第一篇：冶金科学前沿结课论文
冶金工程科学前沿
讲座作业
姓名：杨毛毛 学号：G20158235 班级：冶硕4班 学院：冶金与生态工程
目录
第一部分概述.........................................................................................3 第二部分课程内容小结..........................................................................3
2.1 转型发展情况下转炉炼钢生产技术进步（王新华）......................................3 2.2 中国钢铁冶金现状与非金属夹杂物研究（张立峰）.....................................4 2.3 炼铁新技术及前沿（吴胜利）.........................................................................6 2.4 高品质特殊钢大断面连铸关键技术和装备开发与应用（张家泉）.............7 2.5 生物冶金（李宏煦）........................................................................................7 2.6 冶金流程工程理论及其应用（徐安军）.........................................................9 2.7 铝冶金技术现状（薛济来）...........................................................................10 2.8 金属材料的强化以及高强钢的开发（王福明）...........................................10 2.9 冶金固废及二次能源利用新技术（郭占成）...............................................11 2.10 钢铁生命周期的集约化控制技术（李素琴）.............................................12 2.11 高炉炼铁的若干前沿技术（张建良）.........................................................14 2.12 吹氩精炼钢包内非金属夹杂物去除机理探究（李京社）.........................16 2.13 电弧炉炼钢复合吹炼技术的研究于应用（朱荣）.....................................17 第三部分课后感想...............................................................................19
第一部分概述
一个半月以来，通过对冶金工程科学前沿讲座这门课程的学习，使我明白了本专业的重要价值和基础地位。冶金技术就是从矿石中提取金属和金属化合物，然后用各种方法制成具有一定性能的金属材料。从远古时代以来，在铜金属被提炼出来之后，人类的生产生活与金属及其制品的关系就变得日益密切。在现代社会，人们的衣食住行更是离不开金属材料，生产活动的工具与设施也都要使用金属材料。可以说，没有金属材料便没有人类今天的物质文明。
冶金工程为经济提供强有力的生产资料保障，涉及的是商业性的应用，因此是一门实践性很强的学科，她会不断吸取自然科学，特别是物理学、化学、力学等方面的新成就，指导冶金生产技术向广度和深度发展；在另一方面，冶金工程又以丰富的实践经验，反过来充实了上述学科的内容。虽然我国钢铁工业已取得了长足的发展，但还有许多类型的钢铁和金属材料有待突破，因此加强对冶金前沿技术的研究对于国家战略发展尤为重要。
下面对冶金工程科学前沿讲座这门课程老师的部分讲课内容和本人的观后感想进行小结。
第二部分课程内容小结
2.1 转型发展情况下转炉炼钢生产技术进步（王新华）
转炉炼钢作为目前最主要的炼钢方法，其技术上的进步对我国炼钢生产的发展有着巨大的推动作用。王新华老师主要从转炉内部脱磷反应原理、新形势下各国转炉采取的不同生产工艺、优质汽车板的生产要求、保护渣卷入形成的缺陷以及底吹搅拌和双渣法冶炼的优缺点等方面为我们介绍了我国转炉炼钢的现状，在分析国内转炉炼钢技术现状的基础上又详细阐述了转炉炼钢技术上的创新，分析讨论了目前国内炼钢生产中所存在的主要技术问题，并对今后我国转炉炼钢技术的进一步发展提出了一些建议。
目前国内转炉溅渣护炉的基本经验可概括为以下几点：(1)根据冶炼钢种和生产工艺的不同，选择恰当的溅渣工艺；(2)提高氮气压力，优化溅渣工艺；(3)合理 选择开始溅渣时机，实现炉衬的“零侵蚀”；(4)溅渣与补炉相结合，严格控制溅渣后转炉炉型；(5)加强烟罩水冷炉口等设备的维护及检修，延长其使用寿命。长寿复吹转炉技术的开发成功，对炼钢技术的发展有着深远的影响，不仅降低了转炉炼钢成本，提高了作业率，还改变了转炉操作制度，使我国炼钢厂均不再采用“三吹二”或“二吹一”的生产模式，实现了“三吹三”，提高了转炉生产效率。传统观点认为，提高转炉供氧强度受炉容比限制，但采用以下技术有利于进一步提高供氧强度，从而使转炉生产效率提高：(1)大幅减少渣量，对于少渣冶炼转炉由于渣量减少可大幅提高供氧强度；(2)优化改进氧枪结构，提高喷枪化渣速度，减少熔池喷溅和避免产生大量FeO粉尘是大幅提高供氧强度的关键；(3)采用底吹强搅拌工艺，促进初渣熔化，实现渣钢反应平衡，是提高熔池供氧强度的重要基础；(4)采用计算机终点动态控制技术，实现不倒炉出钢及提高出钢口寿命，缩短出钢时间，进而缩短转炉辅助作业时间，也是提高转炉生产效率的重要技术措施。
炼钢作为钢铁生产的重要工序，对降低企业生产成本，提高产品质量等具有决定性影响。目前，转炉炼钢仍是世界上最主要的炼钢方法，而中国相对便宜的劳动力，紧缺的废钢资源以及昂贵的电价等又进一步促进了我国转炉炼钢技术的发展。20世纪中期，氧气转炉炼钢法的诞生不仅推动了炼钢技术的进步，而且在其后的发展过程中也带动了高炉大型化、连铸及炉外精炼技术的发展，奠定了 现代钢铁生产工艺的基础。进入21世纪以来，钢铁工业的发展面临着严峻挑战，钢铁产能过剩，导致钢材价格下降，残酷的市场竞争将使一些落后的钢铁厂倒闭，同时钢铁工业的发展也受到资源、环境等因素的限制，原、燃料涨价也不断压缩钢铁厂的利润空间。面对挑战，钢铁企业必须努力发展高效生产工艺，降低生产经营成本，提高产品质量并大力推广清洁生产工艺和节能新技术，只有这样才 可能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
2.2 中国钢铁冶金现状与非金属夹杂物研究（张立峰）
洁净钢已广泛用于汽车、家电、食品工业及至海洋结构、耐酸管线以及在严格条件下的其它某种用途。关于洁净钢的概念，E.K.Holappa认为有两点：顾名思义一是钢中杂质要超低量，即钢中S、P、O、N、H甚至包括C应超低量，二是严格控制钢中非金属夹杂物的数量和形态。洁净钢的概念应随工艺的发展，钢的级别和用途而异。2.2.1 钢中氧的控制
控制钢中氧的方法甚多，其重点之一是防止钢水二次氧化。首先是防止出钢过程中高FeO、MnO的炉渣带入钢包。有人提出两种解决办法：一是提高渣中(MgO)含量到10%；二是提高CaO/SiO2到5以上，这样可使转炉渣中(TFeO)含量降到 13%～14%，此外，并使用机械挡渣法，如挡渣球，挡渣帽等。2.2.2 钢中氮的控制
当压力为1mbar时，N2在钢中的溶解度为14×10-4%，钢中[N]是难于去除的，一是因为氮在钢液中扩散系数小，反应速度慢；二是在炼钢出钢到连铸过程中吸氮常常发生。因此精炼之前钢中氮尽量低；此外应尽量减少吸氮来源。入炉铁水比与吹炼终点[N]含量有一定关系，全铁水炼钢是十分重要的。钢中氮主要通过炼钢初期 CO的沸腾排出，转炉吹炼后期，CO气体减少，表面气体压力大大降低，钢液将从大气中吸氮，为解决这个问题有人指出，此时添加白云石以产生大量的CO2气体，形成一个正压层来阻止钢液从大气中吸氮。2.2.3 钢中硫的控制
钢中的线性硫化物是裂纹源而使产品易于断裂，对于中厚板易于产发SSC裂纹和HIC裂纹。当钢中[S]>0.025%时，连铸坯产生裂纹的倾向性大为增加，[S]低则有很好的抗层状断裂的能力，所以对钢中[S]的要求一向十分严格。脱硫主要是铁水预脱硫。预脱硫铁水应强调：高炉铁水[S]尽量低，处理后强强调扒渣，防止回硫。铁水预脱硫最好水平是把[S]脱至10×10-4%；此外是炉外精炼脱硫。炉外精炼脱硫应注意三点：钢液及渣中氧含量要低；使用高碱性渣；钢包混合要均匀。炉外精炼脱硫的方式有出钢过程脱硫、钢包吹Ar搅拌脱硫、RH处理脱硫。脱硫剂则主要以CaO+CaF2为主，E.T.R.Jones还提出了Mg基熔剂脱硫的概念。
2.2.4 钢中磷的控制
钢中[P]过高，在凝固时会严重偏析而导致产品脆裂。高炉是不能脱磷的，高炉出来的铁水一般在700～1000×10-4%之间。脱[P]需要高氧位、高碱度渣、低温、搅拌条件好。钢中[P]的除去一般有三种方式：一是铁水预处理脱[P]，这在日本已经开始使用，脱磷后[P]可达100～180×10-4%；二是转炉或电炉精炼脱[P]，脱磷是在炼钢初期氧化脱碳过程的同时进行吹炼终点；三是炉外精炼脱磷：钢包中脱磷可以达到[P]<30×10-4%的水平。一些厂家，在出钢过程中以“CaO+ CaF2+铁矿石”为脱磷剂脱[P]，达到了钢中[P]20～30×10-4%的水平。2.2.5 钢中氢的控制
钢中[H]含量过多，易于产生氢发裂和白点，导致钢的严重缺陷。有关研究得出结论，若钢中[S]<10×10-4%，则[H]<1×10-4%。当压力为1毫巴时，氢气在钢中溶解度为0.91×10-4%。实际上，通常要求钢中[H]<2×10-4%。为了达到此目标，保持钢液处于非常低的压力是非常重要的。脱[H]主要靠转炉炼钢初期通过CO的激烈沸腾脱氢和RH处理过程中脱氢。其余各阶段均是增氢的，所以脱[H]的重点在于防止脱气处理后连铸过程各阶段的增氢，应该严格控制渣成分和状态。由于造渣剂，合金料的潮湿以及新砌中间包未干，大气吸入所引起的增氢等等。
2.3炼铁新技术及前沿（吴胜利）
吴胜利老师主要围绕钢铁工业的地位及其存在问题、炼铁生产现状及面临的新挑战、炼铁工艺节能减排的技术方向、铁矿资源高效使用原理及技术以及资源环保型炼铁工艺研发动向等角度并采用了大量的最新宏观数据向我们介绍了炼铁工艺的主要问题：
1、节能减排问题：炼铁工序能搞占钢铁企业能耗的70%左右，SOX，NOX等总量大、浓度低（捕捉困难）；
2、铁矿资源问题：铁矿资源对外依存度高达70%，资源劣质化趋势明显；
3、钢铁企业处于绝对低价位而亏损压力大，炼铁成本占钢铁生产成本的2/3。铁矿石原矿含铁品位低，平均含铁量仅为31.30%，比世界铁矿石平均品位低12个百分点，且贫矿约占储藏总量的97.7%，按金属铁量计算，我国铁矿石资源仅占世界的6%。虽然经过选矿工序，可以将精矿的含铁品位提高至60%以上，但“剥采比”和“选矿比”高，前者接近3，后者约为2.6，生产1吨成品精矿需要完成约8吨的采剥总量，铁矿生产成本高。铁矿石类型复杂，多组分共生或伴生的复合矿多给选矿和冶炼工艺带来一定的困难。国外铁矿石储量为1542亿t，基础储量为729亿t，铁金属储量基础为1592亿t。按原矿储量多少排序有：乌克兰、俄罗斯、澳大利亚、巴西、哈萨克斯坦、美国、印度、委内瑞拉、瑞典、伊朗、加拿大、南非、毛里塔尼亚、墨西哥。铁的储量多少排序有：俄罗斯、澳大利亚、巴西、印度、哈萨克斯坦、委内瑞拉、瑞典、美国、加拿大、伊朗、南非、毛里塔尼亚、墨西哥。炼铁生产是钢铁工业重要环节，对于“钢铁比”高的我国而言，炼铁工序必不可少。炼铁不仅为炼钢提供原料，而且是整个钢铁企业能源（煤气）平衡的最重大贡献者。
2.4 高品质特殊钢大断面连铸关键技术和装备开发与应用（张家泉）
2005年项目立项之初，高品质特殊钢大断面产品全球短缺、生产工艺多为传统模铸工艺，高端产品质量和产量无法满足使用要求。目前生产大断面铸坯的首选工艺为全弧形连铸，该工艺具有产量高，成本低，质量稳定的特点。当时的高品质特殊钢大断面连铸存在着一系列的技术难点：初期传热和凝固控制难度大；中心易产生疏松和偏析，裂纹倾向大；铸坯下滑力大，矫直与过程控制难；钢种差异性大，工艺复杂。
通过十余年的持续攻关创新，建立了大断面特殊钢连铸内部疏松和成分偏析控制理论与方法创新提出来了钢水注流动量与凝固过热度强化好散理论，开发出旋流浇铸工艺技术，建立了连铸电磁流体-热-溶质传输耦合模型，解释了连铸过程宏观偏析形成与分布规律，奠定了大断面连铸工艺与产品内部均质性控制的理论基础；解决了特殊钢大断面连铸生产与热装过程裂纹控制难题，开发出大断面小曲率、超弱冷和高温低应变连铸矫直技术，以及下线控温热装等成套先进工艺，为消除特殊钢大断面连铸与热装过程裂纹提供了可靠技术保障，首创世界最大规格全弧形特殊钢连铸装备，并建立了基于CAE的铸机设计规范；开发了大断面高品质特殊钢连铸化生产成套工艺与专有技术。本项成果打破了国外技术垄断，引领了大断面特殊钢连铸化生产方向。
随着大断面连铸产品的推广应用，不仅给各个单位和企业带来了可观的经济效益，缩短了下游制造业的加工流程，形成了高效低成本的新产业链，促进了我国钢铁行业结构调整和产品优化升级，还有力地推动了国家清洁能源行业的发展。
2.5生物冶金（李宏煦）
生物冶金技术，又称生物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物进行。这些微生物被称作适温细菌，靠无机物生存，对生命无害。这些细菌靠黄铁矿、砷黄铁矿和其他金属硫化物如黄铜矿和铜铀云母为生。适温 细菌和其他细菌通常生活在因硫氧化而产生的酸性环境中，如温泉、火山附近地区和富含硫的地区。
由澳大利亚一家公司培养的适温细菌最早是在西澳的一矿山中发现的，在含硫的酸性环境中，在高温条件下对可溶性金属有很好的聚积作用。适温细菌和其他“靠吃矿石为生”的细菌如何氧化酸性金属的机理不得而知。化学和生物作用将酸性金属氧化变成可溶性的硫酸盐，不可溶解的贵金属留在残留物中，铁、砷和其他金属，如铜、镍和锌进入溶液。溶液可与残留物分离，在溶液中和之前，采取传统的加工方式，如溶剂萃取，来回收贱金属，如铜。残留物中可能存在的贵金属，经细菌氧化后，通过氰化物提取。
常规冶金技术在品位低的矿物加工过程中，成本比较高，污染非常大，使用生物冶金技术，通俗的讲就是用含细菌的菌液进行浸泡，这些微生物大多是一些化能自养菌，它们以矿石为食，通过氧化获取能量，这些矿石由于被氧化，从不溶于水变成可溶，人们就能够从溶液中提取出矿物。
微生物浸矿是指用含微生物的溶剂从矿石中溶解有价金属的方法。用微生物处理的矿石多为用传统方法无法利用的低品位矿、废石、多金属共生矿等。微生物浸矿过程机理的研究已有很长的历史，在细菌的生长、硫化矿分解等方面已有较深刻的认识。细菌浸矿过程是细菌生长及包括化学反应，电化学、动力学现象的硫化矿氧化分解的复杂过程。2.5.1 微生物浸矿工艺
包括堆浸法、地浸法、槽浸法以及搅拌浸出法等。2.5.2 生物湿法冶金
生物湿法冶金是一种很有前途的新工艺，它不产生二氧化硫，投资少，能耗低，试剂消耗少，能经济地处理低品位、难处理的矿石。目前，这种方法仍处于发展之中，它还必须克服自身的一些局限性，如反应速度慢、细菌对环境的适应性差，超出了一定的温度范围细菌难以成活，经不起搅拌，等等。2.5.3 生物浸出
生物浸出是指利用细菌对含有目的元素的矿物进行氧化，被氧化后的目的元素以离子状态进入溶液中，然后对浸出的溶液进一步进行处理，从中提取有用元素，浸渣被丢弃的过程。如细菌对铜、锌、铀、镍、钴等硫化矿物的氧化，即属于生物浸出。2.5.4 尾矿现状 当前，我国铁尾矿的排放量增长迅速，堆存量日益增大。据统计，1949-2009年，全国铁尾矿排放量大约为62亿t。据不完全统计，目前我国累计堆存的铁尾矿量高达50亿t左右，而且随着铁尾矿排放量的提高，其堆存量日益增大。2010年我国大宗工业固体废弃物综合利用率在40%左右，其中粉煤灰的综合利用率为68 %煤研石的综合利用率为61%，冶炼渣的综合利用率为60 %，相比之下尾矿的综合利用率大大滞后，仅为14%，尤其铁尾矿的利用率更低为10%以下，与发达国家综合利用率为60%相比还存在很大的差距。
2.6 冶金流程工程理论及其应用（徐安军）
通过钢铁流程的优化和物质流、能量流、信息网络集成构建，对钢铁工业长流程和短流程关键界面匹配、二次能源高效转化、低品质余热回收利用、低碳绿色制造、钢铁铸造流程三个功能价值提升等模式优化与关键技术深度开发。实现钢铁材料与其流程的高效化、绿色化制造。高品质特殊钢生产应用与关键技术
特殊钢新型强韧化机制与高可靠长寿命机理；耐高温、应力、腐蚀等服役环境适应性材料设计技术；高洁净度冶炼、夹杂物精确控制、均质化与组织精细化控制、精确成型与加工等产品质量稳定控制技术；低成本制造及简化流程技术等关键技术。
高性能耐蚀钢制造关键技术
基于产品全生命周期概念的材料设计方法，研发不同腐蚀机理的耐蚀钢合金成分设计、冶炼、连铸、控轧控冷、焊接、机械加工等技术，形成具有我国自有知识产权的耐蚀钢材料体系。低品位难选矿综合选别和利用技术
低品位难选铁矿石磨矿-重磁-反浮选技术；钒钛磁铁矿综合利用技术；尾矿细磨-选别综合再利用技术；复杂难选铁矿石流态化（闪速、流化床、悬浮焙烧）-磁选关键技术；弱还原气氛形成及控制技术；易氧化粉料冷却和余热利用技术及装备。钢铁制造流程余热减量化与深度化利用技术 2.7 铝冶金技术现状（薛济来）
本部分薛老师主要对铝冶金的生产工艺流程、其技术发展以及目前世界上各国家的前沿技术进行了简要介绍，并仔细的分析了我国与美日等国家在轻金属冶金前沿技术领域的差距以及存在的一些问题。
金属铝是性能优异、用途广泛、关联度大的基础轻金属材料，在国民经济发展中具有不可替代的重要作用。它具有密度小、塑性高、优良的导电导热性和抗蚀性等优点，而大量应用于农业、轻工业、军事工业、交通运输业和航空航天等领域。目前世界上铝的冶炼主要采用冰晶石氧化铝熔盐电解法炼铝工艺，然而该法所存在的问题长期以来未能从根本上得到解决，其他炼铝新工艺的探索研究从未停止过。近些年来，人们对常压碳热还原法炼铝研究较多，然而该法需在2000摄氏度以上才能将金属铝还原，且产物金属铝与渣相难以分离，最终得到铝的合金。而氧化铝真空碳热还原氯化法炼铝作为一种新的炼铝法，理论上真空条件可降低生成金属铝的热力学温度，工艺流程短，设备简单，且产物金属铝与渣相容易分离。
氧化铝真空碳热还原氯化法炼铝过程分三步进行:
1、氧化铝碳热还原过程(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、低价氯化铝AlCl(g)低温歧化分解过程(50-200 Pa，低于933 K)，3AlCl(g)= 2Al+ AlCl3(g，s)2.8金属材料的强化以及高强钢的开发（王福明）
王福明老师首先向我们介绍了钢铁材料将向着高强化、纯净化以及均匀化（成分，组织等），实现长寿化，达到节能减排的发展方向，并通过合金化和热处理工艺等来实现强韧化（固溶强化、第二相强化、相变强化以及细晶强化，从而实现将金属学、冶金学与钢铁材料研发、品质提高、生产工艺优化等联系起来。2.8.1 金属材料的强化机理
金属材料塑性变形的微观原理是存在位错运动
1、位错是实际晶体中存在的真实缺陷
2、位错在作用力τ的作用下享有的滑移，最终移除表面而消失。工程结构材料主要在弹性范围内使用，因此，流变应力的重要性更为突出； 流变应力组成
（1）抑制位错源开动的应力，称之为源硬化。
（2）阻力是错位开始运动之后才起作用的，对位错的运动起妨碍的作用，称之为摩擦阻力。
强化金属材料的思路
点阵阻力：移动位错使它从一个平衡位置滑移到下一个平衡位置之间的位垒所需要的力，也就是在完整晶体中运动时所受的摩擦阻力；点阵阻力对组织部敏感，它的大小主要决定于键合强度和点阵类型；共价键的点阵阻力最高，成为位错运动主要障碍；对于金属键结合的晶体，点阵阻力小，不是主要妨碍，可忽略；除点阵阻力外，金属材料中位错运动阻力是随组织变化而大幅度变化的。提高金属材料强度的方法是阻止金属晶体中位错的运动，设法在金属中引入大量的晶体缺陷，大大增加位错之间，位错和其他晶体缺陷之间的交互作用，从而阻碍位错的运动，导致金属抗变形能力大大提高。这就是通常强化的思路和方法。2.8.2金属材料强化的方法
1、形变强化
2、固溶强化
3、分散强化
4、晶界强化
5、相变强化 2.8.3超低碳贝氏体钢 为达到超细化要考虑：
1、充分扩大的非再结晶区温度范围；
2、变形后有很快的应变诱导析出；
3、冷却时在贝氏体相变开始前形成较多针状铁素体；
4、钢种高强化后仍有很好的韧性和可焊性；
2.9冶金固废及二次能源利用新技术（郭占成）
超重力技术是强化多相流传递及反应过程的新技术，上个 世纪问世以来，在国内外受到广泛的重视，由于它的广泛适用性以及具有传统设备所不具有的体积小、重量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活以及更能适应环境 等优点，使得超重力技术在环保和材料生物化工等工业领域中有广阔的商业化应用前景。
溶剂 焦煤 超重力除尘 钢水精炼 共生矿冶炼渣 二次超重力铸造 连铸 轧机 产品 烧结机 高炉 焦炉 转炉 冶炼 产品深加工--电镀，电泳 焦化废水处理 钢渣处理： 分离金属铁 富集镁酸钙 富集磷酸钙 酸化与热回酸洗液-电化学处理 传统流程技术进步—超重力冶金
超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。超重力工程技术是一项突破性地强化“三传一反”过程的新技术，是适用于能源、材料、石油、化工、环境、生物等多个部门并可带来巨大经济效益和社会效益的新技术。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场，涉及的多相流体系主要包括气-固体系和气-液体系。
CaseWesternReserve大学的N.C.Gardner教授从1984年开始，先后在Norton公司，Dow公司支持下对烟气脱硫和聚和物脱单体进行研究。将超重力技术与冶金工业运用在一起将会是打开一种新的局面。
2.10钢铁生命周期的集约化控制技术（李素琴）
2.10.1 研究背景
绿色冶金方兴未艾以及环境生态问题已经越来越严重，是我们今天研究问题的重要方向。
李素琴老师首先从身边的问题说起，给我们介绍了雾霾的产生原因：雾霾，顾名思义是雾和霾，但是雾和霾的区别很大。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。霾就是灰霾（烟霞），空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊。将目标物的水平能见度在 1000－10000米的这种现象称为轻雾或霭（Mist）。形成雾时大气湿度应该是饱和的（如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和）。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，因而雾看起来呈乳白色或青白色和灰色。
钢铁工业的生产过程是化学、物理的变化过程，对环境污染严重，被列为污染危害最大的三大部门（冶金、化工和轻工）、六大企业（钢铁、炼油、火电、化工、有色金属冶炼和造纸）的首位。环境污染主要反映在气、水、渣三个方面。废气主要是从燃烧系统排出的。污染过程很复杂，污染也是多方面的，有毒成分主要有二氧化硫、一氧化碳、硫化氢、烃、粉尘等。附近居民受二氧化硫的影响易引起慢性呼吸道系统的病症。废水主要有焦化厂的废水，它含有酚、氰化物、氯化物和硫化物等有害物质。废水就地浸透污染地下水；排入江河、湖泊则污染地面水，使生活饮用水和水生生物含有害物质，对人体引起不良后果。2.10.2 转型升级新思路
面对钢铁污染的严重形式我们必须转型升级新思路，遵循循环经济理念，依据工业生态学的原理，进行钢铁工业的生命周期管理集约化技术控制，延伸产业链，带动生态服务也发展，实现资源利用的最大化，污染排放的最小化。
采用生态重组的手段，从微观、中观和宏观角度入手进行物质的集成，能量的集成，水系统的集成，技术的集成以及设施的集成与共享，降低资源，能源的消耗，减少万元GDP的排放量，开发环境友好型产品，带来经济效益的同时，提高环境效益和生态效益。
1、源头——微观层次
通过改变化学产品或者过程的内在本质来减少或消除有害物质的使用与产生；设计或重新设计化学物质的分子结构，使其具备所需的特性有避免或减少有毒基团的使用与产生；高选择化学反应，减少副产品，甚至达到原子的经济性，实现零排放。
2、生命周期管理
一种产品从原料开采开始，经过原料加工，产品制造，产品包装，运输和销售，然后由消费者使用，回用和维修，在最终循环或作为废弃处理，这一整个过程称为产品的生命周期，期间进行全过程管理叫做生命周期管理。
3、集约化控制 钢铁工业的集约化控制是指在以资源优化配置为原则，以社会福利最大化为目的，组织结构高度集中，大，中，小企业共同互利共生，使钢铁工业实现可持续发展的过程。
将具有某种共同特性的企业构成集合或系统，进行结构优化和产品优化，实现优势互补，增强活力及市场竞争力；采用循环连接技术进行资源优化配置，提高资源利用效率和劳动效率，增加产出；在集约型发展方式下，依靠技术进步和技术创新以及职工素质培养和生产力合理组织和配置，实现和持续发展。2.10.3结语
可以考虑海洋以及军工产业对钢铁的需求方向，新型城镇化和工业的消费要求，京津冀一体化，北京第二机场用钢以及建材需求以及出口产品结构与区域布局，生产高附加值钢种。上下游产业链的延伸，包括钢铁，渣，尘，尾矿与焦化等，实现高附加值产品开发，带来更大经济效益。
脱硫，脱氮以及除尘的高效新技术开发，能源诊断技术与节能技术的开发以及绿色水处理技术研发等集成与优化，会大大降低污染物的排放，带来经济利益的同时，带来生态效益和社会效益。
钢铁工业生态化的转型是必然趋势。
2.11高炉炼铁的若干前沿技术（张建良）
张建良老师主要为我们简要介绍了高炉炼铁前沿问题，高炉作为钢铁企业流程的基础步骤，对于钢铁冶金来说至关重要。张老师主要从中国炼铁情况与发展形势；高炉喷吹固体燃料；高炉系统中的有害元素；钢铁厂的粉尘处理几个方面开启了他的讲座课程。
2.11.1 中国炼铁情况与发展形势
中国炼铁的发展情况及形势大体没有变化，2014年中国生铁产量7.11亿吨，而世界的生铁产量11.79亿吨。我国钢铁生产最多的四个省份，分别是河北，山东，江苏以及辽宁。钢铁对环境的影响已然很严峻。总结起来大致分为三个问题，资源问题，环境问题和市场问题。目前中国的钢铁需要不断创新，注重资源环保，追寻绿色低成本之路。2.11.2 高炉喷吹固体燃料
国内外固体燃料发展急剧加速，主要的固态燃料依然是煤粉，焦粉，碳质粉 尘；液态燃料主要是重油，柴油以及煤焦油；气态燃料主要是天然气，焦炉煤气，高炉循环煤气。其中：煤粉分为烟煤、无烟煤、贫瘦煤、褐煤；碳质粉尘分为高炉除尘灰、焦化除尘灰、转炉除尘灰；煤化工半焦分为兰炭、提质煤；城市废弃物主要包括废塑料、废轮胎等。
国内喷吹固体燃料的热点技术主要有：高炉经济喷煤比的探索、高炉煤粉有效发热值、煤化工半焦用于高炉喷吹、高比例低阶煤高炉喷吹、生物质用于高炉喷吹。
中国高炉喷吹固体燃料的发展方向：
1、合理采购喷吹煤，优化喷煤结构。
2、结合冶金条件探索经济喷煤量。
3、继续拓展高炉喷吹资源。
4、研发生物质、城市废弃物喷吹工艺。
5、努力提高煤粉燃烧速率。2.11.3 高炉系统中的有害元素
1、碱金属：增碱后焦炭的强度降低，碱金属能提高焦炭的CRI，强化焦炭的气化反应，是焦炭反应后强度急剧降低而粉化，弱化焦炭骨架作用。
2、锌：侵蚀炉衬，高炉结瘤，破坏铁矿石和焦炭冶金性能，烧损风口等冷却设备等。
3、铅：在高炉中几乎被全部还原，由于密度高达11.34t/m3，故沉积于死铁层之下，易破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿。2.11.4钢铁厂粉尘处理
含铁尘泥主要来源于冶炼、轧制等各工序的除尘和废水处理工艺，一般TFe含量为30%~70%。粉尘主要分一下几类：钢铁工艺中的粉尘主要有：原料准备基尘，烧结、球团尘泥，高炉尘泥，炼钢尘泥，轧钢尘泥。按照铁含量可以分为:低含铁尘泥（TFe < 30%），中含铁尘泥（TFe = 30~50%），高含铁尘泥（TFe >50%）。按照固定碳含量可分为：低碳含铁尘泥（FC<2%），中碳含铁尘泥（FC=2~50%）以及高碳含铁尘泥（FC>50%）。按照Zn元素含量可分为：低锌含铁尘泥（Zn<1%），中锌含铁尘泥（1%≤Zn≤8%），高锌含铁尘泥（Zn >8%）。按照碱金属含量可分为：低碱含铁尘泥（K2O+Na2O <0.5%），中碱含铁尘泥（K2O+Na2O =0.5~1%）以及高碱含铁尘泥（K2O+Na2O >1%）。
钢铁厂处理灰尘的方法主要分为：干式除尘法，以及湿式除尘法。冶金含铁尘泥的利用方法一般分为四类：烧结球团法作炼铁原料、炼钢粉尘作炼钢化渣剂、直接还原处理、湿法处理工艺。2.12吹氩精炼钢包内非金属夹杂物去除机理探究（李京社）
2.12.1 研究背景
高品质钢的生产过程中，非金属夹杂物的含量对其影响非常大，大大减少非金属夹杂物的含量可以加强钢的质量。李老师向我们介绍了钢包底吹氩技术，通过这项技术来提高钢水纯净度，以往研究将其过程的限制环节为气泡作为促进夹杂物上浮的主要因素。吹氩钢内在汽泡的驱动下钢液的平均上升速度的数量级可达0.1m/s，同时，尺寸小于100um的夹杂随钢液的跟随性好，若以此速度上浮，将会在短时间内达到钢渣界面去除，而实际上电磁搅拌钢包内夹杂物的去除效果并不亚于吹氩操作。因此，气泡作为吹氩钢包内去除夹杂物的主要影响因素还有待商榷。而若夹杂物上浮是去除的限制环节，则随吹氩量增加，底吹氩钢包内的钢液上升速度越大，越有利于夹杂物的上浮去除。但实际情况并非如此，夹杂物的去除效果与吹氩量的选择之间存在十分重要的关联，导致实际操作中准确选择最优气体用量存在困惑。在此研究背景下，提出了用物理模拟方法对钢包底吹氩去除夹杂物过程进行了探讨，以揭示吹氩量对夹杂物去除过程作用机理的影响规律，为底吹氩钢包中提高钢液洁净度的操作优化提供依据和指导。2.12.2 实验思想
夹杂物的去除过程主要包括上浮和穿过钢渣界面两阶段，吹氩量不仅决定钢液上浮速度，同时也极大影响钢渣界面行为。为了深入研究理解吹氩量对这两个阶段的影响规律，选择5个跨度大的气量，即0.05Nm3/h、0.25 Nm3/h、0.35 Nm3/h、0.45 Nm3/h、0.55 Nm3/h来依次实验测定。2.12.3 实验结果与分析
随着吹氩量增大，钢包内钢液循环流速增大，气泡直径增加，同时钢渣界面的形状也发生显著变化。循环流速和气泡尺寸对夹杂物的上浮过程产生重要影响，而钢渣界面行为对夹杂物被顶渣吸收去除过程有重要影响。上浮与被顶渣吸收均是夹杂物去除过程的重要环节。
若夹杂物上浮是其限制环节，则气泡尺寸和钢液上升速度将是关键因素；若顶渣吸收是其限制环节，则钢渣界面行为是其考虑的重要因素。
吹氩量的选择要兼顾夹杂物的上浮和被顶渣吸附的过程。吹氩量过小时，夹杂物与顶渣接触时间长，有利于夹杂物穿越钢渣界面，但夹杂物上浮达到界面时间长，影响其去除效果，此时夹杂物上浮是其去除过程的限制环节。吹氩量过大 时，夹杂物与顶渣接触几率增大，与顶渣接触时间变短，降低了夹杂物去除效果，钢渣界面的穿越成为了夹杂物去除过程的限制环节。实际生产过程中，可通过控制顶渣和夹杂物的物理性质来促进夹杂物穿越钢渣界面，从而改善其去除效果。
2.13 电弧炉炼钢复合吹炼技术的研究于应用（朱荣）
2.13.1 研究背景
电弧炉炼钢是主要炼钢方法之一，具有流程短，节能环保等优点。近年国内电弧炉受废钢资源紧缺及电价高等影响，生产成本偏高，市场竞争力弱。通过配加铁水，形成废钢和铁水为主的多元炉料结构。但传统电弧炉冶炼熔池搅拌弱，动力学条件差，造成炉内物质和能量传输慢，抑制了炼钢反应的快速进行。对废钢加铁水为主要原料的电弧炉冶炼研究国外文献鲜有报道；从国外引进相关装备在国内使用时大多水土不服。国内外研究者尝试采用电弧炉底吹搅拌技术改善上述问题，但均因底吹安全及寿命等技术原因难以实现工程化。2.13.2 研究目标
1、技术难点
（1）炉料结构复杂，原料成分波动大；（2）供氧方式单一，供氧强度难提高，氧气利用率低；（3）底吹元件寿命低，不能与炉役同步；（4）供电与供氧如何匹配，能量利用不合理。2007年，为解决以上技术难题，提出并着手开发 “电弧炉炼钢复合吹炼技术”。
2、研究目标
通过对传统冶炼工艺进行创新，降低电弧炉炼钢时原料、能量消耗，提高钢水质量、氧气利用率和生产效率，实现高效、优质、环保、低成本生产目标，使我国电弧炉炼钢技术经济指标达到国际先进水平。2.13.3 研究内容
1、电弧炉炼钢熔池搅拌强度研究
探明了氧气射流、电弧磁场和底吹流股对熔池搅拌强度的耦合规律，确定了炉内各区域的搅拌速度，并获得影响熔池搅拌速度关系式。满足了不同炉型、炉料结构及冶炼过程对熔池搅拌强度的要求。
2、集束射流技术的拓展应用（1）炉壁模块化喷吹技术 研发了炉壁喷吹模块技术，包括集数供氧、喷吹燃料及粉剂等多个单元，具备助熔、脱碳等模式，满足多种工艺要求。实现了粉剂喷吹的动态切换，满足泡沫渣、脱磷及控制钢水过氧化等要求。（2）炉顶集束供氧喷吹技术和埋入式供氧技术
针对高铁水比的多元炉料，首次开发应用了电氧切换的炉顶集束供氧喷吹技术，提高了供氧效率，改盖了熔池搅拌强度。首次开发了双流道埋入式吹氧喷粉工艺，有效地控制了钢水过氧化，进一步提高了脱磷效果，供氧喷吹装置与炉龄同步。
3、电弧炉炼钢安全长寿底吹技术
采用等静压成型技术，生产出具有高透气性、耐高温、抗热震及剥落的电弧炉底吹透气元件。开发了满足不同炉型及炉料结构的底吹参数控制模块，保证了底吹搅拌效果。开发了电弧炉底吹搅拌安全控制系统，实现了电弧炉底吹寿命与炉龄同步；底吹炉龄寿命超780炉，达到世界领先水平。
4、复合吹炼技术的工程化应用
研发出电弧炉炼钢复合吹炼工艺的控制模型及成本控制软件，保证的冶炼的稳定、降低了生产成本；建立了电弧炉炼钢脱碳和温度预报模型，实现了终点碳和温度预报，碳命中率83.7%（±0.030%），温度命中率84.0%（±10℃）；建立了“供电-供氧-脱碳-余热”能量平衡系统，解决了复合吹炼条件下电弧炉生产和余热回收的协调运行。
2014年该技术被中国金属学会列为“冶金与新材料产学研协调创新平台”重点推广项目，本项目丰富了电弧炉炼钢技术，推动了冶金科学及相关技术的进步。
第三部分课后感想
冶金行业作为国民经济重要生产部门，使得冶金工程专业具有良好的发展前景。举一个比较有代表性的例子。我国是一个产钢大国，每年的钢铁总产量位于世界前列。钢产量的指标，当然可以作为衡量一个国家经济发展水平的重要参数，但产量高并不意味着我们就是钢铁冶炼的强国。因为，每年我们还要进口不少特种钢材。在特种钢材冶炼技术上同先进国家的差距，表明我们冶金工程的发展水平并不高。要改变这种状况，促进国家从产钢大国变为钢铁强国，就要加大冶金技术人才的培养。所以，冶金工程具备很大的发展潜力。作为北京科技大学的研究生，国家未来冶金的栋梁之才，我们一定要把握住这个机会，为国家的冶金技术贡献力量，实现自己的人生价值。
第二篇：前沿材料科学结课论文
对前沿材料世界的认识及思考
摘要：上一个世纪，人类的认识向外延伸到了外层宇宙，向内深入到了物质结构的更微观层次，引发了物理学一场大革命。这场革命推动了包括化学、生命科学在内的整个自然科学和应用技术的伟大变革，为材料科学和技术进步提供了新的知识基础和活力。材料科学的根本任务是揭示材料组分、结构与性质的内在关系，设计、合成并制备出具有优良使用性能的材料。进入21世纪，回顾一下材料学的主要进展，估计未来的可能发展趋势，是非常必要和很有意义的。
关键词：材料科学
现状
发展趋势
传统材料
新材料
挑战
一、传统材料的发展现状和地位
传统材料是生产工艺已经成熟而又大规模工业化生产的一类材料，如钢铁、铜、铝、橡胶、塑料、玻璃和水泥等金属、高分子和非金属无机化合物，这类材料量大面广，占材料生产总量的90％以上。在世界范围内，上个世纪末20～30年间传统材料的产量、生产技术水平和质量，超过以前数百年，成为人类经济生活的支柱。但能耗大，资源浪费严重，环境污染等问题已成为制约传统材料发展的瓶颈，因此改进传统材料的合成、加工技术，控制微观组织结构，提高使用性能，降低成本和环境污染的任务十分迫切、繁重。
二、新材料及其发展趋势
新材料又称先进材料。它不以生产规模，而以优异性能、高质量、高稳定性取胜的高知识、高技术密集形为特点。新材料有结构材料和功能材料之分，前者主要利用它的力学性能，而后者以其各种物理、化学效应为主。当前新材料的发展方向有高性能化、高功能化、高智能化和复合化、极限化、仿生化、环境友好化几方面。
1．金属材料：金属材料，特别是钢、铜、铝等，仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。金属材料已有成熟的生产工艺，相当多的配套设施和工业规模生产，价格低廉、性能可靠，已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替，由于它有比高分子材料高得多的弹性模量，比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能，在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位，即使在高技术产业中也不例外。随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展，在改善和提升传统材料品质的同时，金属功能材料、非平衡态金属，特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化，抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展，如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料，金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。
２．先进陶瓷材料：陶瓷是人类最早使用的人造材料，质地坚硬、耐磨损、抗腐蚀、膨胀系数低，可经受1400—1600℃的高温，比金属间化合物有更高的比强度和比刚度，是很好的高温结构材料；部分陶瓷还具有压电、铁电，半导体、湿敏和气敏等特殊功能，广泛用于电子、计算机、激光、核反应、宇航等现代尖端科学技术领域。近20年来，通过多种增韧手段和原始粉末超细化、纳米化技术，在消除陶瓷本征脆性的研究方面取得了重大突破；传统的落后制备成型工艺已逐渐被先进的注射成型技术、高温热等静压和微波烧结等技术所替代；在反应动力学、表面特征、相平衡、烧结机理等基础研究方面也取得了相当的进展。主要趋势是根据使用性能要求对陶瓷结构作一定程度的剪裁和设计，实现陶瓷结构纳米化和组分的复相结构，包括纤维或晶须增韧和有机、无机复合等。
３．高分子材料：高分子材料是指分子量从几百到几万，由可加聚或缩聚链条状官能团构成的有机化合物。上世纪90年代，世界的高分子材料年产量超过1亿吨，其中塑料8000一9000万吨，合成橡胶700—800万吨，合成纤维1000万吨；仅塑料的产量以体积计算就相当于5.6亿吨钢的体积，是发展最为迅速的材料之一。这些材料品种繁多，并且正以每年10％的速率递增。高分子材料80％以上作为包装、建筑、交通运输和纺织行业的结构材料和原料。功能高分子材料所占比例相对较低，主要有离子交换树脂、催化剂、固化酶，用于印刷、电子工业、集成电路、微细加工的感光树脂，用于薄膜电磁、静电复印及全息记录的电功能离子材料和生物功能材料等。高分子合成理论与技术对于高分子材料的制取、改性、设计越来越重要，对发展高分子新材料有着不可忽视的开拓作用。接枝共聚、共混、缩合聚合、开环聚合和缩合，是合成高分子材料的主要手段。发展先进的树脂基、有机、无机和异质材料连接技术，研究高分子材料的老化、降鳃机制和控制技术，制备综合性能更好的新材料，是高分子材料发展的主要趋势。
４．光电信息功能材料：信息材料是指与信息获取、传输、存储、显示及处理有关的材料。目前光和电是信息的主要传递媒介，又称光电信息材料。这类材料有半导体材料，各种记录材料，信息传输、显示、激光、非线性光学、传感和压电、铁电材料，几乎包括了现代所有的先进功能材料。其中集成电路是信息技术的基础，从材料角度看，集成电路的主要材料仍然是单晶硅。上一世纪80年代出现的光导通讯系统的相对信息容量比同轴电缆、微波系统和卫星通讯都有数量级的提高，不但节省材料，而且保密性强、抗干扰、损耗小，主要材料是高纯石英；目前正在研究损耗仅为0.001～0.01分贝／公里的多组分玻璃信息功能材料，高品质传感器与敏感材料，激光材料、显示材料，它们均系一批金属氧化物陶瓷。信息技术是20世纪发展最为迅速的高技术领域，它打破了地域和种族的界限，使人类能够快速地分享共同的知识财富，极大地促进了社会迸步。
５．能源材料：能源是人类赖以生存和发展的重要条件。20世纪以来科学与工业的发展使能源消耗量大幅度上升，全球年耗量超过10¹² 瓦。能源种类繁多，属于一次能源有核能、太阳能、地热能、风能及海洋能等。就大规模应用而言，一次能源利用还需要克服许多科学和技术难关，其中材料就是一个带共性的关键问题。太阳能是一种取之不尽最为洁净的天然能源，每年到达地球的太阳能达60亿亿度，比全球年耗能的总量还大一万倍。原理上所有的光电转换材料均可作为太阳能材料，但考虑到效率、价格比和使用寿命，GaAs之类的材料近期内发展前途不大，多晶硅效率虽低，但廉价、性能稳定，仍有发展前途。除了光、电转换之外，目前人们还在寻找其它太阳能转换机制。氢燃料电池的核心是储氢材料。这类材料包括钛、镍为基的含铁、铜、锰材料。这些过渡族金属、合金、金属间化合物，由于特殊的晶体结构，氢原子比较容易透入金属晶格的四面体或八面体间隙位中形成金属氢化物，储氢体积可比其体积大1000～1300倍。此外，正在开发中的核聚变能和磁流体发电机，可望在2l世纪投入实际应用。它们需要能在更高的温度、磁场和耐蚀条件下长期工作。
６．生物医学材料：生物医学材料是一类合成物质，或天然物质与合成物的组合体。它能作为一个系统的整体或部分，在一定时限内，治疗、增进或替代机体的组织、器官或功能的材料。生物医学材料的发展趋势是利用生物学原理，设计、制造真正仿生物的材料，并且注重可降解吸收、最终形成与生物体完全相容的材料；在加工技术方面发展在微米或纳米级尺寸上进行三维组织结构控制、设计与制造仿生材料。７．纳米材料：纳米材料是由数百或几千个原子组成的超细微粒或由这些微粒组成的纳米晶块体材料的总称。纳米微粒是保留材料特性的最小单元，它既不同于常规材料，也不同于单个的原子和分子，具有许多与相同组分一般材料完全不同的奇异特性，研究表明，上述奇异特性与纳米材料特殊的内部电子结构和原子排序密切相关。这些特殊的物理效应和功能，为新材料的发展开辟了一条崭新的研究领域。很有可能使21世纪的信息产业发生革命性的在飞跃，极大地改变人类的生存质量。
８．超导材料：超导材料是20世纪人类最伟大的发现之一。超导体具有零电阻和完全抗磁性的特点，对电流传输无能量损耗，是一种理想的导体材料。超导材料有低温超导和高温超导材料之分。低温超导材料要在液氦温度(4．2K)才能显示超导性，目前已发现有近70种单质元素和5千多种合金、化合物具有超导性，其中NbTi合金和Nb3Sn化合物的超导性能最好，已经用于大型工程项目。高温超导材料是1986年才发现的一种新型超导体，在液氮温度(77K)就显现超导特性。液氮比液氦资源丰富，容易制取，因此高温超导材料比低温超导材料更易被工程使用接受，倍受各国企业界和政府部门的高度重视。高温超导材料多数是含铜的氧化物陶瓷。在已发现的数十种高温超导材料中，YBa2cu3西和Bi2％ca2cu308具有最好的综合超导性能，已经在工程项目中开始试用。我国超导材料研究在加工合成和组织控制方面处于国际先进行列。在Bi系长带研究和Y系块材制备技术上占有一定优势。继续寻找更高转变温度的超导材料，加强对氧化物高温超导体的组织结构控制和成型方法研究，提高现有材料在磁场中的工程临界电流密度，扩大和开拓应用领域，加强功能元器件制备工艺研究，是当前超导材料研究的主要任务。
三、材料设计、合成与加工成形技术
材料设计的设想始于20世纪50年代，其目的是淘汰传统的“炒菜”法，按指定性能“定做”新材料，按生产要求“设计”最佳的制备和加工方法。物理学和化学的发展，特别是凝聚态理论、量子化学和化学成键理论的发展，使人们对材料的结构与性能，制备与加工之间的变化规律有了较深的认识，为材料设计奠定了理论基础：计算机信息处理技术，尤其是人工智能、模式识别、知识库和数据库技术的发展，使物理、化学理论和大批杂乱的实验资料沟通起来，使人们可以用归纳、演绎相结合的方式对新材料研究做出决策并提供行之有效的技术和方法，很多过去不能制备的人造材料，如超晶格、纳米晶固体、亚稳相准晶、复合材料和一大批人工裁剪、缩合或聚合而成的高分子材料都是预先设计并制造出来的。现代意义上的材料的合成与加工，指的是按设计要求建立原子、分子和分子团的新排列，在所有尺度上，包括从原子尺度到宏观尺度对结构进行控制，高效、经济地制造材料和零件的过程。材料设计、合成和加工是制造和生产高质量、低成本产品的关键，是融合人类物质结构知识、技术进步与工程基础科学的一个很大交叉领域。长期以来，不仅在中国，甚至包括美国等许多先进国家都把材料合成与加工看成是服务性的，缺乏应有的支持与关注，削弱了它与材料工程其它要素之间的联系，在基础研究机构和教育部门尤其如此，致使这一领域缺乏合格的科学家和工程师，出现了合成加工落后于基础研究的局面，这种状况应该得到尽快的改变和纠正。
四、结束语
在上一世纪里，世界的变化比过去任何时候都要大，其原因在于技术直接紧随基础科学的进步而发展，这为材料科学和技术的发展注入了强大的动力。在结构材料方面，除了继续对传统材料进行改造升级之外，应该特别重视发展耐高温、抗腐蚀、高比强、高韧、高刚度新材料及复合材料：对于功能材料，应特别重视多功能，高集成度、高效率的信息功能材料；大力加强能源材料、超导材料和生物医用材料的基础研究和应用研究，扩大它们的应用领域；加强材料的设计、合成与加工的基础研究和技术、装备研究，把21世纪的材料科学与工程推进到一个新的水平。参考文献：
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第三篇：冶金工程概论 结课论文
冶金工程概论课程报告
冶金工程是研究从矿石等资源中提取金属及其化合物、并制成具有良好加工和使用性能材料的工程技术领域。冶金就是将金属溶液中的杂质通过熔融进行造渣、除渣给予消除，同时某些化学成分通过除渣、脱碳、去氧等得到相对的纯净合金成分的过程。冶金在我国具有悠久的发展历史，从石器时代到随后的青铜器时代，再到近代钢铁冶炼的大规模发展。人类发展的历史就融合了冶金的发展。
一．冶金工艺流程
1.选矿
选矿是冶炼前的准备工作，选矿的目的是提高矿石品位。从矿山开采下来矿石以后，首先需要将含铁等金属元素高的矿石甄选出来，为下一步的冶炼活动做准备。
2.烧结/球团
为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。铁矿粉造块的目的是为了综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类，并且能够改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。
3.炼焦
高炉生产前的准备除了准备铁矿石外，还需要准备好必需的燃料——焦炭。焦炭是高炉冶炼的主要燃料，焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。焦炭在高炉冶炼中可作为发热剂和还原剂。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。同时，焦炭燃烧产生的CO及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。
4.炼铁
炼铁生产是冶金工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。其中高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法。
5.炼钢
钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金，二者差别就是碳元素的含量。而 炼钢的基本任务就是将铁水重的碳含量调整到一定范围。炼钢方法包括转炉炼钢、电弧炉炼钢和平炉炼钢。其中转炉炼钢利用吹入空气或氧气对熔融的铁水进行氧化脱碳，炼出合格成分的钢锭。电弧炉炼钢依靠插入金属炉料间的石墨电极通电后，以产生的电弧为热源从而熔化炉料。平炉炼钢以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液。
6.连铸
连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。转炉生产出来的钢水经过精炼炉精炼以后，需要将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。连铸工艺中，钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。与模铸相比，连铸具有简化工序、节能；降低铸坯切头率、提高金属收得率等优点。
连铸工艺的一个主要问题是连铸坯的断裂。如果凝固的金属外壳过薄，有可能导致钢坯在拉出一定长度后下方的金属将上方正在凝结的金属拉断，导致钢水泄露，进而破坏其他机器而发生事故。通常情况下，断裂是由于过高的拉出速度，使凝固的外壳没有足够时间来产生所要求的厚度；也有可能是拉出的金属温度仍然过高，这意味着最终凝固时间大大低于矫直辊和地方链断裂整顿期间，由于应用的压力。阿突破，也可能发生，如造成撕裂。如果传入的金属过热，可以通过减慢拉出速度来防止断裂。另一个可能出现的问题是钢铁与溶解氧反应也可能产生碳化物。由于金属是液态，这种碳化反应是非常的快，同时产生大量高温气体，如果是在中间包或者结晶器中发生碳化反应，氧元素还会反应生成氧化硅或氧化铝，如果产生过多的氧化硅或氧化铝将有可能堵塞中间包与结晶器中间的连接管，进而导致破坏生产。
7.轧钢
从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是半成品，必须到轧钢厂去进行轧制以后，才能成为合格的产品。热轧后的成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢材厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。
连轧的目的是将连铸后的钢坯轧制成客户需要规格的钢材。从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。热轧工艺中，板坯由炼钢连铸车间的连铸机出坯辊道直接送到热轧车间板坯库，并送至加热炉的装炉辊道装炉加热，保温后由吊车吊运至上料台架，然后经加热炉装炉辊道装炉加热。冷轧工艺是将热轧来的原料板轧制成用户所要求的尺寸与形状，同时满足性能与表面质量要求。冷轧工艺一般包括酸洗、多机架连轧机、热处理线，单机架和双机架平整线，表面防腐处理的镀锌线、彩涂线，及精整线等，此外依据生产的产品不同还会有：镀锌线、冷轧硅钢和彩涂线，冷轧是把热轧的板卷再次加工成具有高附加值的产品。
二．原料工艺
1.烧结矿
烧结是指将铁矿粉、无烟煤和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣按一定配比混匀。烧结机适用于大型黑色冶金烧结厂的烧结作业，它是抽风烧结过程中的主体设备，可将不同成份，不同粒度的精矿粉，富矿粉烧结成块，并部分消除矿石中所含的硫，磷等有害杂质。经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。
烧结中，原料在配料室参加配料，在一次混合机混合、加水湿润，在二次混合机中造球，具有一定粒级的混合料通过布料器布到台车上，布有料的台车通过点火炉下方，通过高温煤气火点燃混合料中的燃料，主排风机通过风箱从台车下部进行抽风烧结，台车从机头运动到机尾，混合料正好完成烧结过程，经过冷却后通过筛分供给高炉。
2.球团矿
球团是人造块状原料的一种方法，是—个将粉状物料变成物理性能相化学组成能够满足下—步加工要求的过程。球团过程中，物料不仅由于滚动成球相粒于密集而发生物理性质，如密度、扎隙率、形状、大小相机械强度等变化、更重要的是发生了化学和物理化学性质，如化学组成、还原性、膨胀性、高温还原软化性、低温还原软化性、熔融性等变比，使物料的冶金性能得到改善。球团的基本任务除利用精矿和粉矿制成球状冶炼原料外，还可生产用于直接还原的金属化球团矿以及将其应用于综合利用回收有用金属。
国内外焙烧球团矿的方法有3种：竖炉焙烧；带式焙烧；链箅机－回转窑焙烧。竖炉是最早采用的球团矿焙烧设备。现代竖炉在顶部设有烘干床，焙烧室中央设有导风墙。燃烧室内产生的高温气体从两侧喷入焙烧室向顶部运动，生球从上部均匀地铺在烘干床上被上升热气体干燥、预热，然后沿烘干床斜坡滑入焙烧室内焙烧固结，在出焙烧室后与从底部鼓进的冷风气相遇，得到冷却。最后用排矿机排出竖炉。竖炉的结构简单，对材质无特殊要求；缺点是单炉产量低，只适用于磁精粉球团焙烧，由于竖炉内气体流难于控制，焙烧不均匀造成球团矿质量也不均匀。带式焙烧机是目前使用最广的焙烧方法。带式焙烧采用铺底料和铺边料以提高焙烧质量，同时用鼓风和抽风干燥相结合以改善干燥过程，提高球团矿的质量。带式焙烧适用于各种不同原料，如赤铁矿浮选精粉、磁铁矿磁选精粉或混合粉等球团矿的焙烧。
三．炼铁工艺
1.工艺设备
高炉是横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。
热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。
2.基本流程
铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。高炉冶炼目的是将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水，同时副产品包括水渣、矿渣棉和高炉煤气等。反应式为：Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(高温)(还原反应）；Fe3O4+4CO==3Fe+4CO2(高温)（还原反应）；C+O2==CO2(高温)；C+CO2==2CO(高温)。生产时，从炉顶不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进1200摄氏度的热风，喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。炉渣形成的反应式为:CaCO3=CaO+CO2(条件：高温）；CaO+SiO2=CaSiO3(条件：高温）。其中煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。
3.工艺特点
高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应；高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况；高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。
四．炼钢工艺
1.工艺设备
转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。
2.基本流程
转炉炼钢的原材料分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水、废钢、铁合金，非金属料包括造渣料、熔剂、冷却剂，气体包括氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。非金属料是在转炉炼钢过程中为了去除磷、硫等杂质，控制好过程温度而加入的材料。主要有造渣料（石灰、白云石等），熔剂（萤石、氧化铁皮等），冷却剂（铁矿石、石灰石、废钢等），增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油等）。
转炉炼钢工艺中，首先按照配料要求把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料，如生石灰等。然后把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入纯度大于99%的高压氧气流，使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。
3.工艺特点
转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
第四篇：冶金工程概论结课论文
冶金工程概论结课论文
摘要：金属是城市建设必不可少的材料，也是艺术设计所要使用的原料。艺术设计离不开冶金所生产的材料的支持。冶金工程也给了我很多设计的灵感，冶金车间哪耀眼的金红色，不正是我一直以来所寻找的美丽的色彩吗？
关键词:冶金 炼铁 炼钢 冶金与艺术
正文：金属是城市建设必不可少的材料，也是艺术设计所要使用的原料。金属可分为黑色金属和有色金属。钢铁属于黑色金属，钢铁定义按钢铁里的碳元素含量而划分，主要分为工业纯铁，碳素钢，铸铁。而要得到我们需要的钢铁必须从自然界的矿石中提取，这就是冶金工程的任务所在。从矿石或其他原料中提取金属的方法主要有火法冶金，湿法冶金，电冶金。而电冶金按电能形式可分为电化学冶金和电热冶金。火法冶金是最常见的冶金方法，下面是钢铁火法冶金的主要生产环节。
1．冶炼原料
原料是高炉冶炼的物质基础，精料是高炉操作稳定顺行，获得高产、优质、低耗及长寿的基本保证。原料主要是铁矿石，铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。所产生的铁矿粉需要造块之后才能参与冶铁，铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法，生成烧结矿和球团矿。高炉冶炼用的原料主要有铁矿石(天然富矿和人造富矿)、燃料(焦炭与喷吹燃料)、熔剂(石灰石和白云石等)。
2.炼铁
目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法。高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，进行一系列还原反应、氧化反应，从氧化物或矿物状态(如Fe2O3、Fe3O4等)还原为液态生铁。高炉炼铁的主要过程如下：
a)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。b)从炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。
c)在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。d)炼出的铁水从铁口放出。
e)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。
f)产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉炼铁特点
（1）高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应。
（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。
（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。
3.炼钢
钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金，二者差别就是C元素的含量。钢中五大元素即碳、硅、锰、磷、硫。但这些元素会影响钢材的金属机械性能和金属物理性能，所以在炼钢过程中要尽量“脱去”他们。还有氢，氮会影响钢的金属塑性，影响钢材使用。可使用电解等手段去除。炼钢的基本任务：
a)脱碳并将其含量调整到一定范围。
b)去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）c)调整钢液成分和温度
d)将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。
炼钢工艺主要包括：1）铁水预处理；2)转炉或电弧炉炼钢；3)炉外精炼(二次精炼)；4)连铸。炼钢过程是个氧化过程，其去除杂质的主要手段是向熔池吹入氧气并加入造渣剂形成熔渣出来。脱碳反应是炼钢过程的主要手段，硅、锰、磷、硫等元素也通过氧化反应去除。炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂(石灰石等)、脱氧剂(硅铁、锰铁、铝等)、合金料等。
(一)转炉炼钢
利用吹入空气或氧气对熔融的铁水进行氧化脱碳，炼出合格成分的钢锭。按炉衬材料性质有酸性、碱性之分，按吹入氧气的方式有底吹、顶吹、侧吹之分。
1）原料：高炉经钢包送来的铁水，<10％的冷铁锭，调整用冷废钢，造渣用石灰石、萤石，脱氧和合金化用的铁合金及纯度≥99.5％氧气。
2）操作：倾斜炉体，顺序加入石灰石、熔剂、废钢、铁水，插入水冷喷嘴，喷射高纯氧产生反应：2Fe+O2→FeO，FeO进入熔体扩散，完成脱碳、氧化吹炼。脱碳→CO→熔体沸腾，氧化加速。火焰由黄褐色→暗红色→长而明亮火焰→明显减少→液面平静→脱碳氧化结束。
（二)电炉炼钢：有电弧炉、感应电炉炼钢之分。
电弧炉炼钢：依靠插入金属炉料间的电极通电后，产生的电弧熔化炉料。随着炉料不断熔化，池面上升，电极上升，到最高点时，炉料已完全熔化。此时，先后进入熔化、氧化期、还原期。
（三）炉外精炼
炉外精炼的基本手段有渣洗，搅拌，真空，加热，喷吹和喂丝等。
4.连铸
连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。与模铸相比，连铸具有以下优越性：
1)简化工序、节能；2)铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高7~12%；3)高效凝固；4)优化成型。
连铸工艺的流程为：钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通过连铸二次冷却区时，进一步是受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯通过拉矫机矫直后，切割成规定长度，由输送辊道运出。
5.轧钢
轧制过程是轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。一般的轧钢工序可分为：加热炉 粗轧 中轧 精轧 精整。
冶金与艺术
冶金看似与艺术无关，其实不然，艺术设计离不开冶金所生产的材料的支持。最初选修冶金工程概论只是为了增长知识面，可现在了解了冶金是如此艰辛复杂，在以后设计的道路上我一定会注意节约与循环利用，珍惜工人们的劳动成果。通过观看冶金的过程，冶金工程也给了我很多设计的灵感，冶金车间哪耀眼的金红色，不正是我一直以来所寻找的美丽的色彩吗？
【参考文献】
[1].杜长坤.冶金工程概论.冶金工业出版社 [2].冶金工程概论 百度文库
[3].沈峰满.冶金工程概论.[M].冶金工业出版社
[4].炼铁学 梁中渝
[5].炼钢学 雷 亚
第五篇：冶金工程概论结课论文
冶金工程概论结课论文
班 级：人文艺术学院
任课教师：高逸锋
作 者：王毅 学 号：2011440262
艺术设计2011级7班
一．关于 钢铁冶金联合企业的主要生产环节、每一个生产环节的主要过程、主要设备、生产方法及特点 1．冶炼原料
原料是高炉冶炼的物质基础，精料是高炉操作稳定顺行，获得高产、优质、低耗及长寿的基本保证。原料主要是铁矿石，铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法。高炉冶炼用的原料主要有铁矿石(天然富矿和人造富矿)、燃料(焦炭与喷吹燃料)、熔剂(石灰石和白云石等)。冶炼一吨生铁大概需要品位为63%的铁矿石1.60~1.65吨，0.3~0.6吨焦炭，0.2~0.4吨熔剂。
2.炼铁
目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法。高炉炼铁的这种主导地位预计在相当长时期之内不会改变。高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态(如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等)还原为液态生铁。高炉炼铁的主要过程如下： a)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。b)从炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。
c)在高温下焦炭（也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。
d)炼出的铁水从铁口放出。
e)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。f)产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。冶炼过程中，炉料(矿石、熔剂、焦炭)按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。高炉炼铁特点
（1）高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应。
（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。
（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。
3.炼钢
钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金，二者差别就是C元素的含量。炼钢的基本任务：
a)脱碳并将其含量调整到一定范围。
b)去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）c)调整钢液成分和温度
d)将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。
炼钢工艺主要包括：1）铁水预处理；2)转炉或电弧炉炼钢；3)炉外精炼(二次精炼)；4)连铸。炼钢过程是个氧化过程，其去除杂质的主要手段是向熔池吹入氧气并加入造渣剂形成熔渣出来。脱碳反应是炼钢过程的主要手段，硅、锰、磷、硫等元素也通过氧化反应去除。炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂(石灰石等)、脱氧剂(硅铁、锰铁、铝等)、合金料等。炼钢方法---转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢(一)转炉炼钢
利用吹入空气或氧气对熔融的铁水进行氧化脱碳，炼出合格成分的钢锭。按炉衬材料性质有酸性、碱性之分，按吹入氧气的方式有底吹、顶吹、侧吹之分。1）原料：高炉经钢包送来的铁水，<10％的冷铁锭，调整用冷废钢，造渣用石灰石、萤石，脱氧和合金化用的铁合金及纯度≥99.5％氧气。
2）操作：倾斜炉体，顺序加入石灰石、熔剂、废钢、铁水，插入水冷喷嘴，喷射高纯氧产生反应：2Fe+O2→FeO，FeO进入熔体扩散，完成脱碳、氧化吹炼。脱碳→CO→熔体沸腾，氧化加速。火焰由黄褐色→暗红色→长而明亮火焰→明显减少→液面平静→脱碳氧化结束。
（二)电炉炼钢：有电弧炉、感应电炉炼钢之分。
（1）电弧炉炼钢：依靠插入金属炉料间的电极通电后，产生的电弧熔化炉料。随着炉料不断熔化，池面上升，电极上升，到最高点时，炉料已完全熔化。此时，先后进入熔化、氧化期、还原期。熔化期：
○ 金属液体与炉气接触：2Fe+O2→2FeO
炉渣中：FeO+O2→Fe2O3或Fe3O4
渣界面上：Fe2O3或Fe3O4被Fe重新还原成FeO，一部分按分配定律进入钢液的FeO与硅、锰、磷氧化并与CaO生成炉渣，放热,使炉温上升到1590℃
2氧化期 T>1590℃
○ 反应：
a [C]+[O]→CO 上升的气泡会不断吸收钢液中的H2、N2，使钢液中的含气量下降。
b 脱P: 应控制渣中FeO、CaO浓度，形成烧结的4CaOP2O3渣，并及时排渣。
3还原期：脱氧、脱S，调整温度与成分。加入锰铁预脱氧后，加入生石灰、○
萤石、碳粉
FeO+C→Fe+CO
FeS+CaO→Ca2S(进入渣中)+FeO
（三）平炉炼钢平炉炼钢的过程通常分为补炉、装料（铁矿石、石灰和废钢）、加热、兑铁水、熔化、精炼、脱氧和出钢等几个步骤。平炉炼钢的优点
①可大量使用废钢，而且生铁和废钢配比灵活；
②对铁水成分的要求不像转炉那样严格，可使用转炉不能用的普通生铁； ③能炼的钢种比转炉多，质量较好
4.连铸
连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。与模铸相比，连铸具有以下优越性：
1)简化工序、节能；2)铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高7~12%；3)高效凝固；4)优化成型。
连铸工艺的流程为：钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通过连铸二次冷却区时，进一步是受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯通过拉矫机矫直后，切割成规定长度，由输送辊道运出。
5.轧钢
轧制过程是轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。一般的轧钢工序可分为：加热炉 粗轧 中轧 精轧 精整。
二.论冶金与艺术设计之间的联系 1．环境艺术设计
笔者学习的专业是“陈设与装饰设计”，可说是由传统的“环境艺术设计”中的“室内设计”以及“景观设计”演变而来。
室内设计就是建筑的内部空间设计，不论是在建筑构思、材料选用还是在使用功能及精神审美上，很难让一个设计师在设计建筑时不考虑内部空间的功能、组成与形式的问题，或进行室内设计时不考虑建筑总体设计与调整的问题。美国著名建筑师沙利文提出“形式由功能而来”，即建筑的形式是由使用功能及精神功能而来，强调了功能对于建筑形式的影响及作用，而功能在很大程度上规定了建筑的内部空间(室内空间)及形式，这直接影响到建筑的内部空间的设计，即室内设计。人们经常提到“建筑的形式”，严格地讲它是由空间、体形、轮廓、虚实、凹凸、色彩、质地、装饰等种种要素集合而形成的复杂的概念，而室内设计同样也包括了这些要素。室内设计与建筑设计许多原理是共同的，设计时都必须考虑使用功能和精神功能，都符合构图规律，即都考虑尺度与比例、统一与变化、节奏与韵律、均衡与稳定、主从与重点等，都受材料、技术的同时制约，并受到时代、文化等因素的共同影响。纵观东西方建筑及近现代的重要建筑，设计师在设计建筑时无一不重视建筑的内部空间设计，如近现代的赖特、阿尔托、密斯、贝聿铭等建筑大师，他们不仅仅是对整个建筑空间的内外进行设计，而且还包括室内的家具、灯具、装饰、陈设等一切方面的设计。尽管室内设计有一定的独立性，但它是整个建筑设计和建筑理论不可分割的一部分，是建筑设计的有机组成部分之一，它们共同组成了建筑的整体。如赖特设计的著名的流水别墅及其室内，均体现出设计师对自然环境的尊重，因此设计中建筑形体、材料自身的美及室内陈设等与周围的天然环境达到高度和谐的统一，其建筑外观与室内充满自然气息和艺术魅力。2.工业设计 工业设计亦是属于艺术设计领域的范畴，虽然笔者并未学习这一专业，但或多或少地了解了一些相关的只是信息。
工业设计是指以工学、美学、经济学为基础对工业产品进行设计。工业设计分为产品设计、环境设计、传播设计、设计管理4类；包括造型设计、机械设计、电路设计、服装设计、环境规划、室内设计、建筑设计、UI设计、平面设计、包装设计、广告设计、动画设计、展示设计、网站设计等。工业设计又称工业产品设计学，工业设计涉及到心理学，社会学，美学，人机工程学，机械构造，摄影，色彩学，方法学等，是一门综合性将工业产品加以美化与功能化的学科。用以增加顾客的购买欲望，达到生产者的销售目的。
以上所述看似与冶金业没有太大关系，但无论是建筑或是工业产品终究是用材料来建造制作的的；无论是什么风格，什么形式，什么用处的建筑以及工业产品，亦都不能脱离所需要的建造材料而成为空中花园般的存在，而在材料中，金属材料最为常用。
所以笔者认为，冶金业从一定程度上限制了相关艺术设计工作的方向，同时，艺术设计也为冶金业的发展进步作出贡献，间接地推动艺术设计本身的发展，这是一个相辅相成的联系。
【参考文献】
[1]薛正良.钢铁冶金概论.冶金工业出版社.2008 [2]殷瑞钰.冶金流程工程学.[M].北京冶金工业出版社.2004,109～112 [3].沈峰满.冶金工程概论.[M].冶金工业出版社.2010-2-28
[4].马琪.谈室内设计与建筑设计之联系 昆明冶金高等专科学校建筑与艺术学院 [5].工业设计 百度百科词条
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