第一篇：冶金流程工程學

鋼鐵制造流程的解析集成及討論

【關鍵詞】鋼鐵制造流程 解析 集成 工序功能集 冶金流程學

【摘要】鋼鐵制造過程從本質上看是集物質狀態(tài)轉變、物質性質控制和物質流有效管制于一體的、多維的過程物流管制系統(tǒng)．迫切需要有一種立足于制造過程整體系統(tǒng)上的理論，來解決整體流程中的物質流、能量流、信息流優(yōu)化集成問題

主要內容：對鋼鐵制造流程中若干深層次的理論問題進行了科學分支意義上的討論，對工序功能集的解析－優(yōu)化、工序關系集的協調－優(yōu)化和流程工序集的集成－優(yōu)化等給予物理－數學方面的概述和描述，提出了對可能發(fā)展起來的學科分支－冶金流程學的展望，同時進一步指出，制造流程的系統(tǒng)理論和制造過程的信息系統(tǒng)是２１世紀制造科學、制造工業(yè)發(fā)展的共性基礎理論。

現代鋼鐵制造流程系統(tǒng)已發(fā)展成包含資源及能源利用、質量控制、新品開發(fā)、環(huán)境保護等內容的工程技術大系統(tǒng)，并進一步向準連續(xù)化／連續(xù)化、緊湊化／簡化、高效化和綜合利用、環(huán)境友好的方向發(fā)展．鋼鐵制造流程的特點是：規(guī)模以年產百萬噸計，而其關鍵環(huán)節(jié)的工藝控制和裝置的技術水平不亞于任何“新”材料的水平。鋼鐵工業(yè)成為世界上最高產、高效和技術先進的工業(yè)之一, 進入21世紀更面臨著市場競爭和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。

一個多世紀以來，鋼鐵制造過程一直是以解析的方法為主，將整個制造過程分解成原料準備與處理、焦化、煉鐵、煉鋼、凝固、金屬塑性壓力加工、金屬熱處理等工序并形成了學科分支，然后機械地將過程聯接起來．造成了過程物質流的停頓、間歇，過程物質溫度的多次起伏，能耗及物耗高、排放

量大、過程時間長等問題．因此，迫切需要一種立足于制造過程整體系統(tǒng)上的理論，來解決整體流程中的物質流、能量流及信息流優(yōu)化集成問題—— 即進行鋼鐵制造流程解析一集成優(yōu)化的研究，提出新的理論和方向，以支持鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展．鋼鐵制造流程的本質

鋼鐵制造流程是由諸多完全不同功能的工序、裝置所構成的流程系統(tǒng)。從根本上看，鋼鐵制造流程性能結構的本質是物質狀態(tài)轉變、物質性能控制、物質流管制在時間、溫度和空間上的融合、貫通、協調和控制。冶金流程學和鋼鐵制造流程的解析與集成長期以來，冶金學科的劃分突出強調了過程解析基礎上的學科分支，缺乏總體相關性、系統(tǒng)性；并在某種程度上影響了用過程信息系統(tǒng)等高新技術改造傳統(tǒng)工業(yè)的有效性因而，作為面向21世紀的工程科學問題，應該探索和研究跨現有學科分支的、作為冶金制造流程系統(tǒng)理論的新學科分支—— 冶金流程學，研究制造流程的結構、功能本質及其解析與集成，無論在科學上還是經濟上都有非常重要的價值

2．1 鋼廠結構的演進

第二次世界大戰(zhàn)以后．鋼鐵制造流程逐步由間歇型向準連續(xù)／連續(xù)型過渡，工藝流程不斷緊湊化、準連續(xù)化／連續(xù)化，產品結構專業(yè)化是鋼廠結構調整的主要方向同時，從主要注重規(guī)模的擴大和流程中工序功能的簡單劃分(解析)和簡單疊加，轉向不僅注重流程功能的解析．而且越來越注意流程功能的綜合集成以及在此基礎上的流程結掏優(yōu)化．

2．2 鋼鐵制造流程的結構解析

流程系統(tǒng)內各單元工序／裝置應在流程整體優(yōu)

化的原則指導下：

— — 選擇、分配、協調好諸多工序／裝置各自的優(yōu)

化功能，建立起解析 優(yōu)化的工序功能集合：

— — 建立、分配、協調好諸多工序／裝置問相互的關系 建立起協調一優(yōu)化的工序關系集合— — 在工序功能集的解析 優(yōu)化和工序關系集的協調一優(yōu)化的基礎上重新組合成新一代的流程工序集，即實現流程系統(tǒng)內工序組成的重構一優(yōu)化．所謂流程系統(tǒng)結構是指系統(tǒng)內具有不同特定功能的工序的構成集合和各單元工序之間在一定條件下所形成的相互關系集合系統(tǒng)結構的內涵不只是系統(tǒng)內各工序的簡單的數量堆積和數量比例，更主要的是工序功能集、工序關系集的合理性、系統(tǒng)運行的動態(tài)可調性及其內在的活力狀況．

鋼鐵制造流程的解析一綜合集成研究，就是根據流程系統(tǒng)的目標

(群)的需要來引導流程系統(tǒng)的結構優(yōu)化和功能優(yōu)化．基本內容將涉及圖4所示過程工序功能集(包括單元工序功能集)的解析一優(yōu)化、工序關系集(相鄰的、長程的)的協調一優(yōu)化和流程系統(tǒng)工序集的重構一優(yōu)化過程科學與信息技術在制造流程中的結合鋼鐵工業(yè)屬于流程制造業(yè)信息技術在鋼鐵制造流程中的應用將主要體現在對過程的描述(反映)，對過程或裝置的調控、反饋以及對流程系統(tǒng)的評估 優(yōu)化等方面．經過不斷完善將會形成一種流程系統(tǒng)的控制策略流程系統(tǒng)的控制策略主要集中在對工藝過程中主要參數的調控、優(yōu)化和使工藝過程中各工序總體目標的穩(wěn)定實現隨著過程物流在工序間流動運行．控制策略將呈現銜接

傳遞、轉變、遺傳等特性要求．當然，流程系統(tǒng)的控制策略必須是既能在各工序中貫通．又能在一系列工序的各自優(yōu)化目標上分別得到調控和實現如前所述，鋼鐵制造贏程的特性可用工序功能集(F)、工序關系集()和流程工序集()來描述為了實現對流程的 體協調 優(yōu)化和評估 判斷一反饋調控．在流程系統(tǒng)中必須有一系列的控制策略，形成控制策略集(G)這樣．流程系統(tǒng)及其各工序經過主要由信息技術構成的控制策略集的調控后．將分別產生工序的輸出集。4 結論

‘l呔制造”的概念已在全球范圍內得到廣泛認可，它幾乎包括了一切工業(yè)產品的制造業(yè)．制造流程系統(tǒng)理論和制造過程信息系統(tǒng)是21世紀制造科學、制造工業(yè)發(fā)展的重要共性基礎理論．鋼鐵工業(yè)是一種流程制造工業(yè)，它既不同于離散事件型的機械制造裝配工業(yè)，也不同于石油化工類的連續(xù)過程工業(yè)．鋼鐵工業(yè)是介于兩者之間的混合類型．其制造流程的特點是間歇／準連續(xù)型的物質流過程

鋼鐵制造過程從本質上看是集物質狀態(tài)轉變、物質性質控制和物質流有效管制于一體的、多維的過程物流管制系統(tǒng)．迫切需要有一種立足于制造過程整體系統(tǒng)上的理論，來解決整體流程中的物質流、能量流、信息流優(yōu)化集成問題．

作為科學問題，應該探索和研究跨現有冶金學科分支的冶金流程學這一可能發(fā)展起來的學科分支冶金流程學應建立在對鋼鐵制造流程進行解析一集成的研究以及過程科學與信息技術結合的基礎上．將涉及鋼廠結構整體優(yōu)化的工程邏輯，以及制造流程中工序功能集的解析一優(yōu)化、工序關系集的協調一優(yōu)化和流程工序集的重構一優(yōu)化等

面臨21世紀經濟全球化的趨勢，全球鋼鐵工業(yè)的根本性命題是市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展。這就要求全球鋼鐵工業(yè)都要從總體戰(zhàn)略上來觀察問題、解決問題．而不是把上述重大命題簡單地割裂成為產量、規(guī)模、質量、品種等孤立問題．“頭痛醫(yī)頭、腳摘醫(yī)腳”地解決．甚至引起顧此失餿的矛盾；時至今日．應該從根本上考慮問題．追求從戰(zhàn)略整體上來解決時代性的命題。

然而對鋼鐵產品質量的認識，要避免滿足于化學成分合格、尺寸公差合格，也不能局限地從材料學角度來看某些力學性能。事實上把質量問題孤立化，往往只能做到勉強交貨，或是不惜工本、不惜犧牲生產效率，交幾件特殊專用產品或試驗產品，而這無助于從整體上增強鋼廠的持續(xù)競爭力。最后，中國鋼鐵工業(yè)應該充分發(fā)揮現代鋼廠的3個功能[5]，通過鋼鐵制造流程的優(yōu)化、產品結構的調整和優(yōu)化以及產品質量的提高，充分發(fā)揮鋼廠生產流程的能源轉換功能，節(jié)能降耗和消納處理社會大宗廢棄物等方面的努力，到2020年左右，成為全球一流的產鋼國。

第二篇：冶金反應工程學論文

鋁電解用惰性陽極的研究進展及NiFe204基惰性陽極腐蝕組元在電解質中的傳質問題

王有維

（昆明理工大學 冶金與能源工程學院，云南 昆明650093)）

摘 要：本文簡要介紹了國際上鋁電解惰性陽極方面較有影響的研究工作，以及國內在此領域的研究狀況。對惰性陽極材料的選擇問題進行較深入的探討．分析了陶瓷、金屬和金屬陶瓷材料在惰性陽極研究應用中所出現的問題，并對惰性陽極未來的研究發(fā)展方向提出了一些建議。其中NiFe204基金屬陶瓷是最具應用前景的鋁電解惰性陽極材料，國內外對其性能與制備技術進行了大量研究。并對NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕組元在電解質中的傳質問題進行了相關的分析。關鍵詞：鋁電解；惰性陽極；選材；NiFe204基金屬陶瓷；傳質問題

Research Progress of inert anodes in aluminum electrolysis and NiFe2O4 based inert anode corrosion component mass transfer in the electrolyte Abstract：This article briefly describes the more influential international aluminum electrolytic inert anodes research work, as well as the situation in this area.More in-depth discussion on the choice of the inert anode material.Ceramic, metal and cermet inert anode research applications, and the direction of future research and development of inert anodes made some suggestions.Aluminum electrolytic NiFe204 cermets most promising inert anode material, at home and abroad, its performance and Manufacturing Technology conducted a lot of research.And NiFe204based cermet inert anode corrosion component to the analysis of mass transfer in the electrolyte.Key words：Aluminum electrolytic;inert anode;selection;NiFe204 cermets;mass transfer problems

引言

鋁作為產量最大的有色金屬，是我國國民經濟的重要支柱產業(yè)，2006年國內原鋁產量和消耗繼續(xù)位居全球第一，分別為934萬噸和867萬噸。隨著國民經濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對鋁的需求還將繼續(xù)增長?，F行Hall-Herout鋁電解槽采用炭素陰陽極，噸鋁直流電耗高達13200kv，電能效率低于50％，同時消耗500kg優(yōu)質炭素材料，巨大的能源消耗、資源消耗和環(huán)境負荷等正嚴重制約著鋁電解工業(yè)的發(fā)展，節(jié)能、降耗及降低污染是其未[1～3]來發(fā)展的方向?；诙栊躁枠O(析氧陽極)的鋁電解新技術可降低雛耗20％以上(按國內現有原鋁產量計算，年節(jié)電能力超200億千瓦時)，并能消除溫室氣體COz和致癌物質CFn與瀝青煙氣的排放，因而成為國際鋁業(yè)界和材料界的關注焦點和研究熱點。金屬陽極由于具備比陶瓷和金屬陶瓷陽極更為優(yōu)良的導電導熱性和機械加工性能一直是鋁工業(yè)界和材料學界的關注重點，被認為是最有前景的鋁電解陽極材料之一。但是利用金屬陽極進行鋁電解，必須解決材料的抗氧化和耐熔鹽腐蝕問題，特別是在目前940～970℃(即使采用惰性陽極配合低溫電解質電解，溫度仍會高達750～850℃)的熔鹽介質和表面吸附新生氧的環(huán)境下，陽極工作表層的金屬與氧反應生成氧化物，金屬和氧化物溶解進入電解質，金屬離子還原沉積到陰極鋁液等問題。所以金屬陽極研究的重點是提高材料的抗氧化和耐腐蝕性以保證產品鋁的純度。1國內外技術發(fā)展概況

國外對于惰性陽極的研究進行的很早，參與過的機構比較多，但研究最多且離工業(yè)化較

[1]近的當屬Alcoa，以下是Alcoa及其后來者在惰性陽極及相關領域的研究工作。對于惰性陽極技術的探討迅速升溫，惰性陽極成了2000年國際鋁工業(yè)界最熱門的話題。2001年，惰性陽極熱潮波及到國內，我國在此領域的研究工作開始受到來自各方面的關注，大量的知名學者撰文評述惰性陽極技術，國家也加大了投入。原有的國家重大基礎研究項目計劃(即“973”項目)關于鋁電解方面的子課題全部改為“惰性電極系統(tǒng)的研究”，參加單位是東北大學和中南大學。后來，此項目研究又被列為十五“863”項目，由東北大學、中南大學、清華大學和中國鋁業(yè)公司鄭州研究院共同承擔。伴隨著國外惰性陽極熱的降溫，以及國內研究工作的深入進行，越來越多的問題擺在面前，一些專家學者開始對惰性陽極的研究提出 質疑，從事此項研究的人們也開始對此問題進行思考，此課題當如何深入進行下去，成為許多業(yè)內人士探討的話題。作為惰性陽極材料，應滿足以下基本要求：能耐電解質的腐蝕，溶解度小；能耐受新生態(tài)氧的滲蝕；有良好的導電性；機械強度高，抗熱震性強，不易脆裂；

[7～11]容易加工成型，易于與金屬導桿連接；原料價廉易得等。

目前研究的惰性陽極集中在氧化物陶瓷、金屬或合金、金屬陶瓷等3類材料，其中金屬或合金具有強度高，導電性能好、抗熱震性強、不易脆裂，易于加工成形，易實現與金屬導桿間連接等優(yōu)點，是美國等發(fā)達國家近年來重點關注的材料體系。然而，單一成分的金屬(除貴金屬如鉑等外)難于滿足鋁電解陽極的惡劣服役環(huán)境，研究工作主要集中于合金惰性陽極，如銅基合金、銅鎳基合金、鎳基合金。

1.1鋁電解用惰性陽極的環(huán)境效益和社會效益

采用惰性陽極取代炭陽極，會為電解鋁工業(yè)帶來巨大的環(huán)境效益和經濟效益。

環(huán)境效益：2012年我國電解鋁產量達171.70萬噸，世界電解鋁產量近2600萬噸，環(huán)保壓力極大。如采用惰性陽極，將會消除或大大減少溫室氣體CO2和 CO、PAH（多環(huán)芳香

［2］烴）等有害氣體以及致癌物質CF4 和C2F6 的排放；同時陽極產生的是有價值的副產品—O2；這意味著電解鋁工業(yè)將由污染型轉變成綠色環(huán)保型。

經濟效益：節(jié)約陽極碳耗 400-500／Kg.AL，占鋁生產成本的12%-15% ；降低電解工藝能耗（包括生產炭陽極的能耗，總節(jié)能達 5%-32%）；節(jié)約勞動力的消耗，提高勞動效率；銷售O2（其價值約占鋁價值的 3%）；同時若采用惰性陽極新技術，新建鋁廠可節(jié)約投資35%。

2鋁電解惰性陽極材料分類

2.1金屬陽極

金屬（合金）具有良好的導電性、強度和抗熱震性等優(yōu)點，是較理想的鋁電解陽極材料。但除某些貴金屬外，金屬陽極在鋁電解槽的生產環(huán)境中不能充分抵御冰晶石熔體腐蝕和陽極產生的高溫氧氣的氧化。目前，金屬（合金）型惰性陽極仍在探索中。

［3］［4］單質金屬方面Belgav and studentsov和kronen berg研究發(fā)現在鋁電解條件下，Cu、Ni、Cr和Ag的陽極表面被不斷析出的O2 所氧化，不能形成致密的氧化膜而被消耗，［5］不適合做陽極。S.s.Djokic和B.E.conwqy對W、Ni和不銹鋼的研究發(fā)現，這些金屬陽極在鋁電解槽的生產環(huán)境中也不能抵御冰晶石熔體和氧的腐蝕，也不適合作鋁電解的惰性陽極。可選用的材料，只有Pt 電極可滿足鋁電解的苛刻條件，但其價格昂貴，不能用于工業(yè)生產。

［6］合金方面J.N.Hryn 等對Cu-Al、Ni-Al、Cr-Al、Fe-Cr Al 合金用做陽極進

［7］行了研究:TheodoreR.Beck等對Cu-Ni-Fe合金陽極，在750℃、CR=1.29的條件下連續(xù)電解兩天，發(fā)現生產能耗僅為11KWh ／kg.Al，鋁產品的純度符合標準，但在擴大試驗中出現了諸多問題:J.A.Sekhar等對Ni-Al-Cu-Fe 合金陽極進行研究，發(fā)現其不能充分

［9］抵御冰晶石熔體和氧的腐蝕，也不適合作鋁電解的惰性陽極。石中寧、邱竹賢等對Cu-Al（Fe、Cr）、Cu-Ni-Al-Ag金屬陽極的研究表明：Cu-Ni-Al的抗氧化性較好，電解質中氧化鋁的濃度對合金機體表面膜的生成與溶解影響較大，溫度越低，金屬的抗腐蝕能力越強，對Ni-Fe合金陽極的陽極研究發(fā)現，Fe／Ni=1.42時，合金的綜合性能較好，電解時其表面形成了NiO、Fe2O3 和NiFe204等氧化物，電解鋁產品質量達到97.7%-99.1%；目前研究的合金惰性陽極，只有Ti-Au 合金在性能上幾乎完全達到了所有的電化學要求，但因其太昂［10］貴而被放棄。

［11］反應膜保護層：Sadoway提出反應膜保護層概念，即在金屬表面氧化生成致密的氧化保護層，從而使金屬內部免受侵蝕，同時氧化層不能過厚，不能影響陽極的導電能力。此技術的關鍵在于使氧化層的溶解速度與生成速度一致，材料處于一種動態(tài)平衡之中。Moltech 公司開展了梯度惰性陽極和多孔惰性陽極的研究工作，目的是在金屬表面找到穩(wěn)定氧化膜。

［12］鋁電解動態(tài)金屬陽極：在1999TMS年會上，J.N.Hryn和M.Pellin提出了鋁電解動態(tài)金屬陽極的概念，該陽極包括一個杯形合金容器，容器內含溶解鋁的熔鹽；在氧存在的情況下，外面形成的氧化鋁膜厚度足以保證電極免于腐蝕和維持導電性。膜的再生通過熔鹽中鋁擴散來實現，周期性添加鋁來保證熔鹽中的活度，產出的鋁遠大于添加的鋁，從而達到陽極的惰性。

2.2金屬氧化物陶瓷

氧化物陶瓷材料由于其顯著的化學惰性而倍受關注。但幾乎所有的氧化物在冰晶石熔體

［13］中都會有不同程度的溶解，其中SnO2 基氧化物、尖晶石類和CeO2 涂層溶解速度緩慢被作為陽極材料的首選。

SnO2基氧化物：SnO2的高溫電阻較小，添加其它金屬氧化物改善導電、成型等方面的性能。薛濟來、邱竹賢在SnO2中添加ZnO、CuO、Fe2O3、Sb2O3、Bi2O，制得了導電性和耐腐蝕性都較高的陽極材料，并成功地進行了100A的擴大實驗。

［14］尖晶石型：尖晶石型材料在冰晶石熔體中有不同程度的，其中Zn Fe2O4、Ni Fe2O4質

［25-30］材料在冰晶石中的溶解度較小、導電性好等優(yōu)點，研究較為深入。

雖然有關SnO2基、尖晶石型陽極材料的研究論文和專利很多，都因為材料本身在電解質熔體的腐蝕問題，一直沒有達到工業(yè)實驗的規(guī)模。

涂層：CeO2 涂層在冰晶石表現出良好的抗腐蝕性和導電性，可與其他基體材料相結合作為良好的惰性陽極材料；其結合方式有兩種：一種是在某種基體上直接沉積一層該涂層后用于電解陽極，另一種是添加Ce離子到冰晶石熔池中，由于電解時極化的作用而沉積在陽極表面。2.3金屬陶瓷

金屬陶瓷集中了陶瓷材料（低的腐蝕速率和抗氧化性）和金屬材料（良好的導電性和較高的抗熱沖擊強度）的優(yōu)點，其氧化物基體形成抗腐蝕網絡，網絡中的金屬相增強了材料的導電性，被看作是最有前途的惰性陽極的材料。

Ni Fe2O4+ NiO+Cu：頗具代表性的是美國鋁業(yè)公司（Alcoa）研制的含有17% Cu 和51.7% NiO+48.3% Fe2O3的陽極材料，通過大量的試驗測試，普遍認為它的各種性能是最為穩(wěn)定的，但在大型化上尚有一定的問題，Alcoa目前正積極調整其配方，希望其將能夠在工業(yè)鋁電解鋁上得以應用。

Ni Fe2O4+ NiO+Cu+Ag：為了提高惰性陽極的導電性，Alcoa調整了其成分，向惰性陽極

［16-19］中加入了一定量的銀。Alcoa的惰性陽極專利報道，含鐵酸鹽（如Ni Fe2O4或Zn Fe2O4）和金屬氧化物（如NiO或ZnO）尖晶石結構的陶瓷相和Cu-Ag合金相構成惰性陽極。

［9］Fe-Ni-Al2O3：石忠寧和邱竹賢研制了Fe-Ni-Al2O3金屬陶瓷型惰性陽極，發(fā)現此類陽

［8］極所能達到的最低腐蝕速率為 18mm／a，電解鋁的純度可達98%，有的可達99% ；進行100A 的擴大試驗電解后，計算得到陽極的年平均腐蝕速率為19mm／a，陽極產物為純氧氣，電解鋁的純度接近98%，電流效率為70%。

［20］徐君莉等對Fe-Ni-（Al2O3）惰性陽極在20.6NaF-43.2AlF3-22BaF2-14.2Ca F2（Wt%）重電解質體系中的研究發(fā)現，其電流效率可達810% 以上，電解鋁的純度達99.4%。NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極

3.1 NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極研究背景

現代鋁電解工業(yè)追求高效率、低能耗、無嚴重污染的工藝，而傳統(tǒng)鋁電解槽采用消耗式碳素陽極，不僅成本高，而且污染嚴重、操作條件惡劣。長久以來，人們在進行新方法煉鋁的研究中一直把尋找降低能耗、降低生產成本的陽極材料作為重要的發(fā)展方向之一。

從利用Hall—H6muh熔鹽電解法煉鋁開始，人們就在尋找惰性陽極以取代消耗式碳陽極。20世紀80年代以來，對惰性陽極的研究進入了一個全新階段，針對合金陽極、金屬氧化物陽極和金屬陶瓷陽極開展了大量實驗研究，而且還進行了擴大化實驗。金屬陶瓷是一種由金屬或合金同一種或幾種陶瓷相所組成的非均質復合材料，兼具有陶瓷良好的熱化學穩(wěn)定性、強耐腐蝕性、抗氧化性和金屬良好導電性及熱沖擊性等優(yōu)點，長期以來被認為是一種最具應用前景的鋁電解用惰性陽極材料。研究表明，具有尖晶石結構的NiFe2O4。陶瓷在Na3A1F6-A1203，熔體中表現出比其它氧化物陶瓷更強的耐腐蝕性能，是一種較好的惰性陽極基體材料。

3.2 NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極優(yōu)點

近二十年來人們在致力于開發(fā)采用惰性電極系統(tǒng)的鋁電解技術，其核心是惰性陽極。惰

［11］性陽極是指不消耗陽極，與現行碳素陽極相比，惰性陽極至少有以下幾方而的優(yōu)點：

一、經濟方面

l、惰性電極可取代碳素電極節(jié)省大量優(yōu)質碳素材料，節(jié)省更換電極的勞動力成本；

2、由于它在電解過程中，外形尺寸穩(wěn)定，可降低電極的極距，從而可大大減少電解鋁生產的電耗。特別是在同時使用惰性陽極和惰性陰極的情況下，效果更為履著，預計節(jié)能最高可達35％；

3、改用惰性電極后，電極不再參加反應，而是0直接在陽極放電生成氧氣，氧氣可作為電解鋁生產過程中陽極的副產品，加以回收、利用。

二、環(huán)保方面

惰性電極的使用，可以根除產生溫室效應的C02氣體，以及電解鋁中其他有害氣體，如CF4、C2F6等的排放，從而有利于電解鋁生產操作工人的健康和環(huán)保方的要求。

由于惰性電極具有上述兩大方面的優(yōu)點，因而自從Hall—Heroult電解槽發(fā)明以來惰性電極材料的研究從來沒有中斷過。惰性電極的應用將是H—H怯電解生產鋁過程的一次工業(yè)

［24］革命，勢必會對電解鋁生產技術的過濾和提高其經濟效益具有重大的意義，因此研制惰性陽極已經成為國際上革新鋁冶金技術的重要發(fā)展方向。3.3惰性陽極材料性質及其選用要求

由于鋁電解生產條件的特殊性，使得惰性陽極材料的選擇范圍極其狹窄，根據目前的觀

［25］點，惰性陽極材料必需滿足以下幾點要求：

1、在鋁電解的環(huán)境中(溫度為960℃～970℃，電解質為腐蝕性極強的冰晶石一氧化鋁熔鹽)，能耐受高溫電解質和鋁液的腐蝕(年腐蝕速度(3cm／a)，溶解度小；

2、能夠耐受新生氧的滲透腐蝕作用，可以生產出工業(yè)用純鋁；

3、陽極材料容易得到，而且價廉；

4、容易加工成大型部件易于與金屬導體連接；

5、機械強度高，抗熱震性強，不易脆裂；

6、有良好的導電性。從材料方面來說，單純地由氧化物組成的材料的導電率比較低。經研究發(fā)現不添加銅的-1純鐵酸鎳材料的導電率只有10Ω·cm，其電阻率P和溫度T的關系滿足半導體材料的關系式：

LgP=Lgpo+u／(2．303T)????? l-1 式中：u一導電激活能；

K一波爾茨曼常數；

在純鐵酸鎳基體材料中添加金屬銅(5～17％)后，材料的導電性有所增加，添加17％的-1銅的材料導電率提高到90Ω·cm，但銅的添加量不能超過20％，否則材料不易成型，廢品率高。他們認為以后的研究應通過使金屬陶瓷中金屬材料的粒度和結構最佳化來改進其導電率。1996年，挪威的Jomar．Thonstad繼續(xù)了上述工作，他采用一些新的方法，運用相同的制備方案獲得了一種具有更好晶粒結構的鎳鐵基金屬陶瓷材料。主要是因為比S．P．Ray使用了更細小的粒度的材料，因而制造出更致密的鎳鐵基金屬陶瓷。實驗結果表明其惰性陽極腐蝕率已得到改進，達到了0．12cm／a，可見材料粒度對惰性陽極性能是很有影響的。但實際上，在粉末冶金中，粉末材料的粒度會直接影響到制品性能，尤其對硬質合會和陶瓷材料更是如此，一般要求越細越好。但也不能一味的靠減少粒度來提高性能，如果粒度過小會給以后的大型化陽極帶來更大的困難?；饘俣栊躁枠O腐蝕組元在電介質中的傳質問題研究

4.1 傳質理論介紹

由于鋁電解質的高溫、高腐蝕性，所以對于陽極腐蝕組元在電解質及鋁液中的傳質過程文獻報道不多。到目前為止，關于惰性陽極腐蝕組元在電解質中傳質過程的理論是由Evan。

［28］和Keller提出的傳質理論。他們認為，陽極腐蝕組元的遷移、擴散過程為傳質控制。惰性陽極的腐蝕是個復雜的過程，它涉及到陽極組元溶解進電解質的過程、從電解質遷移擴散進鋁液的過程。所以認識這些過程并且控制這些過程對降低惰性陽極的腐蝕是很有幫助的。

［29］惰性陽極在熔融冰晶石混合物體系中的傳質過程以圖2來說明.簡單的理論推導如下:

n+ 腐蝕產物以離子M的形式遷移到陰極最后被陰極鋁還原成金屬M:

假設過程為傳質控制，上述反應為線性反應，則描述陽極溶解產物由陽極遷移到陰極［31］過程的擴散方程為:

式中: c(t)—跟時間有關的陽極溶解產物濃度，mol·m；

Csat—陽極溶解產物在電解質中的飽和濃 度，mol·m-3；

kan—為陽極溶解產物從陽極到電解質遷移過程的傳質系數，m·s-1； Aa,Am—分別為陽極、陰極的表面積，m2； V—為電解質的體積，m3；

Kcal—榕解產物從電解質遷移到陰極過程的傳質系數，m.s-1。

-3上述一階方程的解為:

運用上述方程時應注意以下三點: 1)過程中假設kan>>kcal，即整個過程為傳質控制，即陽極組元從陽極腐蝕、溶解進人電解質的傳質系數遠遠大于由電解質經遷移、擴散進人陰極鋁的傳質系數；

2)為了使上述方程能在實際電解槽中應用，引人一個腐蝕產物的初始濃度co； 3)上述陽極腐蝕產物從陽極到陰極鋁的遷移過程最后達到一個“穩(wěn)態(tài)”過程，“穩(wěn)態(tài)”過程的標志是陽極腐蝕產物從陽極溶解進人電解質的速率等于其從電解質遷移、擴散進人陰極鋁的速率，此時陽極腐蝕產物在電解質中的濃度為“穩(wěn)態(tài)”濃度co，它和腐蝕產物在電解質中的飽和濃度csal有區(qū)別。通過引人腐蝕產物濃度co和“穩(wěn)態(tài)濃度”cm，方程(3)變成:

式中:co—腐蝕組元在電解質中的初始濃度；

cm—腐蝕組元在電解質中的穩(wěn)態(tài)濃度。

如果kan>>kcat時，可由計算得出的cm來準確地預測csat。而在實際的鋁電解槽中，由于電解質/鋁液界面存在一滯留層，使得陽極腐蝕產物從電解質向陰極鋁遷移、擴散的過程非常緩慢。在實際的過程中往往存在kan>>kcat，所以從腐蝕產物的“穩(wěn)態(tài)”濃度和飽和濃度的［30］接近程度即可判斷模型和假設是否合理。4.2 過熱度對復試組員傳質的影響

傳質的過程往往是偏離平衡狀態(tài)的過程，而偏離平衡狀態(tài)的程度決定了傳質推動力的大小。從腐蝕組元從金屬陶瓷表面溶解進人電解質開始，腐蝕組元在金屬陶瓷惰性陽極表面的濃度一直高于陰極鋁液附近的濃度，正是這種濃度差導致了傳質的發(fā)生。從動力學觀點來看，過熱度的升高必定導致金屬陶瓷在電解質中的溶解度增大，即增大了腐蝕組元在金屬陶瓷/

［34］電解質界面的濃度，使?jié)舛炔钤龃?，最終導致了傳質推動力的增大。結語

綜上所述，NiFe2O4基金屬陶瓷可望兼?zhèn)銷iFe2O4陶瓷的強耐腐蝕和金屬的良好導電與力學性能，但作為鋁電解工業(yè)應用惰性陽極材料，仍存在一些急需解決的問題：

(1)通過金屬陶瓷惰性陽極的強韌化機制研究，提高材料的斷裂韌性和抗熱震性能；通過金屬陶瓷惰性陽極的表面金屬化及其與金屬間高溫自耦合電連接機制研究，實現與金屬問良好高溫電連接；在力學性能方面為大尺寸惰性陽極的長壽命電解生產奠定基礎。

(2)以降低惰性陽極腐蝕率為中心，研究新型鋁電解質物理化學性質及其與惰性電極的交互作用，研究新型鋁電解槽的物理場耦合分布與演變規(guī)律及冶金學行為，獲得最適宜于惰性電極的新型電解槽結構、鋁電解質體系及電解工藝調控手段，促進惰性陽極的成功開發(fā)，最終實現惰性電極系統(tǒng)的整體突破。

此外，對于NiFe2O4基金屬陶瓷組元傳質對于與陽極、陰極的組成有關外，而且電解槽的形狀也不盡相同。所以不宜單純從數量上對傳質系數進行分析，而應該在相同的條件下橫向對不同的組元的動力學參數進行分析和討論。即陽極腐蝕組元從陽極進人電解質的大小順序來看，Fe的抗腐蝕性能是最差的，Ni次之，最好的是Cu組元。

參考文獻

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2001(05)［28］WELCH B J Aluminum production paths in the new millennium[外文期刊] 1999(05)［29］BECK T R Non-consumable metal anode for production of aluminum with low-temperature fluoride melts 1995 ［30］Vecchio-sadus A.M;Constable D.C;Dorin R Tin dioxide based ceramics as inert anodes for aluminium smelfing:alaboratorystudy 1996 ［31］RAY S P;RAPP R A Composition suitable as inert electrode having good electrical conductivity and mechanicalproperties 1984 ［32］YANG J H;JOHN N H;GREG K K Aluminium electrolysis tests with inert anodes in KF-AlF3-based electrolytes 2006 ［33］Zaikov Y;Khranov A;Kovrov V Electrolysis of aluminum in the low melting electrolytes based on potassium cryolite2008 ［34］張剛;賴延清;田忠良;秦慶偉 李劼 黎文獻 鋁電解用NiFe2O4基金屬陶瓷的制備[期刊論文]-材料科學與工程學報 2003(04)

第三篇：冶金科學與工程學英文求職信

Dear leaders:

Hello!

First of all, thank you for your busy schedule to take the time to read this自薦信.I am the Central South University(formerly Central South University)College of Metallurgical Science and Engineering, 2003, a young professional graduates metal metallurgy.In the near graduation, I would like to have your organization's appreciation and cultivation.In order to develop themselves in the future, special to your organization ourselves.Central South University students has been such a word “to his alma mater proud of you today, tomorrow, proud of his alma mater to you”, from the school, I have it in mind, determined to four years in college all-round development of their own, from the social development to adapt to the point of view of improving their quality.The future can really make a success in their work for the glory to his alma mater.I would like to “strict” Blinded by greed, strict diligence in learning, knowledge of the classroom do not know how to ask, seek a deep understanding.In the grasp of the basis of expertise, did not forget to expand their knowledge, especially in computer applications, a timely read books, and the acquisition of personal computers, to master the Visual Basic programming, pHp & MYSQL, JavaScript and other dynamic websites building technology.I am learning English, and constantly strive to expand the vocabulary of English communicative competence also has made substantial progress.At the same time, in order to enhance the personal qualities, I actively participated in various activities, joined the Central South University shooting team, after a long hard training, as well as in many national competitions in Hunan achieved excellent results.This experience has taught me to the importance of unity and cooperation, but also learned a lot of social knowledge, an increase of experience, I believe that this is the next to join the community will play an important role.Now, I am filled with enthusiasm, ready to plunge into the real world in this big melting pot, although there are many hardships and difficulties, but I am sure that university life to my spiritual wealth so that I can overcome them.I want to give your company a development platform, I will cherish it and go all out for the realization of the value of your life to fight for your company's development.Finally, once again Thank you for reading this自薦信!

Thriving business,祝貴, performance success, and I wish you good health and good luck!

第四篇：材料工程學

—填空，1,鋼鐵材料是當今材料領域中最主要的工程材料，又稱為()，它與

()統(tǒng)稱為金屬材料。

2,鋼鐵材料包括()、()及().3, 碳鋼分類方法很多，通常按含碳量可分為

(),()及（）。

按冶煉方法可分為(),()及（）.4，合金鋼分類方法很多按用途分為（）、（）及（）等。按合金元素質量分數分可分為（），（）及（）。

5，根據碳在鑄鐵中存在形態(tài)及石墨的形狀，鑄鐵可分為（），（），（），（）及（）。

6，鈍鋁中含有鐵、硅、銅、鋅等雜質元素。按其純度可分為（），（）及（）。

7，根據鋁合金的成分及生產工藝特點，可將鋁合金分為兩類（）和（）。

8，形變鋁合金可分為2大類（）和（）。

9，硅系合金是工業(yè)上使用最廣泛的鑄造合金。該合金流動性好，熱裂傾向小，補縮能力強。

鋁硅系鑄造鋁合金又稱（），僅由鋁、硅兩個組元構成的二元合金，為簡（），含有多種合金元素稱為（）。

10，純銅呈玫瑰紅色，表面形成氧化膜后呈紫色，故稱（）。純銅的密度為（），熔點（）.11，根據銅合金成分特點可將其分為（）、（）和（）三種。

12，黃銅是以（）為主要元素的銅合金；（）是以鎳為主要元素的銅合金；青銅是以（）為主要元素的合金。

13，以鋅為主要合金元素的銅合金為（）。其中僅含銅鋅二個組元的合金稱為（）或（），若加入多種組元則稱其為（）或（）。

14，鎂是地殼中儲量最豐富的金屬之一，儲量占地殼質量的（），鎂的密度（）。

15，鎂合金可以分為（）與（）。

16，特種陶瓷的品種繁多，其分類可按化學組成分類，也可以按性質分類。但通常都把它劃分為

()和()兩大類。

17, 特種陶瓷經常遇到的鍵合是()和

().18，粉末的等溫燒結過程，按時間大致可以劃分為三個界限不十分明顯的階段即（），（）和（）。

19按照基本性能和應用狀況，鐵氧體材料分為（）、（）、（）、（）和（）等五類

名詞解釋

1，合金結構鋼

2，合金工具鋼

3，特殊性能鋼

4，形變鋁合金

5，鑄造鋁合金

6，陶瓷

7，特種陶瓷

8，結構陶瓷

9，功能陶瓷

10, 灰口鐵

簡答題

1，簡述特種陶瓷常用的燒結方法

2，簡述鐵氧體磁性材料的種類和特點。

3，簡述高強度低合金鋼的性能特點

4，簡述合金彈簧鋼的性能特點

5，簡述熱作模具鋼的性能特點

6，簡述如何對黃銅的牌號進行命名。

7，簡述形變鋁合金的分類以及他的命名方法 8，簡述鈦合金分類

9，簡述鋼鐵的4個脆性以及他們都與什么元素有

關

10，簡述合金結構鋼的分類。

11，

第五篇：第二屆全國金屬材料與冶金工程學術交流會圓滿召開

第二屆全國金屬材料與冶金工程學術交流會圓滿召開

詳情見中國礦冶網

為了促進企業(yè)、高校、科研院所等單位金屬材料與冶金工程工作者的相互交流，推動金屬材料科技發(fā)展和生產技術進步，實現金屬材料與冶金工程專業(yè)理論、工藝、設備在行業(yè)發(fā)展中的共同繁榮與進步，湖南省金屬學會、《金屬材料與冶金工程》雜志社、中國金屬材料與冶金工程網聯合長沙礦冶研究院有限責任公司和中南大學等單位，于2011年9月15日在四川省成都市金牛山莊共同舉辦了第二屆全國金屬材料與冶金工程學術交流會。

主辦單位;

湖南省金屬學會

聯合長沙礦冶研究院和中南大學、湖南大學等單位

《金屬材料與冶金工程》雜志社

中國金屬材料與冶金工程網

北京德和偉業(yè)國際會展服務有限公司承辦

感謝四川大學材料科學與工程學院金屬材料系對本次會議的大力支持！

來自全國各地企業(yè)、高等院校、科研院所的60多位金屬材料與冶金工程工作者參加了本次學術交流會。

中國工程院院士余永富先生，湖南省冶金行業(yè)管理辦公室黨組書記、主任、湖南省金屬學會理事長竇成利先生，中國五礦集團總工程師、長沙礦冶研究院院長朱希英先生及部分湖南省金屬學會的理事參加了交流會。

會議由湖南省冶金行業(yè)管理辦公室副主任、湖南省金屬學會常務理事肖淵祥主持。大會由竇成利同志致開幕詞。朱希英同志作了重要講話。

中國工程院院士余永富等9位專家分別作了學術報告。

中國工程院院士余永富、中南大學博士馬莉、湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司副總經理張愛兵、湖南華菱漣源鋼鐵有限公司副總經理焦國華、金瑞新材料科技股份有限公司研發(fā)部部長段興無、湖南省冶金材料研究所副所長閔小兵、湖南大學教授、汽車車身先進設計制造國家重點實驗室副主任李落星、中冶長天國際工程有限責任公司高工劉克儉、長沙礦冶研究院教授周岳遠分別作了學術報告。他們對中國金屬材料與冶金工程的發(fā)展現狀、存在的技術問題與未來作了精彩的報告。

余永富院士就自己在國外的實地考察結果作了《國外某些銅、鉬、鉛、鋅、鐵礦選礦廠簡介及細粒工業(yè)磨礦機應用與選擇》的學術報告，報告講得生動、嚴謹，代表們聽得全神貫注。報告結束后，贏得陣陣掌聲。

本次會議既有理論研究，又有實踐經驗的總結，是全國金屬材料與冶金工程的一次盛會。

會議主題和交流內容

中國金屬材料與冶金工程的發(fā)展現狀、存在的技術問題與未來。

1、國內外金屬材料與冶金工程（包括采礦、選礦、冶煉、檢測）行業(yè)的現狀及發(fā)展方向；

2、金屬材料與冶金工程的新理論、新工藝、新技術、新設備的研究進展及工業(yè)實踐；

3、新技術推廣應用成果與企業(yè)技術改造先進經驗；

4、金屬材料與冶金工程理論研究新進展；

5、二次資源的優(yōu)化處理及綜合利用；

6、金屬材料的制備、處理和應用；

7、行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略研究；

8、冶金安全及環(huán)保技術；

9、冶金能源及其技術；

10、其他相關內容

參會人員

高等院校、科研院所和工礦企業(yè)從事金屬材料與冶金工程教學、科研、生產與管理的工作人員；有關設備、測試儀器儀表研制與經銷人員；相關媒體工作人員等