2、第二个要点：低电解温度（低温）

1）低温的含义。正像前言里谈到的，低温有不同的含义。

低温的第一种含义是指低温铝电解。铝的低温电解在教科书中是有特定含义的，一般是指温度在900℃以下进行的铝电解过程，需要在现有电解质体系下对电解质成分做较大的改进。到目前为止，这方面的研究虽然一直在进行，但与工业上使用的现有电解质体系相比还没有取得明显的优势，也不在本次讨论的范围。

低温的第二种含义是指相对低的电解温度。也就是我们通常所说的“四低一高”中的低温，这里所说的“低”，是相对的，即与传统的电解质温度相比较。温度与电解质的成分有关，实际上与“四低一高”中的另一个低(低分子比)是相一致的。

低温的第三种含义是相对低的电解质过热度，过热度的概念是指在给定的电解质成分下，电解温度与初晶点（熔点）之间的差。近年来，过热度对铝电解生产的影响越来越受到重视。

2）温度越低、电流效率越高。先说第二种低温，上世纪80年代，改革开放初期，从引进技术开始采用的电解温度一般在~970℃左右，实际生产上温度有时还会更高。那一个时期，电流效率大约在85%~86%之间。当然，电流效率低的原因除了温度还与当时其他很多设计和工艺条件等因素有关。

这个意义上的低温对改善电解过程、提高电流效率和降低能耗的作用，理论上已有定论。温度是影响效率最重要的因素，世界著名铝冶金专家格尔泰姆（K.Grjotheim）、我国铝工业泰斗邱竹贤、刘业翔院士等以及众多世界各国的研究者的研究成果，无论实验室电解槽的实验还是工业电解槽上进行的测试数据，所有的研究都证明：电流效率随电解温度降低而升高，温度每降低1℃，电流效率提高0.15%~0.2%。

在理论上这一点很容易解释，在恒定的电流下，电化学反应的的速度不会改变，而温度的升高加速了铝的溶解损失及其与CO2之间的反应，反应的速度随温度的降低而降低。

3）锂盐富集是特例。低温（生产上通常<950℃）是靠降低电解质中AlF3和NaF的分子比（摩尔比2.2~2.4）实现的。近年来，在使用我国北方地区氧化铝的一些企业，由于铝土矿中的锂、钾成分通过氧化铝带入电解槽在电解质中富集，形成复杂的电解质体系，温度与分子比的对应关系发生了改变，对电解生产造成一些不利影响。由于存在过量的LiF等成分，很难再保持较高的AlF3，为了维持生产稳定，有些厂不得不将分子比提高到2.5以上。但这只是特例，与低温和低分子比操作工艺的正确性不矛盾，跟正常情况下电解质中加锂盐不是一回事，加锂盐的好处理论上也有定论。

低分子比的好处这里不讨论，教科书上都有，大家照着做就可以了，而且要做到低分子比，只要控制好AlF3加料就可以做到，实际生产中分子比变化也没那么快，重要的是低分子比概念。

4）降低过热度才是硬道理。再说第三种低温，低温可以提高电流效率，但所有的实验包括工业性的测试研究，尽管不同的研究者采用的电解质成分并不完全相同，但都是在一定的电解质体系下获得的。换言之，所有的实验都是在一定的初晶温度下进行的，此时温度实际上就是过热度。如果低温是靠降低分子比（降低了初晶点）获得的，那么前边说的，降低电解温度与提高电流效率的关系就不成立了。

挪威科技大学通斯坦教授（J.Thonstad，有人说他世界排名前三）在他的著作中指出：过热度是电压（极距）以外电解槽运行的第二重要的参数，过热度对电流效率的影响强于电解温度的影响。

过热度决定侧部结壳和伸腿的形成，并且对氧化铝在电解质中的溶解率也有影响，它由电解槽的动态热平衡决定。过热度的降低会增加炉帮的厚度，从而减小铝液镜面的面积，反过来减少铝的二次反应的损失，增加了电流效率。炉帮的作用非常奇特，我们下集再讲。

生产中，我们常常强调热平衡的重要性，但热平衡是否合适，实际上技术人员是靠评价电解温度的高低来判断的，说到底其实还是过热度！

5）我国电流效率为什么低？通过以上的讨论我们知道了，低温的真正的本质内涵是低过热度。实际上，要做到前边的第二种低温，做到低分子比就可以了，后边的才是重点——低过热度。按照以上理论，综合下来过热度影响电流效率可达到2~3%。

我们国家80年代初晶温度设计值在955℃，过热度为15℃，由于采用效应控制模式控制氧化铝浓度，实际生产中过热度常常会超过20℃。按照生产上一般要求，现行的过热度一般为不超过15℃为宜，实际检测结果，大部分情况会维持在10℃~15℃之间，但这不是指最佳值。

根据研究认为，过热度越低越好，但不宜低到5℃以下，国际先进的铝厂大部分在6℃~10℃之间，如：AP50为8.7℃，显然差距是明显的。

6）怎么做到低过热度。既然过热度这么重要，为什么我们做不到?到目前为止，我们还没有一个铝厂把过热度控制参数作为一个明确的操作目标，虽然大家都明白它的重要性，但着实很难做。

首先设计上，算不准。尽管我们已经建立了比较可靠的模型，通过计算机仿真可以对电解槽的热平衡进行精确的仿真，但仅限于稳态模型，动态模型热平衡计算的误差还是比较大的，而且与实际生产过程差距更大；其次生产上，测不到。由于电解质的腐蚀性，温度测量很难在线测量，而测量过热度的难度更大，精确调控过热度就更加困难。

2013年，东方希望刘永行董事长希望通过引进AP技术解决我国电解铝电流效率低的问题，安排了一次设计院与法国AP公司的技术交流，在对方电解槽技术方案中包含了电解槽侧部温度调节系统，用于精确地控制槽温。由于国际各大铝业公司都具有独立的技术体系，这方面的技术也很少对外交流，更不会单独转让，因此我们也很少了解技术细节。目前国内外市场上能够提供这方面技术支持的一个是新西兰奥克兰大学的Enpot技术，再就是国内郑州大学与轻冶股份联合开发的HORRS技术。二者的区别在于换热介质的不同，HORRS还兼有高效的余热回收功能。

7）低过热度——传统电解技术最后一个堡垒。与低电压相比，低温更有可能是目前造成我国电解铝电流效率低的重要因素。尽管极距的降低，会造成磁流体稳定性变差而降低电流效率，但相关研究表明，如果电磁场是稳定的，在极距大于3cm的情况下，极距变化对电流效率影响并不明显。换句话说，低电压对电流效率影响没那么大；但另一方面，低温带来的电流效率的提高，也不像降低电压带来电耗降低那样直观，这大概也是低过热度控制在我国长期没有得到足够重视的原因。我最近给同志们常说的一句话：要相信科学，相信理论的正确性和对生产实践的指导意义。

综上所述，以低过热度为核心的低温概念和相关工艺技术是电解槽提高电流效率实现节能降碳的重要技术要点。可以说，低过热度是霍尔埃鲁特电解槽生产工艺技术上的最后一个堡垒。