第一篇：冶金科學(xué)前沿結(jié)課論文

冶金工程科學(xué)前沿

講座作業(yè)

姓名：楊毛毛 學(xué)號：G20158235 班級：冶碩4班 學(xué)院：冶金與生態(tài)工程

目錄

第一部分概述.........................................................................................3 第二部分課程內(nèi)容小結(jié)..........................................................................3

2.1 轉(zhuǎn)型發(fā)展情況下轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)技術(shù)進步（王新華）......................................3 2.2 中國鋼鐵冶金現(xiàn)狀與非金屬夾雜物研究（張立峰）.....................................4 2.3 煉鐵新技術(shù)及前沿（吳勝利）.........................................................................6 2.4 高品質(zhì)特殊鋼大斷面連鑄關(guān)鍵技術(shù)和裝備開發(fā)與應(yīng)用（張家泉）.............7 2.5 生物冶金（李宏煦）........................................................................................7 2.6 冶金流程工程理論及其應(yīng)用（徐安軍）.........................................................9 2.7 鋁冶金技術(shù)現(xiàn)狀（薛濟來）...........................................................................10 2.8 金屬材料的強化以及高強鋼的開發(fā)（王福明）...........................................10 2.9 冶金固廢及二次能源利用新技術(shù)（郭占成）...............................................11 2.10 鋼鐵生命周期的集約化控制技術(shù)（李素琴）.............................................12 2.11 高爐煉鐵的若干前沿技術(shù)（張建良）.........................................................14 2.12 吹氬精煉鋼包內(nèi)非金屬夾雜物去除機理探究（李京社）.........................16 2.13 電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)的研究于應(yīng)用（朱榮）.....................................17 第三部分課后感想...............................................................................19

第一部分概述

一個半月以來，通過對冶金工程科學(xué)前沿講座這門課程的學(xué)習(xí)，使我明白了本專業(yè)的重要價值和基礎(chǔ)地位。冶金技術(shù)就是從礦石中提取金屬和金屬化合物，然后用各種方法制成具有一定性能的金屬材料。從遠古時代以來，在銅金屬被提煉出來之后，人類的生產(chǎn)生活與金屬及其制品的關(guān)系就變得日益密切。在現(xiàn)代社會，人們的衣食住行更是離不開金屬材料，生產(chǎn)活動的工具與設(shè)施也都要使用金屬材料?？梢哉f，沒有金屬材料便沒有人類今天的物質(zhì)文明。

冶金工程為經(jīng)濟提供強有力的生產(chǎn)資料保障，涉及的是商業(yè)性的應(yīng)用，因此是一門實踐性很強的學(xué)科，她會不斷吸取自然科學(xué)，特別是物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等方面的新成就，指導(dǎo)冶金生產(chǎn)技術(shù)向廣度和深度發(fā)展；在另一方面，冶金工程又以豐富的實踐經(jīng)驗，反過來充實了上述學(xué)科的內(nèi)容。雖然我國鋼鐵工業(yè)已取得了長足的發(fā)展，但還有許多類型的鋼鐵和金屬材料有待突破，因此加強對冶金前沿技術(shù)的研究對于國家戰(zhàn)略發(fā)展尤為重要。

下面對冶金工程科學(xué)前沿講座這門課程老師的部分講課內(nèi)容和本人的觀后感想進行小結(jié)。

第二部分課程內(nèi)容小結(jié)

2.1 轉(zhuǎn)型發(fā)展情況下轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)技術(shù)進步（王新華）

轉(zhuǎn)爐煉鋼作為目前最主要的煉鋼方法，其技術(shù)上的進步對我國煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展有著巨大的推動作用。王新華老師主要從轉(zhuǎn)爐內(nèi)部脫磷反應(yīng)原理、新形勢下各國轉(zhuǎn)爐采取的不同生產(chǎn)工藝、優(yōu)質(zhì)汽車板的生產(chǎn)要求、保護渣卷入形成的缺陷以及底吹攪拌和雙渣法冶煉的優(yōu)缺點等方面為我們介紹了我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的現(xiàn)狀，在分析國內(nèi)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上又詳細闡述了轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)上的創(chuàng)新，分析討論了目前國內(nèi)煉鋼生產(chǎn)中所存在的主要技術(shù)問題，并對今后我國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的進一步發(fā)展提出了一些建議。

目前國內(nèi)轉(zhuǎn)爐濺渣護爐的基本經(jīng)驗可概括為以下幾點：(1)根據(jù)冶煉鋼種和生產(chǎn)工藝的不同，選擇恰當(dāng)?shù)臑R渣工藝；(2)提高氮氣壓力，優(yōu)化濺渣工藝；(3)合理 選擇開始濺渣時機，實現(xiàn)爐襯的“零侵蝕”；(4)濺渣與補爐相結(jié)合，嚴(yán)格控制濺渣后轉(zhuǎn)爐爐型；(5)加強煙罩水冷爐口等設(shè)備的維護及檢修，延長其使用壽命。長壽復(fù)吹轉(zhuǎn)爐技術(shù)的開發(fā)成功，對煉鋼技術(shù)的發(fā)展有著深遠的影響，不僅降低了轉(zhuǎn)爐煉鋼成本，提高了作業(yè)率，還改變了轉(zhuǎn)爐操作制度，使我國煉鋼廠均不再采用“三吹二”或“二吹一”的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了“三吹三”，提高了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，提高轉(zhuǎn)爐供氧強度受爐容比限制，但采用以下技術(shù)有利于進一步提高供氧強度，從而使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率提高：(1)大幅減少渣量，對于少渣冶煉轉(zhuǎn)爐由于渣量減少可大幅提高供氧強度；(2)優(yōu)化改進氧槍結(jié)構(gòu)，提高噴槍化渣速度，減少熔池噴濺和避免產(chǎn)生大量FeO粉塵是大幅提高供氧強度的關(guān)鍵；(3)采用底吹強攪拌工藝，促進初渣熔化，實現(xiàn)渣鋼反應(yīng)平衡，是提高熔池供氧強度的重要基礎(chǔ)；(4)采用計算機終點動態(tài)控制技術(shù)，實現(xiàn)不倒?fàn)t出鋼及提高出鋼口壽命，縮短出鋼時間，進而縮短轉(zhuǎn)爐輔助作業(yè)時間，也是提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的重要技術(shù)措施。

煉鋼作為鋼鐵生產(chǎn)的重要工序，對降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量等具有決定性影響。目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼仍是世界上最主要的煉鋼方法，而中國相對便宜的勞動力，緊缺的廢鋼資源以及昂貴的電價等又進一步促進了我國轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)中期，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的誕生不僅推動了煉鋼技術(shù)的進步，而且在其后的發(fā)展過程中也帶動了高爐大型化、連鑄及爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，奠定了 現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)。進入21世紀(jì)以來，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，鋼鐵產(chǎn)能過剩，導(dǎo)致鋼材價格下降，殘酷的市場競爭將使一些落后的鋼鐵廠倒閉，同時鋼鐵工業(yè)的發(fā)展也受到資源、環(huán)境等因素的限制，原、燃料漲價也不斷壓縮鋼鐵廠的利潤空間。面對挑戰(zhàn)，鋼鐵企業(yè)必須努力發(fā)展高效生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量并大力推廣清潔生產(chǎn)工藝和節(jié)能新技術(shù)，只有這樣才 可能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

2.2 中國鋼鐵冶金現(xiàn)狀與非金屬夾雜物研究（張立峰）

潔凈鋼已廣泛用于汽車、家電、食品工業(yè)及至海洋結(jié)構(gòu)、耐酸管線以及在嚴(yán)格條件下的其它某種用途。關(guān)于潔凈鋼的概念，E.K.Holappa認(rèn)為有兩點：顧名思義一是鋼中雜質(zhì)要超低量，即鋼中S、P、O、N、H甚至包括C應(yīng)超低量，二是嚴(yán)格控制鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量和形態(tài)。潔凈鋼的概念應(yīng)隨工藝的發(fā)展，鋼的級別和用途而異。2.2.1 鋼中氧的控制

控制鋼中氧的方法甚多，其重點之一是防止鋼水二次氧化。首先是防止出鋼過程中高FeO、MnO的爐渣帶入鋼包。有人提出兩種解決辦法：一是提高渣中(MgO)含量到10%；二是提高CaO/SiO2到5以上，這樣可使轉(zhuǎn)爐渣中(TFeO)含量降到 13%～14%，此外，并使用機械擋渣法，如擋渣球，擋渣帽等。2.2.2 鋼中氮的控制

當(dāng)壓力為1mbar時，N2在鋼中的溶解度為14×10-4%，鋼中[N]是難于去除的，一是因為氮在鋼液中擴散系數(shù)小，反應(yīng)速度慢；二是在煉鋼出鋼到連鑄過程中吸氮常常發(fā)生。因此精煉之前鋼中氮盡量低；此外應(yīng)盡量減少吸氮來源。入爐鐵水比與吹煉終點[N]含量有一定關(guān)系，全鐵水煉鋼是十分重要的。鋼中氮主要通過煉鋼初期 CO的沸騰排出，轉(zhuǎn)爐吹煉后期，CO氣體減少，表面氣體壓力大大降低，鋼液將從大氣中吸氮，為解決這個問題有人指出，此時添加白云石以產(chǎn)生大量的CO2氣體，形成一個正壓層來阻止鋼液從大氣中吸氮。2.2.3 鋼中硫的控制

鋼中的線性硫化物是裂紋源而使產(chǎn)品易于斷裂，對于中厚板易于產(chǎn)發(fā)SSC裂紋和HIC裂紋。當(dāng)鋼中[S]>0.025%時，連鑄坯產(chǎn)生裂紋的傾向性大為增加，[S]低則有很好的抗層狀斷裂的能力，所以對鋼中[S]的要求一向十分嚴(yán)格。脫硫主要是鐵水預(yù)脫硫。預(yù)脫硫鐵水應(yīng)強調(diào)：高爐鐵水[S]盡量低，處理后強強調(diào)扒渣，防止回硫。鐵水預(yù)脫硫最好水平是把[S]脫至10×10-4%；此外是爐外精煉脫硫。爐外精煉脫硫應(yīng)注意三點：鋼液及渣中氧含量要低；使用高堿性渣；鋼包混合要均勻。爐外精煉脫硫的方式有出鋼過程脫硫、鋼包吹A(chǔ)r攪拌脫硫、RH處理脫硫。脫硫劑則主要以CaO+CaF2為主，E.T.R.Jones還提出了Mg基熔劑脫硫的概念。

2.2.4 鋼中磷的控制

鋼中[P]過高，在凝固時會嚴(yán)重偏析而導(dǎo)致產(chǎn)品脆裂。高爐是不能脫磷的，高爐出來的鐵水一般在700～1000×10-4%之間。脫[P]需要高氧位、高堿度渣、低溫、攪拌條件好。鋼中[P]的除去一般有三種方式：一是鐵水預(yù)處理脫[P]，這在日本已經(jīng)開始使用，脫磷后[P]可達100～180×10-4%；二是轉(zhuǎn)爐或電爐精煉脫[P]，脫磷是在煉鋼初期氧化脫碳過程的同時進行吹煉終點；三是爐外精煉脫磷：鋼包中脫磷可以達到[P]<30×10-4%的水平。一些廠家，在出鋼過程中以“CaO+ CaF2+鐵礦石”為脫磷劑脫[P]，達到了鋼中[P]20～30×10-4%的水平。2.2.5 鋼中氫的控制

鋼中[H]含量過多，易于產(chǎn)生氫發(fā)裂和白點，導(dǎo)致鋼的嚴(yán)重缺陷。有關(guān)研究得出結(jié)論，若鋼中[S]<10×10-4%，則[H]<1×10-4%。當(dāng)壓力為1毫巴時，氫氣在鋼中溶解度為0.91×10-4%。實際上，通常要求鋼中[H]<2×10-4%。為了達到此目標(biāo)，保持鋼液處于非常低的壓力是非常重要的。脫[H]主要靠轉(zhuǎn)爐煉鋼初期通過CO的激烈沸騰脫氫和RH處理過程中脫氫。其余各階段均是增氫的，所以脫[H]的重點在于防止脫氣處理后連鑄過程各階段的增氫，應(yīng)該嚴(yán)格控制渣成分和狀態(tài)。由于造渣劑，合金料的潮濕以及新砌中間包未干，大氣吸入所引起的增氫等等。

2.3煉鐵新技術(shù)及前沿（吳勝利）

吳勝利老師主要圍繞鋼鐵工業(yè)的地位及其存在問題、煉鐵生產(chǎn)現(xiàn)狀及面臨的新挑戰(zhàn)、煉鐵工藝節(jié)能減排的技術(shù)方向、鐵礦資源高效使用原理及技術(shù)以及資源環(huán)保型煉鐵工藝研發(fā)動向等角度并采用了大量的最新宏觀數(shù)據(jù)向我們介紹了煉鐵工藝的主要問題：

1、節(jié)能減排問題：煉鐵工序能搞占鋼鐵企業(yè)能耗的70%左右，SOX，NOX等總量大、濃度低（捕捉困難）；

2、鐵礦資源問題：鐵礦資源對外依存度高達70%，資源劣質(zhì)化趨勢明顯；

3、鋼鐵企業(yè)處于絕對低價位而虧損壓力大，煉鐵成本占鋼鐵生產(chǎn)成本的2/3。鐵礦石原礦含鐵品位低，平均含鐵量僅為31.30%，比世界鐵礦石平均品位低12個百分點，且貧礦約占儲藏總量的97.7%，按金屬鐵量計算，我國鐵礦石資源僅占世界的6%。雖然經(jīng)過選礦工序，可以將精礦的含鐵品位提高至60%以上，但“剝采比”和“選礦比”高，前者接近3，后者約為2.6，生產(chǎn)1噸成品精礦需要完成約8噸的采剝總量，鐵礦生產(chǎn)成本高。鐵礦石類型復(fù)雜，多組分共生或伴生的復(fù)合礦多給選礦和冶煉工藝帶來一定的困難。國外鐵礦石儲量為1542億t，基礎(chǔ)儲量為729億t，鐵金屬儲量基礎(chǔ)為1592億t。按原礦儲量多少排序有：烏克蘭、俄羅斯、澳大利亞、巴西、哈薩克斯坦、美國、印度、委內(nèi)瑞拉、瑞典、伊朗、加拿大、南非、毛里塔尼亞、墨西哥。鐵的儲量多少排序有：俄羅斯、澳大利亞、巴西、印度、哈薩克斯坦、委內(nèi)瑞拉、瑞典、美國、加拿大、伊朗、南非、毛里塔尼亞、墨西哥。煉鐵生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)重要環(huán)節(jié)，對于“鋼鐵比”高的我國而言，煉鐵工序必不可少。煉鐵不僅為煉鋼提供原料，而且是整個鋼鐵企業(yè)能源（煤氣）平衡的最重大貢獻者。

2.4 高品質(zhì)特殊鋼大斷面連鑄關(guān)鍵技術(shù)和裝備開發(fā)與應(yīng)用（張家泉）

2005年項目立項之初，高品質(zhì)特殊鋼大斷面產(chǎn)品全球短缺、生產(chǎn)工藝多為傳統(tǒng)模鑄工藝，高端產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量無法滿足使用要求。目前生產(chǎn)大斷面鑄坯的首選工藝為全弧形連鑄，該工藝具有產(chǎn)量高，成本低，質(zhì)量穩(wěn)定的特點。當(dāng)時的高品質(zhì)特殊鋼大斷面連鑄存在著一系列的技術(shù)難點：初期傳熱和凝固控制難度大；中心易產(chǎn)生疏松和偏析，裂紋傾向大；鑄坯下滑力大，矯直與過程控制難；鋼種差異性大，工藝復(fù)雜。

通過十余年的持續(xù)攻關(guān)創(chuàng)新，建立了大斷面特殊鋼連鑄內(nèi)部疏松和成分偏析控制理論與方法創(chuàng)新提出來了鋼水注流動量與凝固過熱度強化好散理論，開發(fā)出旋流澆鑄工藝技術(shù)，建立了連鑄電磁流體-熱-溶質(zhì)傳輸耦合模型，解釋了連鑄過程宏觀偏析形成與分布規(guī)律，奠定了大斷面連鑄工藝與產(chǎn)品內(nèi)部均質(zhì)性控制的理論基礎(chǔ)；解決了特殊鋼大斷面連鑄生產(chǎn)與熱裝過程裂紋控制難題，開發(fā)出大斷面小曲率、超弱冷和高溫低應(yīng)變連鑄矯直技術(shù)，以及下線控溫?zé)嵫b等成套先進工藝，為消除特殊鋼大斷面連鑄與熱裝過程裂紋提供了可靠技術(shù)保障，首創(chuàng)世界最大規(guī)格全弧形特殊鋼連鑄裝備，并建立了基于CAE的鑄機設(shè)計規(guī)范；開發(fā)了大斷面高品質(zhì)特殊鋼連鑄化生產(chǎn)成套工藝與專有技術(shù)。本項成果打破了國外技術(shù)壟斷，引領(lǐng)了大斷面特殊鋼連鑄化生產(chǎn)方向。

隨著大斷面連鑄產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，不僅給各個單位和企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益，縮短了下游制造業(yè)的加工流程，形成了高效低成本的新產(chǎn)業(yè)鏈，促進了我國鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品優(yōu)化升級，還有力地推動了國家清潔能源行業(yè)的發(fā)展。

2.5生物冶金（李宏煦）

生物冶金技術(shù)，又稱生物浸出技術(shù)，通常指礦石的細菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物進行。這些微生物被稱作適溫細菌，靠無機物生存，對生命無害。這些細菌靠黃鐵礦、砷黃鐵礦和其他金屬硫化物如黃銅礦和銅鈾云母為生。適溫 細菌和其他細菌通常生活在因硫氧化而產(chǎn)生的酸性環(huán)境中，如溫泉、火山附近地區(qū)和富含硫的地區(qū)。

由澳大利亞一家公司培養(yǎng)的適溫細菌最早是在西澳的一礦山中發(fā)現(xiàn)的，在含硫的酸性環(huán)境中，在高溫條件下對可溶性金屬有很好的聚積作用。適溫細菌和其他“靠吃礦石為生”的細菌如何氧化酸性金屬的機理不得而知。化學(xué)和生物作用將酸性金屬氧化變成可溶性的硫酸鹽，不可溶解的貴金屬留在殘留物中，鐵、砷和其他金屬，如銅、鎳和鋅進入溶液。溶液可與殘留物分離，在溶液中和之前，采取傳統(tǒng)的加工方式，如溶劑萃取，來回收賤金屬，如銅。殘留物中可能存在的貴金屬，經(jīng)細菌氧化后，通過氰化物提取。

常規(guī)冶金技術(shù)在品位低的礦物加工過程中，成本比較高，污染非常大，使用生物冶金技術(shù)，通俗的講就是用含細菌的菌液進行浸泡，這些微生物大多是一些化能自養(yǎng)菌，它們以礦石為食，通過氧化獲取能量，這些礦石由于被氧化，從不溶于水變成可溶，人們就能夠從溶液中提取出礦物。

微生物浸礦是指用含微生物的溶劑從礦石中溶解有價金屬的方法。用微生物處理的礦石多為用傳統(tǒng)方法無法利用的低品位礦、廢石、多金屬共生礦等。微生物浸礦過程機理的研究已有很長的歷史，在細菌的生長、硫化礦分解等方面已有較深刻的認(rèn)識。細菌浸礦過程是細菌生長及包括化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)、動力學(xué)現(xiàn)象的硫化礦氧化分解的復(fù)雜過程。2.5.1 微生物浸礦工藝

包括堆浸法、地浸法、槽浸法以及攪拌浸出法等。2.5.2 生物濕法冶金

生物濕法冶金是一種很有前途的新工藝，它不產(chǎn)生二氧化硫，投資少，能耗低，試劑消耗少，能經(jīng)濟地處理低品位、難處理的礦石。目前，這種方法仍處于發(fā)展之中，它還必須克服自身的一些局限性，如反應(yīng)速度慢、細菌對環(huán)境的適應(yīng)性差，超出了一定的溫度范圍細菌難以成活，經(jīng)不起攪拌，等等。2.5.3 生物浸出

生物浸出是指利用細菌對含有目的元素的礦物進行氧化，被氧化后的目的元素以離子狀態(tài)進入溶液中，然后對浸出的溶液進一步進行處理，從中提取有用元素，浸渣被丟棄的過程。如細菌對銅、鋅、鈾、鎳、鈷等硫化礦物的氧化，即屬于生物浸出。2.5.4 尾礦現(xiàn)狀 當(dāng)前，我國鐵尾礦的排放量增長迅速，堆存量日益增大。據(jù)統(tǒng)計，1949-2009年，全國鐵尾礦排放量大約為62億t。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國累計堆存的鐵尾礦量高達50億t左右，而且隨著鐵尾礦排放量的提高，其堆存量日益增大。2010年我國大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用率在40%左右，其中粉煤灰的綜合利用率為68 %煤研石的綜合利用率為61%，冶煉渣的綜合利用率為60 %，相比之下尾礦的綜合利用率大大滯后，僅為14%，尤其鐵尾礦的利用率更低為10%以下，與發(fā)達國家綜合利用率為60%相比還存在很大的差距。

2.6 冶金流程工程理論及其應(yīng)用（徐安軍）

通過鋼鐵流程的優(yōu)化和物質(zhì)流、能量流、信息網(wǎng)絡(luò)集成構(gòu)建，對鋼鐵工業(yè)長流程和短流程關(guān)鍵界面匹配、二次能源高效轉(zhuǎn)化、低品質(zhì)余熱回收利用、低碳綠色制造、鋼鐵鑄造流程三個功能價值提升等模式優(yōu)化與關(guān)鍵技術(shù)深度開發(fā)。實現(xiàn)鋼鐵材料與其流程的高效化、綠色化制造。高品質(zhì)特殊鋼生產(chǎn)應(yīng)用與關(guān)鍵技術(shù)

特殊鋼新型強韌化機制與高可靠長壽命機理；耐高溫、應(yīng)力、腐蝕等服役環(huán)境適應(yīng)性材料設(shè)計技術(shù)；高潔凈度冶煉、夾雜物精確控制、均質(zhì)化與組織精細化控制、精確成型與加工等產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定控制技術(shù)；低成本制造及簡化流程技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

高性能耐蝕鋼制造關(guān)鍵技術(shù)

基于產(chǎn)品全生命周期概念的材料設(shè)計方法，研發(fā)不同腐蝕機理的耐蝕鋼合金成分設(shè)計、冶煉、連鑄、控軋控冷、焊接、機械加工等技術(shù)，形成具有我國自有知識產(chǎn)權(quán)的耐蝕鋼材料體系。低品位難選礦綜合選別和利用技術(shù)

低品位難選鐵礦石磨礦-重磁-反浮選技術(shù)；釩鈦磁鐵礦綜合利用技術(shù)；尾礦細磨-選別綜合再利用技術(shù)；復(fù)雜難選鐵礦石流態(tài)化（閃速、流化床、懸浮焙燒）-磁選關(guān)鍵技術(shù)；弱還原氣氛形成及控制技術(shù)；易氧化粉料冷卻和余熱利用技術(shù)及裝備。鋼鐵制造流程余熱減量化與深度化利用技術(shù) 2.7 鋁冶金技術(shù)現(xiàn)狀（薛濟來）

本部分薛老師主要對鋁冶金的生產(chǎn)工藝流程、其技術(shù)發(fā)展以及目前世界上各國家的前沿技術(shù)進行了簡要介紹，并仔細的分析了我國與美日等國家在輕金屬冶金前沿技術(shù)領(lǐng)域的差距以及存在的一些問題。

金屬鋁是性能優(yōu)異、用途廣泛、關(guān)聯(lián)度大的基礎(chǔ)輕金屬材料，在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有不可替代的重要作用。它具有密度小、塑性高、優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和抗蝕性等優(yōu)點，而大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、軍事工業(yè)、交通運輸業(yè)和航空航天等領(lǐng)域。目前世界上鋁的冶煉主要采用冰晶石氧化鋁熔鹽電解法煉鋁工藝，然而該法所存在的問題長期以來未能從根本上得到解決，其他煉鋁新工藝的探索研究從未停止過。近些年來，人們對常壓碳熱還原法煉鋁研究較多，然而該法需在2000攝氏度以上才能將金屬鋁還原，且產(chǎn)物金屬鋁與渣相難以分離，最終得到鋁的合金。而氧化鋁真空碳熱還原氯化法煉鋁作為一種新的煉鋁法，理論上真空條件可降低生成金屬鋁的熱力學(xué)溫度，工藝流程短，設(shè)備簡單，且產(chǎn)物金屬鋁與渣相容易分離。

氧化鋁真空碳熱還原氯化法煉鋁過程分三步進行:

1、氧化鋁碳熱還原過程(50150 Pa，高于1753 K)，Al4O4C+ 3C+ 2AlCl3(g)= 6AlCl(g)+ 4CO(g)

Al4C3+ Al2O3+ 3AlCl3(g)= 9AlCl(g)+ 3CO(g)

Al4O4C+ Al4C3+ Al2O3+ 3C+ 5AlCl3(g)= 15AlCl(g)+ 7CO(g)

3、低價氯化鋁AlCl(g)低溫歧化分解過程(50-200 Pa，低于933 K)，3AlCl(g)= 2Al+ AlCl3(g，s)2.8金屬材料的強化以及高強鋼的開發(fā)（王福明）

王福明老師首先向我們介紹了鋼鐵材料將向著高強化、純凈化以及均勻化（成分，組織等），實現(xiàn)長壽化，達到節(jié)能減排的發(fā)展方向，并通過合金化和熱處理工藝等來實現(xiàn)強韌化（固溶強化、第二相強化、相變強化以及細晶強化，從而實現(xiàn)將金屬學(xué)、冶金學(xué)與鋼鐵材料研發(fā)、品質(zhì)提高、生產(chǎn)工藝優(yōu)化等聯(lián)系起來。2.8.1 金屬材料的強化機理

金屬材料塑性變形的微觀原理是存在位錯運動

1、位錯是實際晶體中存在的真實缺陷

2、位錯在作用力τ的作用下享有的滑移，最終移除表面而消失。工程結(jié)構(gòu)材料主要在彈性范圍內(nèi)使用，因此，流變應(yīng)力的重要性更為突出； 流變應(yīng)力組成

（1）抑制位錯源開動的應(yīng)力，稱之為源硬化。

（2）阻力是錯位開始運動之后才起作用的，對位錯的運動起妨礙的作用，稱之為摩擦阻力。

強化金屬材料的思路

點陣阻力：移動位錯使它從一個平衡位置滑移到下一個平衡位置之間的位壘所需要的力，也就是在完整晶體中運動時所受的摩擦阻力；點陣阻力對組織部敏感，它的大小主要決定于鍵合強度和點陣類型；共價鍵的點陣阻力最高，成為位錯運動主要障礙；對于金屬鍵結(jié)合的晶體，點陣阻力小，不是主要妨礙，可忽略；除點陣阻力外，金屬材料中位錯運動阻力是隨組織變化而大幅度變化的。提高金屬材料強度的方法是阻止金屬晶體中位錯的運動，設(shè)法在金屬中引入大量的晶體缺陷，大大增加位錯之間，位錯和其他晶體缺陷之間的交互作用，從而阻礙位錯的運動，導(dǎo)致金屬抗變形能力大大提高。這就是通常強化的思路和方法。2.8.2金屬材料強化的方法

1、形變強化

2、固溶強化

3、分散強化

4、晶界強化

5、相變強化 2.8.3超低碳貝氏體鋼 為達到超細化要考慮：

1、充分?jǐn)U大的非再結(jié)晶區(qū)溫度范圍；

2、變形后有很快的應(yīng)變誘導(dǎo)析出；

3、冷卻時在貝氏體相變開始前形成較多針狀鐵素體；

4、鋼種高強化后仍有很好的韌性和可焊性；

2.9冶金固廢及二次能源利用新技術(shù)（郭占成）

超重力技術(shù)是強化多相流傳遞及反應(yīng)過程的新技術(shù)，上個 世紀(jì)問世以來，在國內(nèi)外受到廣泛的重視，由于它的廣泛適用性以及具有傳統(tǒng)設(shè)備所不具有的體積小、重量輕、能耗低、易運轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應(yīng)環(huán)境 等優(yōu)點，使得超重力技術(shù)在環(huán)保和材料生物化工等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的商業(yè)化應(yīng)用前景。

溶劑 焦煤 超重力除塵 鋼水精煉 共生礦冶煉渣 二次超重力鑄造 連鑄 軋機 產(chǎn)品 燒結(jié)機 高爐 焦?fàn)t 轉(zhuǎn)爐 冶煉 產(chǎn)品深加工--電鍍，電泳 焦化廢水處理 鋼渣處理： 分離金屬鐵 富集鎂酸鈣 富集磷酸鈣 酸化與熱回酸洗液-電化學(xué)處理 傳統(tǒng)流程技術(shù)進步—超重力冶金

超重力工程技術(shù)的基本原理是利用超重力條件下多相流體系的獨特流動行為，強化相與相之間的相對速度和相互接觸，從而實現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過程和化學(xué)反應(yīng)過程。超重力工程技術(shù)是一項突破性地強化“三傳一反”過程的新技術(shù)，是適用于能源、材料、石油、化工、環(huán)境、生物等多個部門并可帶來巨大經(jīng)濟效益和社會效益的新技術(shù)。獲取超重力的方式主要是通過轉(zhuǎn)動設(shè)備整體或部件形成離心力場，涉及的多相流體系主要包括氣-固體系和氣-液體系。

CaseWesternReserve大學(xué)的N.C.Gardner教授從1984年開始，先后在Norton公司，Dow公司支持下對煙氣脫硫和聚和物脫單體進行研究。將超重力技術(shù)與冶金工業(yè)運用在一起將會是打開一種新的局面。

2.10鋼鐵生命周期的集約化控制技術(shù)（李素琴）

2.10.1 研究背景

綠色冶金方興未艾以及環(huán)境生態(tài)問題已經(jīng)越來越嚴(yán)重，是我們今天研究問題的重要方向。

李素琴老師首先從身邊的問題說起，給我們介紹了霧霾的產(chǎn)生原因：霧霾，顧名思義是霧和霾，但是霧和霾的區(qū)別很大。空氣中的灰塵、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成視覺障礙的叫霾。霾就是灰霾（煙霞），空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子也能使大氣混濁。將目標(biāo)物的水平能見度在 1000－10000米的這種現(xiàn)象稱為輕霧或靄（Mist）。形成霧時大氣濕度應(yīng)該是飽和的（如有大量凝結(jié)核存在時，相對濕度不一定達到100%就可能出現(xiàn)飽和）。由于液態(tài)水或冰晶組成的霧散射的光與波長關(guān)系不大，因而霧看起來呈乳白色或青白色和灰色。

鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)過程是化學(xué)、物理的變化過程，對環(huán)境污染嚴(yán)重，被列為污染危害最大的三大部門（冶金、化工和輕工）、六大企業(yè)（鋼鐵、煉油、火電、化工、有色金屬冶煉和造紙）的首位。環(huán)境污染主要反映在氣、水、渣三個方面。廢氣主要是從燃燒系統(tǒng)排出的。污染過程很復(fù)雜，污染也是多方面的，有毒成分主要有二氧化硫、一氧化碳、硫化氫、烴、粉塵等。附近居民受二氧化硫的影響易引起慢性呼吸道系統(tǒng)的病癥。廢水主要有焦化廠的廢水，它含有酚、氰化物、氯化物和硫化物等有害物質(zhì)。廢水就地浸透污染地下水；排入江河、湖泊則污染地面水，使生活飲用水和水生生物含有害物質(zhì)，對人體引起不良后果。2.10.2 轉(zhuǎn)型升級新思路

面對鋼鐵污染的嚴(yán)重形式我們必須轉(zhuǎn)型升級新思路，遵循循環(huán)經(jīng)濟理念，依據(jù)工業(yè)生態(tài)學(xué)的原理，進行鋼鐵工業(yè)的生命周期管理集約化技術(shù)控制，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，帶動生態(tài)服務(wù)也發(fā)展，實現(xiàn)資源利用的最大化，污染排放的最小化。

采用生態(tài)重組的手段，從微觀、中觀和宏觀角度入手進行物質(zhì)的集成，能量的集成，水系統(tǒng)的集成，技術(shù)的集成以及設(shè)施的集成與共享，降低資源，能源的消耗，減少萬元GDP的排放量，開發(fā)環(huán)境友好型產(chǎn)品，帶來經(jīng)濟效益的同時，提高環(huán)境效益和生態(tài)效益。

1、源頭——微觀層次

通過改變化學(xué)產(chǎn)品或者過程的內(nèi)在本質(zhì)來減少或消除有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生；設(shè)計或重新設(shè)計化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，使其具備所需的特性有避免或減少有毒基團的使用與產(chǎn)生；高選擇化學(xué)反應(yīng)，減少副產(chǎn)品，甚至達到原子的經(jīng)濟性，實現(xiàn)零排放。

2、生命周期管理

一種產(chǎn)品從原料開采開始，經(jīng)過原料加工，產(chǎn)品制造，產(chǎn)品包裝，運輸和銷售，然后由消費者使用，回用和維修，在最終循環(huán)或作為廢棄處理，這一整個過程稱為產(chǎn)品的生命周期，期間進行全過程管理叫做生命周期管理。

3、集約化控制 鋼鐵工業(yè)的集約化控制是指在以資源優(yōu)化配置為原則，以社會福利最大化為目的，組織結(jié)構(gòu)高度集中，大，中，小企業(yè)共同互利共生，使鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的過程。

將具有某種共同特性的企業(yè)構(gòu)成集合或系統(tǒng)，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)品優(yōu)化，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，增強活力及市場競爭力；采用循環(huán)連接技術(shù)進行資源優(yōu)化配置，提高資源利用效率和勞動效率，增加產(chǎn)出；在集約型發(fā)展方式下，依靠技術(shù)進步和技術(shù)創(chuàng)新以及職工素質(zhì)培養(yǎng)和生產(chǎn)力合理組織和配置，實現(xiàn)和持續(xù)發(fā)展。2.10.3結(jié)語

可以考慮海洋以及軍工產(chǎn)業(yè)對鋼鐵的需求方向，新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)的消費要求，京津冀一體化，北京第二機場用鋼以及建材需求以及出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與區(qū)域布局，生產(chǎn)高附加值鋼種。上下游產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，包括鋼鐵，渣，塵，尾礦與焦化等，實現(xiàn)高附加值產(chǎn)品開發(fā)，帶來更大經(jīng)濟效益。

脫硫，脫氮以及除塵的高效新技術(shù)開發(fā)，能源診斷技術(shù)與節(jié)能技術(shù)的開發(fā)以及綠色水處理技術(shù)研發(fā)等集成與優(yōu)化，會大大降低污染物的排放，帶來經(jīng)濟利益的同時，帶來生態(tài)效益和社會效益。

鋼鐵工業(yè)生態(tài)化的轉(zhuǎn)型是必然趨勢。

2.11高爐煉鐵的若干前沿技術(shù)（張建良）

張建良老師主要為我們簡要介紹了高爐煉鐵前沿問題，高爐作為鋼鐵企業(yè)流程的基礎(chǔ)步驟，對于鋼鐵冶金來說至關(guān)重要。張老師主要從中國煉鐵情況與發(fā)展形勢；高爐噴吹固體燃料；高爐系統(tǒng)中的有害元素；鋼鐵廠的粉塵處理幾個方面開啟了他的講座課程。

2.11.1 中國煉鐵情況與發(fā)展形勢

中國煉鐵的發(fā)展情況及形勢大體沒有變化，2014年中國生鐵產(chǎn)量7.11億噸，而世界的生鐵產(chǎn)量11.79億噸。我國鋼鐵生產(chǎn)最多的四個省份，分別是河北，山東，江蘇以及遼寧。鋼鐵對環(huán)境的影響已然很嚴(yán)峻。總結(jié)起來大致分為三個問題，資源問題，環(huán)境問題和市場問題。目前中國的鋼鐵需要不斷創(chuàng)新，注重資源環(huán)保，追尋綠色低成本之路。2.11.2 高爐噴吹固體燃料

國內(nèi)外固體燃料發(fā)展急劇加速，主要的固態(tài)燃料依然是煤粉，焦粉，碳質(zhì)粉 塵；液態(tài)燃料主要是重油，柴油以及煤焦油；氣態(tài)燃料主要是天然氣，焦?fàn)t煤氣，高爐循環(huán)煤氣。其中：煤粉分為煙煤、無煙煤、貧瘦煤、褐煤；碳質(zhì)粉塵分為高爐除塵灰、焦化除塵灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰；煤化工半焦分為蘭炭、提質(zhì)煤；城市廢棄物主要包括廢塑料、廢輪胎等。

國內(nèi)噴吹固體燃料的熱點技術(shù)主要有：高爐經(jīng)濟噴煤比的探索、高爐煤粉有效發(fā)熱值、煤化工半焦用于高爐噴吹、高比例低階煤高爐噴吹、生物質(zhì)用于高爐噴吹。

中國高爐噴吹固體燃料的發(fā)展方向：

1、合理采購噴吹煤，優(yōu)化噴煤結(jié)構(gòu)。

2、結(jié)合冶金條件探索經(jīng)濟噴煤量。

3、繼續(xù)拓展高爐噴吹資源。

4、研發(fā)生物質(zhì)、城市廢棄物噴吹工藝。

5、努力提高煤粉燃燒速率。2.11.3 高爐系統(tǒng)中的有害元素

1、堿金屬：增堿后焦炭的強度降低，堿金屬能提高焦炭的CRI，強化焦炭的氣化反應(yīng)，是焦炭反應(yīng)后強度急劇降低而粉化，弱化焦炭骨架作用。

2、鋅：侵蝕爐襯，高爐結(jié)瘤，破壞鐵礦石和焦炭冶金性能，燒損風(fēng)口等冷卻設(shè)備等。

3、鉛：在高爐中幾乎被全部還原，由于密度高達11.34t/m3，故沉積于死鐵層之下，易破壞爐底磚縫，有可能會造成爐底燒穿。2.11.4鋼鐵廠粉塵處理

含鐵塵泥主要來源于冶煉、軋制等各工序的除塵和廢水處理工藝，一般TFe含量為30%~70%。粉塵主要分一下幾類：鋼鐵工藝中的粉塵主要有：原料準(zhǔn)備基塵，燒結(jié)、球團塵泥，高爐塵泥，煉鋼塵泥，軋鋼塵泥。按照鐵含量可以分為:低含鐵塵泥（TFe < 30%），中含鐵塵泥（TFe = 30~50%），高含鐵塵泥（TFe >50%）。按照固定碳含量可分為：低碳含鐵塵泥（FC<2%），中碳含鐵塵泥（FC=2~50%）以及高碳含鐵塵泥（FC>50%）。按照Zn元素含量可分為：低鋅含鐵塵泥（Zn<1%），中鋅含鐵塵泥（1%≤Zn≤8%），高鋅含鐵塵泥（Zn >8%）。按照堿金屬含量可分為：低堿含鐵塵泥（K2O+Na2O <0.5%），中堿含鐵塵泥（K2O+Na2O =0.5~1%）以及高堿含鐵塵泥（K2O+Na2O >1%）。

鋼鐵廠處理灰塵的方法主要分為：干式除塵法，以及濕式除塵法。冶金含鐵塵泥的利用方法一般分為四類：燒結(jié)球團法作煉鐵原料、煉鋼粉塵作煉鋼化渣劑、直接還原處理、濕法處理工藝。2.12吹氬精煉鋼包內(nèi)非金屬夾雜物去除機理探究（李京社）

2.12.1 研究背景

高品質(zhì)鋼的生產(chǎn)過程中，非金屬夾雜物的含量對其影響非常大，大大減少非金屬夾雜物的含量可以加強鋼的質(zhì)量。李老師向我們介紹了鋼包底吹氬技術(shù)，通過這項技術(shù)來提高鋼水純凈度，以往研究將其過程的限制環(huán)節(jié)為氣泡作為促進夾雜物上浮的主要因素。吹氬鋼內(nèi)在汽泡的驅(qū)動下鋼液的平均上升速度的數(shù)量級可達0.1m/s，同時，尺寸小于100um的夾雜隨鋼液的跟隨性好，若以此速度上浮，將會在短時間內(nèi)達到鋼渣界面去除，而實際上電磁攪拌鋼包內(nèi)夾雜物的去除效果并不亞于吹氬操作。因此，氣泡作為吹氬鋼包內(nèi)去除夾雜物的主要影響因素還有待商榷。而若夾雜物上浮是去除的限制環(huán)節(jié)，則隨吹氬量增加，底吹氬鋼包內(nèi)的鋼液上升速度越大，越有利于夾雜物的上浮去除。但實際情況并非如此，夾雜物的去除效果與吹氬量的選擇之間存在十分重要的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致實際操作中準(zhǔn)確選擇最優(yōu)氣體用量存在困惑。在此研究背景下，提出了用物理模擬方法對鋼包底吹氬去除夾雜物過程進行了探討，以揭示吹氬量對夾雜物去除過程作用機理的影響規(guī)律，為底吹氬鋼包中提高鋼液潔凈度的操作優(yōu)化提供依據(jù)和指導(dǎo)。2.12.2 實驗思想

夾雜物的去除過程主要包括上浮和穿過鋼渣界面兩階段，吹氬量不僅決定鋼液上浮速度，同時也極大影響鋼渣界面行為。為了深入研究理解吹氬量對這兩個階段的影響規(guī)律，選擇5個跨度大的氣量，即0.05Nm3/h、0.25 Nm3/h、0.35 Nm3/h、0.45 Nm3/h、0.55 Nm3/h來依次實驗測定。2.12.3 實驗結(jié)果與分析

隨著吹氬量增大，鋼包內(nèi)鋼液循環(huán)流速增大，氣泡直徑增加，同時鋼渣界面的形狀也發(fā)生顯著變化。循環(huán)流速和氣泡尺寸對夾雜物的上浮過程產(chǎn)生重要影響，而鋼渣界面行為對夾雜物被頂渣吸收去除過程有重要影響。上浮與被頂渣吸收均是夾雜物去除過程的重要環(huán)節(jié)。

若夾雜物上浮是其限制環(huán)節(jié)，則氣泡尺寸和鋼液上升速度將是關(guān)鍵因素；若頂渣吸收是其限制環(huán)節(jié)，則鋼渣界面行為是其考慮的重要因素。

吹氬量的選擇要兼顧夾雜物的上浮和被頂渣吸附的過程。吹氬量過小時，夾雜物與頂渣接觸時間長，有利于夾雜物穿越鋼渣界面，但夾雜物上浮達到界面時間長，影響其去除效果，此時夾雜物上浮是其去除過程的限制環(huán)節(jié)。吹氬量過大 時，夾雜物與頂渣接觸幾率增大，與頂渣接觸時間變短，降低了夾雜物去除效果，鋼渣界面的穿越成為了夾雜物去除過程的限制環(huán)節(jié)。實際生產(chǎn)過程中，可通過控制頂渣和夾雜物的物理性質(zhì)來促進夾雜物穿越鋼渣界面，從而改善其去除效果。

2.13 電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)的研究于應(yīng)用（朱榮）

2.13.1 研究背景

電弧爐煉鋼是主要煉鋼方法之一，具有流程短，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。近年國內(nèi)電弧爐受廢鋼資源緊缺及電價高等影響，生產(chǎn)成本偏高，市場競爭力弱。通過配加鐵水，形成廢鋼和鐵水為主的多元爐料結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)電弧爐冶煉熔池攪拌弱，動力學(xué)條件差，造成爐內(nèi)物質(zhì)和能量傳輸慢，抑制了煉鋼反應(yīng)的快速進行。對廢鋼加鐵水為主要原料的電弧爐冶煉研究國外文獻鮮有報道；從國外引進相關(guān)裝備在國內(nèi)使用時大多水土不服。國內(nèi)外研究者嘗試采用電弧爐底吹攪拌技術(shù)改善上述問題，但均因底吹安全及壽命等技術(shù)原因難以實現(xiàn)工程化。2.13.2 研究目標(biāo)

1、技術(shù)難點

（1）爐料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原料成分波動大；（2）供氧方式單一，供氧強度難提高，氧氣利用率低；（3）底吹元件壽命低，不能與爐役同步；（4）供電與供氧如何匹配，能量利用不合理。2007年，為解決以上技術(shù)難題，提出并著手開發(fā) “電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉技術(shù)”。

2、研究目標(biāo)

通過對傳統(tǒng)冶煉工藝進行創(chuàng)新，降低電弧爐煉鋼時原料、能量消耗，提高鋼水質(zhì)量、氧氣利用率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、低成本生產(chǎn)目標(biāo)，使我國電弧爐煉鋼技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)達到國際先進水平。2.13.3 研究內(nèi)容

1、電弧爐煉鋼熔池攪拌強度研究

探明了氧氣射流、電弧磁場和底吹流股對熔池攪拌強度的耦合規(guī)律，確定了爐內(nèi)各區(qū)域的攪拌速度，并獲得影響熔池攪拌速度關(guān)系式。滿足了不同爐型、爐料結(jié)構(gòu)及冶煉過程對熔池攪拌強度的要求。

2、集束射流技術(shù)的拓展應(yīng)用（1）爐壁模塊化噴吹技術(shù) 研發(fā)了爐壁噴吹模塊技術(shù)，包括集數(shù)供氧、噴吹燃料及粉劑等多個單元，具備助熔、脫碳等模式，滿足多種工藝要求。實現(xiàn)了粉劑噴吹的動態(tài)切換，滿足泡沫渣、脫磷及控制鋼水過氧化等要求。（2）爐頂集束供氧噴吹技術(shù)和埋入式供氧技術(shù)

針對高鐵水比的多元爐料，首次開發(fā)應(yīng)用了電氧切換的爐頂集束供氧噴吹技術(shù)，提高了供氧效率，改蓋了熔池攪拌強度。首次開發(fā)了雙流道埋入式吹氧噴粉工藝，有效地控制了鋼水過氧化，進一步提高了脫磷效果，供氧噴吹裝置與爐齡同步。

3、電弧爐煉鋼安全長壽底吹技術(shù)

采用等靜壓成型技術(shù)，生產(chǎn)出具有高透氣性、耐高溫、抗熱震及剝落的電弧爐底吹透氣元件。開發(fā)了滿足不同爐型及爐料結(jié)構(gòu)的底吹參數(shù)控制模塊，保證了底吹攪拌效果。開發(fā)了電弧爐底吹攪拌安全控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電弧爐底吹壽命與爐齡同步；底吹爐齡壽命超780爐，達到世界領(lǐng)先水平。

4、復(fù)合吹煉技術(shù)的工程化應(yīng)用

研發(fā)出電弧爐煉鋼復(fù)合吹煉工藝的控制模型及成本控制軟件，保證的冶煉的穩(wěn)定、降低了生產(chǎn)成本；建立了電弧爐煉鋼脫碳和溫度預(yù)報模型，實現(xiàn)了終點碳和溫度預(yù)報，碳命中率83.7%（±0.030%），溫度命中率84.0%（±10℃）；建立了“供電-供氧-脫碳-余熱”能量平衡系統(tǒng)，解決了復(fù)合吹煉條件下電弧爐生產(chǎn)和余熱回收的協(xié)調(diào)運行。

2014年該技術(shù)被中國金屬學(xué)會列為“冶金與新材料產(chǎn)學(xué)研協(xié)調(diào)創(chuàng)新平臺”重點推廣項目，本項目豐富了電弧爐煉鋼技術(shù)，推動了冶金科學(xué)及相關(guān)技術(shù)的進步。

第三部分課后感想

冶金行業(yè)作為國民經(jīng)濟重要生產(chǎn)部門，使得冶金工程專業(yè)具有良好的發(fā)展前景。舉一個比較有代表性的例子。我國是一個產(chǎn)鋼大國，每年的鋼鐵總產(chǎn)量位于世界前列。鋼產(chǎn)量的指標(biāo)，當(dāng)然可以作為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要參數(shù)，但產(chǎn)量高并不意味著我們就是鋼鐵冶煉的強國。因為，每年我們還要進口不少特種鋼材。在特種鋼材冶煉技術(shù)上同先進國家的差距，表明我們冶金工程的發(fā)展水平并不高。要改變這種狀況，促進國家從產(chǎn)鋼大國變?yōu)殇撹F強國，就要加大冶金技術(shù)人才的培養(yǎng)。所以，冶金工程具備很大的發(fā)展?jié)摿ΑＷ鳛楸本┛萍即髮W(xué)的研究生，國家未來冶金的棟梁之才，我們一定要把握住這個機會，為國家的冶金技術(shù)貢獻力量，實現(xiàn)自己的人生價值。

第二篇：前沿材料科學(xué)結(jié)課論文

對前沿材料世界的認(rèn)識及思考

摘要：上一個世紀(jì)，人類的認(rèn)識向外延伸到了外層宇宙，向內(nèi)深入到了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的更微觀層次，引發(fā)了物理學(xué)一場大革命。這場革命推動了包括化學(xué)、生命科學(xué)在內(nèi)的整個自然科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的偉大變革，為材料科學(xué)和技術(shù)進步提供了新的知識基礎(chǔ)和活力。材料科學(xué)的根本任務(wù)是揭示材料組分、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系，設(shè)計、合成并制備出具有優(yōu)良使用性能的材料。進入21世紀(jì)，回顧一下材料學(xué)的主要進展，估計未來的可能發(fā)展趨勢，是非常必要和很有意義的。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)

現(xiàn)狀

發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)材料

新材料

挑戰(zhàn)

一、傳統(tǒng)材料的發(fā)展現(xiàn)狀和地位

傳統(tǒng)材料是生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟而又大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的一類材料，如鋼鐵、銅、鋁、橡膠、塑料、玻璃和水泥等金屬、高分子和非金屬無機化合物，這類材料量大面廣，占材料生產(chǎn)總量的90％以上。在世界范圍內(nèi)，上個世紀(jì)末20～30年間傳統(tǒng)材料的產(chǎn)量、生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量，超過以前數(shù)百年，成為人類經(jīng)濟生活的支柱。但能耗大，資源浪費嚴(yán)重，環(huán)境污染等問題已成為制約傳統(tǒng)材料發(fā)展的瓶頸，因此改進傳統(tǒng)材料的合成、加工技術(shù)，控制微觀組織結(jié)構(gòu)，提高使用性能，降低成本和環(huán)境污染的任務(wù)十分迫切、繁重。

二、新材料及其發(fā)展趨勢

新材料又稱先進材料。它不以生產(chǎn)規(guī)模，而以優(yōu)異性能、高質(zhì)量、高穩(wěn)定性取勝的高知識、高技術(shù)密集形為特點。新材料有結(jié)構(gòu)材料和功能材料之分，前者主要利用它的力學(xué)性能，而后者以其各種物理、化學(xué)效應(yīng)為主。當(dāng)前新材料的發(fā)展方向有高性能化、高功能化、高智能化和復(fù)合化、極限化、仿生化、環(huán)境友好化幾方面。

1．金屬材料：金屬材料，特別是鋼、銅、鋁等，仍是21世紀(jì)的主要結(jié)構(gòu)材料和電能傳輸材料。金屬材料已有成熟的生產(chǎn)工藝，相當(dāng)多的配套設(shè)施和工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，價格低廉、性能可靠，已成為涉及面廣、市場需求大的基礎(chǔ)材料。金屬材料雖然今后會部分被高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料所代替，由于它有比高分子材料高得多的彈性模量，比陶瓷高得多的韌性和良好的導(dǎo)電性能，在相當(dāng)長的時期內(nèi)改變不了它在材料中的主導(dǎo)地位，即使在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中也不例外。隨著航天航空和其它尖端技術(shù)的飛躍的發(fā)展，在改善和提升傳統(tǒng)材料品質(zhì)的同時，金屬功能材料、非平衡態(tài)金屬，特別是高比強、高模量、耐高溫、抗氧化，抗腐蝕、耐磨損合金和金屬基復(fù)合材料會有快速的發(fā)展，如金屬超導(dǎo)材料、鈦及其合金、鋁基增強復(fù)合材料，金屬間化合物、形狀記憶合金和納米晶塊體材料等。

２．先進陶瓷材料：陶瓷是人類最早使用的人造材料，質(zhì)地堅硬、耐磨損、抗腐蝕、膨脹系數(shù)低，可經(jīng)受1400—1600℃的高溫，比金屬間化合物有更高的比強度和比剛度，是很好的高溫結(jié)構(gòu)材料；部分陶瓷還具有壓電、鐵電，半導(dǎo)體、濕敏和氣敏等特殊功能，廣泛用于電子、計算機、激光、核反應(yīng)、宇航等現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。近20年來，通過多種增韌手段和原始粉末超細化、納米化技術(shù)，在消除陶瓷本征脆性的研究方面取得了重大突破；傳統(tǒng)的落后制備成型工藝已逐漸被先進的注射成型技術(shù)、高溫?zé)岬褥o壓和微波燒結(jié)等技術(shù)所替代；在反應(yīng)動力學(xué)、表面特征、相平衡、燒結(jié)機理等基礎(chǔ)研究方面也取得了相當(dāng)?shù)倪M展。主要趨勢是根據(jù)使用性能要求對陶瓷結(jié)構(gòu)作一定程度的剪裁和設(shè)計，實現(xiàn)陶瓷結(jié)構(gòu)納米化和組分的復(fù)相結(jié)構(gòu)，包括纖維或晶須增韌和有機、無機復(fù)合等。

３．高分子材料：高分子材料是指分子量從幾百到幾萬，由可加聚或縮聚鏈條狀官能團構(gòu)成的有機化合物。上世紀(jì)90年代，世界的高分子材料年產(chǎn)量超過1億噸，其中塑料8000一9000萬噸，合成橡膠700—800萬噸，合成纖維1000萬噸；僅塑料的產(chǎn)量以體積計算就相當(dāng)于5.6億噸鋼的體積，是發(fā)展最為迅速的材料之一。這些材料品種繁多，并且正以每年10％的速率遞增。高分子材料80％以上作為包裝、建筑、交通運輸和紡織行業(yè)的結(jié)構(gòu)材料和原料。功能高分子材料所占比例相對較低，主要有離子交換樹脂、催化劑、固化酶，用于印刷、電子工業(yè)、集成電路、微細加工的感光樹脂，用于薄膜電磁、靜電復(fù)印及全息記錄的電功能離子材料和生物功能材料等。高分子合成理論與技術(shù)對于高分子材料的制取、改性、設(shè)計越來越重要，對發(fā)展高分子新材料有著不可忽視的開拓作用。接枝共聚、共混、縮合聚合、開環(huán)聚合和縮合，是合成高分子材料的主要手段。發(fā)展先進的樹脂基、有機、無機和異質(zhì)材料連接技術(shù)，研究高分子材料的老化、降鰓機制和控制技術(shù)，制備綜合性能更好的新材料，是高分子材料發(fā)展的主要趨勢。

４．光電信息功能材料：信息材料是指與信息獲取、傳輸、存儲、顯示及處理有關(guān)的材料。目前光和電是信息的主要傳遞媒介，又稱光電信息材料。這類材料有半導(dǎo)體材料，各種記錄材料，信息傳輸、顯示、激光、非線性光學(xué)、傳感和壓電、鐵電材料，幾乎包括了現(xiàn)代所有的先進功能材料。其中集成電路是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，從材料角度看，集成電路的主要材料仍然是單晶硅。上一世紀(jì)80年代出現(xiàn)的光導(dǎo)通訊系統(tǒng)的相對信息容量比同軸電纜、微波系統(tǒng)和衛(wèi)星通訊都有數(shù)量級的提高，不但節(jié)省材料，而且保密性強、抗干擾、損耗小，主要材料是高純石英；目前正在研究損耗僅為0.001～0.01分貝／公里的多組分玻璃信息功能材料，高品質(zhì)傳感器與敏感材料，激光材料、顯示材料，它們均系一批金屬氧化物陶瓷。信息技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展最為迅速的高技術(shù)領(lǐng)域，它打破了地域和種族的界限，使人類能夠快速地分享共同的知識財富，極大地促進了社會迸步。

５．能源材料：能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要條件。20世紀(jì)以來科學(xué)與工業(yè)的發(fā)展使能源消耗量大幅度上升，全球年耗量超過1012 瓦。能源種類繁多，屬于一次能源有核能、太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能及海洋能等。就大規(guī)模應(yīng)用而言，一次能源利用還需要克服許多科學(xué)和技術(shù)難關(guān)，其中材料就是一個帶共性的關(guān)鍵問題。太陽能是一種取之不盡最為潔凈的天然能源，每年到達地球的太陽能達60億億度，比全球年耗能的總量還大一萬倍。原理上所有的光電轉(zhuǎn)換材料均可作為太陽能材料，但考慮到效率、價格比和使用壽命，GaAs之類的材料近期內(nèi)發(fā)展前途不大，多晶硅效率雖低，但廉價、性能穩(wěn)定，仍有發(fā)展前途。除了光、電轉(zhuǎn)換之外，目前人們還在尋找其它太陽能轉(zhuǎn)換機制。氫燃料電池的核心是儲氫材料。這類材料包括鈦、鎳為基的含鐵、銅、錳材料。這些過渡族金屬、合金、金屬間化合物，由于特殊的晶體結(jié)構(gòu)，氫原子比較容易透入金屬晶格的四面體或八面體間隙位中形成金屬氫化物，儲氫體積可比其體積大1000～1300倍。此外，正在開發(fā)中的核聚變能和磁流體發(fā)電機，可望在2l世紀(jì)投入實際應(yīng)用。它們需要能在更高的溫度、磁場和耐蝕條件下長期工作。

６．生物醫(yī)學(xué)材料：生物醫(yī)學(xué)材料是一類合成物質(zhì)，或天然物質(zhì)與合成物的組合體。它能作為一個系統(tǒng)的整體或部分，在一定時限內(nèi)，治療、增進或替代機體的組織、器官或功能的材料。生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展趨勢是利用生物學(xué)原理，設(shè)計、制造真正仿生物的材料，并且注重可降解吸收、最終形成與生物體完全相容的材料；在加工技術(shù)方面發(fā)展在微米或納米級尺寸上進行三維組織結(jié)構(gòu)控制、設(shè)計與制造仿生材料。７．納米材料：納米材料是由數(shù)百或幾千個原子組成的超細微?；蛴蛇@些微粒組成的納米晶塊體材料的總稱。納米微粒是保留材料特性的最小單元，它既不同于常規(guī)材料，也不同于單個的原子和分子，具有許多與相同組分一般材料完全不同的奇異特性，研究表明，上述奇異特性與納米材料特殊的內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)和原子排序密切相關(guān)。這些特殊的物理效應(yīng)和功能，為新材料的發(fā)展開辟了一條嶄新的研究領(lǐng)域。很有可能使21世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的在飛躍，極大地改變?nèi)祟惖纳尜|(zhì)量。

８．超導(dǎo)材料：超導(dǎo)材料是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。超導(dǎo)體具有零電阻和完全抗磁性的特點，對電流傳輸無能量損耗，是一種理想的導(dǎo)體材料。超導(dǎo)材料有低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)材料之分。低溫超導(dǎo)材料要在液氦溫度(4．2K)才能顯示超導(dǎo)性，目前已發(fā)現(xiàn)有近70種單質(zhì)元素和5千多種合金、化合物具有超導(dǎo)性，其中NbTi合金和Nb3Sn化合物的超導(dǎo)性能最好，已經(jīng)用于大型工程項目。高溫超導(dǎo)材料是1986年才發(fā)現(xiàn)的一種新型超導(dǎo)體，在液氮溫度(77K)就顯現(xiàn)超導(dǎo)特性。液氮比液氦資源豐富，容易制取，因此高溫超導(dǎo)材料比低溫超導(dǎo)材料更易被工程使用接受，倍受各國企業(yè)界和政府部門的高度重視。高溫超導(dǎo)材料多數(shù)是含銅的氧化物陶瓷。在已發(fā)現(xiàn)的數(shù)十種高溫超導(dǎo)材料中，YBa2cu3西和Bi2％ca2cu308具有最好的綜合超導(dǎo)性能，已經(jīng)在工程項目中開始試用。我國超導(dǎo)材料研究在加工合成和組織控制方面處于國際先進行列。在Bi系長帶研究和Y系塊材制備技術(shù)上占有一定優(yōu)勢。繼續(xù)尋找更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，加強對氧化物高溫超導(dǎo)體的組織結(jié)構(gòu)控制和成型方法研究，提高現(xiàn)有材料在磁場中的工程臨界電流密度，擴大和開拓應(yīng)用領(lǐng)域，加強功能元器件制備工藝研究，是當(dāng)前超導(dǎo)材料研究的主要任務(wù)。

三、材料設(shè)計、合成與加工成形技術(shù)

材料設(shè)計的設(shè)想始于20世紀(jì)50年代，其目的是淘汰傳統(tǒng)的“炒菜”法，按指定性能“定做”新材料，按生產(chǎn)要求“設(shè)計”最佳的制備和加工方法。物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，特別是凝聚態(tài)理論、量子化學(xué)和化學(xué)成鍵理論的發(fā)展，使人們對材料的結(jié)構(gòu)與性能，制備與加工之間的變化規(guī)律有了較深的認(rèn)識，為材料設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)：計算機信息處理技術(shù)，尤其是人工智能、模式識別、知識庫和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，使物理、化學(xué)理論和大批雜亂的實驗資料溝通起來，使人們可以用歸納、演繹相結(jié)合的方式對新材料研究做出決策并提供行之有效的技術(shù)和方法，很多過去不能制備的人造材料，如超晶格、納米晶固體、亞穩(wěn)相準(zhǔn)晶、復(fù)合材料和一大批人工裁剪、縮合或聚合而成的高分子材料都是預(yù)先設(shè)計并制造出來的?，F(xiàn)代意義上的材料的合成與加工，指的是按設(shè)計要求建立原子、分子和分子團的新排列，在所有尺度上，包括從原子尺度到宏觀尺度對結(jié)構(gòu)進行控制，高效、經(jīng)濟地制造材料和零件的過程。材料設(shè)計、合成和加工是制造和生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本產(chǎn)品的關(guān)鍵，是融合人類物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識、技術(shù)進步與工程基礎(chǔ)科學(xué)的一個很大交叉領(lǐng)域。長期以來，不僅在中國，甚至包括美國等許多先進國家都把材料合成與加工看成是服務(wù)性的，缺乏應(yīng)有的支持與關(guān)注，削弱了它與材料工程其它要素之間的聯(lián)系，在基礎(chǔ)研究機構(gòu)和教育部門尤其如此，致使這一領(lǐng)域缺乏合格的科學(xué)家和工程師，出現(xiàn)了合成加工落后于基礎(chǔ)研究的局面，這種狀況應(yīng)該得到盡快的改變和糾正。

四、結(jié)束語

在上一世紀(jì)里，世界的變化比過去任何時候都要大，其原因在于技術(shù)直接緊隨基礎(chǔ)科學(xué)的進步而發(fā)展，這為材料科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展注入了強大的動力。在結(jié)構(gòu)材料方面，除了繼續(xù)對傳統(tǒng)材料進行改造升級之外，應(yīng)該特別重視發(fā)展耐高溫、抗腐蝕、高比強、高韌、高剛度新材料及復(fù)合材料：對于功能材料，應(yīng)特別重視多功能，高集成度、高效率的信息功能材料；大力加強能源材料、超導(dǎo)材料和生物醫(yī)用材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，擴大它們的應(yīng)用領(lǐng)域；加強材料的設(shè)計、合成與加工的基礎(chǔ)研究和技術(shù)、裝備研究，把21世紀(jì)的材料科學(xué)與工程推進到一個新的水平。參考文獻：

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第三篇：冶金工程概論 結(jié)課論文

冶金工程概論課程報告

冶金工程是研究從礦石等資源中提取金屬及其化合物、并制成具有良好加工和使用性能材料的工程技術(shù)領(lǐng)域。冶金就是將金屬溶液中的雜質(zhì)通過熔融進行造渣、除渣給予消除，同時某些化學(xué)成分通過除渣、脫碳、去氧等得到相對的純凈合金成分的過程。冶金在我國具有悠久的發(fā)展歷史，從石器時代到隨后的青銅器時代，再到近代鋼鐵冶煉的大規(guī)模發(fā)展。人類發(fā)展的歷史就融合了冶金的發(fā)展。

一．冶金工藝流程

1.選礦

選礦是冶煉前的準(zhǔn)備工作，選礦的目的是提高礦石品位。從礦山開采下來礦石以后，首先需要將含鐵等金屬元素高的礦石甄選出來，為下一步的冶煉活動做準(zhǔn)備。

2.燒結(jié)/球團

為了保證供給高爐的鐵礦石中鐵含量均勻，并且保證高爐的透氣性，需要把選礦工藝產(chǎn)出的鐵精礦制成10-25mm的塊狀原料。鐵礦粉造塊的目的是為了綜合利用資源，擴大煉鐵用的原料種類，并且能夠改善礦石的冶金性能，適應(yīng)高爐冶煉對鐵礦石的質(zhì)量要求。鐵礦粉造塊目前主要有兩種方法：燒結(jié)法和球團法。兩種方法所獲得的塊礦分別為燒結(jié)礦和球團礦。

3.煉焦

高爐生產(chǎn)前的準(zhǔn)備除了準(zhǔn)備鐵礦石外，還需要準(zhǔn)備好必需的燃料——焦炭。焦炭是高爐冶煉的主要燃料，焦炭在風(fēng)口前燃燒放出大量熱量并產(chǎn)生煤氣，煤氣在上升過程中將熱量傳給爐料，使高爐內(nèi)的各種物理化學(xué)反應(yīng)得以進行。焦炭在高爐冶煉中可作為發(fā)熱劑和還原劑。焦炭在風(fēng)口前燃燒放出大量熱量并產(chǎn)生煤氣，煤氣在上升過程中將熱量傳給爐料，使高爐內(nèi)的各種物理化學(xué)反應(yīng)得以進行。同時，焦炭燃燒產(chǎn)生的CO及焦炭中的固定碳是鐵礦石的還原劑。

4.煉鐵

煉鐵生產(chǎn)是冶金工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。目前最常用的方法有高爐煉鐵，直接還原和熔融還原鐵三種方法。其中高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，是目前生產(chǎn)鋼鐵的主要方法。

5.煉鋼

鋼與生鐵都是以鐵元素為主，并含有少量碳、硅、錳、磷、硫等元素的鐵碳合金，二者差別就是碳元素的含量。而 煉鋼的基本任務(wù)就是將鐵水重的碳含量調(diào)整到一定范圍。煉鋼方法包括轉(zhuǎn)爐煉鋼、電弧爐煉鋼和平爐煉鋼。其中轉(zhuǎn)爐煉鋼利用吹入空氣或氧氣對熔融的鐵水進行氧化脫碳，煉出合格成分的鋼錠。電弧爐煉鋼依靠插入金屬爐料間的石墨電極通電后，以產(chǎn)生的電弧為熱源從而熔化爐料。平爐煉鋼以煤氣或重油為燃料，在燃燒火焰直接加熱的狀態(tài)下，將生鐵和廢鋼等原料熔化并精煉成鋼液。

6.連鑄

連續(xù)鑄鋼是通過連鑄機將鋼液連續(xù)地鑄成鋼坯的工序。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。連鑄工藝中，鋼液通過中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，迅速冷卻成具有一定厚度的凝固殼而內(nèi)部仍為液態(tài)的鑄坯。鑄坯下部與伸入結(jié)晶器底部的引錠桿銜接，澆注開始后，拉坯機通過引錠桿把結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯以一定速度拉出。與模鑄相比，連鑄具有簡化工序、節(jié)能；降低鑄坯切頭率、提高金屬收得率等優(yōu)點。

連鑄工藝的一個主要問題是連鑄坯的斷裂。如果凝固的金屬外殼過薄，有可能導(dǎo)致鋼坯在拉出一定長度后下方的金屬將上方正在凝結(jié)的金屬拉斷，導(dǎo)致鋼水泄露，進而破壞其他機器而發(fā)生事故。通常情況下，斷裂是由于過高的拉出速度，使凝固的外殼沒有足夠時間來產(chǎn)生所要求的厚度；也有可能是拉出的金屬溫度仍然過高，這意味著最終凝固時間大大低于矯直輥和地方鏈斷裂整頓期間，由于應(yīng)用的壓力。阿突破，也可能發(fā)生，如造成撕裂。如果傳入的金屬過熱，可以通過減慢拉出速度來防止斷裂。另一個可能出現(xiàn)的問題是鋼鐵與溶解氧反應(yīng)也可能產(chǎn)生碳化物。由于金屬是液態(tài)，這種碳化反應(yīng)是非常的快，同時產(chǎn)生大量高溫氣體，如果是在中間包或者結(jié)晶器中發(fā)生碳化反應(yīng)，氧元素還會反應(yīng)生成氧化硅或氧化鋁，如果產(chǎn)生過多的氧化硅或氧化鋁將有可能堵塞中間包與結(jié)晶器中間的連接管，進而導(dǎo)致破壞生產(chǎn)。

7.軋鋼

從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼廠去進行軋制以后，才能成為合格的產(chǎn)品。熱軋后的成品分為鋼卷和錠式板兩種，經(jīng)過熱軋后的鋼材厚度一般在幾個毫米,如果用戶要求鋼板更薄的話，還要經(jīng)過冷軋。

連軋的目的是將連鑄后的鋼坯軋制成客戶需要規(guī)格的鋼材。從煉鋼廠送過來的連鑄坯，首先是進入加熱爐，然后經(jīng)過初軋機反復(fù)軋制之后，進入精軋機。軋鋼屬于金屬壓力加工，說簡單點，軋鋼板就像壓面條，經(jīng)過搟面杖的多次擠壓與推進，面就越搟越薄。在熱軋生產(chǎn)線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋機，最后軋成用戶要求的尺寸。熱軋工藝中，板坯由煉鋼連鑄車間的連鑄機出坯輥道直接送到熱軋車間板坯庫，并送至加熱爐的裝爐輥道裝爐加熱，保溫后由吊車吊運至上料臺架，然后經(jīng)加熱爐裝爐輥道裝爐加熱。冷軋工藝是將熱軋來的原料板軋制成用戶所要求的尺寸與形狀，同時滿足性能與表面質(zhì)量要求。冷軋工藝一般包括酸洗、多機架連軋機、熱處理線，單機架和雙機架平整線，表面防腐處理的鍍鋅線、彩涂線，及精整線等，此外依據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品不同還會有：鍍鋅線、冷軋硅鋼和彩涂線，冷軋是把熱軋的板卷再次加工成具有高附加值的產(chǎn)品。

二．原料工藝

1.燒結(jié)礦

燒結(jié)是指將鐵礦粉、無煙煤和石灰、高爐爐塵、軋鋼皮、鋼渣按一定配比混勻。燒結(jié)機適用于大型黑色冶金燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)，它是抽風(fēng)燒結(jié)過程中的主體設(shè)備，可將不同成份，不同粒度的精礦粉，富礦粉燒結(jié)成塊，并部分消除礦石中所含的硫，磷等有害雜質(zhì)。經(jīng)燒結(jié)而成的有足夠強度和粒度的燒結(jié)礦可作為煉鐵的熟料。利用燒結(jié)熟料煉鐵對于提高高爐利用系數(shù)、降低焦比、提高高爐透氣性保證高爐運行均有一定意義。目前生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風(fēng)燒結(jié)機生產(chǎn)燒結(jié)礦。

燒結(jié)中，原料在配料室參加配料，在一次混合機混合、加水濕潤，在二次混合機中造球，具有一定粒級的混合料通過布料器布到臺車上，布有料的臺車通過點火爐下方，通過高溫煤氣火點燃混合料中的燃料，主排風(fēng)機通過風(fēng)箱從臺車下部進行抽風(fēng)燒結(jié)，臺車從機頭運動到機尾，混合料正好完成燒結(jié)過程，經(jīng)過冷卻后通過篩分供給高爐。

2.球團礦

球團是人造塊狀原料的一種方法，是—個將粉狀物料變成物理性能相化學(xué)組成能夠滿足下—步加工要求的過程。球團過程中，物料不僅由于滾動成球相粒于密集而發(fā)生物理性質(zhì)，如密度、扎隙率、形狀、大小相機械強度等變化、更重要的是發(fā)生了化學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)，如化學(xué)組成、還原性、膨脹性、高溫還原軟化性、低溫還原軟化性、熔融性等變比，使物料的冶金性能得到改善。球團的基本任務(wù)除利用精礦和粉礦制成球狀冶煉原料外，還可生產(chǎn)用于直接還原的金屬化球團礦以及將其應(yīng)用于綜合利用回收有用金屬。

國內(nèi)外焙燒球團礦的方法有3種：豎爐焙燒；帶式焙燒；鏈箅機－回轉(zhuǎn)窯焙燒。豎爐是最早采用的球團礦焙燒設(shè)備?，F(xiàn)代豎爐在頂部設(shè)有烘干床，焙燒室中央設(shè)有導(dǎo)風(fēng)墻。燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體從兩側(cè)噴入焙燒室向頂部運動，生球從上部均勻地鋪在烘干床上被上升熱氣體干燥、預(yù)熱，然后沿烘干床斜坡滑入焙燒室內(nèi)焙燒固結(jié)，在出焙燒室后與從底部鼓進的冷風(fēng)氣相遇，得到冷卻。最后用排礦機排出豎爐。豎爐的結(jié)構(gòu)簡單，對材質(zhì)無特殊要求；缺點是單爐產(chǎn)量低，只適用于磁精粉球團焙燒，由于豎爐內(nèi)氣體流難于控制，焙燒不均勻造成球團礦質(zhì)量也不均勻。帶式焙燒機是目前使用最廣的焙燒方法。帶式焙燒采用鋪底料和鋪邊料以提高焙燒質(zhì)量，同時用鼓風(fēng)和抽風(fēng)干燥相結(jié)合以改善干燥過程，提高球團礦的質(zhì)量。帶式焙燒適用于各種不同原料，如赤鐵礦浮選精粉、磁鐵礦磁選精粉或混合粉等球團礦的焙燒。

三．煉鐵工藝

1.工藝設(shè)備

高爐是橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)良好，工藝簡單，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。

熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來實現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，采用優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。鐵水罐車用于運送鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。

2.基本流程

鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。高爐冶煉目的是將礦石中的鐵元素提取出來，生產(chǎn)出來的主要產(chǎn)品為鐵水，同時副產(chǎn)品包括水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。反應(yīng)式為：Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(高溫)(還原反應(yīng)）；Fe3O4+4CO==3Fe+4CO2(高溫)（還原反應(yīng)）；C+O2==CO2(高溫)；C+CO2==2CO(高溫)。生產(chǎn)時，從爐頂不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進1200攝氏度的熱風(fēng)，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下焦炭（也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。爐渣形成的反應(yīng)式為:CaCO3=CaO+CO2(條件：高溫）；CaO+SiO2=CaSiO3(條件：高溫）。其中煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。

3.工藝特點

高爐冶煉是在爐料與氧氣氣流逆向運動過程中完成各種錯綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的，爐內(nèi)主要是還原性反應(yīng)；高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無法直接觀察到反應(yīng)過程的狀況，只能憑借儀器儀表間接觀察爐內(nèi)狀況；高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機械化和自動化水平較高。

四．煉鋼工藝

1.工藝設(shè)備

轉(zhuǎn)爐爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內(nèi)襯耐火材料，吹煉時靠化學(xué)反應(yīng)熱加熱，不需外加熱源，是最重要的煉鋼設(shè)備，也可用于銅、鎳冶煉。轉(zhuǎn)爐按爐襯的耐火材料性質(zhì)分為堿性（用鎂砂或白云石為內(nèi)襯）和酸性（用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯）轉(zhuǎn)爐；按氣體吹入爐內(nèi)的部位分為底吹、頂吹和側(cè)吹轉(zhuǎn)爐；按吹煉采用的氣體，分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要是以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。其主要特點是：靠轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)生鐵的物理熱和生鐵內(nèi)各組分（如碳、錳、硅、磷等）與送入爐內(nèi)的氧進行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。

2.基本流程

轉(zhuǎn)爐煉鋼的原材料分為金屬料、非金屬料和氣體。金屬料包括鐵水、廢鋼、鐵合金，非金屬料包括造渣料、熔劑、冷卻劑，氣體包括氧氣、氮氣、氬氣、二氧化碳等。非金屬料是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中為了去除磷、硫等雜質(zhì)，控制好過程溫度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石等），熔劑（螢石、氧化鐵皮等），冷卻劑（鐵礦石、石灰石、廢鋼等），增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油等）。

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，首先按照配料要求把廢鋼等裝入爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料，如生石灰等。然后把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入純度大于99%的高壓氧氣流，使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮氣的影響而使鋼質(zhì)變脆，以及氮氣排出時帶走熱量的缺點。在除去大部分硫、磷后，當(dāng)鋼水的成分和溫度都達到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準(zhǔn)備出鋼。出鋼時使?fàn)t體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進行脫氧和調(diào)節(jié)成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在煉鋼過程中會產(chǎn)生大量棕色煙氣，它的主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳氣體等。因此，必須加以凈化回收，綜合利用，以防止污染環(huán)境。從回收設(shè)備得到的氧化鐵塵?？梢杂脕頍掍?；一氧化碳可以作化工原料或燃料；煙氣帶出的熱量可以副產(chǎn)水蒸氣。此外，煉鋼時，生成的爐渣也可以用來做鋼渣水泥，含磷量較高的爐渣，可加工成磷肥，等等。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法具有冶煉速度快、煉出的鋼種較多、質(zhì)量較好，以及建廠速度快、投資少等許多優(yōu)點。但在冶煉過程中都是氧化性氣氛，去硫效率差，昂貴的合金元素也易被氧化而損耗，因而所煉鋼種和質(zhì)量就受到一定的限制。

3.工藝特點

轉(zhuǎn)爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣體吹入爐內(nèi)的部位有頂吹、底吹和側(cè)吹；按氣體種類為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。

第四篇：冶金工程概論結(jié)課論文

冶金工程概論結(jié)課論文

摘要：金屬是城市建設(shè)必不可少的材料，也是藝術(shù)設(shè)計所要使用的原料。藝術(shù)設(shè)計離不開冶金所生產(chǎn)的材料的支持。冶金工程也給了我很多設(shè)計的靈感，冶金車間哪耀眼的金紅色，不正是我一直以來所尋找的美麗的色彩嗎？

關(guān)鍵詞:冶金 煉鐵 煉鋼 冶金與藝術(shù)

正文：金屬是城市建設(shè)必不可少的材料，也是藝術(shù)設(shè)計所要使用的原料。金屬可分為黑色金屬和有色金屬。鋼鐵屬于黑色金屬，鋼鐵定義按鋼鐵里的碳元素含量而劃分，主要分為工業(yè)純鐵，碳素鋼，鑄鐵。而要得到我們需要的鋼鐵必須從自然界的礦石中提取，這就是冶金工程的任務(wù)所在。從礦石或其他原料中提取金屬的方法主要有火法冶金，濕法冶金，電冶金。而電冶金按電能形式可分為電化學(xué)冶金和電熱冶金。火法冶金是最常見的冶金方法，下面是鋼鐵火法冶金的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

1．冶煉原料

原料是高爐冶煉的物質(zhì)基礎(chǔ)，精料是高爐操作穩(wěn)定順行，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗及長壽的基本保證。原料主要是鐵礦石，鐵礦石的富選過程包括破碎、磨碎、篩分和分級和選別作業(yè)。所產(chǎn)生的鐵礦粉需要造塊之后才能參與冶鐵，鐵礦粉造塊的方法主要分為燒結(jié)法和球團法，生成燒結(jié)礦和球團礦。高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石(天然富礦和人造富礦)、燃料(焦炭與噴吹燃料)、熔劑(石灰石和白云石等)。

2.煉鐵

目前最常用的方法有高爐煉鐵，直接還原和熔融還原鐵三種方法。高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，是目前生產(chǎn)鋼鐵的主要方法。高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，進行一系列還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)，從氧化物或礦物狀態(tài)(如Fe2O3、Fe3O4等)還原為液態(tài)生鐵。高爐煉鐵的主要過程如下：

a)爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)。b)從爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。

c)在高溫下焦炭（也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。d)煉出的鐵水從鐵口放出。

e)鐵礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。

f)產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐煉鐵特點

（1）高爐冶煉是在爐料與氧氣氣流逆向運動過程中完成各種錯綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的，爐內(nèi)主要是還原性反應(yīng)。

（2）高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無法直接觀察到反應(yīng)過程的狀況，只能憑借儀器儀表間接觀察爐內(nèi)狀況。

（3）高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機械化和自動化水平較高。

3.煉鋼

鋼與生鐵都是以鐵元素為主，并含有少量碳、硅、錳、磷、硫等元素的鐵碳合金，二者差別就是C元素的含量。鋼中五大元素即碳、硅、錳、磷、硫。但這些元素會影響鋼材的金屬機械性能和金屬物理性能，所以在煉鋼過程中要盡量“脫去”他們。還有氫，氮會影響鋼的金屬塑性，影響鋼材使用?？墒褂秒娊獾仁侄稳コ?。煉鋼的基本任務(wù)：

a)脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。

b)去除雜質(zhì)，主要包括：脫磷（冷脆）、脫硫（熱脆）、脫氧、去除氣體（氫、氮）和非金屬夾雜物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）c)調(diào)整鋼液成分和溫度

d)將鋼液澆注成質(zhì)量好的鋼錠或鋼坯。

煉鋼工藝主要包括：1）鐵水預(yù)處理；2)轉(zhuǎn)爐或電弧爐煉鋼；3)爐外精煉(二次精煉)；4)連鑄。煉鋼過程是個氧化過程，其去除雜質(zhì)的主要手段是向熔池吹入氧氣并加入造渣劑形成熔渣出來。脫碳反應(yīng)是煉鋼過程的主要手段，硅、錳、磷、硫等元素也通過氧化反應(yīng)去除。煉鋼的原料有生鐵、廢鋼、熔劑(石灰石等)、脫氧劑(硅鐵、錳鐵、鋁等)、合金料等。

(一)轉(zhuǎn)爐煉鋼

利用吹入空氣或氧氣對熔融的鐵水進行氧化脫碳，煉出合格成分的鋼錠。按爐襯材料性質(zhì)有酸性、堿性之分，按吹入氧氣的方式有底吹、頂吹、側(cè)吹之分。

1）原料：高爐經(jīng)鋼包送來的鐵水，<10％的冷鐵錠，調(diào)整用冷廢鋼，造渣用石灰石、螢石，脫氧和合金化用的鐵合金及純度≥99.5％氧氣。

2）操作：傾斜爐體，順序加入石灰石、熔劑、廢鋼、鐵水，插入水冷噴嘴，噴射高純氧產(chǎn)生反應(yīng)：2Fe+O2→FeO，F(xiàn)eO進入熔體擴散，完成脫碳、氧化吹煉。脫碳→CO→熔體沸騰，氧化加速?；鹧嬗牲S褐色→暗紅色→長而明亮火焰→明顯減少→液面平靜→脫碳氧化結(jié)束。

（二)電爐煉鋼：有電弧爐、感應(yīng)電爐煉鋼之分。

電弧爐煉鋼：依靠插入金屬爐料間的電極通電后，產(chǎn)生的電弧熔化爐料。隨著爐料不斷熔化，池面上升，電極上升，到最高點時，爐料已完全熔化。此時，先后進入熔化、氧化期、還原期。

（三）爐外精煉

爐外精煉的基本手段有渣洗，攪拌，真空，加熱，噴吹和喂絲等。

4.連鑄

連續(xù)鑄鋼是通過連鑄機將鋼液連續(xù)地鑄成鋼坯的工序。與模鑄相比，連鑄具有以下優(yōu)越性：

1)簡化工序、節(jié)能；2)鑄坯切頭率降低、金屬收得率比模鑄高7~12%；3)高效凝固；4)優(yōu)化成型。

連鑄工藝的流程為：鋼液通過中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，迅速冷卻成具有一定厚度的凝固殼而內(nèi)部仍為液態(tài)的鑄坯。鑄坯下部與伸入結(jié)晶器底部的引錠桿銜接，澆注開始后，拉坯機通過引錠桿把結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯以一定速度拉出。鑄坯通過連鑄二次冷卻區(qū)時，進一步是受到噴水冷卻直到完全凝固。完全凝固后的鑄坯通過拉矯機矯直后，切割成規(guī)定長度，由輸送輥道運出。

5.軋鋼

軋制過程是軋件與軋輥之間的摩擦力將軋件拉進不同旋轉(zhuǎn)方向的軋輥之間使之產(chǎn)生塑性變形的過程。一般的軋鋼工序可分為：加熱爐 粗軋 中軋 精軋 精整。

冶金與藝術(shù)

冶金看似與藝術(shù)無關(guān)，其實不然，藝術(shù)設(shè)計離不開冶金所生產(chǎn)的材料的支持。最初選修冶金工程概論只是為了增長知識面，可現(xiàn)在了解了冶金是如此艱辛復(fù)雜，在以后設(shè)計的道路上我一定會注意節(jié)約與循環(huán)利用，珍惜工人們的勞動成果。通過觀看冶金的過程，冶金工程也給了我很多設(shè)計的靈感，冶金車間哪耀眼的金紅色，不正是我一直以來所尋找的美麗的色彩嗎？

【參考文獻】

[1].杜長坤.冶金工程概論.冶金工業(yè)出版社 [2].冶金工程概論 百度文庫

[3].沈峰滿.冶金工程概論.[M].冶金工業(yè)出版社

[4].煉鐵學(xué) 梁中渝

[5].煉鋼學(xué) 雷 亞

第五篇：冶金工程概論結(jié)課論文

冶金工程概論結(jié)課論文

班 級：人文藝術(shù)學(xué)院

任課教師：高逸鋒

作 者：王毅 學(xué) 號：2011440262

藝術(shù)設(shè)計2011級7班

一．關(guān)于 鋼鐵冶金聯(lián)合企業(yè)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)、每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要過程、主要設(shè)備、生產(chǎn)方法及特點 1．冶煉原料

原料是高爐冶煉的物質(zhì)基礎(chǔ)，精料是高爐操作穩(wěn)定順行，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗及長壽的基本保證。原料主要是鐵礦石，鐵礦石的開采方式主要有露天開采、地下開采和液體開采。鐵礦石的富選過程包括破碎、磨碎、篩分和分級和選別作業(yè)。鐵礦粉造塊的方法主要分為燒結(jié)法和球團法。高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石(天然富礦和人造富礦)、燃料(焦炭與噴吹燃料)、熔劑(石灰石和白云石等)。冶煉一噸生鐵大概需要品位為63%的鐵礦石1.60~1.65噸，0.3~0.6噸焦炭，0.2~0.4噸熔劑。

2.煉鐵

目前最常用的方法有高爐煉鐵，直接還原和熔融還原鐵三種方法。高爐煉鐵是以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，是目前生產(chǎn)鋼鐵的主要方法。高爐煉鐵的這種主導(dǎo)地位預(yù)計在相當(dāng)長時期之內(nèi)不會改變。高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)(如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等)還原為液態(tài)生鐵。高爐煉鐵的主要過程如下： a)爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)。b)從爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。

c)在高溫下焦炭（也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。

d)煉出的鐵水從鐵口放出。

e)鐵礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。f)產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。冶煉過程中，爐料(礦石、熔劑、焦炭)按照確定的比例通過裝料設(shè)備分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風(fēng)口鼓入的高溫?zé)犸L(fēng)與焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫還原性煤氣上升，并使?fàn)t料加熱、還原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，最后生成液態(tài)渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。高爐煉鐵特點

（1）高爐冶煉是在爐料與氧氣氣流逆向運動過程中完成各種錯綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的，爐內(nèi)主要是還原性反應(yīng)。

（2）高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無法直接觀察到反應(yīng)過程的狀況，只能憑借儀器儀表間接觀察爐內(nèi)狀況。

（3）高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機械化和自動化水平較高。

3.煉鋼

鋼與生鐵都是以鐵元素為主，并含有少量碳、硅、錳、磷、硫等元素的鐵碳合金，二者差別就是C元素的含量。煉鋼的基本任務(wù)：

a)脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。

b)去除雜質(zhì)，主要包括：脫磷（冷脆）、脫硫（熱脆）、脫氧、去除氣體（氫、氮）和非金屬夾雜物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）c)調(diào)整鋼液成分和溫度

d)將鋼液澆注成質(zhì)量好的鋼錠或鋼坯。

煉鋼工藝主要包括：1）鐵水預(yù)處理；2)轉(zhuǎn)爐或電弧爐煉鋼；3)爐外精煉(二次精煉)；4)連鑄。煉鋼過程是個氧化過程，其去除雜質(zhì)的主要手段是向熔池吹入氧氣并加入造渣劑形成熔渣出來。脫碳反應(yīng)是煉鋼過程的主要手段，硅、錳、磷、硫等元素也通過氧化反應(yīng)去除。煉鋼的原料有生鐵、廢鋼、熔劑(石灰石等)、脫氧劑(硅鐵、錳鐵、鋁等)、合金料等。煉鋼方法---轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼和平爐煉鋼(一)轉(zhuǎn)爐煉鋼

利用吹入空氣或氧氣對熔融的鐵水進行氧化脫碳，煉出合格成分的鋼錠。按爐襯材料性質(zhì)有酸性、堿性之分，按吹入氧氣的方式有底吹、頂吹、側(cè)吹之分。1）原料：高爐經(jīng)鋼包送來的鐵水，<10％的冷鐵錠，調(diào)整用冷廢鋼，造渣用石灰石、螢石，脫氧和合金化用的鐵合金及純度≥99.5％氧氣。

2）操作：傾斜爐體，順序加入石灰石、熔劑、廢鋼、鐵水，插入水冷噴嘴，噴射高純氧產(chǎn)生反應(yīng)：2Fe+O2→FeO，F(xiàn)eO進入熔體擴散，完成脫碳、氧化吹煉。脫碳→CO→熔體沸騰，氧化加速?；鹧嬗牲S褐色→暗紅色→長而明亮火焰→明顯減少→液面平靜→脫碳氧化結(jié)束。

（二)電爐煉鋼：有電弧爐、感應(yīng)電爐煉鋼之分。

（1）電弧爐煉鋼：依靠插入金屬爐料間的電極通電后，產(chǎn)生的電弧熔化爐料。隨著爐料不斷熔化，池面上升，電極上升，到最高點時，爐料已完全熔化。此時，先后進入熔化、氧化期、還原期。熔化期：

○ 金屬液體與爐氣接觸：2Fe+O2→2FeO

爐渣中：FeO+O2→Fe2O3或Fe3O4

渣界面上：Fe2O3或Fe3O4被Fe重新還原成FeO，一部分按分配定律進入鋼液的FeO與硅、錳、磷氧化并與CaO生成爐渣，放熱,使?fàn)t溫上升到1590℃

2氧化期 T>1590℃

○ 反應(yīng)：

a [C]+[O]→CO 上升的氣泡會不斷吸收鋼液中的H2、N2，使鋼液中的含氣量下降。

b 脫P: 應(yīng)控制渣中FeO、CaO濃度，形成燒結(jié)的4CaOP2O3渣，并及時排渣。

3還原期：脫氧、脫S，調(diào)整溫度與成分。加入錳鐵預(yù)脫氧后，加入生石灰、○

螢石、碳粉

FeO+C→Fe+CO

FeS+CaO→Ca2S(進入渣中)+FeO

（三）平爐煉鋼平爐煉鋼的過程通常分為補爐、裝料（鐵礦石、石灰和廢鋼）、加熱、兌鐵水、熔化、精煉、脫氧和出鋼等幾個步驟。平爐煉鋼的優(yōu)點

①可大量使用廢鋼，而且生鐵和廢鋼配比靈活；

②對鐵水成分的要求不像轉(zhuǎn)爐那樣嚴(yán)格，可使用轉(zhuǎn)爐不能用的普通生鐵； ③能煉的鋼種比轉(zhuǎn)爐多，質(zhì)量較好

4.連鑄

連續(xù)鑄鋼是通過連鑄機將鋼液連續(xù)地鑄成鋼坯的工序。與模鑄相比，連鑄具有以下優(yōu)越性：

1)簡化工序、節(jié)能；2)鑄坯切頭率降低、金屬收得率比模鑄高7~12%；3)高效凝固；4)優(yōu)化成型。

連鑄工藝的流程為：鋼液通過中間包注入結(jié)晶器內(nèi)，迅速冷卻成具有一定厚度的凝固殼而內(nèi)部仍為液態(tài)的鑄坯。鑄坯下部與伸入結(jié)晶器底部的引錠桿銜接，澆注開始后，拉坯機通過引錠桿把結(jié)晶器內(nèi)的鑄坯以一定速度拉出。鑄坯通過連鑄二次冷卻區(qū)時，進一步是受到噴水冷卻直到完全凝固。完全凝固后的鑄坯通過拉矯機矯直后，切割成規(guī)定長度，由輸送輥道運出。

5.軋鋼

軋制過程是軋件與軋輥之間的摩擦力將軋件拉進不同旋轉(zhuǎn)方向的軋輥之間使之產(chǎn)生塑性變形的過程。一般的軋鋼工序可分為：加熱爐 粗軋 中軋 精軋 精整。

二.論冶金與藝術(shù)設(shè)計之間的聯(lián)系 1．環(huán)境藝術(shù)設(shè)計

筆者學(xué)習(xí)的專業(yè)是“陳設(shè)與裝飾設(shè)計”，可說是由傳統(tǒng)的“環(huán)境藝術(shù)設(shè)計”中的“室內(nèi)設(shè)計”以及“景觀設(shè)計”演變而來。

室內(nèi)設(shè)計就是建筑的內(nèi)部空間設(shè)計，不論是在建筑構(gòu)思、材料選用還是在使用功能及精神審美上，很難讓一個設(shè)計師在設(shè)計建筑時不考慮內(nèi)部空間的功能、組成與形式的問題，或進行室內(nèi)設(shè)計時不考慮建筑總體設(shè)計與調(diào)整的問題。美國著名建筑師沙利文提出“形式由功能而來”，即建筑的形式是由使用功能及精神功能而來，強調(diào)了功能對于建筑形式的影響及作用，而功能在很大程度上規(guī)定了建筑的內(nèi)部空間(室內(nèi)空間)及形式，這直接影響到建筑的內(nèi)部空間的設(shè)計，即室內(nèi)設(shè)計。人們經(jīng)常提到“建筑的形式”，嚴(yán)格地講它是由空間、體形、輪廓、虛實、凹凸、色彩、質(zhì)地、裝飾等種種要素集合而形成的復(fù)雜的概念，而室內(nèi)設(shè)計同樣也包括了這些要素。室內(nèi)設(shè)計與建筑設(shè)計許多原理是共同的，設(shè)計時都必須考慮使用功能和精神功能，都符合構(gòu)圖規(guī)律，即都考慮尺度與比例、統(tǒng)一與變化、節(jié)奏與韻律、均衡與穩(wěn)定、主從與重點等，都受材料、技術(shù)的同時制約，并受到時代、文化等因素的共同影響。縱觀東西方建筑及近現(xiàn)代的重要建筑，設(shè)計師在設(shè)計建筑時無一不重視建筑的內(nèi)部空間設(shè)計，如近現(xiàn)代的賴特、阿爾托、密斯、貝聿銘等建筑大師，他們不僅僅是對整個建筑空間的內(nèi)外進行設(shè)計，而且還包括室內(nèi)的家具、燈具、裝飾、陳設(shè)等一切方面的設(shè)計。盡管室內(nèi)設(shè)計有一定的獨立性，但它是整個建筑設(shè)計和建筑理論不可分割的一部分，是建筑設(shè)計的有機組成部分之一，它們共同組成了建筑的整體。如賴特設(shè)計的著名的流水別墅及其室內(nèi)，均體現(xiàn)出設(shè)計師對自然環(huán)境的尊重，因此設(shè)計中建筑形體、材料自身的美及室內(nèi)陳設(shè)等與周圍的天然環(huán)境達到高度和諧的統(tǒng)一，其建筑外觀與室內(nèi)充滿自然氣息和藝術(shù)魅力。2.工業(yè)設(shè)計 工業(yè)設(shè)計亦是屬于藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域的范疇，雖然筆者并未學(xué)習(xí)這一專業(yè)，但或多或少地了解了一些相關(guān)的只是信息。

工業(yè)設(shè)計是指以工學(xué)、美學(xué)、經(jīng)濟學(xué)為基礎(chǔ)對工業(yè)產(chǎn)品進行設(shè)計。工業(yè)設(shè)計分為產(chǎn)品設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、傳播設(shè)計、設(shè)計管理4類；包括造型設(shè)計、機械設(shè)計、電路設(shè)計、服裝設(shè)計、環(huán)境規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計、建筑設(shè)計、UI設(shè)計、平面設(shè)計、包裝設(shè)計、廣告設(shè)計、動畫設(shè)計、展示設(shè)計、網(wǎng)站設(shè)計等。工業(yè)設(shè)計又稱工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計學(xué)，工業(yè)設(shè)計涉及到心理學(xué)，社會學(xué)，美學(xué)，人機工程學(xué)，機械構(gòu)造，攝影，色彩學(xué)，方法學(xué)等，是一門綜合性將工業(yè)產(chǎn)品加以美化與功能化的學(xué)科。用以增加顧客的購買欲望，達到生產(chǎn)者的銷售目的。

以上所述看似與冶金業(yè)沒有太大關(guān)系，但無論是建筑或是工業(yè)產(chǎn)品終究是用材料來建造制作的的；無論是什么風(fēng)格，什么形式，什么用處的建筑以及工業(yè)產(chǎn)品，亦都不能脫離所需要的建造材料而成為空中花園般的存在，而在材料中，金屬材料最為常用。

所以筆者認(rèn)為，冶金業(yè)從一定程度上限制了相關(guān)藝術(shù)設(shè)計工作的方向，同時，藝術(shù)設(shè)計也為冶金業(yè)的發(fā)展進步作出貢獻，間接地推動藝術(shù)設(shè)計本身的發(fā)展，這是一個相輔相成的聯(lián)系。

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