铝电解是高能耗行业,如何寻求一种低能耗高效率的生产模式一直是铝电解行业所追求的。通过降低槽电压来减小铝电解能耗是目前电解铝行业节能的一个重要手段。但是,槽电压的降低会导致电流效率下降和热平衡的破坏,所以针对低电压下铝电解槽电热场的研究具有十分重要的意义。降低槽电压最有效的方法就是降低极距,本文以重庆天泰铝业有限公司175kA系列预焙铝电解槽为研究对象,研究了不同阴极结构对铝液层水平电流的优化作用。并在对某300KA系列铝电解槽热平衡计算的基础上,研究了不同槽电压下铝电解槽各部分的散热比,最后提出了具体的保温方案。本文主要研究内容与结果如下：(1)利用仿真软件ANSYS建立了重庆天泰175KA系列铝电解槽的1／4槽电场计算模型,并对该模型各导电结构的电势和电流分布做了详细的计算与分析,其结果符合实际。为全面了解铝电解槽的电场分布状况以及针对该部分结构的优化提供了清晰的思路。(2)在重庆天泰175KA预焙铝电解槽电场模型的基础上,提出了两种改进型阴极钢棒和一种在铝液层增加绝缘挡板的方案,探讨了不同方案对铝液层水平电流的优化作用。计算结果表明：改进型阴极钢棒可使阳极炭块下铝液中y向水平电流密度的最大值和平均值明显减小,水平电流密度值由初始钢棒下的(-500～300)A／m2减小为(-500～250)A／m2。水平电流密度无论是最大值还是平均值都有着明显的减小,绝缘挡板能有效抑制电流向阳极炭块侧部偏移,而通过改进型钢棒和绝缘挡板的结合,不仅能将铝液层电流控制在阳极炭块下,而且水平电流密度的大小和分布也能得到有效的控制,为铝电解实际生产提供理论依据。(3)分析了不同工艺条件对热场的影响。结果表明：极距和初晶点温度对铝电解槽的热场的影响较大,而电解质水平对热场的影响则比较小。另外,换极会在短时间内破坏电解槽的热平衡,尤其是四个角部的换极,可以采用阳极预热的方式来削弱这一部分的影响。(4)通过对某300KA铝电解槽进行了详细的热平衡计算,得到了不同热损失部分的能量支出值和各部分的散热比,计算结果准确,能量平衡误差在3%以下。考虑到在铝电解槽的能量支出中,非散热损失部分的控制难以实施,槽电压降低后新的热平衡主要是通过减少散热量来维持。在所得到的能量平衡计算结果上,根据铝电解槽热量收入与支出原理,进一步研究了不同槽电压下电解槽各部分所对应的热损失,并得出了保温方案。图47幅,表20个,参考文献88篇。