呈對(duì)稱布置，每側(cè)各140kA電流，見(jiàn)下圖中的臨時(shí)母線。針對(duì)項(xiàng)目組提出的問(wèn)題，專家組根據(jù)姚世煥大師的建議，并經(jīng)過(guò)認(rèn)真討論提出：將試驗(yàn)廠擬建設(shè)的一萬(wàn)噸/年自焙槽系列改為26臺(tái)140kA電解槽，分兩列對(duì)成布置在280kA試驗(yàn)槽的兩側(cè)，替代280kA試驗(yàn)槽的返回母線，這樣既可減弱返回母線對(duì)試驗(yàn)槽的磁場(chǎng)影響，又可以增加試驗(yàn)系列的總槽數(shù)，提高系列電壓。

專家的建議化解了試驗(yàn)系列的配置難題，項(xiàng)目組按照專家們的這一改進(jìn)建議，以此為前提，應(yīng)用LMAG、GY-MHD和LBUS仿真和模擬程序，完成了此后的所有電磁及磁流體動(dòng)力學(xué)模擬和大母線配置設(shè)計(jì)與槽周圍母線的設(shè)計(jì)。

八、280kA試驗(yàn)終獲成功

經(jīng)過(guò)三年多的研究、試驗(yàn)和仿真計(jì)算，攻關(guān)項(xiàng)目組終于完成了280kA試驗(yàn)槽的全部設(shè)計(jì)方案，試驗(yàn)即將轉(zhuǎn)入實(shí)質(zhì)性的實(shí)施階段。

方案會(huì)審——規(guī)?？涨啊?991年元月19至23日，試驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)工準(zhǔn)備工作正緊鑼密鼓地進(jìn)行。為確保項(xiàng)目建設(shè)方案的科學(xué)合理性和萬(wàn)無(wú)一失，有色總公司科技局在北京平谷縣亞運(yùn)村水上運(yùn)動(dòng)中心賓館召開(kāi)了一次全國(guó)各大鋁企業(yè)、大學(xué)、科研院所等35名專家參加的設(shè)計(jì)方案論證會(huì)，專家成員有中南工業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、貴陽(yáng)院、沈陽(yáng)院、輕研院等科研院所的專家和來(lái)自貴州、撫順、青海、包頭、蘭州、連城等各大鋁廠的著名專家，這些專家有從事理論研究工作的學(xué)者教授、有電解工藝的老專家、還有從事電解鋁設(shè)備、筑爐等一線工作的專家（如貴州鋁廠的于宗耀、青海鋁徐忠良教授等），項(xiàng)目組成員34人參加了會(huì)議。

會(huì)議決定由七位德高望重的280kA試驗(yàn)項(xiàng)目“常設(shè)專家組”成員組成“核心專家組”，在聽(tīng)取大專家組意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，形成最終決議，足見(jiàn)有關(guān)部門對(duì)于此次會(huì)議的高度重視。說(shuō)到底主管單位的領(lǐng)導(dǎo)還是對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目的成功心里沒(méi)有底，邀請(qǐng)全國(guó)的專家們把把脈。作者作為三場(chǎng)仿真和電解槽設(shè)計(jì)方案的主要匯報(bào)人之一，對(duì)這次會(huì)議的印象非常之深刻，令人難忘。鈕因鍵局長(zhǎng)作為項(xiàng)目的總協(xié)調(diào)和主管領(lǐng)導(dǎo)，自始至終傾注了大量的心血，不辭勞苦，幾乎親自組織、參加了每一次的討論會(huì)。邱竹賢院士說(shuō)：多年來(lái)我們?cè)阡X電解電化學(xué)領(lǐng)域研究取得了很多的成果，但在物理場(chǎng)研究方面很薄弱，這是現(xiàn)代工業(yè)電解槽的核心，貴陽(yáng)院在這方面的研究開(kāi)發(fā)走在了前邊，能夠設(shè)計(jì)出這樣的大槽子讓我感到很欣慰，第一步總是要邁出去。

高度肯定——謹(jǐn)慎建議?；诋?dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展歷史背景和專家們的經(jīng)驗(yàn)，專家們一方面對(duì)280kA試驗(yàn)充滿期待，又對(duì)這些年我們?cè)?60kA電解槽生產(chǎn)方面的一些問(wèn)題心有余悸，會(huì)議經(jīng)過(guò)了熱烈（近乎激烈）地討論，最后經(jīng)過(guò)核心專家組的研究，做出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

① 對(duì)項(xiàng)目組在現(xiàn)有條件下所做的試驗(yàn)槽、試驗(yàn)車間工藝設(shè)計(jì)方案，采用的各項(xiàng)技術(shù)與當(dāng)前國(guó)際上的發(fā)展水平相比是先進(jìn)的；

② 電解槽三場(chǎng)仿真、槽內(nèi)襯設(shè)計(jì)方案、五點(diǎn)進(jìn)電母線配置方案的計(jì)算依據(jù)是可靠的，設(shè)計(jì)的電熱特性、電磁特性設(shè)計(jì)方法和各項(xiàng)指標(biāo)先進(jìn)、技術(shù)方案可行；

③ 陽(yáng)極中縫設(shè)計(jì)200mm，改為250mm（186kA試驗(yàn)槽采用200mm，引進(jìn)160kA為250mm）；

④ 陰極鋼棒由通長(zhǎng)鋼棒改為中間斷開(kāi)方式，中間斷開(kāi)距離為250mm；

⑤ 參考當(dāng)時(shí)國(guó)際上一些大型槽技術(shù)特點(diǎn)，建議1-3號(hào)槽結(jié)構(gòu)采用原方案，即直角搖籃式槽殼和渦輪蝸桿提升機(jī)構(gòu)，4號(hào)槽采用船型搖籃式槽殼和三角板滾珠絲杠式的提升機(jī)構(gòu)，由沈陽(yáng)院負(fù)責(zé)完成設(shè)計(jì)工作。

主要技術(shù)方案獲得專家一致通過(guò)，大大鼓舞了試驗(yàn)組的信心。這次會(huì)議是歷史性的，它的召開(kāi)是試驗(yàn)工作的重點(diǎn)轉(zhuǎn)入建設(shè)和工業(yè)試驗(yàn)階段的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

由沈陽(yáng)院承擔(dān)４號(hào)槽在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行不同方案的試驗(yàn)，今天看來(lái)是非常正確的，這是此次會(huì)議的又一貢獻(xiàn)，船型槽殼在后來(lái)的大型槽發(fā)展應(yīng)用中充分得到了證明，也成為一種普遍的結(jié)構(gòu)形式；而三角板滾珠絲杠式的提升機(jī)構(gòu)也是后來(lái)市場(chǎng)上大家看到的沈陽(yáng)院與貴陽(yáng)院設(shè)計(jì)方案的標(biāo)志性差別，這是沈陽(yáng)院霍慶發(fā)教授和王汝良、張萬(wàn)福等專家的重要貢獻(xiàn)。

另外，從以上決議可以看出，陽(yáng)極中縫由200mm加大到250mm今天看顯然是保守了，隨著點(diǎn)式下料技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)不需要那么大了。但是萬(wàn)一造成下料不暢怎么辦？能不冒險(xiǎn)還是不要冒險(xiǎn)；陰極鋼棒采用通長(zhǎng)還是中間斷開(kāi)，今天看結(jié)果已經(jīng)不是什么問(wèn)題，雖然意見(jiàn)分歧很大，但在當(dāng)年引進(jìn)的160kA槽大面積破損的陰影籠罩下，日方采用的通長(zhǎng)陰極鋼棒也有可能會(huì)是罪魁禍?zhǔn)字?，專家組們希望結(jié)合我國(guó)在小型槽上已有長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的斷開(kāi)式的陰極鋼棒，也是可以理解的。從這次會(huì)議結(jié)果，也可以看出老專家們內(nèi)心期待和糾結(jié)。是啊，至少能出鋁吧，不放心也要干！關(guān)鍵的技術(shù)要突破，要大膽試；能試驗(yàn)的盡量試，多一些選擇；該保守的還是保守點(diǎn)兒，我們不能輸。中國(guó)鋁電解技術(shù)，就是這樣一點(diǎn)一滴，循環(huán)往復(fù)、進(jìn)進(jìn)退退中不斷進(jìn)步、不斷完善、不斷發(fā)展壯大的。在整個(gè)280kA試驗(yàn)槽開(kāi)發(fā)長(zhǎng)達(dá)8年的歷程中，幾乎天都面臨這樣那樣的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

只是模仿？多年以后的一次國(guó)際交流活動(dòng)中，一位外國(guó)朋友說(shuō)：中國(guó)的大型電解槽是模仿國(guó)外某公司的技術(shù)設(shè)計(jì)的。作者聽(tīng)了，當(dāng)時(shí)就嚴(yán)肅地跟他說(shuō)：您錯(cuò)了，您可能不了解情況，中國(guó)的大型電解槽或許有借鑒國(guó)外技術(shù)，但那只是公開(kāi)的知識(shí)，我們既沒(méi)有得到國(guó)外的任何幫助，也沒(méi)有國(guó)外提供的資料，甚至連國(guó)外的槽子都沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)，完全是靠自己理論研究，一步步開(kāi)發(fā)完成的，怎么能說(shuō)模仿設(shè)計(jì)的？波音飛機(jī)你經(jīng)常坐，它就在你面前，全世界有幾家公司能夠模仿？!

我們?cè)谝M(jìn)日本技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了將近20年的時(shí)間，從物理場(chǎng)研究到引進(jìn)技術(shù)改造、180kA級(jí)電解槽的試驗(yàn)，再到280kA特大型試驗(yàn)槽的開(kāi)發(fā)，這是模仿嗎？應(yīng)該說(shuō)，到今天中國(guó)不但形成了自己的現(xiàn)代技術(shù)體系，而且與國(guó)際上最先進(jìn)的鋁業(yè)公司的代表性技術(shù)相比，不但有自己突出的特點(diǎn)，而且在某些主要性能指標(biāo)上超過(guò)了國(guó)外水平，這是值得中國(guó)人自豪的。中國(guó)鋁電解大型化技術(shù)在當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)決也不遜色于任何產(chǎn)業(yè)，而且成套技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)了完全的國(guó)產(chǎn)化。

項(xiàng)目建設(shè)——艱難曲折。由于是第一次承擔(dān)這么大的電解槽的建設(shè)和試驗(yàn)，所有參建單位都派出了最強(qiáng)的技術(shù)力量。鄭州輕金屬研究院副院長(zhǎng)劉全樸擔(dān)任指揮長(zhǎng)，后期項(xiàng)目啟動(dòng)運(yùn)行前，由副院長(zhǎng)王平甫教授擔(dān)任廠長(zhǎng)；魯光裕、黃志高、呂定雄等先后擔(dān)任副指揮長(zhǎng)。為了確保電解槽鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量，承擔(dān)建設(shè)任務(wù)的中國(guó)第六冶金建設(shè)公司施工人員。為了保障電解槽結(jié)構(gòu)安全，盡管選拔了有豐富經(jīng)驗(yàn)優(yōu)秀焊工承擔(dān)，還是不敢絲毫馬虎，在設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下，按照不同部位焊接要求進(jìn)行模擬焊接，經(jīng)檢驗(yàn)合格才正式上崗操作；電解槽內(nèi)襯筑爐工作由青海鋁廠修建公司承擔(dān)，由該公司總經(jīng)理徐忠良教授級(jí)高工親自帶隊(duì)施工。全體試驗(yàn)人員認(rèn)真負(fù)責(zé)，每一個(gè)技術(shù)問(wèn)題、每一次變更都要進(jìn)行認(rèn)真的討論，有時(shí)候?yàn)榱艘粋€(gè)變更幾家單位吵得面紅耳赤、不亦樂(lè)乎。

由于資金投入遠(yuǎn)超過(guò)初期預(yù)算（后期有所調(diào)整），加上需要考慮整個(gè)試驗(yàn)廠運(yùn)營(yíng)增加的26臺(tái)140kA電解槽和輔助系統(tǒng)，資金出現(xiàn)了較大的缺口。輕研院前后兩任院長(zhǎng)田庚有和顧松青為了獲得資金支持，想方設(shè)法，四處奔走；王平甫副院長(zhǎng)臨危受命，關(guān)鍵時(shí)刻出任280kA試驗(yàn)廠廠長(zhǎng)，克服重重困難，顯示了知識(shí)分子領(lǐng)導(dǎo)的魄力與膽識(shí)。終于在1992年中期，試驗(yàn)項(xiàng)目280kA槽建設(shè)基本完成。

解決電力難題——高層施援。然而，由于當(dāng)時(shí)河南的電力供應(yīng)情況變化，出現(xiàn)了嚴(yán)重的缺電。而且，沁陽(yáng)電力集團(tuán)看到了鋁工業(yè)發(fā)展的有利條件，也開(kāi)始規(guī)劃自己的電解鋁產(chǎn)業(yè)，并在試驗(yàn)基地西側(cè)不足一公里的地方，率先建成了1萬(wàn)噸/年的自焙槽鋁廠（沁陽(yáng)鋁電集團(tuán)華懋鋁廠，沁奧鋁業(yè)的前身），使得本來(lái)就緊張的電力供應(yīng)更趨艱難，導(dǎo)致試驗(yàn)項(xiàng)目長(zhǎng)時(shí)間不能啟動(dòng)運(yùn)行。到1993年夏天，時(shí)任中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司總經(jīng)理吳建常同志，親自寫信給河南省委書記李長(zhǎng)春同志，闡明國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目的重要性，希望河南省給予支持。在度過(guò)夏季農(nóng)業(yè)抗旱季電力高峰以后，試驗(yàn)場(chǎng)的電力情況很快得到改變，試驗(yàn)基地從140kA槽開(kāi)始逐步啟動(dòng)運(yùn)行。

終獲成功。1995年元月，4臺(tái)280kA電解槽相繼啟動(dòng)運(yùn)行。試驗(yàn)組分為電氣保障組、工藝試驗(yàn)組、測(cè)試組和資料組四個(gè)小組，全面投入試驗(yàn)過(guò)程。為了考慮到鋁液焙燒可能對(duì)槽壽命產(chǎn)生影響，試驗(yàn)組放棄了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)普遍使用的日本鋁液焙燒技術(shù)，總結(jié)了國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)曾經(jīng)使用過(guò)的厚焦粒焙燒技術(shù)的不足，首次制定并采用了薄焦粒焙燒的技術(shù)方案。由于經(jīng)驗(yàn)不足，第一臺(tái)槽通電后出現(xiàn)了8組陽(yáng)極不導(dǎo)電的不利情況。試驗(yàn)組及時(shí)總結(jié)改進(jìn)，使后三臺(tái)槽焙燒啟動(dòng)順利完成。

經(jīng)過(guò)連續(xù)的運(yùn)行和試驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)一年多的試驗(yàn)和三個(gè)月的性能測(cè)試后，試驗(yàn)組完成全部的試驗(yàn)任務(wù)，取得了令人滿意的試驗(yàn)結(jié)果，280kA電解槽獲得了巨大成功。

“280kA特大型鋁電解槽工業(yè)試驗(yàn)”是國(guó)家計(jì)委“七五”、“八五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，該項(xiàng)目由中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司組織實(shí)施，鄭州輕研院、貴陽(yáng)院和沈陽(yáng)院共同承擔(dān)了該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)及工業(yè)試驗(yàn)任務(wù)。從1988年開(kāi)始籌建大型鋁試驗(yàn)基地，經(jīng)過(guò)8年的攻關(guān)，成功地開(kāi)發(fā)了4臺(tái)280kA特大型鋁電解試驗(yàn)槽。經(jīng)過(guò)一年半的運(yùn)行，考核測(cè)試結(jié)果：試驗(yàn)槽取得了電流效率93.44%，直流電耗13114kWh/tAl。1996年11月通過(guò)了有色總公司組織的國(guó)家科技成果鑒定。

里程碑。280kA試驗(yàn)槽的開(kāi)發(fā)成功，標(biāo)志著我國(guó)大型鋁電解槽技術(shù)已進(jìn)入世界領(lǐng)先行列，其高效、低耗、運(yùn)行可靠、投資省等優(yōu)點(diǎn)，所完成的各項(xiàng)試驗(yàn)，成為我國(guó)更大容量電解槽的基礎(chǔ)和模板。280kA試驗(yàn)槽的開(kāi)發(fā)為我國(guó)鋁電解生產(chǎn)的規(guī)?；峁┝顺商紫冗M(jìn)技術(shù)，被譽(yù)為我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展的里程碑！也成為中國(guó)電解鋁工業(yè)高速發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和強(qiáng)大引擎！并且孕育了此后又一個(gè)20年電解鋁一波又一波發(fā)展浪潮！

為此做出重大貢獻(xiàn)的既有程宗浩、張燕剛等老領(lǐng)導(dǎo)和邱竹賢、姚世煥、楊瑞祥、張大有等高瞻遠(yuǎn)矚的老一輩領(lǐng)導(dǎo)和專家，有鈕因鍵、顧松青、王平甫、劉全樸、于家謀、霍慶發(fā)等一代領(lǐng)導(dǎo)的精心領(lǐng)導(dǎo)和組織，還有眾多新一代年輕科技精英長(zhǎng)達(dá)8年的克難攻堅(jiān)、晝夜奮戰(zhàn)。他們與280kA試驗(yàn)槽技術(shù)一樣，必將載入中國(guó)電解鋁發(fā)展的光輝史冊(cè)！

1998年，“280kA鋁電解槽工業(yè)試驗(yàn)”項(xiàng)目，獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這是有史以來(lái)我國(guó)電解鋁技術(shù)領(lǐng)域唯一的國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

（因作者知識(shí)有限，掌握信息資料不全，文章所述難免以偏概全，請(qǐng)大家批評(píng)指正?。?/p>