近日，记者从中铝郑州有色金属研究院有限公司（以下简称“中铝郑州研究院”）获悉，由该院牵头研发的“基于多尺度多场耦合理论的大型铝电解槽长寿命关键技术开发与应用”技术实现突破。该技术在延长电解槽寿命40%以上的同时，进一步降低了大修成本，减少了大修渣排放，取得了较好的经济和社会效益。该技术获2025年度河南省科学技术进步奖二等奖。
据中铝郑州研究院铝电解研究所副所长、一级研究员包生重介绍，阴极炭块是铝电解槽的核心部件，承担导电与底部内衬双重功能。随着电解槽日趋向500kA和600kA的大型化发展，电解槽阴极炭块局部应力集中问题日益凸显，开裂风险升高，严重制约电解槽寿命与生产效率。针对这一行业共性难题，中铝郑州研究院科研团队从电解槽基础技术研究入手，经过近10年的持续攻关，逐步建立并完善了融合“阴极、熔体、阳极”三大区域于一体的“纵深防御”技术体系，系统性提升大型电解槽整体寿命。
项目团队在精准诊断阴极炭块内部应力状态的基础上，进一步研发了阴极区域应力缓释立体抗渗保温技术。该技术创新保温设计理念，开发出电解槽底部“一体化柔性抗渗层”。该抗渗层在阴极炭块侧部区域形成“刚柔协同”的应力缓释机制，有效解决了水平方向应力释放与吸收的适配难题，为大型电解槽延寿提供了关键技术支撑。
此外，电解质渗透侵蚀与氧化铝浓度分布不均等问题，同样会加剧阴极炭块的局部应力集中。针对这两大痛点，中铝郑州研究院团队从材料与控制系统两方面分别取得突破。
在抗渗材料方面，团队研发出一种兼具抗渗与保温性能的抗渗材料制备技术，直击电解质渗透破坏内衬的难题。测试显示，新材料抗渗性能较现有同类产品提升2倍以上，为电解槽延寿提供了可靠的材料保障。
在过程控制方面，团队开发出大型铝电解槽多参数协同优化控制技术及协同寻优控制系统，有效破解了因氧化铝浓度不均易引发闪烁效应，进而导致炉膛畸形、局部破损的行业难题。应用显示，该系统可使氧化铝浓度采样偏差降低20%，为电解槽长周期稳定运行提供了关键的控制系统支撑。同时，中铝郑州研究院根据电解槽改进和使用情况，不断完善电解槽操作使用手册，规范指导现场人员科学进行管理，为全面提升电解槽使用寿命打好现场基础。
目前，基于多尺度多场耦合理论的长寿命关键技术已在国内多家电解铝企业推广应用超4500台，电解槽平均寿命从2000天延长至2800天以上；每吨铝大修成本降低85元，大修渣排放量减少5公斤，每年可节约大修费用3.4亿元，减少大修渣排放2万吨，有力推动了铝电解行业绿色低碳发展。
业内专家评价指出，这一成果为我国铝工业绿色低碳发展提供了重要技术引领，对铝电解行业向智能化、绿色化方向转型升级具有较强的推动作用。
