21世纪先进钢铁厂的理念工艺与设计

第一篇：21世纪先进钢铁厂的理念工艺与设计

21世纪先进钢铁厂的理念工艺与设计

来源：中国钢铁新闻网 作者： 发布时间：2007.07.13 1997年日本住友公司完成和歌山炼钢厂技术改造，新建2座210吨转炉和1座铁水“三脱”预处理炉替代原有的6座160t转炉。实现了“采用最新工艺和装备技术，高效率、高质量和高稳定性生产各种高品质钢材”的技术理念，被誉为"21世纪世界最先进的钢铁厂”。

2002年首钢公司搬迁，在曹妃甸建成国内第一座临海靠港具有21世纪国际先进水平的钢铁厂。围绕曹妃甸钢铁厂的建设和设计国内钢铁界对如何建设21世纪先进钢铁厂进行了广泛研讨。本文对21世纪先进钢铁厂的基本理念、生产工艺与钢厂设计提出一些具体的看法。

21世纪先进钢铁厂的基本理念

21世纪先进钢铁厂是在20世纪现代化钢铁厂基础上，为满足市场对超纯净钢生产的需求及钢铁企业与社会和谐发展的要求建设的新型钢铁厂。其技术特点是：高效、环保和大批量生产超纯净钢。

20世纪现代化钢铁厂的发展

20世纪中氧气转炉诞生，揭开钢铁工业由传统转向现代化的历史进程。现代化钢铁厂的技术特点是：生产高效化、布置紧凑化和作业连续化。

氧气转炉反应速度快，生产效率比平炉提高20多倍，炼钢的生产周期从12～16h缩短到40min。氧气转炉的诞生加速以下重大技术的发展：

高炉大型化。为满足转炉铁水供应的要求，高炉容积不断扩大，世界最大高炉容积已超过5500m3。在此基础上，发展高炉喷煤和长寿技术，使焦比降低，炉龄超过25年。

氧气转炉周期短，生产节奏快，模铸工艺无法适应。这又促进了连铸技术的开发，转炉和连铸结合使钢铁生产趋于连续化。在全连铸基础上实现连铸坯热送、连轧和薄板坯连铸连轧工艺，进一步完善了高效、紧凑、连续化生产的现代化钢铁流程。

为满足连铸对钢水纯净度的要求，各种炉外精炼和铁水预处理技术不断发展完善，钢水纯净度大幅度提高。钢材纯净度提高改善了钢材的服役性能，使市场对大批量生产超纯净钢的要求日益迫切。因此，如何大批量、稳定、高效率地生产超纯净钢成为20世纪现代化钢铁流程面临的主要技术困难。

现代化钢厂向21世纪先进钢铁厂的转变

(1)社会背景

进入21世纪，为保证钢铁工业可持续发展，必须采用全新的理念研究解决超纯净钢高效化生产工艺、资源能源可循环利用以及大幅度减少环境污染等重大技术问题，建立21世纪先进钢铁厂。其发展目标是：

*满足超纯净钢的市场需求

现代化钢铁厂的发展，钢水纯净度大幅度提高，钢中杂质含量从300～400×10下降到100×10以下。但超纯净钢的生产主要依赖炉外精炼工艺，往往会造成生产成本高，作业周期长，生产不稳定等弊病。研究开发大批量、低成本、稳定生产超纯净钢的生产工艺是必须解决的重要技术课题。

*进一步提高企业的核心竞争力

钢铁企业的市场竞争力不仅决定于产品的质量，更决定于产品的制造成本和产品质量的稳定性。随着钢铁工业的发展，企业间的市场竞争加剧。为提高钢厂的核心竞争力，必须以大批量生产超纯净钢为基本目标，研究开发降低超纯净钢制造成本，提高钢质量稳定性的工艺技术。

*实现与环境和谐发展

21世纪，人类对社会和谐发展与环境改善的要求日益强烈，环境对钢铁工业发展的制约更加突出。如何降低钢铁制造过程的环境污染，实现固体废弃物和污水零排放；提高能源、资源利用效率，减少C02和其它大气污染物的排放量成为钢铁厂急待解决的根本问题。

(2)21世纪先进钢铁厂的技术基础

20世纪现代化钢铁厂的发展为21世纪先进钢铁厂打下了良好的技术基础，主要包括：

*确立高效、稳定、低成本生产超纯净钢的生产工艺。

为了满足大量生产超纯净钢的市场需求，日本学者提出分阶段冶炼的工艺思想：在最佳热力学条件下创造最佳的动力学条件，实现钢中一种或数种杂质的提纯，保证生产的稳定性，降低生产成本。根据这一技术思想，经过20多年的研究开发，基本打通“铁水脱硫-转炉“三脱”预处理-少渣吹炼-炉外精炼”这一先进生产流程，实现了低成本、大批量、稳定生产超纯净钢的开发目标，并使转炉的生产效率提高1倍。

*高速连铸技术。

转炉采用“三脱”铁水少渣冶炼工艺后，供氧强度提高，冶炼负荷降低，使冶炼周期从40～45min缩短到20～25min。为了适应高效转炉的生产节奏，需要加快连铸机的拉坯速度，缩短连铸浇钢时间。近10年高速连铸技术得到迅速发展，在保证高品质钢坯铸造质量的前提下，连铸机的最高设计拉速从1～1．5m／min提高到2．5～3．0m／min。-6

-6 *高效化生产管理技术。

随着生产节奏的加快和生产过程向连续化、紧凑化发展，生产过程的缓冲环节和缓冲能力逐步减少，系统的刚性增强。为了保证稳定有序地生产，对生产调度、设备维修管理和生产、检修计划落实等生产管理技术提出更高的要求，并逐渐形成一套完整的高效化生产管理技术。

*节能环保技术发展。

随着现代化钢铁厂生产技术的发展，节能环保技术受到高度重视，先后开发出CDQ、TRT、转炉负能炼钢、高温空气蓄热燃烧等一系列节能环保技术，提高了钢铁企业能量利用效率，也大幅度削减了污染物排放。

2l世纪先进钢铁厂的基本理念

综上所述，21世纪先进钢铁厂的基本理念包括：

(1)建立大批量、低成本、稳定生产超纯净钢的生产体系

传统观点认为，只有少数高附加值钢材要求达到超纯净。而21世纪先进钢铁厂的基本理念是要保证生产所有钢材都能超纯净，钢中杂质元素总含量(s十P十N十T．0十H<100-150×10，也就是“大批量”的概念。为了实现这一目标，必须努力降低超纯净钢的生产成本(目标是低于现代化钢铁流程中普通钢的生产成本)，提高生产稳定性，保证产品质量稳定。

(2)实现超纯净钢生产高效化

传统的观点认为高效化生产和超纯净钢生产间存在着矛盾，高效化生产一般仅适用于普通钢，对超纯净钢生产难以实现高效化。21世纪先进钢铁厂的基本理念是实现超纯净钢生产的高效化。在先进钢铁生产流程中钢水提纯的重点工序是铁水预处理，目标是实现转炉直接生产超纯净钢。通过简化炉外精炼工艺，降低生产成本，使设备生产效率提高1倍，全员劳动生产率翻一番。

(3)建立新一代可循环的钢铁流程

能耗高、环境污染严重是现代化钢铁流程的主要缺点。在现代化钢铁生产流程中直接消耗于钢铁产品的能耗仅占生产总能耗的30％，其余70％的能量作为余热资源以煤气化学热和烟气、炉渣、中间产品的高温物理热等形式排放掉。按照循环经济的理念强化钢铁企业的能源资源管理，加强煤气和烟气、炉渣、粉尘、中间产品高温物理热的回收，提高能源转换效率，达到降低能耗、减少污染的目标也是21世纪先进钢铁厂的基本理念。

总之，21世纪先进钢铁厂要实现钢铁厂功能的转变，将传统流程中物质单向线性流动的开放式生产过程转化为资源能源可循环的闭环式生产过程，将钢铁生产与能源转换、消纳社会废弃物三大功能有机地融为一体。

-6 21世纪先进钢铁厂的生产工艺

转炉超纯净钢生产工艺

转炉直接生产超纯净钢是2l世纪先进钢铁厂的基本特征。提高转炉钢水纯净度的技术关键是铁水预处理工艺，主要包括铁水脱硫和转炉铁水“三脱”预处理。

铁水脱硫技术已经发展完善，成熟的方法是搅拌法(KR)和喷粉法。KR法的动力学条件优于喷粉法，具有明显的优点：

*脱硫效率高于喷粉法； *粉剂消耗低于喷粉法； *适宜生产超低硫铁水； *生产稳定，处理成本低。

目前，国内较流行的看法认为“三脱”转炉的主要功能是脱磷，因此只适用于超低磷钢的生产。事实上，在铁水“三脱”预处理过程中由于铁水C、Si、Mn含量高，提高了钢液中硫的活度系数，有利于脱硫。在脱磷过程中控制较高碱度和低FeO炉渣，可保证铁水脱磷、脱硫效果。转炉采用“三脱”预处理工艺，渣钢间硫的分配比达到10～100，脱硫效率高达50～70％。

生产超低硫钢，炉渣、废钢和辅料中少量的硫含量会对钢水造成严重污染。因此，为保证转炉直接生产[s]≤40×10的超低硫钢，必须要求在转炉“三脱”预处理过程中铁水不增硫。对于相同的脱硫铁水采用传统工艺冶炼，转炉终点硫含量为0．0132％。而采用“三脱”铁水预处理工艺后，转炉终点钢水硫含量可以控制到O．0043％。

铁水脱磷，熔池温度低，通过氧射流向熔池传氧，即使炉渣中氧化铁含量低，也可以得到好的脱磷效果。钢渣间磷的分配比随着炉渣碱度的升高增大，波动在100～300间。

传统转炉炼钢工艺在渣量lOOkg的条件下，渣钢间磷的分配比为60，终点钢水磷可以控制到0．0148％。采用转炉铁水脱磷工艺，渣钢间磷的分配比达到215，渣量仅为45kg，处理后的铁水磷降低到0．0097％。转炉炼钢后，普通钢终点磷可以控制在O．007％；对超低磷钢，适当增加渣量和降低终点碳含量可使终点磷控制在0．004％。

若转炉终渣硫、磷含量为0．017％和0．43％。一般不会造成钢水回硫、磷。但炉衬残渣中的硫、磷含量易造成回硫、回磷。连续采用“三脱”铁水冶烁逐渐稀释炉衬残渣中的硫、磷含量，可解决钢水回硫、回磷的问题。

采用“三脱”铁水冶炼后，脱碳转炉不再加入废钢，石灰加入量也大幅度减少，使钢水氢含量降低，达到1．5×10，与真空脱气的效果相当。脱碳转炉供氧强度增加，脱碳反应剧烈，降低钢中氮含量。终点钢水氮含量可控制在10×10下。采用少渣冶炼后，熔池脱碳速度从氧传质向碳传质转折的临界碳含量向低碳区偏移，钢水过氧化趋势减弱；同时脱磷不再是熔池脱碳的限制性环节，可采用高碳出钢工艺。钢中氧含量波动在100～450×10间。

-6-6-6 2 超纯净钢高效化生产技术

转炉采用“三脱”铁水冶炼使转炉功能分化：脱磷、脱硫在“三脱”转炉内完成，脱碳升温在脱碳转炉内进行，吹炼时间一般为9～lOmin。吹炼时间的缩短有利于加快生产节奏。转炉直接生产超纯净钢进一步简化了炉外精炼工艺，有利于缩短工艺流程，减少精炼时间，并加快钢包周转速度。在此基础上提高连铸机拉速，使连铸浇钢时间与转炉生产节奏相匹配。采用高温铸坯热送连轧工艺可实现全流程的高效化生产。从铁水到钢材的生产周期将由现代化钢铁厂4h缩短到90min。

实现超纯净钢高效化生产具有许多优点，首先随转炉生产节奏的提高，炉衬寿命提高50％，底吹喷嘴寿命提高80％，转炉炉衬热损失减少70％。在线运转的钢包数量减少，钢包运转速度加快，减少了钢水温降，提高了钢包和中间包使用寿命，并使浇注钢水过热度控制更加稳定。

超纯净钢高效化生产工艺的技术关键是提高连铸机的拉速，因为提高拉速往往会造成铸坯质量问题。随着拉速的提高，结晶器的热流密度增大，坯壳减薄，容易产生裂纹；随拉速增加，保护渣用量减少，拉坯阻力增大，容易产生漏钢或其它表面质量问题；拉速提高，结晶器通钢量增大，加剧了结晶器液面波动，造成卷渣，同时夹杂物的上浮也更加困难。表4给出提高连铸机拉速后所带来的质量问题和解决措施。大量的生产实践已经证明，提高拉速首先要提高钢水纯净度。特别是降低钢中硫、氧含量。提高锰硫比。同时，还应采用结晶器电磁制动、液压非正弦振动和动态轻压下等先进技术，可保证高拉速条件下铸坯具有良好的表面质量和内部质量。

可循环钢铁流程的建设

21世纪先进钢铁厂不但要实现超纯净钢生产的高效化，而且要实现生产过程的可循环发展。徐匡迪院士最近提出如图1所示的新一代可循环钢铁流程。对年产800～1000万吨的大型钢铁联合企业，每年大约消耗铁矿石1350万吨。煤炭630万吨。生产800～1000万吨钢材，同时可消纳社会废钢120万吨，废塑料20万吨，发电90亿kWh，并向社会提供炉渣水泥300万吨。

图1 新一代可循环钢铁流程

我国钢铁企业都采用可循环钢铁流程，经济效益与社会效益不可估量。按年产钢3亿吨计算，可形成2700亿kWh的发电能力，相当于建设4个三峡电站；向社会提供9000万吨／年水泥，相当于减少l亿多吨矿石的自然开采量；处理约1／5的国内废塑料；降低钢铁工业总能耗2700万吨标准煤，节约水资源16．2亿吨，减少CO2排放量l亿吨。

21世纪先进钢铁厂的设计

工艺流程

21世纪先进钢铁厂采用的生产流程如图2所示。

图2 21世纪先进钢铁厂采用的生产流程

和现代化钢铁流程相比，新流程具有以下特点：

*钢水提纯以铁水预处理为主，实现转炉生产超纯净钢； *在钢水提纯过程中不断稀释炉渣中有害元素，避免炉渣污染； *注重提高生产效率，加快生产节奏； *大幅度减少渣量，有利于环境保护。

转炉与连铸的匹配

21世纪先进钢铁厂的本质特征是实现了超纯净钢高效化生产。由于生产工艺简化，生产周期已不再决定于吹炼时间，而决定于辅助作业时间。因此设备间的工序匹配与生产节奏协调尤其重要。对于传统工艺，设备大型化有利于提高生产效率。而对新工艺，设备越大，辅助作业时间越长，越不利于快节奏生产。随着转炉容量的扩大，连铸机在相同拉速下浇钢时间延长。转炉冶炼周期为20～25min，对300t转炉，连铸拉坯速度需达到2．1～2．6m／min，才能与转炉节奏匹配。而对250t转炉，连铸机拉速只需达到1．7～2．2／min，更容易实现炉机匹配。

设计高效化钢铁厂

钢铁厂设计的传统方法注重设备选型，确定工序时问，选择设备容量，计算静态产能。对于高效化钢铁厂，加快生产节奏，保持生产的连续性和稳定性是提高产能的关键。因此，产能提高已不再单纯决定于设备容量的大小和设备作业时间的长短，更决定亍辅助时问的长短和生产节奏的匹配衔接状态。因此，高效化钢厂的设计应充分考虑：

*保持物流通畅，尽量减少调度造成的生产延误：

*采用紧凑化布置方式，缩短物流间的运输距离和运输时间； *采用各种措施最大限度减少辅助作业时间；

*建立计算机生产调度系统，实现生产运行在线监测和实时调度。

结论

20世纪现代化钢铁厂向21世纪先进钢铁厂的转变是社会发展的要求，也是历史的必然。21世纪先进钢铁厂的基本理念是：实现全部钢材超纯净化和高品质化，建立大批量、低成本、稳定生产超纯净钢的生产体系，实现超纯净钢生产的高效化和建立起可循环的钢铁生产流程。为了实现21世纪先进钢铁厂的技术理念，需要开发转炉超纯净钢生产工艺、超纯净钢高效化生产技术和建立新一代可循环钢铁流程。在先进钢铁厂的设计中应大胆采用新流程，认真解决转炉与连铸间的匹配，设计高效化的钢铁厂。

第二篇：钢铁厂设计总结

1.高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却装置，以及高炉炉型等。2.3.4.5.高炉炉型——高炉内部炉衬形成的工作空间的几何形状称为高炉炉型或称高炉内型。设计炉型——按照设计尺寸砌筑的炉型。

操作炉型——高炉投产后，工作一段时间，炉衬侵蚀，形状发生变化的炉型。

合理炉型——冶炼效果较好，获得优质、低耗、高产和长寿的炉型。具有时间性和相对性。

6.高炉有效高度——高炉大钟下降位置的下缘（或无料钟高炉的流槽最低位置的下缘）到铁口中心线间的距离。

7.高炉有效容积——有效高度范围内，炉型所包括的空间。

8.炉衬侵蚀机理：①高温渣铁的侵蚀与渗透a．渣中FeO、MnO、CaO与砖中SiO2作用 b．铁水沿砖缝与气孔渗透②高温和热震破损：高炉超作中经常产生温度波动，受热速率发生巨大变化，当受热速率超过一临界值时，温度梯度产生的巨大热应力超过炉衬的强度极限，使之破损。③炉料和煤气的摩擦冲刷及煤气碳素沉积的破坏作用：高炉煤气流速，携带大量粉尘，有很大冲刷磨损作用。在400－800 ℃，Fe的催化作用下：CO→C+O2，当温度变化时，沉积碳晶型转变，体积发生变化，使耐材龟裂。④碱金属及其他有害元素的破坏作用：碱金属和Zn在炉内循环富积，氧化物与炉衬Al2O3、SiO2反应生成低熔点铝硅酸盐。碱金属与赤热焦炭反应生成KCN、NaCN，KCN、NaCN与水蒸汽和CO2反应生成HCN，HCN渗入砖缝内分解产生碳素沉积。碱金属和Zn蒸汽进入砖缝，与CO反应，同样可产生碳素沉积。

9.高炉用耐火材料：陶瓷质耐火材料碳质耐火材料不定型耐火材料

10.耐火材料的要求：a耐火度与荷重软化点要高；开始软化温度为耐火度；有负荷0.2Mpa时称荷重软化点。b．化学成分c．重烧收缩率小d．气孔率低 11.高炉冷却目的：

①维持炉衬在一定温度下工作，使其不失强度，保持炉型； ②形成渣皮，保护炉衬代替炉衬工作；

③保护炉壳及各钢结构，使其不因受热变形或破坏。

12.冷却设备①喷水冷却②风口、渣口冷却③冷却壁④冷却水箱

13.高炉本体钢结构的形式：大框架和炉缸支柱式炉缸支柱式炉缸、炉身支柱式炉体框架式自主式

14.高炉装料设备：双钟式，无料钟旋转溜槽式 15.喷煤器：双罐并列式，三罐串列式 16.高炉喷煤的意义：

①以低价的煤代替了日趋贫乏且价格昂贵的冶金焦，降低了炼铁成本；②高炉喷煤可以作为一种调剂炉况的手段；③高炉喷煤可以改善炉缸工作状态，使高炉稳定顺行；

④煤带入的较多的氢提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石的还原和操作指标的改善；⑤减少了炼焦设施的投资和建设，同时降低了炼焦对环境的污染。16.喷煤枪按插入方式分为：斜插式、直插式、风口固定式。

17.导致烟煤产生爆炸的基本条件：

1）具备一定的含氧量。一般应控制在10％以下。2）一定的煤粉悬浮浓度。

3）煤粉温度达到着火点。煤粉的着火点为300～400℃ 18.除尘设备：粗除尘设备（重力除尘器、旋风除尘器）；半精除尘设备（洗涤塔，溢流式文氏管）；精除尘设备（文氏管）19．画图：（铁厂布置，热风炉）1.总图定义：钢铁厂内部各车间在位置上的相互关系用总平面布置图来反映，简称总图。总图内容: 1)表明联合企业内地面及地下的一切建筑物，构筑物的位置和高度;2)各种管线在厂区内的分布和铺设情况;3)交通运输线路，绿化美化等设施的平面位置。2.生产流程总体方案选择的依据：（炼钢方法与浇注方法选择的依据：）1)炼钢原料是什么?其品质如何?2)冶炼钢种与质量要求，成品钢材的规格尺寸范围如何? 3)车间生产规模多大?有无发展远景? 3.炼钢厂的生产规模：指该厂年产原钢的数量(吨或万吨/年)。

4.产品大纲内容：应详细地列出所要熔炼的钢种，各钢种具有代表性的若干钢号，各钢号的产量及在总产量中所占的比例，各钢号铸成连铸坯(或锭型)的断面形状与尺寸及定尺长度等。5.设计三个阶段：初步设计，技术设计和施工设计。

6.炉容比：转炉有效容积Vt与公称容量T之比值，Vt/T(m3/t)。7.炉衬通常由工作层、永久层、绝热层、填充层组成。

8.全正力矩方式(经济性)：Mk + My＞Mc正负力矩等值方式(安全性)：Mk + My≥Mc 兼顾到安全性和经济性：Mk + My = Mc

9.氧气工作压力的确定： Po2(工作)= Po2(喷头前)+△P－P(地表压力)。Po2(出口)= P(介质)喷头在设计工况条件下工作(完全膨胀条件)； Po2(出口)﹥P(介质)未完全膨胀射流（喷头在非设计工况条件下工作）；Po2(出口)﹤P(介质)过膨胀射流（喷头在非设计工况条件下工作）。

10.马赫数为什么选2.3：当M>2以后，氧气射流出口速度V增加变慢，而Po提高很快，这在经济上也是不合适的。

11.电弧炉组成：炉缸；熔化室；炉顶。

12.炉顶为拱型→近于球形体,有利于减少散热表面积。

13.电炉的功率水平是以电炉单位容量所配备的变压器功率来表示，kVA(kW)/t。普通功率(RP)100～300kVA/t高功率(HP)300～500kVA/t超高功率(UHP)500～600kVA/t 14.功率密度：熔池表面单位面积所接受功率的量(kVA/m2)。

15.直流电弧炉的特点：(1)对电网干扰小2)电耗较低3)电极消耗量少4)耐火材料消耗减少5)设备维修费用低6)噪声污染下降7)高功率化和工艺灵活

16.铸坯断面形状和尺寸的确定依据:1）根据轧材品种和规格确定铸坯断面。2）满足产品质量要求(满足质量要求的压缩比)。3）适应轧机的能力与成材要求尺寸。

17.氧气转炉炼钢厂由主厂房和辅助车间组成。主厂房包括：炉子跨，原料跨、炉外精炼及钢包转运跨，浇注系统各跨间。主厂房布置形式：采用密集布置方式

18.设计中工艺流程的作用：

1）是车间组成和车间布置的依据；2）是读图、审图的依据；

3）工艺流程的好坏决定了建厂的速度、成本、质量。19.转炉应布置在靠近原料跨。（电炉炉子靠近浇注跨）

转炉关键参数：转炉中心线与靠近原料跨的厂房纵向柱列中心线的距离a。1）要保证原料跨的吊车能顺利向转炉兑入铁水和加入废钢；2）在可能条件下，尽量保持足够大的距离，以便较好地布置氧枪升降机构，保证氧枪和副枪的正常工作。

20.画图：

第三篇：先进陶瓷材料与工艺复习题

一、名词解释

先进陶瓷材料：采用高度精选或合成的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。抗菌陶瓷：具有抑制或杀灭细菌等微生物生长和繁殖的功能的陶瓷。

生物陶瓷：具有特定的生物或生理功能，能直接用于人体或人体相关的生物、医用、生物化学的陶瓷。

热敏陶瓷：对温度变化敏感的陶瓷。

逆压电效应：晶体在受到外电场激励下产生形变这种由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应。

铁氧体：一种具有铁磁性的金属氧化物，是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物配制烧结而成。

气敏陶瓷：对气体敏感的陶瓷材料。

光敏陶瓷：也称光敏电阻瓷，在光的照射下，吸收光能，产生光电导或光生福特效应，对光敏感的陶瓷。

电致伸缩：在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变。独石电容器：一种多层叠片烧结成整体独石结构的陶瓷电容器

颗粒尺寸效应：小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。受主掺杂：掺入能接受机体价电子的杂质元素。

压敏陶瓷：电阻值与外加电压成显著的非线性关系的陶瓷。

压磁铁氧体：以磁致伸缩效应为应用原理的铁氧体称为压磁铁氧体。

软团聚体：微细颗粒在相互作用力（分子间力、氢键等弱作用力的）作用下结合所形成的强度小的聚集体。

铁磁体：具有铁磁性的物质被称为铁磁体。

红外陶瓷：在一定红外波段范围内具有较高辐射率和较高辐射强度的陶瓷。磁畴：铁磁质自发磁化形成的若干个小区域。

正压电效应：晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷形成电压，这种由机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。

剩余极化：当铁电体材料极化至饱和后当外加电场减小到0时仍存在极化强度。导电陶瓷：在一定条件（如温度、压力）下具有电子电导或离子电导的陶瓷材料。迈斯纳效应：超导体具有完全的抗磁性的性质。

微波陶瓷：用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷

机电耦合系数：综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间耦合关系的物理量。K2 =通过正（逆）压电效应得的机械能/转换时输入的总电能

磁致伸缩：磁致伸缩材料：磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化的材料。矩磁铁氧体：指具有矩形磁滞回线、矫顽力较小的铁氧体。

全辐射率：实际物体的全部辐射能量与同一温度下绝对黑体的全部辐射能量之比。

二、问答题 1． 表征压电陶瓷的关键参数有哪些，请解释每一个参数所表示的物理意义？

答：(1)介电常数；是表征压电体的介电性质或极化性质的一个参数，通常用εr表示,其单位为法拉/米相对介电常数与介电常数及电容之间的关系为：

(2)介质损耗：在交流电压作用下，在单位时间内因发热而损耗的电能。

(3)压电常数：是压电陶瓷重要的特性参数，它是压电介质把机械能或电能转化为电能或机械能的比例常数，反映了压力或应变和电场或电位移之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。

(4)机电耦合系数：是一个综合反映压电陶瓷的机械能和电能之间耦合关系的没有量纲的物理量，是衡量压电陶瓷性能的重要参数之一，在设计器件时，它是决定带宽的重要因素，定义为：

（5）频率常数：压电原件的谐振与沿振动的方向的长度的乘积为一常数，称为频率常数。

（6）机械品质因子：表示陶瓷材料在谐振时机械损耗的大小。

2．表征多孔陶瓷的关键参数有哪些，请解释每一个参数所表示的物理意义，以及这些参数的测量方法？

答：（1）孔径(D)：孔径有最大孔径、最小孔径和平均孔径。最大孔径是指在一个多孔体中，用气泡法测孔径时测出的第一个气泡的孔径大小。测定：气泡法，在孔陶瓷的孔径范围内，它可按液体表面张力所引起的毛细管现象测定，表达式为

(2)孔弯曲度(a)： 孔弯曲度是指多孔陶瓷中孔的弯曲程度，实际上是流体在孔内所透过的实际路程与材料厚度之比。孔愈弯曲阻力愈大，阻挡效率也愈高。

(3)孔数(n)：孔数是指多孔陶瓷单位面积开口气孔的个数。

(4)气孔率：对多孔体陶瓷而言，主要利用其开口和半开口贯通气孔，通常称为显气孔率。于等直径球体的不规则堆积方式与气孔率的关系，可按下式计算:

(5)透气度(渗透率)(k): 这是衡量过滤效率的一项重要参数。多孔陶瓷被用于气体透过时称为透气度，而用于液体渗透时称为渗透率。透气度的大小与孔径、气孔率有关，气孔率高、孔径分布均匀则透气性能好。实际测试是用在10Pa压力下lh内气体透过厚1 cm的1 m2试样表面的气体量.(6)机械强度(σ): 多孔陶瓷是一种脆性材料，根据使用要求，一般测定其耐压和抗折强度，单位为:Pa或MPa.(7)耐化学腐蚀性能: 多孔陶瓷制品在酸性或碱性溶液或腐蚀气体的作用下，测定其耐化学腐蚀程度的大小，主要有耐酸度和耐碱度等，通常以百分数表示。

(8)密度(P):多孔陶瓷制品的体积密度，对计算其他性能和考虑应用时的结构形式有一定的指导意义。

除上述8项主要性能外，多孔陶瓷在应用时，尚有滤清性能、流量、抗热震性能和阻力等。

3.什么是PTCR，影响它的因素有哪些？ 答：正温度系数电阻。

影响因素：1）施主杂志的浓度和分布均匀性；2）坯料合成中合成烧块温度选择；3）粉料的颗粒大小几个组成的均匀程度；4）掺杂物的添加方式；5）烧成温度，升温速度，保温时间，烧成气氛和冷却速度； 4.怎样理解压电陶瓷的改性添加物中“软性”和“硬性”？

答：“软性”添加物的共同特点是可以使陶瓷性能往软的方面变化，也就是提高弹性柔顺吸数，降低低较顽场，提高体电阻率

值，提高介电常数，增大介质损耗提高。

降

“硬性” 添加物的共同特点是可以使陶瓷性能往硬的方面变化，使介电损耗降低，较顽场提高，提高阻率 变小。

值，提高介电常数，稍稍降低，使体电5.生物陶瓷是一类具有特殊生理行为要求的陶瓷材料，根据其在生物体内的功能要求，生物陶瓷材料分为那几类？生物陶瓷材料应满足那些生物学要求或条件？

答：根据其在生物体内的功能要求，生物陶瓷材料分为：

①人工骨或人造关节;②运动系统的人工脏器(如心脏瓣膜)材料;③形态修复和整形外科材料;④人造牙根和假牙;⑤人工肝脏内的吸附材料(活性碳);⑥固定酶载体(多孔玻璃);⑦诊断仪器的温度、气体、离子传感器等材料

要求：1）对人无害（无毒性，无组织刺激，无致癌作用，无血栓形成）2）与人体生物相容性好；3)与周围的骨及其他组织结合性强：4）抗张，抗折，抗压及剪切强度比自然骨高，而且在体液中强度不发生明显降低；5）耐磨损；6）硬度和弹性模量与自然骨接近；7）成型加工容易，便于临床操作

6.根据基本性能和应用状况，铁氧体材料分为哪几类？并简单说明他们的性能特点和应用情况？

答：铁氧体分为：软磁，硬磁，旋磁，矩磁，磁泡，磁光，压磁等铁氧体。

软磁:起始磁导率高，磁导率温度系数小，矫顽力小，比损耗因素要小，电阻率要高；适用于高频下使用，主要用作各种电感元件。

硬磁：剩余磁感应强度较高，矫顽力高，最大磁能积高；一般作为恒稳磁场源。旋磁铁氧体:

广泛应用于微波领域用于制作雷达，通讯，电视，测量等。矩磁铁氧体：具有矩形磁滞回线，且矫顽力较大；广泛应用于电子计算机，自动控制和远程控制等尖端科学技术中。磁泡材料：是一种新型磁存储材料，磁泡存储器具有容量大，体积小，功耗小可靠性高等优点。

磁光材料:主要用于制造大型电子计算机的外存器---磁光存储器。其具用很高的存储密度。

压磁铁氧体：具有高的磁致伸缩现象，磁致伸缩铁氧体主要用于超声器件，机械滤波器，压力传感器等，其优点：电阻率高，频率响应好，电声效率高。

7.超导陶瓷有哪些电学和磁学性质？有哪些应用？

答: 电学性质:完全导电性，电阻率趋近于零，温差电动势趋近于零，电流能破坏超导态。

磁学性质：完全抗磁性，磁场能破坏超导态，存在混合态和中间态。

应用：在电力系统方面（输配电，超导线圈，超导发电机），在交通运输方面（制造超导磁悬浮列车，超导电磁推进器和空间退进气），在选矿和探矿方面，在环保和医用方面，在高能核试验和热核聚变方面，在电子工程方面。

8．常见的绝缘陶瓷有哪些？请说明绝缘陶瓷的性能要求和应用？

答：常见绝缘陶瓷：美质瓷，氧化铝瓷，莫来石瓷，改性碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷，氮化铝陶瓷，硼酸铅玻璃陶瓷，硼酸锡钡陶瓷，氧化铍陶瓷。

性能要求：1）满足使用技术要求的介电常数，一般为较低的介电常数；

2）尽可能低的介电损耗；

3）高的体积电阻率和介电强度；

4）良好的介电温度和频率特性;

5）优良的导热性能，机械强度，断裂韧性，化学稳定性和热稳定性。应用：在电子设备中作为安装，固定，支撑，保护，绝缘，隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料。

9．请说明介电、铁电、压电陶瓷、热释电介质的关系？

答：铁电体是一种极性晶体，属于热电体，它的结构是非中心对称的。因而也一定是压电体。必须指出，压电体必须是介电体。四者关系如图：

10．请说明BaTiO3半导体陶瓷半导化的途径和机理及影响因素？

答：途径：在陶瓷中加入施主杂质，常用三氧化二镝，除此之外还要在还原气氛中烧成，其温度为：1250~1300°C

机理：

影响因素：晶粒大小，11．PZT二元系压电陶瓷性能优良，应用非常广泛，通过调整Zr/Ti比可以调整性能，在室温下大约Zr/Ti比为53/47时靠近其准同型相界（MPB），介电常数和机电耦合系数达到最大值，请问什么是准同型相界（MPB），为什么靠近准同型相界的组成介电常数和机电耦合系数出现最大值？

答：准同型相界：由于成分不同,在温度-成分相图上,随着成分的改变,相也会发生改变, 那么分离两种相的边界就称为准同型相界.通常在这个成分下是两相共存的.原因:靠近准同型相界的晶体，介于四方—菱方过度的特殊情况，两相共存。在外电场和外力作用下发生形变时，它的晶格结构能发生相变，即从四方晶相转变为菱方晶相，或从菱方晶相转变为四方晶相，有利于自发极化方向，所以在相界附近介电常数以及机电耦合系数能够达到最大值。

12．请问氧化铝生物陶瓷性能特点及在临床上的应用？

答：性能特点：机械强度高，电阻率高，电绝缘性能优良，硬度高，耐高温，耐化学腐蚀及生物相容性好，弹性模量较大，热膨胀系数小，具有优良亲水性，多晶氧化铝陶瓷具有X射线不透过性能。

临床上应用：人工关节，人工骨，人工耳小骨

13．请说明铁氧体材料的磁性来源（以反尖晶石为例）？根据基本性能和应用状况，铁氧体材料分为哪几类？并简单说明他们的性能特点和应用情况？

答：磁性来源：反尖晶石型铁氧体的结构中，由于相反方向排列的磁矩数目不等，晶体总磁矩不为零，因而使晶体显现磁性。性能及应用同6题

14．在光学陶瓷中透光性如何非常重要，请问光学陶瓷透光性好应具有哪些条件？

答：透光性重要因为:

条件：1）致密度高;2)晶界上不存在微气孔，或微气孔大小比光的波长小得多；3）晶界没有杂质或玻璃相，或晶界的光学性质与微晶体之间差别小;4)晶粒较小且均匀，其中没有空隙;5）晶体对入射光的选择吸收很小；6）无光学各向异性，晶体结构最好是立方晶系；7）表面光洁度要高

三、计算题

第四篇：设计材料与工艺课程总结

设计材料与工艺课程总结

电脑桌造型设计和选材分析

目录

一、产品名称和图片

二、产品用途、功能、结构

三、材料及成形分析

四、造型分析

五、材料质感和美感分析 1.质感分析 2.美感分析

六、本人对该产品的看法或意见

电脑桌造型设计和选材分析

一、产品名称和图片 产品名称：电脑桌 图片：

二、产品用途、功能、结构

用途和功能：顾名思义电脑桌的作用就是放电脑用的，但是不同于普通桌子的地方就是针对台式电脑的主机键盘和鼠标专门设计了放置的地方，使得桌面不显得那么乱。左下方的柜子适合放置一些电脑的周边产品，不必再浪费空间。

结构：整体是一个方形，稳定坚固，主要支撑点基本上用铁制柱子来承载，桌子下面带有滚轮，移动起来方便快捷，不需要费力的搬动。下面的板特意留出一个半弧型的空间是方便放脚。中间的键盘板采用了用滑轨与主体结合，不用键盘的时候可以滑进去藏在桌面下节省空间。

三、材料及成形分析

材料：这个电脑桌的各个平面结构（桌面、键盘板、柜子）都是采用了木头的材料，这种材料易于加工，易于胶合。重量轻但是强度很高，放电脑是绰绰有余。木材是良好的绝缘材料，对于放置电脑这种电器来说，具有特别的安全性。而且木材使整体结构不易变形，可以长时间使用。材料环保，无色无味无毒，并且给人以清新自然的感觉，在使用电脑的时候会有些许的轻松感。起到支撑作用的柱子是用铸铁制作的，坚固耐用，可以保持稳定使人操作电脑时不会有摇晃感。这种材料能长时间使用，保证了物品的持久使用，不用担心损坏。木材和铸铁的组合，优势互补，在品质方面提升了一定的高度。

成形：木板用木屑压制成形，强度有保障，表面涂覆涂层防潮防蛀还有一定的防划功能，并且容易擦拭清理，保持美观。铁制材料上涂覆了一成油漆，可以有效防锈，并且更加美观。铁柱与铁杠焊接在一起保持原有的坚固性。木板则与铁制构架用螺钉组合在一起，利用了木板的软度。

四、造型分析

总体框架方方正正，没有复杂的花纹样式，简约大方，每一个材料的样子都是为了整体的功能而设计，一眼看上去朴实的轮廓就有干练的感觉。左边的柜子有一种不对称的美感，并且给人一种稳定的感觉。桌角采用了弧形设计，刚正中带点柔美。面和柱横竖搭配摆放，横平竖直有一种现代感。

五、材料质感和美感分析

1.质感分析：首当其冲的是木质的平面，因为有图层的关系，摸上去不会有粗糙的感觉，会很顺滑。而且反光柔和，不会像玻璃材料那么反光强烈刺眼。铁制的构架涂上油漆会很光滑，不会感觉很老旧。摸上去会有冰凉的感觉，这是铁制材料的通病。但是整体都有一种硬朗的气息，不会显得柔弱。

2.美感分析：这个电脑桌没有用什么特殊的花纹，只有材质的原始美感，木材的自然气息加上铁的现代美组成了它的整体风格。作为放置电脑的桌子，现代气息是很搭配的，木材的加入给了金属以活力使它不至于那么呆板。

六、本人对该产品的看法或意见

作为电脑桌来讲，它是一款称职的产品，放置电脑。它的实用性毋庸置疑，这也是充分考虑到的，不会感觉喧宾夺主。其实它给人的感觉就是中规中矩，没有什么出彩的地方，也没有什么致命缺陷。作为一件普通的家具它的定位应该是普通大众群体，以这个定位看它需要改进改进的地方很少。总体来讲对于大众还是很不错的产品。

第五篇：《家具设计与工艺》教学大纲

《家具设计与工艺》课程教学大纲

（总课时52 学时）

课程名称：《家具设计与工艺》课程编号：

课程类别：职业能力课适用专业：装饰艺术设计专业

先修课程：《设计基础》、《三大构成》后续课程：《室内设计原理》、《家居空间设计》 总 学 时：52学时

执 笔 人：审 核 人：

一、课程性质与作用

(一)课程性质与作用

《家具设计与工艺》是嵩山少林武术职业学院装饰艺术设计专业的一门核心专业必修课程。家具是室内设计中的主要组成元素和室内陈设的主体，在室内环境中起着重要作用。家具有其自身的构成规律及设计原则，在室内环境中又必须服从室内环境的总体要求，是室内设计学科必须学习的专业知识。课程的作用是使学生深入了解家具和室内设计之间的密切关系，了解家具的实用性和装饰性，掌握各类常用家具的基本尺寸、造型、结构和用材，具备家具设计和布置相应陈设品的能力，为室内设计相关课程的学习打下扎实的基础。

本课程授课周期为6周，共52学时，《设计基础》、《三大构成》为前续课程，《室内设计原理》、《家居空间设计》为后续课程。

（二）课程设计思路

本课程是装饰艺术设计专业的必修课程，重点在于培养学生全面掌握家具设计及简单的制造工艺的流程，使学生的家具设计的基本知识形成一个完整的系统体系。本课程的设计思路是：通过对学生的课堂教授，使其理解家具设计的重要性，并贯彻因材施教的原则，启发学生的思维，注重学生个人的特点，重视学生的动手实践能力，教他们自己动手做出家具实物或模型，使学生做到学以致用。

二、课程目标

通过学习该课程，使学生了解各种不同结构家具的设计思路及加工工艺，并掌握不同工艺在设计中的应用。

（一）基本知识教学目标

1、了解家具发展的简要历史

2、了解家具的材料及工艺

3、掌握家具的尺度

4、掌握家具造型的一般规律

（二）基本技能目标

1、能合理选择家具材料，选择室内家具及陈设品，达到室内整体设计的能力；

2、具备用草图，造型图等对构思进行形式表达的能力；

3、对形态方面具有很好的鉴赏能力；

4、具备设计构思与规划，形象思维的能力；

5、掌握绘制三视图和透视效果图

6、制作实物模型

（三）思想教育目标

1、具有较强的分析问题、解决问题的能力；

2、培养创新意识和创新精神；

3、具有良好的职业道德和敬业精神。

三、教学内容及要求

(一)教材建议 教材：

《家具设计与工艺》彭亮编著高等教育出版社 教学参考书：

1、《室内设计资料集》张绮曼、郑曙易编著中国建筑工业出版社

2、《家具与陈设》姜喜龙 郑林风编著中国水利水电出版社

3、《家具设计与制造》曾东东主编高等教育出版社

4、《现代家具设计》胡景初主编中国林业出版社出版

5、《家具设计学》梁启凡编著中国轻工业出版

6、《家具设计》许柏鸣编著中国轻工业出版社

7、《家具设计概论》胡景初、戴向东编著中国林业出版社

8、《西方现代家具与室内设计》 高军、俞寿宾编译天津科学技术出版社

9、《家具设计手册》上海家具研究所编著中国轻工业出版社

10、http://(天天家具网）

11、http://www.xiexiebang.com/(中国家具网)(二)教学建议

1、结合教学内容，灵活运用不同的教学模式。利用电化教学手段，使学生比较直观了解家具设计的核心内容。

2、采用案例式教学结合项目式进行教学，每个项目的课程中安排作业讲评，由教师和学生点评，或自我评论，活跃学生思维，增强学习气氛，培养学生学习的主动性与创造性。

3、讲解时应尽量利用图片资料、实物增加教学的直观性；

4、参观实习，市场调查。(三)教学方法与手段

本课程以理论讲授和设计训练双重并进的方式进行。理论教学采用PPT课件及图片进行产品分析和美感训练，通过零部件接合模型，使学生能掌握家具的结构设计及工艺。教学中需大量家具图片，家具结构模型，以及家具实物等，借助幻灯片、多媒体辅助教学。课堂教学采用的模型、实物、图片录相资料可以增加学生的感性认识，启迪学生的科学思维，注意理论联系实际。教学中不断引进新技术、新工艺、新材料、补充新的教学内容。(四)课程教学资源

1、含投影仪的教学用房；

2、相关图像资料、往届学生优秀作品及其它环境氛围。

五、考核与评价

本课程为必修课，共40课时，排在一年级第二学期开设，该门课程不组织理论考试，采用百分制计分，最终成绩以平时作业成绩（30%）+课堂提问（10%）+考勤（10%）+课程综合实训（50%）的均分来评定。

六、有关说明

（一）相关课程设计

家具生产工艺设计：根据家具图纸（自行设计绘制），设计本产品的生产工艺流程，并绘制出工艺流程图。

（二）相关实训

家具设计实训（1）——实木家具设计（主要是桌椅类家具）实训 家具设计实训（2）——板式家具设计（主要是柜类家具）实训 家具设计实训（3）——软体家具设计（沙发类家具）实训

家具设计实训（4）——不同风格的家具与陈设设计整体展示，配合实体模型展示