新型阴极结构电解槽铝电解基础理论研究

本项目以新型阴极结构电解槽从阴极结构到工艺和技术操作所涉及的科学理论问题为核心，系统地研究阴极结构对阴极铝液的流速、流场、液面波动的影响，建立起新型阴极结构电解槽铝电解实现阴极铝液具有最小波动阴极结构设计的科学理论。在此基础上，通过对新型结构电解槽槽帮结壳和熔体换热系数，钠和电解质对阴极渗透，渗透阴极导热系数，热电平衡，槽内衬结构和槽壳应力场，阳极过程动力学和阳极效应等的研究，建立这种新型阴极结构电解槽在低槽电压和低铝水平条件下，能实现电解槽电热平衡的电解槽内衬结构从散热型设计过渡到保温型设计的基础理论，电解质熔体流体力学的理论，工艺技术与操作的理论。阳极效应的机理，低效应电压的计算机控制理论，构筑起对新型阴极结构电解槽铝电解技术进行优化的科学基础。

本项目以新型阴极结构电解槽从阴极结构到工艺和技术操作所涉及的科学理论问题为核心，系统地研究了如下几个方面的内容：（1）新型阴极结构电解槽电场的基础理论，（2）新型阴极结构电解槽磁场的基础理论，（3）新型阴极结构电解槽流场特性的基础理论，（4）新型阴极结构电解槽阳极气体析出对液面波动的影响机制，（5）借助水模型模拟新型阴极结构电解槽电磁场强化重力波的机制，（6）新型阴极结构电解槽阴极表面凸起对铝液表面减波机理的基础理论，（7）新型阴极结构电解槽热平衡设计的基础理论，（8）电解槽中LiF和KF添加剂对电解质物理化学性质以及阴极过程和阳极过程的影响，（9）新型阴极结构电解槽阳极效应特性及其机理，（10）钠和电解质在新型阴极结构电解槽的阴极炭块中的渗透规律及碳化铝生成机理，（11）新型阴极结构电解槽槽壳结构设计即槽壳应力场的基础理论。.通过本项目的研究，建立起了新型阴极结构高效节能铝电解槽从结构到工艺与操作的完整而系统的基础理论体系，揭示出了新型阴极结构高效节能铝电解槽阳极效应降低的机理。.利用上述研究结果开发出了新一代的新型阴极结构电解槽，并在350kA系列的电解槽上进行了工业试验，实现了铝电解生产电能消耗的进一步降低。