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近年来,节能减排是我国政府对工业企业生产所提出的核心目标。铝电解行业一直以来都是以高能耗、高污染著称。目前国内外电解铝的直流能耗依然徘徊在13000-13500kWh/t-Al,能量效率不足50%。2008年,新型阴极结构电解槽的出现使得大幅度降低铝电解电能消耗成为现实。论文在华东铝业公司94台200kA系列大修槽上砌筑新型阴极结构电解槽,并采用火焰-铝液二段焙烧法进行焙烧启动。焙烧结果证明,采用该方法焙烧的能耗低于铝液焙烧法与焦粒焙烧法。94台200kA新型阴极电解槽6个月的工业试验结果表明,200kA新型阴极电解槽的平均槽电压为3.72V,阳极效应系数为0.275次/槽·日,效应电压为12.12V,平均电流效率为93.11%,平均直流电耗为12043.39kWh/t-Al,与同系列32台普通阴极电解槽相比,槽电压降低了0.32V,阳极效应系数提高了0.07次/槽·日,效应电压降低了7.65V,电流效率提高了0.11%,直流能耗降低了1024.4kWh/t-Al,取得了重大的节能效果。通过对168kA与200kA两种槽型的新型阴极结构电解槽的电热平衡研究表明,新型阴极结构电解槽的极距较小,电解质压降比对比槽的电解质压降降低了350～400mV,其余部分电压降相差不大；新型阴极结构电解槽的能量利用率高于对比槽,可以在较低的槽电压与较低的能量输入下,通过对侧部和底部加强保温实现较低的热损失,以达到电解槽的热平衡。新型阴极结构电解槽铝液内的垂直磁场及铝液流速要小于对比槽,在外母线配置不变,电流分布不变的条件下,可以认为新型阴极结构电解槽具有减小电解槽内垂直磁场、稳定电解槽阴极铝液面以及阻碍铝液流动,降低铝液流速的功能。论文设计了一种能同步监测全部阳极导杆等距压降波动的方法及装置,并应用此装置对新型阴极结构铝电解槽阴极铝液界面的稳定性进行了研究,探讨了影响铝液界面稳定性的因素。研究发现,新型阴极结构电解槽的阳极导杆等距压降波动曲线的波幅要小于普通阴极结构电解槽,并且计算出新型阴极结构电解槽铝液波的最大波幅为0.45cm,普通阴极结构电解槽铝液波的最大波幅达到0.88cm,由此证明,新型阴极结构电解槽的创新阴极结构设计起到了减小铝液波的波幅,稳定阴极铝液面的作用；将对比槽的槽电压由4.10V降至3.95V的试验结果证明,对比槽无法在3.95V的槽电压下稳定运行；新型阴极结构电解槽在槽电压为3.75V时,24块阳极电流分布标准偏差为554.88A,比对比槽在槽电压为4.10V时的24块阳极电流分布标准偏差小了269.21A,因此新型阴极结构电解槽在3.75V的槽电压下比对比槽在4.10V的槽电压下的阳极电流分布更均匀；新型阴极结构电解槽与对比槽的阴极铝液波动具有相同的周期,均为50s。根据对新型阴极结构电解槽的电热平衡、铝液磁场与流场以及铝液界面稳定性的试验结果,并利用数值模拟技术对新型阴极电解槽的减波原理进行了探讨。在阴极凸起结构的周围铝液中存在水平电流,此种水平电流与垂直磁场作用产生的电磁力推动铝液围绕阴极凸起形成小环流,多个此类小环流可起到阻碍铝液流动,降低铝液流速的作用。铝液流速的降低就削弱了其对重力波的强化作用。新型阴极电解槽铝液中的水平电流小于普通阴极电解槽铝液中的水平电流,且新型阴极电解槽铝液中垂直磁场水平方向上的梯度也小于普通阴极电解槽。而铝液的波动主要是铝液中的水平电流与垂直磁场相互作用引起的。因此,新型阴极电解槽铝液界面的稳定性要好于普通阴极电解槽铝液界面的稳定性。并且通过模拟铝液与电解质交界面处的流速场,证明了新型阴极电解槽内该处铝液的垂直速度要小于对比槽内铝液在该处的垂直流速。论文研发了一套具有低检测成本的工业铝电解槽电解质初晶温度/过热度检测装置。该装置的探头结构设计使得热电偶的测温端对于熔体发生相变所释放出的热量较为敏感,因此对于成分复杂、分子比较低的电解质体系初晶温度的测定,可以实现较好的重现性与较高的精度。通过实验室与工业试验,证明此装置的测量精度较高,稳定性较好。在实验室条件下,使用电解质初晶温度/过热度检测装置考察了不同分子比与LiF、KF、CaF2的添加量对电解质初晶温度的影响。并应用响应曲面法,对Na3AlF6-A1203-LiF-KF-CaF2五元系初晶温度进行数模拟合,得到初晶温度的回归方程为：Tl=621.822+262.139·CR-5.226·ω(LiF)-6.518·ω(KF)-0.976·ω(CaF2)-1.111·CR·ω(LiF)+2.5·CR·ω(KF)-0.139·CR·ω(CaF2)+0.125·ω(LiF)·ω(KF)-0.292·ω(LiF)·ω(CaF2)+0.028·ω(KF)·ω(CaF2)-47.870·CR2+0.264·ω2(LiF)-0.354·ω2(KF)并且由响应曲面图分析可知,在实验条件范围内,对于电解质初晶温度的影响大小依次为：LiF的主效应>分子比的主效应>KF的主效应>CaF2的主效应。