近年来，随着工艺设备的不断迭代，电解铝行业绿色发展成效显著，但受固有生产条件影响，炭渣问题依旧突出。
去年，酒钢东兴铝业公司集结一线技术骨干和科研人员联合攻关，推进“双碳”条件下500kA铝电解槽炭渣产生机理及控制技术研究与应用项目，既有效减少了炭渣产生量，又实现了降本、减排、增效多项突破。靠着实打实的效果，该项目获得集团公司2025年度技术创新成果一等奖。
精准把脉揪出病根
电解槽是电解铝生产的核心设备，高温运行过程中会发生复杂的物理化学反应，炭渣便是这一过程中难以避免的伴生物。
“炭渣主要源自阳极炭块高温氧化、电解质侵蚀剥落、铝液二次反应三大渠道，是隐藏在生产线中的损耗大户。”东兴铝业公司生产运营办公室生产技术室生产运行责任工程师雷小刚说。
生产过程中，部分炭渣漂浮于电解质表层，更多的则渗入电解质内部，与生产原料混杂交织，清理难度大。传统生产模式依赖人工捞渣，作业过程中大量有效电解质、未充分反应的氧化铝会随炭渣一并捞出，造成原辅材料浪费。更为关键的是，槽内积渣过量会直接打破电解槽热平衡与物料平衡，引发槽况不稳定、电流效率降低、阳极损耗加剧、生产成本攀升等一系列问题。同时，常态化、高频次的人工捞渣作业，不仅增加劳动强度，还影响生产效率。
为此，攻关团队转变思路，从“被动治渣”转向“主动溯源”，对生产全流程开展“体检诊断”：从阳极炭块的原料配比到阳极结构设计，再到现场工艺管控细节，逐环节排查、逐数据比对、逐批次试验，一点点剥离表象、深挖病根。
历经上百次现场试验、机理推演、参数调试，攻关团队发现，传统阳极炭块质量不稳定、钒元素含量超标，直接削弱了炭块耐高温、抗氧化、抗侵蚀性能，在上千度高温电解环境下极易粉化、脱落、掉渣，是生产线炭渣和阳极炭耗居高不下的根本原因。
全链改造对症下药
“行业内治理炭渣，多年来都是出现后打捞，本质上是末端补救，治标不治本。”东兴铝业公司铝业研究院技术协理工程师程久元说，铝电解生产是环环相扣的系统性工程，单一调整某项工艺参数、局部修补整改，无法根除这一顽固性问题。
为啃下这块硬骨头，该公司跳出单一参数调整局限，确立“源头控渣、材料提质、结构优化、工艺适配”的全链条攻关思路，系统性破解炭渣治理难题。
在分析电解温度、氧化铝浓度等参数的基础上，攻关团队精准拆解杂质元素与空气、二氧化碳的反应规律，搭建起高精度微观分析模型，研发出抗掉渣新技术，有效提升炭块抗氧化、抗冲刷、抗剥落的能力，守住了“少产渣”的第一道关口。
在完成原料品质提升攻关后，攻关团队又将重心转向传统阳极结构优化升级上。一直以来，传统阳极结构设计存在明显弊端，受力、导电分布不均，耐高温、抗冲刷性能不足，在高温电解工况中，容易出现局部破损、批量掉渣等问题。为补齐短板，攻关团队搭建500kA铝电解炭阳极热—电—应力耦合数字化仿真模型，精准锁定结构薄弱点位，逐一精细优化阳极表面造型、炭碗结构、底部倒角等细节，有效减少电解质冲刷和炭粒脱落，从结构端堵死掉渣漏洞。
为构建全流程、全覆盖的控渣体系，攻关团队进一步细化工况管控环节，测算出最佳电解质运行区间，在稳定槽况的前提下，规避液面异常引发的阳极冲刷与机械损耗。
在此基础上，攻关团队落地“四低一高”精益生产新工艺，以低电压、低氧化铝浓度、低分子比、低温度、高极距的精准工艺调控，既实现了炭渣高效分离析出，又有效抑制了铝液二次反应，大幅降低了炭渣整体生成量。
提质增效结出硕果
“技术优化没有捷径，所有成效都源于反复打磨、持续攻坚。5个月的工业化试验期间，我们全程驻守生产现场，紧盯每一组运行数据、微调每一项工艺参数，只为让新技术完全贴合现场工况、真正落地见效。”程久元说，持续的攻坚打磨，让试验槽槽况稳定性进一步提升，炭渣产生量显著下降，各项核心指标持续优化，为技术规模化应用筑牢了基础。
为让科创红利全面释放，该公司加快推进成果规模化落地，让技术创新的价值看得见、摸得着。
目前，该公司已将阳极优化升级技术全面应用于16个生产工区，同步配套完成电解质体系优化、生产工艺升级。其中，依托首创的耦合模型优化技术，全新阳极有效导电面积不断提升，导电更均衡、做功更充分、资源利用率更高。
不仅如此，炭渣产生量大幅减少，实现岗位劳动强度有效降低、作业流程简化、车间生产环境优化，让电解铝生产既有低碳底色，更有民生温度。
值得一提的是，技术团队坚持研发与应用并行，累计获得授权专利4项、发表学术论文6篇、参编国家标准1项。同时，凭借技术创新性、产业化价值和行业应用前景，该项目成功获批2025年度省属企业科研项目，得到了省级科研平台的认可。
下一步，东兴铝业公司将不断优化炭渣控制核心技术，扩大成果推广覆盖面，深度挖掘降本、减碳、增效潜力，为电解铝行业绿色低碳发展贡献力量。（李淑芳）
