冶金科學前沿結(jié)課論文

1、冶金工程科學前沿講座作業(yè)姓名：楊毛毛學號：G20158235班級：冶碩4班學院：冶金與生態(tài)工程20目錄第一部分 概述3第二部分 課程內(nèi)容小結(jié)32.1 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）32.2 中國鋼鐵冶金現(xiàn)狀與非金屬夾雜物研究（張立峰）42.3 煉鐵新技術(shù)及前沿（吳勝利）62.4 高品質(zhì)特殊鋼大斷面連鑄關(guān)鍵技術(shù)和裝備開發(fā)與應用（張家泉）72.5 生物冶金（李宏煦 ）72.6 冶金流程工程理論及其應用（徐安軍）92.7 鋁冶金技術(shù)現(xiàn)狀（薛濟來）92.8 金屬材料的強化以及高強鋼的開發(fā)（王福明）102.9 冶金固廢及二次能源利用新技術(shù)（郭占成）112.10 鋼鐵生命

2、周期的集約化控制技術(shù)（李素琴）122.11 高爐煉鐵的若干前沿技術(shù)（張建良）142.12 吹氬精煉鋼包內(nèi)非金屬夾雜物去除機理探究（李京社）152.13 電弧爐煉鋼復合吹煉技術(shù)的研究于應用（朱榮）17第三部分 課后感想18第一部分 概述一個半月以來，通過對冶金工程科學前沿講座這門課程的學習，使我明白了本專業(yè)的重要價值和基礎地位。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)活動的工具與設施也都要使用金屬材料。可以說，沒有

3、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)性的應用，因此是一門實踐性很強的學科，她會不斷吸取自然科學，特別是物理學、化學、力學等方面的新成就，指導冶金生產(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

4、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?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

5、的“零侵蝕”；(4)濺渣與補爐相結(jié)合，嚴格控制濺渣后轉(zhuǎn)爐爐型；(5)加強煙罩水冷爐口等設備的維護及檢修，延長其使用壽命。長壽復吹轉(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

6、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)渣鋼反應平衡，是提高熔池供氧強度的重要基礎；(4)采用計算機終點動態(tài)控制技術(shù)，實現(xiàn)不倒爐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

7、生產(chǎn)工藝的基礎。進入21世紀以來，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，鋼鐵產(chǎn)能過剩，導致鋼材價格下降，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)、耐酸管線以及在嚴格條件下的其它某種用途。關(guān)于潔凈鋼的概念，E.K.Holappa認為有兩點：顧名思義一是鋼中雜質(zhì)要超低

8、量，即鋼中S、P、O、N、H甚至包括C應超低量，二是嚴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)

9、小，反應速度慢；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

10、一向十分嚴格。脫硫主要是鐵水預脫硫。預脫硫鐵水應強調(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Ar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，在凝固時會嚴重偏析而導致產(chǎn)品脆裂。高爐是不能脫磷的，高爐出來的鐵水一般在7001000×10-4%之間。脫P需要高氧位、高堿度渣、低溫、攪拌條件

11、好。鋼中P的除去一般有三種方式：一是鐵水預處理脫P，這在日本已經(jīng)開始使用，脫磷后P可達100180×10-4%；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P2030×10-4%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，導致鋼的嚴重缺陷。有關(guān)研究得出結(jié)論，若鋼中S<10×10-4% ，則H<1×10-4%。當壓力為1毫巴時，氫氣在鋼

12、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，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，應該嚴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

13、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

14、采剝總量，鐵礦生產(chǎn)成本高。鐵礦石類型復雜， 多組分共生或伴生的復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，基礎儲量為729億t，鐵金屬儲量基礎為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

15、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

16、-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；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、超弱冷和高溫低應變連鑄矯直技術(shù)，以及下線控溫熱裝等成套先進工藝，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

17、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

18、氧化酸性金屬的機理不得而知?；瘜W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。

19、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識。細菌浸礦過程是細菌生長及包括化學反應，電化學、動力學現(xiàn)象的硫化礦氧化分解的復雜過程。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，如反應速度慢、細菌對環(huán)境的適應性差，超出了一定的溫度范圍細菌難以成活，經(jīng)不起攪拌，等

20、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

21、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、應力、腐蝕等服役環(huán)境適應性材料設計技術(shù)；高潔凈度冶煉、夾雜物精確控制、均質(zhì)化與組

22、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計方法，研發(fā)不同腐蝕機理的耐蝕鋼合金成分設計、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

23、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)良的導電導熱性和抗蝕性等優(yōu)點， 而大量應用于農(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200

24、0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溫度，工藝流程短，設備簡單，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( 50 - 100 Pa，高于1693 K) ， 2Al2O3+ 3C= Al4O4C+ 2CO(g) 2Al2O3+ 9C= Al4C3+ 6CO(g)2、碳熱氯化過程( 70 - 150 Pa，高于1753 K) ， Al4O4C+ 3C+ 2AlCl3(g) = 6AlCl(g) + 4CO(g) Al4

25、C3+ 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

26、金屬學、冶金學與鋼鐵材料研發(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，流變應力的重要性更為突出；流變應力組成 （1）抑制位錯源開動的應力，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

27、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、充分擴大的非再結(jié)晶區(qū)溫度范圍； 2、變形后有很快的應變誘導析

28、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過程的新技術(shù)，上個 世紀問世以來，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)化應用前景。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)傳熱過程和化學反

29、應過程。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)越來越嚴重，是

30、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?？諝庵械幕覊m、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。將目標物的水平能見度在100010000米的這種現(xiàn)象稱為輕霧或靄（Mist）。形成霧時大氣濕度應該是飽和的（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、物理的變化過程，對環(huán)境污染嚴重，

31、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)學的

32、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；設計或重新設計化學物質(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；高選擇化學反應，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

33、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

34、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

35、程的基礎步驟，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)境的影響已然很嚴峻?？偨Y(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，

36、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，焦爐煤氣，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

37、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，是焦炭反應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，燒損風口等冷卻設備等。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 <

38、; 30%），中含鐵塵泥（TFe = 3050%），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=250%）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%Zn8%），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 =0.51%）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

39、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

40、。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)，導致實際操作中準確選擇最優(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。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

41、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

42、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 電弧爐煉鋼復合吹煉技術(shù)的研究于應用（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，動力學條件差，造成爐內(nèi)物質(zhì)和能量傳輸慢，抑