現(xiàn)代鋁電解技術(shù)的開(kāi)拓者
——梁學(xué)民

文/陳道隆 龐貝

改革開(kāi)放40年來(lái)，我國(guó)電解鋁產(chǎn)量從每年不足40萬(wàn)噸，增長(zhǎng)到2018年的3600多萬(wàn)噸，從依賴進(jìn)口一躍成為世界第一產(chǎn)鋁大國(guó)，產(chǎn)能占世界57%。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，電解鋁正以強(qiáng)勁的步伐走出國(guó)門(mén)，顯示出強(qiáng)大的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，背后真正的原因是什么？

是技術(shù)！

是誰(shuí)鑄就了這把利劍？是梁學(xué)民和他所代表的中國(guó)鋁電解技術(shù)開(kāi)拓者。

梁學(xué)民，1962年9月生，首屆全國(guó)青年科技標(biāo)兵，享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，貴州省第九屆人大常委會(huì)委員。先后擔(dān)任全國(guó)輕金屬冶金學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員和鋁業(yè)分會(huì)副理事長(zhǎng)、國(guó)家863項(xiàng)目評(píng)審專家、國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專家。

他在電解槽物理特性對(duì)鋁電解電化學(xué)過(guò)程影響的機(jī)理研究、數(shù)值模擬方法及工程技術(shù)開(kāi)發(fā)與裝備研制等方面取得了一系列研究成果，成功應(yīng)用于我國(guó)現(xiàn)代大容量、高效能鋁電解槽的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了大型鋁電解系列高效、連續(xù)和長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，國(guó)家專利金獎(jiǎng)一項(xiàng)。

作為新一代鋁電解技術(shù)的代表人物、我國(guó)現(xiàn)代大型鋁電解技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)始人之一，梁學(xué)民是伴隨著改革開(kāi)放后我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展而成長(zhǎng)起來(lái)的，幾乎參與了我國(guó)鋁電解大型化發(fā)展的全過(guò)程。他主導(dǎo)設(shè)計(jì)的國(guó)家大型鋁電解試驗(yàn)基地280kA特大型鋁電解槽的開(kāi)發(fā)，更是被稱為我國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展的里程碑。

之后，350kA、400kA、500kA和600kA相繼開(kāi)發(fā)成功，中國(guó)鋁電解技術(shù)走在世界前列……

梁學(xué)民

而他的故事，更是充滿了色彩。

嶄露頭角攻堅(jiān)鋁電解槽物理場(chǎng)研究

霍爾-埃魯特熔鹽電解法誕生以來(lái)，一直是工業(yè)煉鋁的主要方法，其電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程及電解質(zhì)體系的研究已逐步成熟，但是對(duì)電解槽物理特性對(duì)電化學(xué)過(guò)程的影響的研究卻沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。隨著鋁電解槽大型化，其物理特性對(duì)電化學(xué)的影響越來(lái)越顯著，成為世界鋁電解技術(shù)發(fā)展的重大難題。

上世紀(jì)80年代初期，伴隨改革開(kāi)放的春風(fēng)，從促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略出發(fā)，國(guó)家決定引進(jìn)技術(shù)建設(shè)一批重大工程項(xiàng)目。1978年2月，經(jīng)原國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)，貴州鋁廠引進(jìn)日本輕金屬公司成套技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)了中國(guó)第一個(gè)160kA中間下料預(yù)焙槽系列——貴州鋁廠第二電解鋁廠，1981年12月正式試車(chē)投產(chǎn)。然而生產(chǎn)線投產(chǎn)后出現(xiàn)許多問(wèn)題：電解槽工況不好、問(wèn)題頻發(fā)、效率低、能耗高、早期破損嚴(yán)重。這個(gè)對(duì)鋁行業(yè)具有標(biāo)志性意義的項(xiàng)目出現(xiàn)重大問(wèn)題，在全國(guó)引起了巨大反響。

以貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱“貴陽(yáng)院”）武威、姚世煥等為代表的專家清醒地認(rèn)識(shí)到：要真正建立我國(guó)現(xiàn)代鋁電解技術(shù)體系必須從基礎(chǔ)研究開(kāi)始，研發(fā)我國(guó)自己的現(xiàn)代大型鋁電解槽物理場(chǎng)數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，才能使鋁電解技術(shù)發(fā)展由“必然王國(guó)”走向“自由王國(guó)”。老院長(zhǎng)程宗浩果斷決定自籌經(jīng)費(fèi)3萬(wàn)元先期啟動(dòng)該項(xiàng)研究工作。

就這樣，剛從北京鋼鐵學(xué)院熱能工程專業(yè)畢業(yè)的梁學(xué)民與另外兩位年輕同志被調(diào)入剛剛組建的“物理場(chǎng)”研究小組，分別參與電熱、電磁和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究。梁學(xué)民主攻電熱模型和仿真技術(shù)。

梁學(xué)民當(dāng)時(shí)還沒(méi)有意識(shí)到，他的人生從此便與中國(guó)鋁電解發(fā)展緊緊聯(lián)系在了一起。

僅僅半年多的時(shí)間，梁學(xué)民所在小組率先取得進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出了鋁電解槽電熱解析模型和計(jì)算機(jī)程序。研究進(jìn)展在設(shè)計(jì)院引起強(qiáng)烈反響，并受到行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)重視。在貴陽(yáng)院新任院長(zhǎng)梅榮淳與總設(shè)計(jì)師江獻(xiàn)鑌積極努力下，時(shí)任青銅峽鋁廠廠長(zhǎng)康義從鋁電解技術(shù)發(fā)展大局出發(fā)，借青銅峽引進(jìn)工程之際，與日本三菱輕金屬公司達(dá)成“物理場(chǎng)”技術(shù)訪問(wèn)交流協(xié)議。1984年9月，受有色總公司派遣，由梅熾、武威、梁學(xué)民等3人組成訪問(wèn)小組，前往日本新潟和橫濱進(jìn)行了為期40天的訪問(wèn)交流，進(jìn)一步推動(dòng)了“物理場(chǎng)”研究工作進(jìn)展。這次學(xué)習(xí)也為梁學(xué)民的研究拓展到電磁場(chǎng)領(lǐng)域打下了基礎(chǔ)。

此后，貴陽(yáng)院向原中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司（以下簡(jiǎn)稱有色總公司）提出立項(xiàng)申請(qǐng)。1984年7月批準(zhǔn)立項(xiàng)，作為“六五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，“物理場(chǎng)”研究項(xiàng)目獲得國(guó)撥經(jīng)費(fèi)30萬(wàn)元。

電熱場(chǎng)模擬仿真有兩個(gè)重要目標(biāo)：一是對(duì)電解槽熱特性的綜合描述；二是對(duì)電解槽不同部位和區(qū)域散熱的精確仿真。電流通過(guò)產(chǎn)生熱，要對(duì)電熱場(chǎng)特性從理論上作出精確預(yù)測(cè)（仿真），最合理的是采用三維模型。但當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)發(fā)展水平無(wú)法滿足計(jì)算工作需要，研究小組提出“大面+小面”，再結(jié)合陽(yáng)極三維模型“耦合”，建立了一個(gè)準(zhǔn)三維的整體電熱解析模型。從梅熾老師那里學(xué)習(xí)了基本的電熱解析數(shù)值計(jì)算理論之后，梁學(xué)民從建模到編程，從陰極、陽(yáng)極以及耦合模型，到電流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、熱流分布等，完成了大部分工作。并通過(guò)大量的試驗(yàn)測(cè)試，建立了一整套邊界條件經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)據(jù)庫(kù)，這是歷史首次，是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)。

緊接著，電磁場(chǎng)、磁流體和結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究也取得了進(jìn)展。

1986年1月，有色總公司召開(kāi)由全國(guó)各研究、設(shè)計(jì)院所參加的研究進(jìn)展總結(jié)匯報(bào)會(huì)，在總結(jié)取得的25項(xiàng)工作進(jìn)展中，貴陽(yáng)院完成了22項(xiàng)。

1987年6月，貴陽(yáng)院聯(lián)合貴州鋁廠“采用‘物理場(chǎng)’技術(shù)對(duì)‘日輕’引進(jìn)160kA電解槽改造試驗(yàn)”。經(jīng)有色總公司鑒定：電流效率91.52%，比日本技術(shù)提高4%，噸鋁直流電耗下降約500kWh。

試驗(yàn)的成功，打破了日本技術(shù)的神秘感，也大大增強(qiáng)了我國(guó)技術(shù)人員的信心。

1987年11月，“鋁電解槽熱、電、磁、力數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)程序研究”通過(guò)科技成果鑒定：研究成果超過(guò)了日本技術(shù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

該項(xiàng)研究獲得1992年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，這也是迄今為止國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域唯一一項(xiàng)國(guó)家獎(jiǎng)。

勇?lián)厝伍_(kāi)發(fā)180kA、280kA大型鋁電解槽推動(dòng)電解鋁大型化“中國(guó)模式”

物理場(chǎng)研究成果是鋁電解技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，也是一個(gè)轉(zhuǎn)折，從此我國(guó)鋁電解技術(shù)真正走上了自主創(chuàng)新之路。

1987年，貴陽(yáng)院和貴州鋁廠承擔(dān)“七五”重大攻關(guān)項(xiàng)目“180kA級(jí)大型鋁電解槽開(kāi)發(fā)試驗(yàn)”，這是當(dāng)時(shí)國(guó)際上最具代表性的現(xiàn)代大型槽技術(shù)。

1988年，法鋁、美鋁剛剛開(kāi)發(fā)成功的280-300kA級(jí)的特大型鋁電解槽。根據(jù)國(guó)際技術(shù)發(fā)展形勢(shì)，瞄準(zhǔn)最高水平，我國(guó)緊接著啟動(dòng)了“280kA特大型鋁電解槽工業(yè)試驗(yàn)”。

“280kA特大型鋁電解槽工業(yè)試驗(yàn)”是“七五”、“八五”重大攻關(guān)項(xiàng)目，初期預(yù)算5300萬(wàn)，項(xiàng)目歷時(shí)八年，有色總公司鈕因鍵局長(zhǎng)全程協(xié)調(diào)指揮，參與技術(shù)人員達(dá)數(shù)百人。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)空前絕后，被稱之為“鋁電解科技的奧林匹克”。

2012年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)

梁學(xué)民同時(shí)參加了這兩個(gè)電解槽的開(kāi)發(fā)。起初他負(fù)責(zé)180kA槽電熱場(chǎng)的模擬仿真和槽結(jié)構(gòu)內(nèi)襯的設(shè)計(jì)；到280kA槽攻關(guān)時(shí)，院領(lǐng)導(dǎo)決定讓26歲的梁學(xué)民作為設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人，全面負(fù)責(zé)試驗(yàn)槽的物理場(chǎng)模擬（包括電磁場(chǎng)）仿真和電解槽設(shè)計(jì)。

電磁場(chǎng)研究是大型電解槽成敗的關(guān)鍵所在。在前期試驗(yàn)中，鐵磁性物質(zhì)的影響從理論上還沒(méi)有攻克，要真刀真槍指導(dǎo)工業(yè)電解槽設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，對(duì)梁學(xué)民來(lái)說(shuō)挑戰(zhàn)很大。

沒(méi)有先例、沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可循，國(guó)外技術(shù)封鎖，但越是這樣，越激發(fā)了梁學(xué)民的斗志。

他研究發(fā)現(xiàn)，電磁特性的優(yōu)化關(guān)鍵在于磁場(chǎng)，要實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)模擬的精確度，進(jìn)而才能優(yōu)化選擇母線系統(tǒng)的配置、結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)鐵磁性物質(zhì)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度影響規(guī)律研究和實(shí)測(cè)分析，他發(fā)現(xiàn)了“內(nèi)磁場(chǎng)加強(qiáng)、外磁場(chǎng)削弱、復(fù)合磁場(chǎng)弱化”的影響規(guī)律，提出了“綜合屏蔽因子”的辦法，將電解廠房?jī)?nèi)鐵磁物質(zhì)進(jìn)行空間類型分割，測(cè)定出三類不同的“綜合屏蔽因子”，并開(kāi)發(fā)了Lmag程序，通過(guò)空間變換算法實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，為母線系統(tǒng)的優(yōu)化配置提供了依據(jù)，從而成功破解電磁特性影響的第一大難題。

然而，第二大難題又?jǐn)[在了面前。要真正實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)模擬仿真效果,重要的是要能夠設(shè)計(jì)出滿足電磁場(chǎng)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的母線系統(tǒng)，即通過(guò)選擇母線截面滿足電流分布要求。并且，母線系統(tǒng)的截面優(yōu)化選擇嚴(yán)重影響母線系統(tǒng)的投資費(fèi)用（占電解槽投資35%-40%）。傳統(tǒng)的母線計(jì)算方法只提供了單一母線斷面選擇的概念，這對(duì)于現(xiàn)代鋁電解槽多達(dá)200個(gè)母線電阻組成的復(fù)雜母線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，在沒(méi)有工程經(jīng)驗(yàn)和成熟算法的情況下，簡(jiǎn)直無(wú)從下手。

這再一次激發(fā)了梁學(xué)民的研究激情。

憑借扎實(shí)的數(shù)學(xué)和電工學(xué)基礎(chǔ)，他創(chuàng)造性地提出“當(dāng)量?jī)?yōu)化法”母線優(yōu)化模型，成功建立了各個(gè)母線段之間的優(yōu)化約束條件，據(jù)此開(kāi)發(fā)了“大型鋁電解槽母線斷面優(yōu)化和計(jì)算程序(Lbus)”。又一難題宣告破解！

這一成果通過(guò)了科技成果鑒定：采用的“鋁液-鋁液”物理模型先進(jìn)合理，首創(chuàng)的“當(dāng)量?jī)?yōu)化法”數(shù)學(xué)模型和方法達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

連破兩大難題，280kA試驗(yàn)槽“五點(diǎn)進(jìn)電”母線系統(tǒng)開(kāi)發(fā)得以順利進(jìn)行。這項(xiàng)技術(shù)1990年直接應(yīng)用于廣西平果鋁一期工程165kA電解槽的優(yōu)化，僅母線鋁用量就比日本引進(jìn)技術(shù)節(jié)省20%，減少投資1500多萬(wàn)元。

1990年1月，有色總公司召開(kāi)280kA試驗(yàn)槽設(shè)計(jì)方案論證會(huì)，來(lái)自全國(guó)的30余位知名專家作為專家組成員，聽(tīng)取了梁學(xué)民作為主要匯報(bào)人之一作的匯報(bào)。他完成的電熱、電磁特性仿真模擬研究，槽結(jié)構(gòu)、內(nèi)襯和五點(diǎn)進(jìn)電母線系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以充分的理論依據(jù)、獨(dú)創(chuàng)的優(yōu)化方法、可靠的試驗(yàn)結(jié)果，得到與會(huì)專家高度評(píng)價(jià)，獲一致通過(guò)。

邱竹賢院士說(shuō)：“多年來(lái)我們?cè)阡X電解電化學(xué)領(lǐng)域研究進(jìn)展很大，但在物理特性對(duì)電化學(xué)過(guò)程的影響研究方面幾乎是空白，這是工業(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)出這樣的大槽子我感到很欣慰！”

那一年，梁學(xué)民28歲。

鋁業(yè)泰斗的話多年來(lái)一直激勵(lì)著梁學(xué)民在這一領(lǐng)域執(zhí)著探索……

1990年初，正在實(shí)施的180kA電解槽，采用梁學(xué)民的最新電磁場(chǎng)及母線優(yōu)化研究成果重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，試驗(yàn)取得良好效果。

1993年9月，“180kA大型電解槽開(kāi)發(fā)試驗(yàn)”通過(guò)有色總公司科技成果鑒定：是我國(guó)首次自主開(kāi)發(fā)成功的現(xiàn)代大型鋁電解槽成套技術(shù)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。1996年，該項(xiàng)目獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

1996年11月，“280kA特大型鋁電解槽工業(yè)試驗(yàn)”順利通過(guò)國(guó)家鑒定。此時(shí)該項(xiàng)目已歷時(shí)8年。它的開(kāi)發(fā)成功，標(biāo)志著我國(guó)大型鋁電解槽技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，與美國(guó)、法國(guó)等成為世界上擁有280kA以上特大型鋁電解槽技術(shù)的極少數(shù)國(guó)家之一，被稱為中國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展的里程碑。

8年中，作為電解槽主要設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人，梁學(xué)民壓力很大，經(jīng)常夢(mèng)見(jiàn)電解槽建成了，啟動(dòng)了……

8年中，總公司召開(kāi)多次方案論證會(huì)，每一次，都能夠聽(tīng)到前輩們近似安慰的鼓勵(lì)：“小梁兒，大膽設(shè)計(jì)，不用怕，總能出鋁吧！”

前輩們的支持鼓勵(lì)成為他心中最堅(jiān)實(shí)的底氣和依靠，責(zé)任感和使命感也讓他在這壓力下不懼前行，終償所愿。

1998年，這一項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

在眾多參加單位上百名參與攻關(guān)的科技人員中，梁學(xué)民在獲獎(jiǎng)成果中排名第五。作為一個(gè)年輕人，作為280kA電解槽的設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人和核心技術(shù)研發(fā)者，這是他一生的榮耀。

1998年9月，貴陽(yáng)院與廣西平果鋁聯(lián)合申請(qǐng)“320kA大型鋁電解槽工業(yè)化示范”項(xiàng)目。2000年6月，試驗(yàn)項(xiàng)目啟動(dòng)，當(dāng)?shù)谝慌?0臺(tái)電解槽啟動(dòng)后出現(xiàn)嚴(yán)重的不穩(wěn)定現(xiàn)象，槽電壓被迫保持在4.3V以上，這意味著未來(lái)試驗(yàn)槽不可能取得好的運(yùn)行指標(biāo)。

在這種情況下，保證項(xiàng)目繼續(xù)運(yùn)行還是暫停項(xiàng)目查明原因？試驗(yàn)組乃至貴陽(yáng)院、平果鋁領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)項(xiàng)目的信心產(chǎn)生了動(dòng)搖。

當(dāng)時(shí)梁學(xué)民因腰椎粉碎性骨折生病住院。得知這一消息，他不顧身體虛弱跟院長(zhǎng)立下軍令狀：“給我一個(gè)星期，一定找到原因，提出解決方案！”

國(guó)家大型鋁電解試驗(yàn)基地試驗(yàn)車(chē)間

為了確保問(wèn)題解決，項(xiàng)目同時(shí)組織考察組前往美鋁、法鋁考察。

國(guó)內(nèi)，梁學(xué)民帶領(lǐng)著弟子們晝夜奮戰(zhàn)。到第七天，按照他的三個(gè)思路全部模擬考察后仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。怎么辦？第八天，梁學(xué)民要求大家調(diào)整心態(tài)，仔仔細(xì)細(xì)把全過(guò)程重復(fù)一遍，終于，問(wèn)題找到了！

他發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)車(chē)間兩棟廠房之間距離只有21m，造成電解槽母線設(shè)計(jì)時(shí)磁場(chǎng)補(bǔ)償不足；同時(shí)由于320kA電解槽采用44塊陽(yáng)極方案，導(dǎo)致電磁特性先天不足。

原因搞清了，改造方案當(dāng)天提交給院技術(shù)委員會(huì)討論，獲一致通過(guò)。

這時(shí)國(guó)外考察團(tuán)也有了回音：類似情況國(guó)外也遇到過(guò)，曾導(dǎo)致大型槽開(kāi)發(fā)中斷，然而即使有成功案例外方也不提供技術(shù)細(xì)節(jié)。

項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人殷恩生果斷拍板：按梁學(xué)民的改造思路，咱們自己干！

貴陽(yáng)院技術(shù)小組由主管院長(zhǎng)帶隊(duì)直接前往試驗(yàn)工地，聽(tīng)取梁學(xué)民講解改造施工安排，當(dāng)即施工。為了確保施工人員安全，同時(shí)委派醫(yī)療救護(hù)小組現(xiàn)場(chǎng)待命。

第二天，梁學(xué)民現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)；

第三天，梁學(xué)民在返程火車(chē)上接到來(lái)自試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的電話：“垂直磁場(chǎng)最高值測(cè)量降至20高斯以下，電壓不到4V，電解槽穩(wěn)定了，效果非常理想！改造成功了！”

事后，《中國(guó)有色金屬報(bào)》以“破解大型鋁電解非對(duì)稱磁場(chǎng)補(bǔ)償難題”為標(biāo)題加以報(bào)道。試驗(yàn)所采用的“非對(duì)稱補(bǔ)償技術(shù)”獲國(guó)家專利，這也是貴陽(yáng)院在該領(lǐng)域的第一項(xiàng)專利。

在總結(jié)會(huì)上，梁學(xué)民與老師姚世煥共同提出大型鋁電解槽開(kāi)發(fā)的重要原則：一是電磁特性模擬仍是決定鋁電解效果的核心技術(shù)，應(yīng)予以重視；二是從電磁場(chǎng)先天特性、熔體流動(dòng)特性與氧化鋁溶解擴(kuò)散，乃至電解槽力學(xué)結(jié)構(gòu)等多方面優(yōu)化的角度，提出了“陽(yáng)極模數(shù)”的概念。

基于這一概念，此后貴陽(yáng)院大規(guī)模推廣并技術(shù)出口國(guó)外的320kA及其他400kA以上電解槽陽(yáng)極組數(shù)重新遵循了“陽(yáng)極模數(shù)”，逐步形成了電解鋁大型化發(fā)展的“中國(guó)模式”。

連獲三項(xiàng)國(guó)家獎(jiǎng)，設(shè)計(jì)院、政府和社會(huì)也給予了梁學(xué)民高度肯定：1992年他當(dāng)選首屆全國(guó)青年科技標(biāo)兵，1996年獲得國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，1997年獲貴州省及有色總公司跨世紀(jì)人才培養(yǎng)對(duì)象，1998年入選貴州省省管專家。同年，36歲的梁學(xué)民當(dāng)選貴州省第九屆人大代表、省人大常委會(huì)委員。

偏向虎山行投身一線，破解世界難題

榮譽(yù)加身，梁學(xué)民并未忘記使命。劉業(yè)翔老師的話言猶在耳：“我們的電流效率還不到94%，物理特性對(duì)鋁電解電化學(xué)反應(yīng)的影響，這一領(lǐng)域的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束?！?/p>

鋁電解屬于典型的流程工業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性尤為重要。但是，停電進(jìn)行電解槽維修作業(yè)是有史以來(lái)不可更改的鐵律。對(duì)于一個(gè)由300臺(tái)以上電解槽組成的大型鋁電解系列，如果一臺(tái)槽的?；蛘唛_(kāi)都必須全系列停電，一年要停電100到200次。

每次30-40分鐘的停電不僅減少產(chǎn)鋁量，而且各種技術(shù)條件遭到破壞，嚴(yán)重改變電解槽的物理特性，使槽況惡化，僅一個(gè)系列每年損失達(dá)到數(shù)千萬(wàn)元；同時(shí)溫室氣體排放大幅度增加。尤其嚴(yán)重的是頻繁的大負(fù)荷短時(shí)停/開(kāi)沖擊，對(duì)鋁廠供電設(shè)備乃至電網(wǎng)的安全造成了嚴(yán)重威脅。

這是一項(xiàng)長(zhǎng)期困擾電解鋁生產(chǎn)的世界性難題，是物理特性改變嚴(yán)重影響電解過(guò)程的第三大難題，必然成為制約電解鋁大型化的瓶頸。

1995年元月，280kA試驗(yàn)槽投產(chǎn)在即，在進(jìn)行短路送電過(guò)程中，由于試驗(yàn)槽數(shù)少，系列電壓還不足2伏，試驗(yàn)人員嘗試進(jìn)行不停電操作母線短路口，結(jié)果發(fā)生了爆炸事故。

爆炸的一幕深深地印在了梁學(xué)民心里。能不能破解？他想要試一試。

他記住了爆炸時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，頻繁走訪電力專家，給電力設(shè)備廠家發(fā)函，沒(méi)有人回應(yīng)……

1997年初一次出差，他巧遇國(guó)家?guī)щ娮鳂I(yè)專家委員會(huì)委員、湖北超高壓局總工程師李國(guó)興教授。李教授告訴他：“這個(gè)問(wèn)題我有辦法！” 梁學(xué)民興奮異常，當(dāng)即央求老專家跟他合作，在火車(chē)上草簽了合作協(xié)議。

他拿著合作協(xié)議向院里提交立項(xiàng)申請(qǐng)，但是經(jīng)過(guò)專家論證被否決。此后幾年里，他連續(xù)五次申請(qǐng)均沒(méi)有通過(guò)論證。

深思熟慮后，梁學(xué)民決定離開(kāi)設(shè)計(jì)院到一線去，自己去破解這一難題。

2002年12月，懷著對(duì)培養(yǎng)了自己20年的設(shè)計(jì)院的深厚感情和濃濃不舍，他來(lái)到位于河南的中孚實(shí)業(yè)擔(dān)任總工程師。

董事長(zhǎng)張洪恩對(duì)他說(shuō)：“你想怎么干就怎么干，企業(yè)完全支持?！?/p>

2004年，“大型鋁電解系列不停電停/開(kāi)槽技術(shù)和裝備研制”列入國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)專項(xiàng)。

因?yàn)檫@是世界難題，項(xiàng)目一開(kāi)始就與德國(guó)某知名有載開(kāi)關(guān)制造商聯(lián)合研制。經(jīng)過(guò)一年多合作攻關(guān)形成了整套技術(shù)方案，就在簽訂商務(wù)合同過(guò)程中，外方猶豫了，外方董事會(huì)否決了該項(xiàng)目，梁學(xué)民再次陷入困境。

這時(shí)候，他想起了當(dāng)年火車(chē)上認(rèn)識(shí)的李國(guó)興教授。此時(shí)已退休在美國(guó)生活的李教授專程回國(guó)，推薦了華中科技大學(xué)電力學(xué)院副院長(zhǎng)何俊佳博士。他們?yōu)榱簩W(xué)民打開(kāi)了電力領(lǐng)域的技術(shù)大門(mén)，使他了解了電力科學(xué)領(lǐng)域在有載操作方面的許多應(yīng)用成果，也使梁學(xué)民逐漸理清了開(kāi)發(fā)思路。

類似于三峽大壩截流，梁學(xué)民構(gòu)思了“先分流、后短路、再斷流（槽電流）”的原理，通過(guò)“電流轉(zhuǎn)移”實(shí)現(xiàn)“能量轉(zhuǎn)移”。但是需要進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定各項(xiàng)分流參數(shù)。找遍全國(guó)也沒(méi)有能夠滿足試驗(yàn)條件的試驗(yàn)臺(tái)，怎么辦?

他獨(dú)創(chuàng)了一種可變電阻分流測(cè)試方法，設(shè)計(jì)了一組分流片（電阻隨溫度變化），首先在70kA電解槽上試驗(yàn)，再到320kA電解槽。終于獲得了各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)開(kāi)槽時(shí)的能量釋放大于停槽。

有了試驗(yàn)基礎(chǔ)，梁學(xué)民看到了希望。經(jīng)過(guò)120多臺(tái)320kA槽的連續(xù)全電流啟動(dòng)開(kāi)槽試驗(yàn)，徹底摸清了所有參數(shù)變化規(guī)律，其原理和可靠性也得到了充分證明。終于，“大型鋁電解槽全電流不停電停/開(kāi)槽技術(shù)和成套裝置”研制成功。

歷經(jīng)11年不懈努力，這一世界難題被徹底攻克。

作為鋁電解專家，時(shí)任中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)康義得知這個(gè)消息，激動(dòng)地說(shuō)：“我干了一輩子電解鋁，終于有人把這個(gè)問(wèn)題解決了，我要親自主持鑒定會(huì)！”

2006年11月，“大型鋁電解槽全電流不停電停/開(kāi)槽技術(shù)和成套裝置（賽爾開(kāi)關(guān)）”通過(guò)了中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)和河南省科技廳聯(lián)合組織的科技成果鑒定，鑒定認(rèn)為：其原理和方法為世界首創(chuàng)，成套技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

該成果入選“2006中國(guó)有色金屬工業(yè)十大新聞”“2006年中國(guó)十大工程進(jìn)展”，榮獲“中國(guó)專利金獎(jiǎng)”。2012年獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

整裝再出發(fā)把電解鋁節(jié)能減排進(jìn)行到底

三大難題的破解，使中國(guó)鋁電解技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了前所未有的新階段，中國(guó)電解鋁工業(yè)沿著大型化的方向一路高歌。

20世紀(jì)末，280kA以上大型鋁電解槽技術(shù)得到了快速推廣應(yīng)用，2001年我國(guó)由原鋁凈進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹趪?guó)，產(chǎn)能產(chǎn)量躍居世界第一。2002年，320kA特大型槽成套技術(shù)成功走出國(guó)門(mén)，出口印度、哈薩克斯坦等國(guó)。

2009到2015年，梁學(xué)民連續(xù)主持“十一五”“十二五”科技支撐計(jì)劃，開(kāi)發(fā)“低溫低電壓鋁電解新技術(shù)”，并主持開(kāi)發(fā)世界第一條400kA大型鋁電解系列生產(chǎn)線。

電解槽大型化步伐進(jìn)一步加快，500kA、600kA特大型、超大型鋁電解槽相繼問(wèn)世，并直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，中國(guó)電解鋁工業(yè)迎來(lái)前所未有的時(shí)代。

鋁電解技術(shù)發(fā)展至今，傳統(tǒng)的熔鹽電解法工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)近乎完美。惰性陽(yáng)極電解槽煉鋁技術(shù)、可濕潤(rùn)性陰極的導(dǎo)流槽技術(shù)作為人們期待的顛覆性技術(shù)，一直為鋁行業(yè)所關(guān)注。

然而，梁學(xué)民在思考——在物理特性對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的影響機(jī)理和優(yōu)化方法上是否已經(jīng)盡善盡美？

電磁特性三大難題的解決，使進(jìn)一步通過(guò)改善電磁穩(wěn)定性來(lái)降低能耗、提高電流效率已經(jīng)沒(méi)有潛力可挖。然而，電解鋁生產(chǎn)的總能量利用率只有50%左右。

前輩的話再次回響耳畔，“物理特性中的電熱特性有沒(méi)有實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化？”學(xué)熱能工程出身的他思路再次回到起點(diǎn)——電熱特性與能量平衡。

梁學(xué)民在講解他的“底部出電”試驗(yàn)原理

他知道，能量平衡仿真技術(shù)與現(xiàn)實(shí)過(guò)程分離是現(xiàn)有的鋁電解技術(shù)的最大短板。他研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)熱度（電解溫度與電解質(zhì)熔點(diǎn)的差值）反映了能量平衡的狀態(tài)，熔體與槽側(cè)壁的換熱與過(guò)熱度成正比，與理想的過(guò)熱度（8—12℃以下）目標(biāo)相比，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)熱度的波動(dòng)有時(shí)會(huì)超過(guò)10-20℃，這意味著側(cè)部換熱量會(huì)以超過(guò)50%的比例變化，這種變化對(duì)爐幫形成乃至電化學(xué)反應(yīng)的影響是巨大的，這也是目前電解鋁實(shí)際生產(chǎn)效率仍不理想的根本原因，由此造成的電能效率影響可達(dá)到2%以上。他認(rèn)為，這是電解槽物理特性優(yōu)化的最后一個(gè)難題。

結(jié)合30多年從事電解鋁研究工作，他把有史以來(lái)電解鋁節(jié)能技術(shù)歸納為“輸入端節(jié)能”。那么，輸出端呢？散發(fā)在大氣中的另外50%的能量去了哪里？他提出了“輸出端節(jié)能”的概念。他說(shuō)：對(duì)于電解鋁工業(yè)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)全新的領(lǐng)域。

2008年，他便開(kāi)始研究“輸出端節(jié)能”技術(shù)，并申請(qǐng)了相關(guān)專利。從2013年組建團(tuán)隊(duì)，至今已完成了大部分基礎(chǔ)研究工作，具備了集成開(kāi)發(fā)和工業(yè)示范的條件。

多年來(lái)，梁學(xué)民養(yǎng)成一個(gè)習(xí)慣，每一次他都要把自己的想法和工作情況給老師劉業(yè)翔院士詳細(xì)匯報(bào)，聽(tīng)取他的指導(dǎo)。當(dāng)他把自己關(guān)于“能量流”優(yōu)化的研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃匯報(bào)后，年近九旬的老師語(yǔ)重心長(zhǎng)：“學(xué)民啊，這個(gè)技術(shù)我看可行，你這么多年孜孜不倦做了這么多事情，我很欣慰，為你感到驕傲，你要相信自己，希望你堅(jiān)持下去?！?/p>

梁學(xué)民說(shuō)，他只為電解鋁而生，他要把電解鋁的科技創(chuàng)新、節(jié)能減排進(jìn)行到底。