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致敬丨三位东大人为中国电解铝行业做出杰出贡献
时间:2021-05-24 15:11    来源:    点击:

 中国铝业之父——邱竹贤院士

 

深切缅怀 · 行业先辈

 

 


邱竹贤,有色金属冶金专家。江苏省海门市人。1943年毕业于交通大学唐山工程学院获工学士学位。1987年当选为挪威技术科学院外籍院士。1989年当选为挪威科学院外籍院士。长期从事铝电解工业生产和融盐电解、融盐物理化学基础理论及应用技术的研究。研究成功多项炼铝节电、节能技术,大幅度降低冶金工业中耗电量,产生巨大的经济效益和社会效益;系统研究了低温度铝电解、惰性电极材料、大型电解槽及融盐应用技术并取得了创造性的成果;在融盐湿润、渗透、阳极效应和金属雾生成等四种界面现象,均有新的创建。多次获得国家及省部级奖励,“锂盐阳极糊节能技术”获1992年国家科技进步奖一等奖。发表学术论文200余篇,专著8本。1995年当选为中国工程院院士。

 

 

 


 

邱竹贤,1921年5月19日出生于江苏省海门县。幼年随父学习中医,14岁在海门中学高中读书,同时在学校图书馆协助图书出纳工作,每日清晨他在图书馆内潜心读书。17岁高中毕业,考入上海暨南大学化学系,享受公费待遇。抗日战争全面爆发后,暨南大学搬迁,邱竹贤于1939年另行考入交通大学唐山工程学院(今西南交通大学)矿冶系。是年冬邱竹贤转赴贵州平越(今福泉县)读书。大学中清苦的生活,激励他勤奋学习,在1941年全国矿冶科学生竞试中,荣获第一名,受到奖励。1943年大学毕业后,他进入资源委员会所属的电化冶炼厂(在四川綦江),在炼锌和炼铜车间任技术员,1945年参加炼铝试验工作。1946年他奉调到台湾铝厂(在台湾高雄市),在铝电解车间任工程师。

 

1949年上海解放前夕,邱竹贤返回大陆,临时在浙江省立台州中学任英语教师。1949年12月,原重工业部召开了全国有色金属会议,会议决定建设完善的中国铝工业,建设山东氧化铝厂、抚顺电解铝厂和吉林碳素厂,并将其列为第一个五年计划的重点工程。在苏联的援助下, 1950年秋,新中国第一个电解铝厂——抚顺铝厂(301厂)开始筹建,邱竹贤担任计划科科长,从事修复铝厂和培训技术人员的工作。1954年10月,抚顺电解铝厂建成投产。邱竹贤作为当时国内唯一的有炼铝经验的工程师,为建设中国首座电解铝厂作了重要贡献。1955年,邱竹贤调至东北工学院(今东北大学)任教,被聘为副教授。1978年晋升为教授,1981年被聘为博士生导师。先后当选为挪威技术科学院外籍院士(1987年),挪威科学院外籍院士(1989年),中国工程院首批院士(1995年)。

 

邱竹贤先后出访了奥地利、挪威、丹麦、日本、美国、澳大利亚、新西兰、俄罗斯等国的大学、铝厂和研究所,开展科研交流合作,担任挪威工业大学、新西兰大学、俄罗斯伊尔库茨克工业大学客座教授。作为中国铝冶金教育和科学研究的先驱,邱竹贤致力于铝冶金及融盐电化学的基础研究和应用研究,对融盐湿润、融盐渗透、阳极效应和金属雾生成等均有新发现,形成了融盐界面现象及界面反应新学科。总结了节省电能的规律,提出了行之有效的措施,为建设和发展中国铝工业作出了重要贡献。邱竹贤单独或合作撰写轻金属冶金方面的学术论文300余篇,撰写的专著有《铝冶金物理化学》和《预焙槽炼铝》等10部,编写教材《铝电解》等3本,合作翻译《冶金热化学》等9本。邱竹贤于1986年被评为全国冶金教育先进工作者,1989年被评为辽宁省优秀教师,1991年被评为全国高等教育有突出贡献的专家。2006年7月28日15时24分,邱竹贤因病医治无效,在沈阳逝世,享年86岁。

 

培养轻金属冶金人才


 

新中国成立后,邱竹贤为国家建设培养了大批轻金属冶炼专业人才。1950年,抚顺铝厂因建设需要,举办了铝冶炼训练班,邱竹贤兼职任课,编写讲义,开设了中国最早的铝电解课程。学员毕业后,成长为中国首批铝冶炼专业人才。1952年,东北工学院为适应中国铝冶金和铝加工事业的发展需要,组织两个班级进行专业培训,借调邱竹贤担任该校的铝冶金专业课教学工作。这批学员毕业后成长为中国铝冶金与加工事业的技术骨干。1955年春,东北工学院成立轻金属冶炼专业,邱竹贤从抚顺铝厂调入东北工学院任教,担任轻金属冶炼教研室主任。多年来,他精心授课,紧密联系生产实际,致力于提高学生的分析问题与解决实际问题的能力,教学成绩优异。早在1966年前,邱竹贤就开始培养研究生。1981年经国务院学位委员会审批,邱竹贤成为全国首批有色冶金专业博士生导师,培养了一批硕士和博士。

 

目睹中国铝工业的落后现实,邱竹贤认识到从事教育工作,培育炼铝人才的重要性,所以他坚定地选择了从教的道路。他认为,要提高教学质量,必须编写自主的教材,而要写好教材,宜先从事科学研究,取得科研成果,借以充实教学内容,加深理论认识,发展新的学说。同时还密切联系工业生产实际,使学以致用。因此,他和研究生一起成年累月地在实验室内进行科学研究,又深入到全国大小铝厂吸取丰富的经验,同时把知识毫无保留地传授给技术人员和工人。他把勤奋看书学习,努力开展科学研究,深入实际进行工业生产试验三者有机地联系起来。《铝冶金物理化学》一书是邱竹贤的重要著作。其初稿则草拟于1964~1972年,其间虽然历经坎坷,他始终坚毅地从事此书的撰写工作。1973年后,他又广泛地查阅了英、俄、日、德等国的有关文献,并认真做了读书笔记,分门别类整理成60余册原始资料;对若干重要的课题——铝电解中的湿润现象、渗透现象、阳极效应、金属溶解、电流效率和电能节省等,积极从事实验室的研究和工业生产试验,并取得了一系列新成果,终于在1980年完成了此书初稿的修订。1982年他去挪威奥斯陆大学和特隆赫姆工业大学访问,对铝冶金的基本理论和研究方法有了更深刻的认识后,才最终定稿,于1985年出版。该书把物理化学的基本理论和铝冶金的生产实践联系起来,是一本具有重要理论价值和应用价值的专著。

 

发展了融盐电解理论


 

融盐是一种高温离子溶液,冶金工业中应用于电解法生产铝镁等多种金属。邱竹贤的学术成就主要在于发展融盐电解理论。他在融盐化学和电化学基础理论研究方面,涉及融盐相图和结构,工业铝电解质组成和性质,界面现象和电极过程等。融盐不但温度高而且具有很强的腐蚀性,理论研究工作难度大,若干基本理论至今仍然存在分歧意见,其主要原因在于研究得不透彻,浅尝辄止。邱竹贤及其同事力戒时弊,对所研究的课题都付出了艰辛的劳动,获得新的重要进展。

融盐湿润性研究起始于1964年。在当时的实验中观测到电极对融盐的“排斥—吸引—再排斥—再吸引”的现象。此项工作在“文化大革命”期间被迫中断,1978~1980年间得到恢复。邱竹贤通过拍摄大量而系统的实验照片,归纳出普遍的湿润现象,揭示出阳极排斥电解液和阴极吸引电解液的基本规律。运用这一规律可以解释融盐电解中发生阳极效应以及电解液向阴极渗透的机理,能够有效地设法在工业上加以防范,达到节省电能和物料消耗,并延长电解槽使用寿命的目的。邱竹贤及其同事研制了一台高温透明电解槽,在此槽内观测铝电解、镁电解以及各种碱金属电解中金属在融盐界面上的溶解现象,用摄影机记录下金属雾颜色和特征。

 

从量子化学研究,提出了生成胶体溶液与真溶液的混合溶液观点。邱竹贤在融盐理论研究中是总体学术思想与重要创新点的提出者。他取得的丰硕成果,受到国内外学术界的重视。他和他的同事先后于1989年和1990年得到国家教委科技进步奖二等奖(金属溶解和电流效率研究)和一等奖(铝电解中的界面现象和界面反应研究)以及1991年国家自然科学奖三等奖(铝电解中若干物理化学问题的研究)。

 

探索铝工业节能规律途径


 

铝工业是个用电大户,节省电能是一项重要的研究课题。邱竹贤在研究融盐电解理论的基础上,致力于探索铝工业节电的基本规律和有效途径。1988年他在美国矿冶工程师年会上发表的“铝电解中节能”的论文是其研究心得的总结。他从计算最近40年来世界上不同型号和不同电流强度的24台电解槽的能量平衡入手,总结出减少电解槽的热损失系数、提高电流效率和保持能量平衡三条节电基本规律。他将以单位电量核算电解槽的热损失量,称为热损失系数,其量纲为伏特。每减小1单位损失系数,相当于节电3300千瓦时/吨铝。邱竹贤以亲身的工作经验认识到提高铝电解槽的电流强度可以节电。20世纪40年代他在台湾铝厂工作时,电解槽的电流强度只有2.7万安培,而现在大型槽已达到28万~30万安培,由于热损失系数减小1.3伏特,电能消耗量减少了4300千瓦时/吨铝。这一节电理论具有普遍的适用性,也可推广至其他金属或合金的冶炼。1982~1984年邱竹贤参加了抚顺铝厂首批三台13.5万安培大型电解槽的试制工作,承担铝电解质组成研究和电流效率测量。大型槽试验成功后,经过中国有色工业总公司鉴定,电流效率达到90%,电耗率降低到13500千瓦时/吨铝,该课题获有色工业总公司一等奖。此种槽型在抚顺铝厂和包头铝厂得到推广应用。

 

  邱竹贤长期研究铝电解质的新组成,谋求改进铝电解的生产指标。1956年,在苏联教授莱涅尔的指导下,他完成了铝电解质添加氟化镁的论文。后来抚顺铝厂在6万安培电解槽上试验此种新型添加剂获得成功,在全厂广泛应用,并推广至全国。经过长期检验,氟化镁确实是一种优良的添加剂,可以提高电流效率并节电,而且价格低廉,其原料菱镁矿是中国丰产资源,有长远的应用价值。

 

  1985年,邱竹贤在美国矿冶工程师年会上宣读了题为《低温铝电解》的研究论文,提出了可以在温度850℃~900℃电解的低熔点电解质,预期电解槽的热损失量会因电解温度降低而明显减少,而且电流效率会明显提高,两者均可节电。此文受到国际学术界的重视。澳大利亚铝业研究中心于1991年与邱竹贤签订了技术协作合同,开展低温电解的半工业性试验。这是一项具有广阔应用前景的研究工作。

 

  邱竹贤于1975年提出了加宽电解槽导电母线以减少其电压降的建议,这和许多铝厂技术人员的想法相符合。中国铝厂在此项技术改造中群策群力,取得了明显的节能效果,每吨铝节电200千瓦时。20世纪80年代中在研制惰性电极方面做了应用基础工作,并与山东铝厂合作在工业槽上进行TiB2惰性阴极工业试验,1992年通过有色工业总公司鉴定。

 

马龙翔 一生为国为党为教育

 

深切缅怀 · 行业先辈

 

 


   马龙翔,1912年出生于浙江杭州,东北大学教授,著名教育家,冶金学家。1936 年毕业于北洋大学矿冶工程系。1945 年赴美国、加拿大留学实习,1947 年到台湾工作,1949年由台湾取道香港至沈阳,任东北有色金属管理局工程师、技术科长,1955 年到东北工学院(现东北大学)任冶金系教授,历任教研室主任、系主任,学院副教务长、副院长,曾任第三、五、六、七届全国人民代表大会代表及辽宁省第四、五、六届政治协商会议副主席。1993年10月在沈阳逝世,享年八十一岁。

少时便立青云志  求学路上国为先


 

马龙翔出生于杭州西子湖畔的书香世家,其父马叙伦,是我国著名哲学家、教育家、民主革命家,曾任新中国第一任教育部部长。父亲一直教育他“报国为民必先求知,求知必先正身,正身必先健体。”他从小便立志做一个优秀的科学家、工程师,通过不懈努力考入北洋大学学习。在求学期间,他接受了社会进步思想的影响,为了表达真理、追求正义,他积极参加了“一二·九”、 “一二·一六”救亡运动,高喊抗日口号。在那个时代,铜、铅、锌等有色金属都属于战略物资,是军事工业生产急需的原料。为此毕业后的马龙翔接受派遣,前往云南、贵州和四川三省交界处,开采和冶炼有色金属。矿山都在海拔数千米的高原地带,无路且难行,甚至需要爬行。生产方式又极其落后,产量质量都很低。他拿出了满腔的爱国热情,应用自己所学知识,新建一座半机械化的由发动机带动的热风炉,提高了冶炼温度;重新设计冶炼炉结构,改进进风口、加料工艺及排渣工艺。产量质量得以大幅度提升。为了实现工业救国的理想,马龙翔告别妻儿,踏上了异国的求学之路,赴美国、加拿大进修学习。然而在这期间,国内发生了震惊中外的南京大屠杀,其父也因组织请愿团反对内战惨遭国民党特务殴打身受重伤。得知消息的马龙翔非常气愤,自此天天惦念国内的亲人。1947年10月,马龙翔毅然决定回国!

 

 

 


 

义无反顾回国  赴身建设东北


 

回国后的马龙翔由上海接受派遣到台湾,参与高雄铝业公司的恢复建设工作,带领工人们很快恢复了年产四千吨铝锭的生产能力,并运用自身所学使生产效率成倍提高,年产达到一万吨铝锭。经此努力,马龙翔的技术能力和专业成绩不但获得了同事、同行的称赞,更吸引了美国雷诺铝业公司的关注。面对美国公司提出的优厚待遇以及加入美国国籍的条件,马龙翔不为所动。他知道祖国更需要他。1949年,国内时局动荡,国民党政权撤退台湾。马龙翔受父亲的影响放弃在台湾积累的工作环境和生活条件,携妻儿乘上最后一艘未经审查旅客身份的客船抵达香港,秘密与中共地下党取得联系,上了一艘悬挂着巴拿马国旗的货轮,小心翼翼避开国民党军舰的审查和空中飞机的盘旋拦截,奔波六天,终于踏上了祖国东北的黑土地。

 

东北工业区百废待兴,急缺高级冶金人才。马龙翔到沈阳之后被安排到东北有色金属管理局工作,参加南下招聘团为东北重工业恢复建设招贤纳士;任技术科科长、主管工程师主持恢复抚顺 301 铝厂恢复生产;后至锦西葫芦岛锌厂、沈阳冶炼厂、沈阳矿山机械厂、苏家屯铜加工厂帮助解决生产问题;参与创建哈尔滨101厂为支援国防建设做出巨大贡献。

 

 

 


 

期间,马龙翔还开办了几期培训班,将自己所学所获倾情传授,后来成为党和国家领导人的尉建行就是当时的学员之一。很多同事都说,他不只是一个旅美归来的工程师,更是与大家共同奋斗的革命战友。

 

 “虚心” “无私” “高尚” “技术过硬”都是马龙翔在同事和苏联专家眼中的代名词。据马龙翔儿子马先介绍,自己一家本都是南方人,尤其母亲是广东人,初来东北无论是气候还是饮食都很不适应,但父亲将自己的全部献给了这片黑土地,一家人来了就再没离开过。马先说,他们一家早已把自己看作地地道道的东北人了。

 

科研为伴任平生  传道解惑乐其中


 

1952年,马龙翔开始在东北工学院(现东北大学)兼课,任兼职教授。1955年,他受聘正式到东北工学院任教,任有色金属系主任、教授,讲授“铜冶炼” “电解铝”等基础课和专业课。1962 年到1964年任金属加工系主任、教授,讲授“有色金属压力加工原理” “铝加工工艺”等多门基础课和专业课。  1964年到1966年,他担任东北工学院副教务长。在这期间他他亲自撰写和出版教材,培养了无数的冶金人才。受益的学生人数达上万之多,他们中有的人成为了新中国第一批大型国有有色金属企业的领导人,几乎国内所有的有色金属厂矿都有马龙翔的学生。马龙翔不仅用教学和科研育人,不仅把知识和技术传授给学生,更是坚定要把爱国爱党的理想信念带给学生。为了指导中国第一批研究生,培养高层次人才,马龙翔开创了我国有色金属冶金理论的新篇章,为我国的航空事业、国防事业做出理论基础。

 

马龙翔在教学、 科研事业上都废寝忘食的投入。申请国家在铝冶炼和加工方面的项目,申请国家航空工业和舰船工业急需材料冶炼的课题。组建东北工学院有色压力加工实验室,材料实验室。这些实验室培养了大批实验人才,为国家的发展贡献了不可磨灭的作用,至今还流传着马龙翔做实验几天几夜不合眼的故事。马先说, “我父亲一年365天每天都在工作,有时候担心他的身体,我们去劝他就会生气,只能时不时让小孙女进去陪陪爷爷,让爷爷休息一会。”

 

 

 


 

1984年到1988年期间主持完成了十余项国家级重大科研项目,在超塑性材料冶炼,加工成型和超变形理论研究方向取得一系列突破成果,为我国冶金、航空航天和军事工业做出卓越贡献。先后担任中国金属学会常务理事、顾问、中国有色金属学会加工学术委员会主任、中国机械工程学会锻压学会超塑性学术委员会顾问、中国航空学会辽宁分会理事长等职务。


马龙翔的一生称呼很多, “马科长” “马主任”“马院长”……如果问马龙翔,这一生最喜欢的身份是什么,他的回答一定是 — —老师。为什么这么说呢,据马先回忆,父亲在临终前子女喊他爸爸他没有反应,孙女唤他爷爷他亦不应答,只有当学生喊他马老师时他才有了些许回应。是的,马龙翔是“马老师”,一生倾注育人直至生命的最后,最关注、最牵挂的还是他的学生们。

 

在政治生活中,马龙翔先后任第三、五、六、七届全国人民代表大会代表,及辽宁省第四、五、六届政治协商会议副主席。在马龙翔生命的最后两年里,他仍坚持参加第七届全国人民代表大会和辽宁省第六届政治协商会议,积极建言献策。

 

 

 


 

回忆起自己的一生,投身革命、坚持跟党走、为祖国恢复建设、培养人才,哪怕在文革中受到不公正的待遇,马龙翔也没说过一句对祖国和对党不好的话,他坚持着自己的信仰,他无愧于祖国无愧于自己。他问自己的孩子是否怪他放弃了美国国籍和优厚待遇毅然回国,子女听罢纷纷表示回国才是正确的选择,这本是他们应有的担当。归国半个世纪,他用自己的实际行动诠释了奉献与付出的意义,也诠释了自己的中国心。

 

有色冶金铝电解专家——姚世焕

 

深切缅怀 · 行业先辈

 

 


 姚世焕(1926 ~2021 ), 福建福州人。有色冶金铝电解专家。1952 年毕业于东北工学院, 师从邱竹贤, 先后在抚顺铝厂、沈阳铝镁设计院、贵阳铝镁设计院工作。专著《中国原铝工业的竞争力》和《200kA 预焙槽的设计构思———兼论2000 年我国采用多大容量预焙槽》奠定了中国铝工业快速发展的理论基础。参与策划研发的200~350kA 各种预焙槽和倡导的5 点进电与40个阳极以及6 点进电与48 个阳极的槽型成为国内广泛采用的300kA 和400~500kA 的基本模式。    

 

在国内率先倡导低电压低极距节能路线, 使中国成为全球铝电解电耗最低的国家。50 年代主持完成了中国第一个电解铝厂抚顺铝厂三期扩建的工艺设计;60 年代主持完成了中国第一个大型上插阳极棒自焙槽的工艺和设备研发;70 年代末倡导采用国际上首个环保型低能耗的大型预焙槽;80 年代积极组织大型槽“磁场、热场和力场” 关键理论研究与实践;90 年代倡导及推进采用先进大型预焙槽替代污染严重、电耗高和规模小的自焙槽, 建立了中国第一个80kA自焙槽改造为186kA (200kA 型) 预焙槽的示范工程( 贵铝一电解改造), 获得国家第一个铝电解工程设计金奖。该模式成为60kA 小型自焙槽改造为190 ~200kA 预焙槽的8 个国债项目的标准槽型。先后担任贵州有色金属学会副理事长, 中国有色金属学会轻金属学术委员会副主任委员, 贵阳铝镁设计研究院有限公司总设计师、总工程师、高级技术顾问等职务,1992 年起享受国务院政府特殊津贴。

 

成长经历


 

姚世焕, 1926 年8 月9 日出生在福建省福州市一个小业主家庭。在姚世焕童年时代,父亲常年在京汉铁路工作, 他与母亲共同在家乡生活, 母亲吃苦耐劳的精神对他的影响极大。7 岁的时候, 他随母亲来到服务于京汉铁路的父亲身边, 这才有了比较安定的生活,开始进入铁路子弟学校读书。自从识字后, 他就有着强烈的求知欲望, 经常向老师和同学请教各种知识, 他喜欢阅读西方的童话译著, 增长了许多科学知1937 年姚世焕毕业于邯郸铁路员工子弟小学。抗日战争爆发后, 在战争年代, 百姓颠沛流离, 学校也难以幸免, 姚世焕被迫中止学业, 在战争逃亡途中又与父亲失散,从此过着颠沛流离的生活。在流落于郑州与汉口铁路沿线的两年期间, 他没有放弃一切学习的机会, 他喜欢读有关化学的书和世界名著, 常常在书店阅读, 一站几个小时。从生活的经历中他深刻地体会到国家不强、人民遭殃的道理。同时, 流浪生活也锻炼了他的意志, 造就了他坚韧不拔、宽容严谨的优秀品格。令人欣喜的是1939 年他辗转流亡到西安, 终于与父亲团聚。


 1939 ~1942 年, 姚世焕在西安完成了初中学业, 1945 年毕业于国内知名的交通部扶轮中学(铁路) 中学, 1945 年考入河南大学化学系, 后转入土木系(铁路专业) 学习。在大学期间, 他时刻关心时局和国家的命运, 积极参加各种进步活动,后被学校勒令退学, 于1948 年转学到焦作工学院冶金系钢铁专业(抗日战争期间该学院并入西北工学院, 胜利后又复校回到焦作) 继续学习。那时候, 焦作工学院的教授多数毕业于美国麻省理工学院, 且学院院长曾在美国钢铁厂工作过, 学院使用的教材全部是美国大学的专用教科书(是经美国出版单位同意的复制本)。在当时的中国, 能读上这样的教材已属难能可贵。那时个人没有英汉字典, 学校图书馆拥有的几本英汉字典使用频繁, 字典中也很难找到技术专业词汇。教授们讲课又是半“中” 半“英”, 许多内容只能自己琢磨。1948 ~ 1949 年学校缺乏经费, 那时姚世焕还是学院的校务委员, 要与当地人民政府联系学校经费与粮食供给问题, 在这样非常艰难的学习条件下, 他仍能专心学习。由于勤奋好学,他的化学与冶金理论基础就是在那时打下。


焦作工学院冶金系于1950 年3 月16 日被并入沈阳工学院(后更名为东北工学院)、采矿系并入北京矿业学院。为了完成学业,姚世焕来到沈阳工学院有色金属专业继续学习。在学习期间(1950 年4 月~1952 年8 月), 他师从中国冶金学家、“中国铝材之父” 邱竹贤。改革开放后, 姚世焕在各种会议和讲学中, 论证大型预焙阳极铝电解槽必将成为替代能耗高、污染重和规模小的自焙槽趋势,在他与其他专家的倡导下在中国首次采用环保好、低能耗的160kA 大型预焙槽, 他兼任该项目的总设计师。他还是中国大型槽“磁场、热场和力场” 关键理论研究的最先组织者、中国向国外输出铝电解技术的主要倡导者和实践者。他与中国铝工业设计大师杨瑞祥被中国铝业界尊称为“南姚北杨” 两位泰斗。


20 世纪50 年代, 东北工学院的教授多使用日本和美国原版教材, 将其翻译后发给学生。当时, 东北学生没有学过英语,学院教师大部分留学于日本, 学习的是日本教科书, 而日本教科书的内容、深度都不及美国教材, 因此需将美国教材翻译后供给学生学习。这时候姚世焕已经上过5 年大学, 在专业方面已经有了一定的基础, 而且他在自学俄语的基础上, 又有英语基础。于是, 他主动协助教授承担了教材翻译工作。其中电化学冶金教材大部分由姚世焕负责翻译并刻蜡板复印。他还帮助教授改批学生作业。这为他更全面深入地学习、借鉴、消化吸收国外先进的专业理论知识提供了有利机会。有人说, 姚世焕看问题的起点总是高而远, 这与他在大学期间勤奋好学并能够理论联系实际是分不开的。这些经历为他日后始终能够站在中国电解铝行业技术的前沿、引领中国电解铝工业的发展奠定了良好的基础。


1952 年大学毕业后, 姚世焕被分配到东北工业部有色局设计处,后到抚顺铝厂实习。抚顺铝厂是苏联援建项目, 当时需要大量技术人员, 姚世焕被留在了工厂。在抚顺铝厂建设期间,有大量的电器、电缆和铝电解槽制造材料必须全部达到苏联的材质与标准,如何在国内得到解决成为当时工程能否按时建成的关键问题, 工厂领导将此任务交给了姚世焕。他首先搞明白了这些材料的物理和化学性能, 凭着多年积累的技术理论和实践知识, 在中国许多大型企业中找到了完全符合标准的材料或试制的可能, 终于解决了建设中的难题。投产后, 他先后在抚顺铝厂担任技术检查科电解车间监督组组长、车间生产值班长等职, 并最先被评为八级工程师。作为抚顺铝厂一线工程技术人员, 他凭着在大学学到的扎实的基础理论知识, 在各个工序中进行深入的摸索。同时,无论多累, 他也从不放弃学习当时俄文《有色金属》各期杂志和新出版的俄文铝冶炼性书籍。对知识的兴趣与渴求, 为他后来的研究与设计工作奠定了坚实的基础。


1956 年抚顺铝厂三期扩建改为中国自行设计, 因为姚世焕具有铝厂建设和生产的经验,且理论基础较好, 他被邱竹贤推荐(借调) 到沈阳铝镁设计院参加工艺设计。在此期间,他还受到邱竹贤和同班同学沈时英的教导与帮助, 从而使他的思维方法和理论视野更加开阔。1958 年, 姚世焕被正式调入沈阳铝镁设计研究院担任设计组组长、总负责人(即总设计师) 和工艺研究室主任工程师。


1960 年北京铝镁设计研究院成立(后因政策调整并入北京有色设计院)。1960年12 月~1964 年11 月,姚世焕被调入该院担任铝镁处工艺室主任工程师和工程总负责人等职, 在此期间,他组建了工艺研究室, 深入研究大型铝电解槽的能量平衡和各种铝矿石的溶出性能等。在北京的4 年期间,他还利用业余时间编译了供设计者使用的教材《铝电解槽的电压平衡和能量平衡的计算》, 十余万字, 但因当时的条件所限,到贵阳后才用蜡板刻印成册, 成为六七十年代许多铝厂工作人员的主要参考材料。


1964 年北京铝镁处与贵阳铝镁设计研究院合并。姚世焕历任冶炼科主任工程师、科长、总设计师、院副总工程师和总工程师等职。20 世纪60 年代后姚世焕一直跟原贵阳铝镁设计研究院院长程宗浩工作。程宗浩在抗日战争年代因试制炸药受伤, 截肢了一支胳膊和两根肋骨, 但程宗浩有着一股不怕艰难风险和坚持创新的精神, 在坚持将广西铝土矿用拜耳法生产和建立280kA 预焙槽大型试验场有着突出贡献。程宗浩坚持不懈的精神和开发新技术的思想, 对姚世焕的影响很大。


1982 ~1990 年, 姚世焕先后担任贵州有色金属学会副理事长, 中国有色金属学会轻金属学术委员会副主任委员和省政府社会经济发展咨询委员会委员。1982 ~1994 年担任中国国际工程咨询公司专家委员会委员,1994 年后聘为专家。1992 年起享受国务院特殊津贴。


 

主要研究领域和学术成就


 

1. 主持自主开发铝电解技术, 结束了中国铝电解技术完全依靠外国的历史中国第一个电解铝厂———抚顺铝厂由苏联设计和援建。

 

该厂1954 ~1957 年投产了两个系列, 采用60kA 侧插自焙阳极电解槽和825V 的水银整流器供给电解槽直流电, 最大系列规模为25000 吨。1956 年该厂进行第三期扩建,姚世焕担任工艺设计负责人。他与设计人员详细计算与研究后, 决定将整流器的利用系数提高5%, 采用电解槽的阳极加宽、加长和小头不钉棒, 使电解槽操作大为简化,电流上升到70 ~72kA,系列规模达到年产电解铝30000 吨。此后这种槽型成为中国六七十年代建设5000 ~30000 吨铝厂的标准模式。1958 年中国产铝只有48500 吨, 而进口54600 万吨, 国内严重缺铝。因为铝行业用电占到全部用电量的20%左右, 中国炼铝行业的严重落后制约了中国电力的发展。当时全国许多省市要求建设小型铝厂, 中国为此进口了30 台825V 水银整流器分配给各省市, 建设了一大批年产1000 吨和电流只有6kA 侧插自焙阳极电解槽的小型铝厂。但是该批电解铝厂投产后电耗比60kA 槽高30% ~ 50%, 且污染严重,影响周围农业生产。为了解决这一问题, 20 世纪60 年代初中国试制成功直流电压可以在不同电压下运行的硅整流器。姚世焕经过详细的技术与经济比较,撰写了《铝电解槽容量问题的探讨》一文,建议各地利用分散电力建设规模为3000 吨、5000 吨和10000 吨分别采用24kA、42kA 和60kA 电解槽的经济合理规模。在这个建议下各地建设了一批中小型铝厂, 使中国1980 年原铝的产量由1954 年的1900 吨上升到400000 吨。同时, 为了改进原有60 ~ 70kA 侧插自焙阳极电解槽污染严重、劳动强度大的问题, 在姚世焕和其他专家的建议下开展了80kA 上插自焙阳极电解槽的研制与开发工作。同时, 政府决定先在贵州铝厂建设一个系列规模为34000 吨的铝厂, 姚世焕担任总设计师(共两人), 同时冶金部责成姚世焕负责与一机部联系研制配套设备“悬臂打壳机”、“拔棒天车” 和“阳极糊连续混捏机”, 当时称为“三机一槽”。该工程于1966 年顺利投产, 相继又投产了青铜峡铝厂。这项技术应该说是中国最早成功自主研发的铝电解技术。


2. 中国大型预焙阳极铝电解槽的倡导者和开拓者

(1) 从自焙阳极电解槽到预焙阳极电解槽,早在20 世纪70 年代国际上就有美国环保型、密闭式的高电耗的中间下料预焙槽和法国式边部下料低电耗的预焙槽之分。改革开放前, 中国几乎所有铝厂一直沿用60 ~70kA 的侧插自焙槽,产量低、污染严重、电耗高、劳动强度大, 且劳动环境恶劣,严重影响了中国铝工业的发展。改革开放后的第一年, 中国计划建设一批大型铝厂, 但是采用什么电解槽技术成为决策者面对的难题。为了解决这一难题,姚世焕编写了近万字的专题论文为决策者提供了决策依据。他将当时世界上先进的电解槽型分为三种模式并进行了比较。第一种是北美型电解槽。当时美国铝业公司是世界上最大的跨国铝业公司。美国铝业公司在加拿大、巴西等铝厂使用的是150 ~220kA大型预焙阳极电解槽(简称预焙槽)。该槽型的优点是中间加氧化铝,密闭性好, 98%以上的有害烟气经过回收处理后达到环保要求。但这种槽型电耗高,使用于北美水电丰富和电价便宜的地区。第二种是欧洲型电解槽, 该槽型是针对电价高而研发的, 是法国铝业公司等开发了一种低电耗的欧洲槽型。但该槽型的最大电流的只有135kA, 采用边部添加氧化铝, 有30% 的有害气体无组织排放,严重污染环境, 有的地区不得不采取天窗洗涤予以处理,费用昂贵, 不符合中国国情。第三种槽型是日本型电解槽。该槽型是在20 世纪70 年代日本迅速发展铝工业过程中形成的。日本各家公司引进了美国、法国和瑞士的各种槽型,经过消化与改进后,由三家公司综合了美国的环保性好和法国的能耗低的优点, 开发了一种低电耗和密闭性好的预焙槽, 这种槽型经过改进非常适合中国使用。姚世焕等人积极建议采用日本160 ~170kA 预焙槽。1979 年年初国家决定引进日本的技术, 在贵州铝厂建设了中国第一个低电耗和密闭性好的160kA 中间下料预焙槽。由于这种基本槽型的优越性, 1980 年美国铝业公司和法国铝业公司相继开发了与日本型电解槽基本一样的180kA 和186kA 预焙槽。至今, 原引进的槽型除电流小外技术并不落后, 并成为后来继续研发大型电解槽的基本模式。

 

160kA 槽原设计为加氧化铝90kg/ h, 槽底有大量沉淀,生产极不稳定, 效率低、电耗高。姚世焕根据国际发展的趋势和半连续加料可以稳定电解生产的原理,根据当时的设备条件,建议改进下料工艺为20min 一次,改进后效果良好。但这距离国际先进水平仍有差距,于是姚世焕建议在购买其他国外设备时携带一台4.5kg的点式下料器样机, 以此样机为基础由贵阳铝镁设计研究院与工厂联合研制新一代的1. 8kg 的下料器, 目前国内广泛使用的1. 2 ~1. 8kg 下料器就是在此基础上研制。实践证明, 仅此一台小小的下料器就为开发更大型的电解槽和电解生产实现计算机自动化控制创造了条件,并为电解槽提高效率、降低能耗和减少污染起到了关键性的作用。


(2) 积极倡导自焙槽改造为预焙槽

 

从新中国成立到1995 年中国累计生产原铝1.657×107 吨, 累计进口铝为5.28×106 吨, 用外汇12.8 亿美元, 进口量占生产量的32%。为了缓解中国严重缺铝的局面, 20 世纪90 年代中央和地方政府都想建设一批电解铝厂以提高国内产能, 减少进口。但投资决策者考虑到铝厂投资较高, 有风险, 对中国的原铝工业到底有没有竞争力缺乏认识, 对自焙槽改预焙槽在经济上是否划算心中也没有底。为了论证中国原铝工业具有竞争力, 姚世焕利用各种技术研讨会、讲座的机会和并在论文《中国原铝工业的竞争力》中详细分析与解释了影响铝工业快速发展的思想障碍。他认为中国原铝工业是有竞争力的, 中国有提高电解铝产能的必要性, 理由是:

 

①从已探明的铝资源来看, 中国的铝矿资源相对丰富。

 

②电价在电解铝成本中占比较高,但电价不是决定电解铝竞争力的唯一因素。西方大型铝业跨国公司选择有廉价水电和天然气发电的地方建立铝厂, 电价相对较低, 这是他们的优势;但是这些地区相对偏僻,建设投资比中国铝厂高1 ~2 倍; 劳动力成本大约是中国的3 ~5 倍; 在海外建厂管理费用也很高; 而进口铝锭采购价加上手续费、运杂费和关税后, 其到岸价格与国内铝价基本相当。

 

③中国要实现工业化需要大量的电解铝。如果中国依靠进口解决电解铝短缺的问题, 必然会长期受制于西方发达国家, 中国的现代化、工业化进程必然会受到严重影响。


姚世焕认为, 将旧厂的自焙槽改造成预焙槽从财务效益上来说是值得的, 理由是:

 

①自焙槽规模小, 产能低, 规模效益差;

 

②利用原有场地或厂房等公用设施采用200kA 或以上的预焙电解槽,  单位投资比新建铝厂低, 但是产量可以翻一番还多。他的建议被采纳后, 各地掀起了新建电解铝厂和电解铝技术改造的高潮,中国电解铝产能得到了迅速提升。2001 年中国原铝产量上升至3.37×106 吨, 2010 年中国原铝产量达到1.363×107 吨。

 

20 世纪90 年代初贵阳铝镁设计研究院与贵州铝厂自主研发了200kA 级(后称“186”) 的电解槽。它是在一个独立的厂房中建设了4 台试验槽, 试验达到预期效果,运行电流可以在186 ~200kA 范围内调整。它的成功为后来贵州铝厂第一电解铝系列由80kA 自焙槽34000t/ a 规模改造成186kA 预焙槽70000t/ a 规模提供了样板。

 

在贵州铝厂第一电解系列将自焙槽改造为预焙槽的项目中, 姚世焕当时已经退休, 但厂方希望他主持制订改造方案, 因此, 他协助总设计师编制了可行性研究报告,由于涉及可能利用瑞士环保贷款等问题, 可研报告共编制了21 版, 每版都是由他亲自编写的。由于国外环保贷款和技术转让费用过高, 且均采用180kA 预焙槽,姚世焕与铝厂领导和专家经过研究, 决定采用自主研发的200kA 级预焙槽, 建成后运行电流为186kA,因此,后人均称186kA 电解槽。这项工程的示范效应和槽型为国家8 项自焙槽改造为大型预焙槽的国债项目提供了样板。中国第一个60kA 自焙槽改造成预焙槽的国债项目———云南铝厂就是在姚世焕的推荐下采用了贵铝第一电解系列的槽型, 设计和运行电流为190kA。20 世纪末8 个自焙槽改造成200kA 级预焙槽的国债项目实施后, 大大缩小了中国铝工业与世界先进铝工业的差距, 达到了当时的世界先进水平。

 

21 世纪, 中国铝工业的大型预焙电解槽的研发仍然以186kA预焙槽的研发理论为基础。有人说,如果没有姚世焕主导的186kA 预焙槽研发及推进工业化建设, 中国铝工业将比现在至少落后20 年。在第一电解改造工程中, 在有关阳极焙烧炉的选型问题上, 姚世焕建议采用国际上最先进的立装与侧装阳极和W 型火墙替代旧式的平装和V 型火墙的炉型, 新炉型比旧炉型产能高1/3, 能耗由原来的5GJ/ t 降低到2. 5 ~ 3GJ/ t,焙烧温差由160 ~200℃降到70℃, 提高了阳极质量, 减少了污染。目前中国几乎所有的阳极焙烧炉均为此种基本模式。


3. 中国大型预焙槽“磁场、热场和力场” 关键理论研究的组织者

 

贵阳铝镁设计研究院利用贵州铝厂引进技术的契机, 实施产学研结合, 消化了日本的技术。姚世焕积极建议和组织重点研究与开发大型电解槽设计必须解决的三大课题, 即磁场(或磁流体动力学)、热平衡(铝业界统称热场) 以及槽壳的力学问题(力场), 并得到了中国有色金属总公司的大力支持。从80 年代至今, 贵阳铝镁设计研究院培养了一批研究生, 其中他提出三个重要课题, 申请院里派3 名技术人员带“磁场研究”、“稳定场研究” 和“石墨化阴极开发” 这三个课题与华中理工大学共同培养硕士研究生,他与大学教授共同担任导师。这些课题的完成为设计新项目提供了理论基础, 并被直接用于建设工程。

 

从铝电解槽“过热度” 的指标判断电解槽的稳定性成为21 世纪初国际上一致认同的控制技术, 国际上利用9 区控制法来控制电解槽的能量平衡和物料平衡获得较高电流效率引起了姚世焕的注意。姚世焕认为, 这项技术应该被纳入电子计算机程序中控制电解槽过热度, 为此与四川启明星铝业公司商定进行了“双平衡” 试验。该试验的成功奠定了中国铝电解工艺控制的基础, 这一新的控制理念经过发展与改进成为贵阳铝镁设计研究院开发的“三度寻优” 控制技术, 在中铝系统推广。


(1) 大型电解槽的开发与中国铝电解技术的输出主要参与者

 

1988 年中国决定在焦作沁阳建设一个大型铝电解槽试验基地, 开发4 台280kA试验槽。姚世焕是该项目的专家组成员, 姚世焕的两个重大建议对成功开发这个项目有着极大的影响。电解槽的磁场是重中之重, 他参考国际专利提出参考方案并被采纳,他还建议, 当时试验厂有一个方案是建设一个70 ~140kA 的电解系列, 用生产系列的利润来补助280kA 槽的试验与运行费用。姚世焕建议将140kA 的系列分别配置在试验槽的两侧,利用为280kA 试验槽安装的4 台变电整流器, 分别用两台整流器供给两侧的140kA 电解槽, 然后并联2 个140kA 的电流从4 台电解槽的最后一台供入合计为280kA 的电流, 这样既节约了另增加整流变电设备的投资, 又解决了仅为一列4 台试验槽回路母线的无功电能损耗和磁场不平衡问题。这是唯一的一种既节省投资又解决试验大型电解槽的最经济的方案。该项目获国家技术进步奖一等奖。1998 年国家为了推广该项技术成果, 计划在焦作万方铝业公司建设88 台(后增加到92 台) 280kA 预焙槽示范工程, 在申请可研报告过程中, 由于投资需要5 亿元, 审查机关和有关银行认为有一定的风险, 贷款迟迟未定, 姚世焕及时向银行书写了专题报告, 用有力的论据消除了他们的顾虑, 使得该项目在2000 年顺利投产,现在焦作万方铝业公司有这种槽型548 台,产能为4.3×105 吨, 是中国规模最大的预焙阳极电解铝厂之一。由于这种槽型开发成功, 很快就派生出300kA 级的电解槽, 更重要的是贵阳铝镁设计研究院以此模式为基础而成功开发了新的320kA 电解槽, 除应用于国内3 个大型铝厂外, 还将该项技术与部分设备成功出口到哈萨克斯坦和印度等国。

 

在向印度输出中国电解铝技术的过程中,姚世焕第一个向印度人介绍中国320kA 电解槽并向他们讲解了中国技术的特点。他将世界上的铝电解技术(包括中国在内) 概括为三个特征来进行对比,说明发展中国家应根据自身原料质量不稳定等条件选用中国的技术, 因为它不仅电耗低于西方国家, 而且具有较大的生产潜力。印度接受了他的观点, 在印度国内建设了10 个系列, 产能近3×106 吨。中国也因此成为世界上300kA 级电解技术的第二大输出国。


4. 积极倡导低电压、低极距和低电耗的技术路线

 

姚世焕倡导的低电压、低极距和低电耗的技术路线在国内铝厂得到广泛应用,使中国的电解铝直流电耗达到世界领先水平。他从理论与实践中分析了中国电解铝操作路线不能完全按照西方国家的做法,因为西方国家多选择在能源价格较低的地区建厂, 但是投资和劳动力费用分别比中国高出100% ~150% 和300% ~500%。西方铝厂的操作技术路线是追求产量而忽视电耗, 但这样的操作路线必须要有高质量和性能尽量一致的氧化铝和阳极。中国铝的产量几乎是世界的40% ~50%,原料供应紧张, 生产厂家较多, 原料质量和均匀性达不到国际标准, 实施西方国家的操作路线不切合实际;中国电解铝成本中电费占到40% 以上。他从理论上分析了在西方铝厂电流密度比中国高20% ~30%的条件下, 其槽电压与中国铝厂基本相似, 在理论上说不通,经实地测量发现, 中国电解槽的极间距离大大高于西方国家, 这种现象与传统所认为的“极距越高电流效率越高” 不符, 实际上极距有极限值, 超过极限值效率必然降低。姚世焕在焦作万方280kA 电解槽系列实践操作的结果证明: 在质量较好的砂状氧化铝条件下, 电流效率的确可以达到94%, 但是这样的氧化铝除非进口,使用国产氧化铝很难做到。为此, 他提出要权衡和平衡电压与电流效率之间的关系,因为在中国现有的原料供应条件下提高效率1%,其操作的难度大大高于降低0.1V 槽电压, 而前者只能降低电耗约140kW·h/ t 铝, 后者则每降低0.1V,即可节电320kW·h/ t 铝。实践证明中国原来保持阳极电流密度只有0.72A/ cm2 的情况下, 将槽电压从习惯上保持4.15 ~4.2V 降到4.0V 或以下不仅符合理论值, 而且实际完全可以做到。2001 年姚世焕首先在焦作万方铝业公司280kA 的示范工程中进行试验, 取得了显著的节电效果。焦作万方铝业公司从2001 年开始连续十多年槽电压一直保持在4.05V 或以下的记录, 也一直是全国槽电压和直流电耗最低的铝厂。这个技术路线目前在国内得到基本认可, 在广大技术人员的努力下, 目前低电压和低极距节约电耗的思路得到进一步的发展, 许多铝厂目前运行的电压为3.75V。但是此时他又撰文提醒: 过低的极距会使电流效率降低和引起内热不足, 因此建议提高10%的电流密度, 以补偿内热的不足和提高部分产量, 这一认识目前已经在许多铝厂中得到广泛应用。


5. 积极为推动中国铝电解技术发展建言献策和培养人才

 

姚世焕总是站在中国电解铝技术的最前沿, 长期坚持收集国内外有关铝专业的信息,密切关注电解铝技术的最新发展和中国经济发展的政策与趋势, 从大量的文献信息中汲取精华。自改革开放后的冶金部和有色技术总公司主管有色金属起, 中国铝工业的年度科研计划和长远规划他均是重要参与者, 多数有关中国电解铝技术发展的重大课题都是由他首次提出并命名。同时他还参与了各个时期中国铝工业的发展规划、科技规划和若干重大铝建设项目及科研成果的审查与鉴定, 并担任主要评审负责人或专家。姚世焕从未间断过搜集和积累电解铝技术发展的最新资料, 在他的家中可以找到国内外近50 年来几乎所有电解铝方面有价值的参考文献和书籍。由于他搜集的铝专业资料较为齐全并均经本人阅读和浏览过, 国内许多铝专业技术人员经常向他咨询和索取资料。由于年事已高, 较难查阅过厚的外文书籍, 他将1990 ~2008 年美国《轻金属文集》全部赠送给四川启明星铝业公司。几十年来他撰写和编译的文章据不完全统计近百万字。事实证明他的一些意见和建议引领了中国电解铝工业的生产与技术发展方向。

 

姚世焕深刻地认识到, 中国电解铝事业的持续发展需要一大批专业人才。他积极参与各种学术活动,利用一切机会指导青年技术人才的成长, 参与电解铝厂的技术指导工作。同时他还倡导确定了电解铝关键技术“三场” (磁场、热场和力场)技术研究。他工作的单位贵阳铝镁设计研究院选送骨干技术人才到华中科技大学学习专业理论知识, 与大学合作参与“三场” 技术研究, 他亲自担任了这些人的导师, 指导和培养了一大批专业技术人才,一些人已经成为中国电解铝技术的领军人物。他指导的一名硕士研究生在毕业论文中写道: “要感谢我的院内导师姚世焕老人。用多年积累的技术资料为我奠定研究的基础; 用洞察世界铝工业技术细节的眼光为我寻找研究方向; 用几十年建立的社会资源为我的研究呵护照顾。八十高龄还亲临实验现场指导我的研究, 令我感动, 在研究过程中建立了情同父子的师徒之谊。” 正是有了像姚世焕这样一批专业领军人物, 不断探索, 积极引进、消化吸收国外先进技术,并实现自主创新,中国的电解铝工业才有了如今兴盛的局面。中国铝工业的发展需要人才, 随着中国人才的迅速成长和崛起, 中国的未来会更好。

 

 

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