第一篇：冶金学院耐火材料论文
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学号： 前言.....................................................................................1 2 洁净钢的发展及现状.........................................................1 2.1转炉洁净钢生产时期（1945—1970年）........................2 2.2洁净钢生产流程开发期（1970—2000年）....................2 2.3洁净钢生产流程优化期（2000年以后）........................2 2.4传统洁净钢流程的弊病.....................................................3 3 洁净钢与耐火材料的关系.................................................6 3.1耐火材料与钢液中氧含量的关系.....................................6 3.2耐火材料与钢中硫含量的关系.........................................7 3.3耐火氧化物及结合剂与钢中磷含量的关系[]...................8 3.4耐火材料与钢中氢含量的关系.........................................9 3.5低碳钢及超低碳钢的碳污染问题...................................10 4 洁净钢用耐火材料的发展...............................................11 4.1钢包精炼系统...................................................................11 4.2 RH精炼系统.....................................................................13 4.3 中间包系统......................................................................15 4.4连铸“三大件”...............................................................16 5 对洁净钢用耐火材料的展望...........................................18 6结语......................................................................................18 洁净钢用耐火材料的发展及应用
冶金1401 魏颖 20142018 【摘要】本文综合论述了洁净钢的发展，以及影响钢液洁净度的主要因素。主要介绍了精炼钢包系统、RH精炼系统、中间包系统用耐火材料的材质选择及技术进步。最后对洁净钢用耐火材料未来的发展提出了自己的展望。【关键字】耐火材料、洁净钢、夹杂物、氧含量、氧势、硫含量、LF、RH
1前言
世界各工业领域的发展与技术进步以及人们生活水平日益提高,对钢材性能的需求日益苛刻。洁净钢的市场需求量在不断增大,钢的洁净度要求也越来越高。
耐火材料作为钢水容器和钢水冶炼过程中的功能材料,与钢水直接接触。如果材质选择不合理,质量低劣或管理不善,耐火材料就有可能以非金属夹杂物等形式存在于钢水之中,从而影响钢水的洁净度。钢的洁净度是反映钢的总体质量水平的重要标志，是内在质量的保证指标。[1]因此,研究洁净钢用耐火材料具有重要的现实意义[2]。
虽然洁净钢的冶炼是以铁水预处理开始,本文主要涉及：①影响钢液洁净度的主要因素，和耐火材料对钢水质量的影响。②洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展,从耐火材料材质及其技术进步、创新及展望两个方面来讨论[3]。洁净钢的发展及现状
洁净钢并不是特指某一类具体的钢种，而是代表实际生产过程中控制钢水洁净度所能达到的工艺水平。所以，洁净钢不是一个钢种的概念，而是属于生产工艺范畴，反映出洁净钢的生产工艺和制造水平。不同用途的洁净钢中夹杂物的含量和尺寸不同，如表1所示[4]。
钢时代洁净钢冶炼技术得到迅速发展，氧气顶吹转炉是这一时期最重要的技术创新。它不仅淘汰了平炉，推动电炉进行彻底改造，还促进了高炉大型化和连铸、连轧工艺的发展。这一时期洁净钢生产技术发展可分为３个时期。
2.1转炉洁净钢生产时期（1945—1970年）
早期洁净钢生产对钢材性能和洁净度要求不高，转炉成为生产的主要环节。洁净钢技术发展重点是研究解决顶吹转炉反应效率低、渣钢反应偏离平衡和吹炼过程不平稳等技术问题。主要创新成果包括：氧气底吹转炉和喷粉技术、各种复吹转炉以及铁水脱硫和炉外精炼等。
2.2洁净钢生产流程开发期（1970—2000年）
由于制造业对钢材洁净度要求更加苛刻，如无间隙原子深冲钢要求 ｗ（[C+N]）≤0.0050%；轴承钢要求 ｗ（T[O]）≤0.0060%；抗应 力 腐 蚀（SCC）和氢致裂纹（HIC）的高强钢如 Ni－Cr－Mo和质量分数9%Ni钢等要求 ｗ([p])≤0.0030%；抗H2S腐蚀的管线钢要求 ｗ([S])≤0.0005%等，单纯依赖转炉很难生产。这一时期的研究重点是对转炉功能的解析与转换，形成洁净钢生产流程，突破净钢冶炼的技术极限。主要技术创新包括铁水“三脱”预处理、转炉智能吹炼、多功能真空精炼等。
2.3洁净钢生产流程优化期（2000年以后）
钢材洁净度未达到预期水平的原因主要是：提高钢材性能并非完全依赖纯净度，钢中最大夹杂物尺寸，连铸偏析、疏松等缺陷及轧材组织控制等因素的影响不容忽视，使研究热点从突破洁净度极限转变到对生产流程的优化。洁净钢生产发展的重点从单纯追求突破洁净度极限转变为降低生产成本，提高生产效率，实现 绿色化生产。主要创新是钢中最大夹杂物控制、连铸轻压下和小压缩比连铸及建立高效低成本洁净钢生产平台等。2000年日本和歌山厂将原有2座炼钢厂（160t×3＋80t×3）改造为1座210t转炉炼钢厂，达到以下开发目标，被誉为“２１世纪世界最先进的钢铁厂”：
（1）采用全铁水“三脱”和真空处理工艺，全部产品的杂质总质量分数不大于0.010%；
（2）采用高效快节奏生产工艺，转炉生产效率提高１倍，达到两座转炉的产量；（3）降低生产成本，产品成本低于传统流程普通钢。可降低炼钢能耗66%、石灰消耗25%、铁损29%、锰铁合金48%，减少渣量33%，粉尘回收率提高60%[5]。
2.4传统洁净钢流程的弊病
传统洁净钢生产流程如图1所示，其主要特点是把炉外精炼作为钢水提纯的重点，转炉作为初炼炉，多数未采用“三脱”工艺。该流程存在以下技术弊病。
图1 传统洁净钢生产流程示意图
炼钢回硫
炼钢回硫由反应热力学决定：脱硫为还原反应，脱硅、脱磷和脱碳是氧化反应，氧化性炉渣溶解硫的能力大幅降低。各种炼钢渣系在还原条件下均有很高的脱硫能力，渣钢间硫分配比
LS随碱度升高达到200~600，如图2所示。但在氧化条件下，硫从金属向炉渣传
22-OS输为硫离子和氧离子在钢渣间交换的氧化还原反应：S＋（）＝O＋（）。
反应平衡常数：
KSw((s))w((FeOt))w([s])
在渣中酸性氧化物很少的条件下，渣钢间硫分配比 因 W（(FeO)）升 高 而 大 幅 降低，一般超过10,如图2所示。“三脱”铁水少渣冶炼加强搅拌控制渣中 W([Fe]）≤5%，LS不会超过100[6]。
图1 碳饱和铁水
LS与碱性渣成分的平衡
图2 复杂渣系中酸性氧化物成分对脱硫平衡常数
KS的影响
回硫的危害是需要炉外精炼二次脱硫，增加生产成本；二次脱硫虽然降低钢水硫质量分数，但脱硫产生的CaS系夹杂严重污染钢水，影响钢材性能。低碳脱磷
低碳脱磷是转炉炼钢的基本特征。顶、底吹转炉脱磷，随 W（[C]）的降低，渣钢间磷分配比LP迅速上升，W（[C]）≤0.1%时才能实现高效脱磷。低碳脱磷的原因在于钢液中碳、硅、锰、磷等元素的选择性氧化，各元素氧化顺序决定于发生氧化反应的氧位P(O2)。P(O2)越低，越易于氧化，优先其他元素反应。脱碳P(O2)较低使金属中磷很难直接氧化生成P2O5((P2O5))；在渣钢界面上通过炉渣
181710~10成 分控制P2O5使活度系数降低到才能实现脱磷。转炉吹炼中金属和炉渣氧位变化与碳质量分数的关系如图3所示：冶炼前期W([C])较高，氧分压仅P(O2)为＝1016~1014，要求脱 磷 的P（O2）更 低。后 期 碳 降 低 氧 位
810升 高 到P(O2)=，使脱磷反应容易进行[7]。底吹转炉渣钢氧位基本相当，顶吹转炉偏差较大，炉渣过氧化现象较严重。冶炼过程磷的如图4所示，吹炼前期W([C])≥3%时，硅、锰氧化为主,W([P])迅速降低；中期略有回磷，后期进一步深脱磷[8]。
低碳脱磷的最大危害是不能高碳出钢造成钢渣过氧化。随碳质量分数降低，钢中a(O）和渣中W([TFe])升高，残锰降低，炉衬侵蚀加剧。
图3 各种转炉中的金属和炉渣氧位与ｗ（［Ｃ］）的关系
夹杂物控制困难
夹杂物控制困难是传统流程最突出的问题，由以下因素造成：（1）钢水过氧化，大量消耗脱氧剂，增大夹杂物。（2）沉淀脱氧，脱氧产物以夹杂物形态残留在钢中。
（3）精炼过程不断产生新夹杂，如变性夹杂、脱硫夹杂和各种卷渣夹杂。洁净钢与耐火材料的关系
3.1耐火材料与钢液中氧含量的关系
耐火氧化物的溶解或分解造成增氧,写成通式: 1/ yMxOy(s)= x/ y[M]+[O] 式中[M]与[O]分别表示溶于钢液中的金属与氧。其逆反应: x/ y[M]+[O]= 1/ yMxOy(s)则表示溶解在钢液中的脱氧剂M与溶于钢液中的氧反应生成脱氧产物MxOy。如果MxOy不上浮,也会成为钢中夹杂物。
Al、Si、Cr、Zr在铁液中的溶解度都很大;而Mg与Ca由于在高温下以气态存在,在铁液中的溶解度很低。当元素在钢液中的溶解量很小时,一般说来其活 度系数接近于1,因此,可用浓度代替活度,即a[M]=[%M]。
下面讨论氧化物或复合氧化物在钢液中溶解平衡时的情况。假设体系中只有Fe及所讨论的氧化物或复合氧化物的元素,不存在其他元素。3.1.1 采用刚玉作耐火衬
Al2O3(s)= 2[Al]+ 3[O]
由热力学数据书可查得: 2Al(l)+ 2/3O2(g)= Al2O3(s)
ΔG =63180-27.91T 1/2O2(g)=[O]1%
ΔG =RTlnK 可得:
a[Al]2·a[O]3= 4.41× 10-14 3.1.2 采用MgO作耐火衬
同样,由已知热力学数据: MgO(s)= Mg(g)+ 1/2O2(g)
△ G = 714420-193.72T 1/2O2=[O]1%
△G =112550+ 49.20T 可求得反应:
MgO(s)=[Mg]1%+[O]1%(1)的标准吉布斯自由能变化为:
△G = 484720-147.41T 当T= 1873 K时,同样可由△G 1873=2313800+ 556.5 T
5/2O2(g)= 5[O]1%
△ G =244346-38.5T 可求得反应:
3CaO(s)+ 2[P]+ 5[O]= Ca3(PO4)2(s)
△G =RT ln K 可得:
[%H]= 2.46× 10-3pH2p(质量百分浓度)空气中H2含量(体积分数)为0.01%,则pH2/ p =0.0001, 因此空气中的氢造成钢液含氢量为:
[%H]= 2.46× 10-3 0.0001= 2.46× 10-5 这说明空气中的氢气造成的钢液增氢是极微的,仅为 0.24 ppm,不会使钢液大量含氢。空气中水蒸气进入钢液,其反应为:
H2O(g)= 2[H]1%+[O]1%
△G = 203310+ 2.17 T
在浇钢的高温下,新砌的浇钢容器中,耐火材料残 存的水分与氢,主要是在浇铸前2桶钢液时进入到钢 液中的。若残存的4.3 kg氢全部进入到前2桶的100 t 钢液中,其增氢为43 ppm。即使只增氢10 ppm,就氢含 量而言,也就不洁净了。
3.5低碳钢及超低碳钢的碳污染问题
近年来,低碳钢与超低碳钢(如超低碳铝镇静钢、超低碳不锈钢、纯铁等)的用量明显增加。这些钢种要求其碳含量甚低,在20 ppm,甚至5 ppm以下。
碳极易溶于铁液,在1600℃铁液中的溶解度为5.41%。
炼超低碳钢主要是靠下列反应进行脱碳: [C]+[O]= CO(g)
△G =95921 J·mol-1 由△G =8.314× 1873 lnpCO/ p a[C]·a[O]
a[C]·a[O]= 2.11× 10-3×pCOp
若真空处理的真空度为200 Pa,则pCO= 200 Pa。连同p = 101325 Pa代入上式得:
a[C]·a[O]= 4.16× 10-6 由于低碳钢与超低碳钢中碳含量很低,其活度系数f[C]可认为等于1,于是a[C]=[%C],上式即为:
[%C]·a[O]= 4.16× 10-6 若采用Al脱氧,[%Al]= 0.1时,从图1知,a[O]≈2× 10-2,[%C]= 2.08× 10-2≈ 200 ppm。
这超过了对超低碳钢中碳含量的要求。
若只采用Si等脱氧剂进行钢液轻度脱氧,从图1知,其a[O]≈ 10-2,[%C]= 4.16 × 10-4,钢中碳含量只有4 ppm。
从上面计算可知,进行轻度脱氧,经200 Pa真空处理后,可使钢液中碳含量降至20 ppm以下。对于炼超低碳不锈钢的真空处理设备,最适宜的耐火衬应是镁铬耐火材料。因为镁铬耐火材料在高温真空处理时,镁铬砖会与钢液发生下列反应: MgO·Cr2O3(s)+ 4[C]= 2[Cr]+ Mg(g)+ 4CO(g)不仅有利于脱碳,还可增加钢中铬的含量。
经过真空脱碳后的钢液,在随后的处理过程中,不应该再采用含炭耐火材料,否则,耐火材料中的碳将重新溶入钢中。洁净钢用耐火材料的发展
4.1钢包精炼系统
目前，国内大多数精炼钢包采用含碳材料，如镁碳砖、铝镁碳砖、镁铝碳砖等，其碳含量一般在 8%(w)以上。随着洁净钢要求的不断提高，近几年，相继出现多种低碳和无碳钢包耐火材料，如无碳刚玉－尖晶石预制块、机压刚玉－尖晶石无碳砖、低碳镁碳砖、刚玉－尖晶石浇注料、镁钙砖等。4.1.1无碳刚玉－尖晶石预制块
无碳 刚 玉 － 尖 晶 石 预 制 块 是 以 超 低 水 泥 或ρ-Al2O3结合的刚玉－尖晶石浇注料在耐火材料企业预制成型并经过热处理的产品。该产品用于洁净钢的冶炼取得了良好的效果，例如在武钢三炼钢的300t钢包使用，寿命达 250 次。一种典型的刚玉－尖晶石预制块的理化指标如表 1 所示。与之配套使用的无碳材料还有包底刚玉质冲击块、包底刚玉浇注料、包壁修补料、包底修补料和高纯铝镁火泥等，其性能如表 2 所示。
钢包刚玉－尖晶石预制块具有不含碳、纯度高、使用寿命长的优点，目前正在宝钢、武钢等推广用于洁净钢冶炼，并取得良好效果。但该产品也存在一些问题与不足: ①产品生产过程中，人工成本高，生产效率低;②产品原料成本高;③配套材料较多，需要人工修补;④抗热震性能有待进一步提高。4.1.2机压刚玉－尖晶石砖
为了解决生产效率低下的问题，人们开发了一种材质相当的机压刚玉－尖晶石砖，该产品用于 90 t精炼钢包，侵蚀速率 ＜ 0． 6 mm·次－ 1，取得了较好的使用效果。机压刚玉－尖晶石砖与刚玉－尖晶石预制块的性能比较如表 3 所示。
机压刚玉－尖晶石砖提高了生产效率，并有较好的使用效果，但同时也存在一些问题和不足，如: 机压模具寿命较低，抗热震性不好的问题更加突出。因此，提高机压刚玉－尖晶石砖的使用效果至少要注意如下 3 点: ①确保钢包有较快的周转速度;②大幅提高模具寿命，尽可能采用液压成型;③较大幅度地提高其抗热震性能。4.1.3 低碳镁碳砖
为了防止钢包渣线镁碳砖对钢水增碳，宝钢、武钢等钢厂先后开发出抗热震性能和抗侵蚀性能优良的低碳镁碳砖应用于300 t 钢包渣线[10]，侵蚀速度为 0．7 ～ 0．9 mm·次－ 1，与碳含量14%(w)的镁碳砖的使用效果相当，其性能如表4所示。
4.1.4刚玉－尖晶石浇注料
刚玉－尖晶石浇注料是以高纯合成原料为基础的低水泥或超低水泥结合高纯刚玉－尖晶石浇注料。最初由日本开发并大量使用，国内以宝钢为代表率先采用该技术，均取得了良好的使用效果。宝钢在300 t钢包使用达到 250 炉的水平。刚玉－尖晶石浇注料具有以下几个方面的优点:①整体性好，使用寿命长;② 不含碳、高纯、低氧化硅、低氧化铁杂质，可避免钢水增碳或对钢水的总氧含量产生不利影响[11];③便于机械化、自动化施工。
同时，也存在一些问题和不足，如: 对烘烤条件要求高;如果钢包壳变形，则导致浇注层厚度不一，从而影响寿命等。为了充分发挥该浇注料的优势，节约材料，可能有如下两方面工作要做: ①采取合适的措施，尽可能减少钢包壳的变形;②采取清渣补浇工艺。
4.2 RH精炼系统
4.2.1镁铬砖
RH精炼炉作为对钢水质量有保障的精炼装置，近十几年发展很快。由于相关耐火材料承受着急冷急热、强冲击力、高真空条件及各种碱度渣、合金成分的 强烈化学作用等严峻的考验，人们一直没有停止耐火材料使用寿命的攻关。一般来说，浸渍管和真空槽底部耐材的使用寿命决定了 RH 炉的使用寿命[12]。2010 年，武钢耐火厂开发的低硅镁铬砖使 RH 炉的寿命从原来使用传统镁铬砖的 110 次左右上升到 130 次以上。低硅镁铬砖与传统镁铬砖的性能对比如表5所示。
表5传统镁铬砖与低硅镁铬砖性能比较
传统 镁 铬 砖 中 的 Si O2含 量 较 高，易 与 砖 内Cr2O3、Mg O、Fe2O3以及钢液中非金属夹杂形成多元低熔点化合物，在钢液的冲刷下，加剧蚀损[13]。另外，也会与钢液中的［Mn］、［Al］反应，造成钢液增 Si与氧化物夹杂并加剧蚀损[14]，其反应如下: /2SiO2(s)+ 2［Al］= 3 /2［Si］+ Al2O3(s)，(1)
Si O2(s)+ 2［Mn］［Si］+ 2Mn O。
(2)
当然，由于 RH 真空系统条件较复杂，在镁铬砖中 Si O2含量相当的情况下，镁铬砖的生产工艺，RH真空装置的砌筑方式和质量以及处理的钢种也可能对
RH 炉的寿命有一定的影响。4.2.2无铬化
由于六价铬对环境的危害，人们一直致力于找到一种替代镁铬砖的材料，先后试验了镁铝砖、镁锆砖、镁碳砖等[15]。虽然取得了一些有益的成果，但就 性价比而言，均未能超过镁铬砖。然而，日本人开发的低碳镁碳砖在RH 炉上应用的结果似乎把无铬化的进程向前推进了一步。低碳镁碳砖在日本JFE 钢铁公司
300 t 钢包的 RH 下降管试用，其侵蚀速度为0.6 mm/炉，比直接结合镁铬砖小 10%。这种低碳镁碳砖与传统镁铬砖性能比较如表6所示。
表6低碳镁碳砖与传统镁铬砖性能比较
4.3 中间包系统
中间包系统作为钢水进入结晶器的最后一道工序，愈来愈引起人们的重视。从某种程度上，其钢水的洁净度直接反映在连铸坯的质量上[16]。在连铸系统，为促进夹杂物上浮，采用了大容量中间包，上、下挡渣堰结构，垂直结晶器，浇铸过程中还采取了密封浇注技术。因此，连铸中间包已从一种简单的钢液缓 冲过渡容器转变成一种重要的钢液精炼装置[17]。中间包耐火材料自然就引起了人们关注和重视。下面简单介绍一下中间包涂料、挡渣堰和浸入式水口。4.3.1中间包涂料
目前，中间包工作衬从施工方式上来分，有人工涂抹料、喷涂料和干式振动料或自流料;从材质上来分，主要是镁质和镁钙质。宝钢、武钢、鞍钢中间包涂 料的理化指标如表7所示。
表7 宝钢、武钢、鞍钢中间包涂料理化指标
对于高 Ca O 的 Mg O－Ca O 质涂料来说，首先要通过技术措施控制镁钙的水化问题。其次，为增加使用中涂料的游离 Ca O 含量，还需加入一定量的 Ca(OH)2和 Ca CO3。由此研制成功的高 Ca O的Mg O－Ca O质中间包涂料性能如表 8 所示[18]。使用试验结果表明，使用前后，涂料中的 Al2O3质量分数由 1% 提高到5.5% ～ 5.6%，有效吸收了钢水中的 Al2O3。
表8 高Ca O中间包涂料的性能
另外，试验表明，Mg O－Ca O 涂料可明显降低铝镇静钢的总氧含量;在Mg O－Ca O 材料为容器的试验中，当Ca O含量(w)为 20% ～ 25% 时，钢中的硫、磷也明显降低。
综合考虑，控制水化因素、施工、吸收夹杂等因素，镁钙涂料中 Ca O 含量(w)控制在 20% 左右较为适宜。4.3.2中间包挡渣堰
为了防止钢水卷渣而形成非金属夹杂，在优化设计或水模拟试验的基础上，在中间包里设置了挡渣堰。发展初期用高铝材料，现在已经较普遍使用镁质挡渣堰。为了提高挡渣堰本身吸附钢水夹杂物的作用，有人提出要发展镁钙质挡渣堰。
4.3.3中间包的保温
目前中间包永久层一般采用重质高铝浇注料，虽然能满足工艺要求，但保温效果不好，导致中间包钢壳表面温度偏高，钢水降温较快。如果能开发出保温效果好、满足工艺要求的永久层，同时注重覆盖剂和工作层的保温效果，则钢水在中间包内的温降会明显降低，有利于连铸生产稳定运行。有人认为，如果同时重视钢包和中间包保温问题，按照目前的技术能力，至少可使转炉出钢温度降低～ 20 ℃。这样，对稳定钢厂生产运行，降低钢厂成本和减少非金属夹杂都有重要意义。4.4连铸“三大件” 随着连铸技术的发展，连铸“三大件”在不断进步，尤其是浸入式水口。人们重点围绕渣线高抗侵蚀，防止对钢水增碳以及 Al2O3的结瘤堵塞等方面做了大量工作。其中，高抗侵蚀的渣线有 Zr O2－ C、Zr O2－Zr B2－C、Zr B2－ C 等材质。在防止结瘤和 Al2O3堵 塞 方 面，开 发 了 Ca Zr O3－ C、BN － Al N － C、O’-Si Al ON－ Zr O2－C以及无硅无碳材质等。日本人 Yochiro Kawabe 等率先开发的铝镁尖晶石 和Al2O3－Si O2材料用于内衬，从根本上减少了水口内壁网状氧化铝来源，是一种非常有前景的防氧化铝堵塞的内衬材料，有利于洁净钢的冶炼。其材料的化学组成及物理性能如表 9 所示。
将以尖晶石材质为内衬的浸入式水口用于 Mn O系非金属夹杂物多的高氧钢，与原来的 Al2O3－ C 质浸入式水口相比，熔损量减少到 1 /10，Al2O3结瘤明显降低，浇铸后水口内壁工作面平滑。
表 9 铝碳本体材料和内衬材料的理化性能
以组成相近的 Al2O3－ Mg O 尖晶石材质为内衬的浸入式水口用于深冲钢、无取向硅钢和超低碳钢，连浇7 炉，水口内衬无 Al2O3沉积，明显降低了对钢
-4液的污染。浇注超低碳钢时钢液平均增碳 1.110%，比用普通铝碳水口增碳
3.810-4%，明显下降。
目前，国内的连铸“三大件”生产企业至少在 30家以上，其生产的大多数材料能满足连铸工艺的要求(质量稳定性有待进一步提高)。而薄板坯浸入式水口能满足要求的国内厂家很少，其主要原因有以下几个方面: ①水口壁厚受到结晶器宽度的限制;②高拉速下，低黏度和低熔点的结晶器保护渣加速了水口侵蚀;③高纯材料的使用需要更好的防氧化保护;④复杂的水口设计，使其对热震更加 17 敏感。对洁净钢用耐火材料的展望
20世纪80年代以来,由于冶金技术的发展和新型耐火材料的出现,钢铁生产用耐火材料的质量在提高,耐火材料内衬的使用寿命在延长,耐火材料消耗在降低。表10列出了美国先进钢厂的耐火材料消耗。由于一代高炉寿命提高到10～ 15年,炼钢转炉的内衬寿命从约1 000炉次跃升至10 000炉以上,炉衬耐火材料消耗大大降低。另一方面,由于对洁净钢的需求旺盛,炉外精炼发展强劲和连续铸钢稳步发展,这部分耐火材料的用量却在不断攀升,我国钢铁工业用耐火材料也出现同样的趋势。这些情况清晰显示,耐火材料产业的枯荣与洁净钢的发展紧紧相连。
表10美国先进钢厂的耐火材料消耗
洁净钢生产用耐火材料大多属于科技含量高、经济效益好、资源消耗少和环境污染少的产品,正好迎合我国耐火材料工业结构调整和发展的需要。大力发展洁净钢生产作为钢铁工业的重要发展方向之一,必将为加速耐火材料工业的现代化步伐注入持久强劲的动力,使耐火材料朝着优质、高效、功能化、低污染(绿色)的方向发展。
6结语
本文回顾了洁净钢的发展史，针对目前市场对洁净钢的发展需求，重点讨论了钢液中成分与耐火材料的关系，之后分析了当前洁净钢用耐火材料的发展（包括钢包、中间包、连铸三大件）。最后，对今后洁净钢用耐火材料的发展趋势做出了大致的预测。
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第二篇：冶金论文
重庆科技学院 冶金工程概论课程论文
计算机技术在冶金企业中的应用于发展趋势
摘要：主要介绍了仿真技术，三维空间计算机辅助技术，计算机辅助工程（CAE）等概况及应用。
关键词：计算机仿真 三维空间 计算机辅助工程
1仿真技术
1.1仿真技术的概述
仿真技术亦称为模拟技术。仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。仿真技术集成了当代科学技术中多种现代化顶尖手段，极大地扩展了人类的视野和时限能力，在科学技术领域产生着日益重要的作用。
随着计算机软硬件的高速发展,使得计算机模拟仿真技术也得到了长足的发展,目前计算机模拟仿真技术已经在国内外广泛应用。计算机模拟与仿真技术在冶炼、精炼、连铸、轧制过程的流场、温度场、应力场以及金属组织性能的预测与控制,钢铁制造过程的成分与板形精确控制、工艺技术优化、新产品开发的预先模拟试验,都需要模拟与仿真。它不但可以节约新产品、工艺开发时间和费用,提高试验成功率,而且,容易形成企业自主知识产权的工艺与产品,从国内外钢铁企业的发展来看,企业的核心技术部分来自于计算机模拟与仿真技术以及数据积累而形成的精确控制模型。
1.2仿真技术的应用
我国在这一领域起步较晚,但是随着科学技术的发展,以及市场竞争的日益激烈,很多企业都在工艺方面加强力度,目前很多研究机构及高校利用有限元分析对于冶炼过程和轧制过程进行了相关研究。国内各大钢铁公司利用模拟仿真技术,针对型钢的轧制过程进行了相关理论研究工作,在新规格、新产品的开发方面取得突破,同时对汽车用钢进行了模拟分析,直接对其客户进行仿真分析及模具设计的理论支持。有限元软件中的Multiphysics模块主要用于结构和温度场分析,属于多物理耦合场分析模块:LS-DYNA模块主要用于大变形分析,例如轧制、冲压等;CFX模块主要用于流场分析,例如在冶金界的高炉、转炉、电炉、大包、中间包、结晶器等方面的流场分析:DYNAFORM模块主要用于冲压成形,例如汽车板的冲压。
2三维空间计算机辅助技术
2.1三维空间计算机辅助设计技术的概述
三维空间计算机辅助设计技术的最大特点是：所见即所得。就是说设计人员通过各种三维空间软件在计算机上进行建立模型操作，通过软件的渲染，功能就能真实表现出实际需要的各种实体模型。而且三维空间软件都有巡视功能，操作者可以通过移动鼠标调整视线的不同位置来观察，甚至把自己置身一个炼钢厂房中查看整个冶金工艺流线的各种设备和管道的布置。
2.2三维空间计算机辅助技术的应用
根据工艺专业所提设计资料通过CAD软件（CAD、3D CAD、PKP Mcad等平面及三维设计软件）作图绘制。而后进行确认，同时进行实体模型的建立和渲染。大型冶金工业设计牵扯工艺、设备、建筑、结构、通风、给排水等多个专业，各专业之间需要协调工作才能完成设计任务。随着计算机网络技术的日臻成熟，现已可以实现不同专业、多工作站共同工作的网络平台三维空间计算机辅助设计技术的应用。各专业设计工作通过网络平台的三维空间计算机辅助设计技术互相对设计方案进行调整，直至符合要求。
三维空间技术的载体是计算机系统。系统组成分硬件和软件。硬件主要有性能优良的计算机，大屏幕显示器，彩色喷墨打印机；软件主要有Windows操作系统，CAD、3DCAD、PKPMcad等平面及三维设计软件。大型冶金企业设计牵扯工艺、设备、建筑、结构、通风、给排水等多个专业，各专业之间需要协调工作才能完成设计任务。随着计算机网络技术的快速发展，现已实现不同专业、多工作站共同工作的网络平台三维空间计算机辅助设计技术的应用。
3计算机辅助工程
3.1计算机辅助工程的概述
计算机辅助工程(CAE),包括工程和制造业信息化的所有方面,但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算和优化设计,对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真,及早发现设计缺损,改进和优化设计方案, 证实未来工程或产品的可用性和可靠性。
CAE技术主要体现在有限元分析、虚拟仿真技术和优化设计三个方面。有限元分析的主要对象是零件级,包括结构刚度、强度分析、非线性和热场计算等内容;虚拟仿真技术的主要对象是分系统或系统,包括虚拟样机、流场计算和电磁场计算等内容;优化设计的主要对象是结构设计参数。
从运用有限元法对已设计工程或产品的性能进行简单校核,逐步发展到对工程或产品性能的准确预测,再到对工程或产品工作过程的精确模拟仿真,有限元法和仿真技术发挥了重要作用,提高了工程或产品的性能、质量。而最优化技术的采用又降低了工程或产品的成本,缩短了开发周期,减轻了人的劳动,并大大增
强了产品的竞争力。
在工程中应用CAE技术,需要一个载体,而 CAE技术的载体就是CAE软件。CAE软件是结合计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学和现代计算技术,而形成的综合性、知识密集型信息产品,是实现工程或产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件,是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计最重要的工具和手段。
常规的通用CAE软件一般均由前处理、有限元分析、后处理三部分组成,每部分的组成及功能如表 1所示。
表1 通用CAE软件的组成及功能
名称 组成及功能
前处理 三维实体建模与参数化建模，构建的布尔运算，有限元剖分与节点编号，节点参
数生成，载荷与材料数据输入，节点载荷生成，有限元模型信息的生成等
有限元
分析 有限单元库，材料库及相关算法库，约束处理算法，静力、动力、振动、线性与非线性解法库及相应的有限元系统组装模块库等
后处理 有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，根据设计要求对产品按
工程规范进行设计数据检验，优化设计，绘制设计图等
3.2 计算机辅助工程的应用
钢铁工业是世界工业化过程中最具成长性的产业之一,长期成为各个工业化国家的重要产业。在我国,虽然整个现代化建设以传统原材料为基础的状况已在发生改变,但钢铁仍是基本的结构材料和产量最大的功能材料。钢铁工业具有很强的产业关联性,上游影响交通运输、采矿、耐火材料等产业,下游影响建筑、汽车、造船、金属制品、机械电子等行业。钢铁工业依然是工业化国家最重要的产业部门之一,其发展状况也是衡量其工业水平和综合国力的重要指标。世界范围内钢铁工业正面临着新技术蓬勃发展、结构变革的局面。用高新技术改造传统钢铁工业,加速结构优化,提高市场竞争力,是发展钢铁工业的主流趋势。计算机辅助工程(CAE)技术以其高效率、低成本的优势在钢铁工业中得到了广泛的应用。通过CAE技术,可以对钢铁工业中从冶炼到加工的各个工艺过程进行计算机过程模拟、系统优化、自动控制,采用计算机对生产过程、工艺参数及生产结果进行模拟和对整个系统进行优化,以实现生产的超前规划和设计。
冶金设备作为冶金技术的载体,本身具有大型、重载、高速、连续、自动化、精密化等特点,而且往往工作在高温、重载、高粉尘、大冲击等恶劣条件下,许多性能无法采用实物试验的方法获得。近年来,国内外冶金生产中,不断出现重大设备事故,也都涉及到设备的力学行为。同时,冶金工业的发展对机械设备的性能和
使用条件提出了许多新的要求。如近年出现的短流程技术及连铸连轧技术,这些关键技术集中表现为要解决的关键结构设计及力学问题,包括强度问题、运动学及动力学问题和传热及热应力问题,也对冶金机械设计研究和开发提出了更高的要求。因此CAE技术在冶金设备的设计研究上也得到了广泛的应用。
目前CAE技术在炼铁生产中取得的主要成果有:采用有限元法建立高炉复杂料面及中心装焦条件下的煤气流场和压力场解析模型、高炉固态炉料流场和势函数解析模型，分析高炉中心装焦条件下的高炉状况。利用CAE技术计算分析高炉冷却水的稳定性、流速、冷却水管与冷却壁本体的间隙及冷却的高度对长寿高效高炉冷却壁寿命的影响。采用有限元法对高炉炉体结构进行应力分析等。在炼铁机械设计优化方面，CAE主要发挥作用在于针对上料系统、烧结机、球团造球机、回转窑等一系列相关设备的力学分析和优化设计，提高了机械设备的效率和寿命，降低了机械的制造成本，在改善噪音和震动方面也发挥了重要作用。
结束语：随着计算机技术的快速发展，冶金企业中许多以前无法解决的复杂计算和过程控制，如今借助计算机技术都可实现或者有望解决。现代冶金企业领域将越来越多地使用和依靠计算机技术来处理难以用常规手段解决的问题。仿真技术在冶金企业中冶炼、精炼、连铸、轧制过程的流场、温度场、应力场以及金属组织性能的预测与控制,钢铁制造过程的成分与板形精确控制、工艺技术优化、新产品开发的预先模拟试验,都得到了快速发展，且不可缺少的技术手段。三维空间计算机辅助设计技术的在冶金设计中的应用极大的提高了设计效率和设计质量。在冶金工业设计和施工中再也不会出现设备、管道、主体结构打架的情况了。三维空间计算机辅助设计技术的发展将会在国家实现技术现代化的复兴中起到关键性的作用。CAE技术已成为钢铁工业中新工艺和新产品的开发研制、生产工艺优化、设备能力考察和优化设计过程中不可缺少的重要手段，其应用前景也越来越广。
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第三篇：冶金论文
钢铁冶金企业防火对策
摘要：针对于钢铁冶金企业规模扩大的同时，我们有必要考虑到在钢铁冶金生产中的消防安全问题，以保证安全生产和在生产过程中生产人员以及生产设备的安全。从而以保证钢铁生产对国民经济的促进和保证，使钢铁冶金生产达到稳定，不会因消防安全问题带来巨大的损失。
关键词：钢铁冶金 ；消防安全 ；防火措施
引言：随着科技进步和经济发展, 钢铁冶金企业规模越来越大, 钢铁产量逐年提高, 对国民经济起到了重要的影响作用。但钢铁冶金企业的消防安全形势却不容乐观,近十年来发生了多起重特大火灾, 损失巨大。
1.钢铁联合企业的生产
1.1铁矿石的开采要求
铁矿石开采技术要求:一般来说，必须有工业价值的矿床，然后才能考虑开采问题。
因为我国富铁矿石不多，品味越高，质量越好，我国的工业品味定在大于45%,含磷越低，铁矿石的冶炼和分选的成本越低，是冶炼厂青睐的，价格越较高。
1.2开采设备
开采设备分两种：
1.露天开采：成本低，利润高，主要是利用挖掘机，装载机，汽车，风钻机，炸药等。
露天开采的采矿工艺，长期采用全境推进，宽台阶缓帮作业的采剥工艺，现在已开始转向陡帮开采，横向推进新工艺。在爆破器材和技术方面也有所发展，陆续采用了岩石炸药，铵油炸药，硝铵炸药乳化油炸药等等，在生产中应用了大区多排孔微差爆破技术。
2.地下开采：成本较高，还需要坑道支架和通风设备，铺设矿山轨道，利用专门设备小火车运到地表。
目前，地下采矿的开采方法主要是无底柱采矿法，大约占72%，其次是浅孔流矿法，占9%，房柱式和壁式采矿法占8%，空场法占7%，有底柱分段崩落采矿法占3%，充填法占1%，地下开采的矿山巷道支护由50年代的木支护发展到了现在木支护，混凝土支护和喷锚支护三种方法并存的局面，凿岩装运也逐步向机械化方向发展，现在已普遍采用凿岩台车凿岩，装运机铲装，电机车运输。由于采矿方法，技术装备，支护方法等方面的不断改进，地下矿山的全员劳动生产率有了很大提高。
如果是向冶炼厂提供矿石，联系到火车车皮就行，如果是提供半成品，还需要一套设备，把矿石磨细，进行初步分选然后提供给冶炼厂。
1.3选矿
在矿山要对铁矿石和煤炭进行采选，将精选炼焦煤和品位达到要求的铁矿石，通过陆路运送到钢铁企业的原料厂进行配煤和配矿、混匀，在分别在焦化厂和烧结厂炼
焦和烧结，获得符合高炉炼铁质量要求的焦炭和烧结矿。
1.4冶炼
高炉是炼铁的主要设备，使用的原料有铁矿石、焦炭和少量溶剂，产品为铁水、高炉煤气和高炉渣。铁水送炼钢厂炼钢;高炉煤气主要用来烧热风炉，同时供炼钢厂和轧钢厂使用；高炉渣经水淬后送水泥厂生产水泥。炼钢主要有转炉炼钢和电炉炼钢流程。通常将“高炉—铁水预处理—转炉—精炼—连铸”称为长流程，而将“废钢—电炉—精炼—连铸”称为短流程。目前，大多数短流程钢铁生产企业也开始建高炉和相应的铁前系统，电炉采用废钢+铁水热装技术吹氧熔炼钢水，降低了电耗，缩短了冶炼周期，提高了钢水质量，扩大了品种，降低了生产成本。
2.冶金与消防的联系
2.1火灾案例的统计与分析
钢铁冶金企业规模庞大、工艺复杂、流程性强, 在冶炼和热加工过程中需要耗用大量的煤、焦炭、燃油和电能, 钢铁冶炼的生产过程属于高温、高压的生产过程。虽然生产钢铁的原料和其成品本身都是不燃烧物,但是在生产和加工过程中需要大量使用燃料和易燃、易爆气体, 如纯氧、氢气、乙炔等, 而且, 钢铁冶炼过程中要产生大量易燃易爆气体, 如高炉煤气、转炉煤气等。正是由于钢铁冶金企业的这些行业特点决定了钢铁冶金企业火灾事故具有多发性和高损失的特点。
表1 是对近十年来钢铁冶金企业在生产过程中发生的74起火灾实例及其起火部位和火灾类型的统计和分析。虽然有限的火灾次数统计不能完全代表钢铁冶金企业的实际情况, 但还是可以看出火灾易发部位和重点防火区域。
2.2火灾危险性分析
2.2.1火灾重点防火区域
钢铁冶金企业的重点防火区域可分为以下8 类:
(1)电缆夹层、电气地下室、电缆隧道、电缆竖井等电缆火灾危险场所;(2)液压站、润滑油站(库)、储油间、油管廊等以中、高闪点油类为主的可燃液体火灾危险场所;(3)变压器、电气控制室等电气火灾危险场所;(4)生产、储存、使用可燃气体或其它粉料的爆炸性火灾危险场所;(5)苯、涂料等低闪点可燃液体火灾危险场所;(6)煤、炭等物料运输皮带系统火灾危险场所;(7)不锈钢冷轧机、修磨机及热轧机等生产设施;(8)办公楼、化验楼等中、轻危险等级场所。
仅针对钢铁冶金企业中火灾发生次数最多的电缆火灾危险场所及电气火灾危险场所进行分析。
2.2.2火灾危险性分析
2.2.2.1电缆火灾危险场所
钢铁冶金企业存在着大量的电缆隧道、电缆夹层、电气地下室及电缆沟等, 在这些区域内, 电缆布置密集, 数量巨大, 环境恶劣, 相互贯通, 遇到电缆本身故障和外界火源, 很容易引起电缆着火, 造成巨大损失。电缆火灾事故不论是由外界火源引起的, 还是由于电缆本身故障引起, 在着火后, 都具有下列特点: 一是火势凶猛, 蔓延迅速。电缆本身是可燃的物质, 尤其是聚氯乙炔等塑料电缆和充油电缆, 更易着火蔓延, 而且电缆隧道内的电缆为大量密集交叉或架空敷设, 一旦着火, 会沿着电缆群束迅速延燃扩大。试验研究表明, 电缆着火后最快传播速度可达20 m öm in。而多起重大火灾案例分析也表明, 约10～ 20 m in 后, 大火便顺着电缆延燃到主控制室、继电室等场所烧毁控制盘、继电盘、仪表盘等, 损失十分严重。二是扑救困难, 易引发二次危害。电缆隧道一般都纵深距离长, 宽度窄, 火灾时极易堵塞;同时由于电缆隧道中散热困难, 热烟无法顺利排出。试验表明, 起火隧道的温度可由400 ℃很快上升到800～ 900 ℃, 易较快发生轰燃。同时, 由于隧道处于地下, 扑救时无法观察火灾状况和具体位置,选择火灾扑救路线困难, 只能通过隧道出入口进入, 且地下照明条件差, 不易迅速接近起火位置。地下建筑物结构对于通信设备的干扰等等因素都造成了火灾扑救的困难。三是火灾损伤严重, 修复时间长。电缆火灾事故造成损伤严重, 不仅直接烧毁大量的电缆和其他设备, 同时还有其他特殊危害, 如控制回路失灵等而造成事故扩大。据统计, 1960～ 1984 年电力行业的62 次电缆火灾, 修复超过1 个月的占有35 次, 占总数的56% , 达半年以上的有16 次, 占总数的16% , 间接损失巨大。
电缆火灾事故发生原因归纳起来有两个, 一是由于电缆过热、短路、绝缘老化或绝缘性变坏等内因引起的火灾事故;二是由于外界火源等可燃物着火波及下的外因引起的火灾事故。据本次调查的统计, 在26 例各种原因、不同区域电缆火灾中, 因电缆本身故障引发的火灾占16 起, 占到了总数的62% , 外因导致的火灾事故共10起, 约占38%。
2.2.2.2电气火灾危险场所
钢铁企业存在着大量的、繁简不一的电气室、控制室、操作室、仪表室、计算机室等, 其内部存有大量的电缆和用电设备, 在设备故障或线路短路时极易发生火灾, 而且一旦发生火灾, 将会影响全局, 造成大面积的停产, 损失巨大。
2.3防火对策
钢铁冶金企业防火设计应充分考虑钢铁冶金企业各系统的特点和火灾危险性, 并从防火目标的提出、工艺生产系统的特点、明确钢铁冶金企业的重点防火区域以及如何采取确实有效的防火措施等方面, 制定一套完整有效的消防安全管理体系化标准, 以确保真正的生产安全。
2.3.1防火设计目标
对于钢铁冶金企业中的重要防火区域, 应从“防止发生火灾;快速探测并扑灭已发生的火灾;防止尚未扑灭的火灾蔓延而减轻火灾”的角度来形成设计目标。“防止发生火灾”, 是要求将钢铁冶金企业运行中发生火灾的概率降至最低, 需要将防火设计结合工艺和生产管理统一考虑。“快速探测并扑灭已发生的火灾”, 是要求采用自动、半自动等主动的消防技术, 实现火灾的早期探测和早期扑灭, 从而减少火灾的损害。“防止尚未扑灭的火灾蔓延而减轻火灾”, 是要求采用被动防火分隔, 延缓或阻止火灾的发展, 赢得救援时间。
2.3.2防火设计要素
一是建筑防火部分。要紧密结合钢铁冶金企业的实际情况, 对各建(构)筑物及工艺设施的火灾危险性进行全面、详尽而科学的分类, 从安全疏散、建筑构造等方面
加以考虑。二是工艺系统的防火设计, 这是工业消防中应重点关注的问题。首先, 确定工艺系统中的重点防火区域和区域内的主要建(构)筑物及设施, 根据火灾危险性分类, 采取相应的防火保护措施, 避免引发火灾, 降低燃烧几率, 控制火灾的蔓延燃烧。其次, 确定在发生火灾的情况下, 人员施救的必备措施和设施, 确保消防人员可以进入场所进行扑救。最后, 便是确定在发生火灾的情况下, 是否启动自动灭火系统的工艺要求。自动灭火系统应结合工艺安全因素, 确定合适的启动、退出时机。三是火灾报警、防排烟、消防电气等系统部分。从主动防火、消防系统工作保障等方面予以考虑。
2.3.3统一规划
钢铁冶金企业由于企业内部发展的需要, 每年都有大量的新建、改建及扩建项目, 这些项目由于建造时间不一, 所遵循的建造标准也不统一, 导致各工艺系统的防火安全保证能力不一致。而钢铁冶金企业由于其流程性生产性质的要求, 生产工艺中每一环节的不安全都可能导致其它系统不能正常生产, 因此, 不论从技术层面、资源共享、维护管理、可持续发展等方面都应统一进行消防规划。
2.3.4消防安全评估
钢铁冶金企业的消防安全是一个比较宽泛的概念,涉及的方面较多, 最重要的便是生产工艺与火灾的发生息息相关。一方面火灾会造成工业企业重要物项或工艺过程的损害和直、间接损失;另一方面工艺安全的因素也会造成火灾, 而进一步致损。因此, 消防安全和生产安全是不可分割的, 需要结合工艺生产安全因素进行综合的消防安全评估。
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第四篇：冶金论文
浅谈炼铜技术与进展
姓名：明伟 班级：化学2010级2班 学号：2010442124 摘要：炼铜技术是冶金工程中的一个重要部分。从大方面讲炼铜有两种方法即火法炼铜和湿法炼铜。但火法炼铜有其致命弱点：产生二氧化硫等污染性气体，加之废气处理技术的不成熟，成本高；而湿法炼铜可以解决二氧化硫对环境的污染、低品位矿石的开发和复杂矿石及二次资源的综合利用问题。70年代以来，湿法炼铜技术发展迅速，目前产量已占矿产铜的20%。所以文章着重简述了湿法炼铜的历史、发展、现状和展望。关键词：火法炼铜
湿法炼铜
技术
进展 概 述
从大方面讲炼铜有两种方法即火法炼铜和湿法炼铜。火法炼铜，顾名思义，就是使用高温熔融的铜矿石冶金出铜，它是一个氧化还原过程，氧化就是向融矿中通入氧气以除去铁，硫等杂质，由此设计出多种熔炼炉和熔炼技术如浸没顶吹熔炼法；还原就是通过一些方法来降低金属熔体中的氧，进而得到一定纯度的铜纵。湿法炼铜就是对铜矿处理变成溶液进行各种处理得到铜的过程即浸出———萃取———电积技术。
纵观历史，火法冶金是先于湿法冶金发展的，我国古代制造的青铜器等就是火法冶金配合其他技术的结果。经过几千年的发展，火法冶金技术较成熟，通过区域熔炼，涡旋熔炼得到纯铜。我国是世界上最早采用湿法冶金提取铜的国家。写于纪元前六、七世纪的《山海经》就有记载。唐朝已有官办的湿法炼铜场。宋代则技术更为成熟，产量更为可观。但湿法炼铜发展很慢，欧洲18世纪在西班牙南部的胡尔瓦建立了从矿石浸出，浸出液用铁屑置换法生产金属铜的工厂。1912年在智利开始采用电积法从浸出液中生产电解铜。以后在美国出现了多家氧化矿酸浸———电积法回收铜的工厂。1957年在美国亚利桑那州湖岸建成了世界上第一个硫化铜精矿沸腾焙烧———浸出———电积的工厂。随着化学工业的发展出现了有机萃取剂，可以有效地从贫铜溶液中萃取铜。1968年美国亚利桑那州兰鸟矿建成了世界上第一个工业规模的浸出———萃取———电积工厂，经过30多年此法不断发展和完善，目前全世界采用此工艺生产的铜量年产已超过200万吨，占全球矿产铜量的20%。1997年智利建成世界上最大的浸出———萃取———电积(简称L-SX-EW)法炼铜工厂，其生产能力为年产22.5万吨，产品达到伦敦金属交易所(LME)A级铜标准[1]。1999年，位于北纬50°13′，东经125°49′的黑龙江多宝山矿L-SX-EW工厂建成投产，标志着我国已具有高纬度寒冷地区的堆浸技术。北京矿冶研究总院和云南东川矿务局合作研究开发了处理高碱性脉石难选氧化矿的氨浸———萃取———电积工艺，建成年产500吨电铜的试验工厂[2]。2000年，在福建紫金山铜矿建成处理次生硫化铜矿，年产300吨阴极铜的细菌浸出试验工厂[3]。云南铜业集团大红山铜矿正在进行低品位硫化铜矿井下细菌堆浸研究[4]。这些都标志着湿法炼铜已具有相当水平，并具有相当大的生产规模，已成为铜工业中的一种重要的技术倾向，特别是在回收低品位矿石或采铜废石及就地浸出方面将发挥更大的作用。我国的湿法炼铜技术已具有一定水平。浸出———萃取———电积工艺
该工艺包括四个主要步骤：硫酸介质中溶解铜———浸出；采用一种萃取剂把铜萃入有机相———萃取；用硫酸溶液把铜反萃入水相———反萃；反萃液即电解液用电积法沉积铜———电积。
2．1 浸 出
浸出是该工艺的基础，有效地使铜从矿石中转入溶液中，是该工艺的前提。2．1．1 浸出方式
浸出有槽浸、搅拌浸出、堆浸和就地浸出等多种形式。槽浸适合处理高品位的氧化矿，浸出周期较短，浸出液含铜高时，可直接送电积。但是，目前应用不广。搅拌浸出要求矿石品位较高，或经过预先富集，对于硫化矿可采用细菌浸出或预先进行氧化焙烧。堆浸和就地溶浸等技术的发展更具多样性，故本文着重讨论。
(1)堆浸[5~7] 堆浸常用于低铜表外矿、铜废石的浸出。浸出场地多选在不透水的山坡处，将开采出的废矿石破碎到一定粒度筑堆；在矿堆表面喷洒浸出剂，浸出剂渗过矿堆时铜被浸出，浸出液返流到集液池以回收。堆浸的特点是浸出设备投资少，运行费用低。氧化矿的堆浸已进行了多年，技术较为成熟。堆浸厂已遍及各个地区，不受地理位置和气候条件限制。堆浸的主要方式：堆浸场按使用情况分为永久堆场和多次重复使用的堆场。按处理的物料，堆浸又可分为： 废石堆浸；尾矿堆浸；矿石堆浸
新发展的堆浸方式有：
①硫酸熟化薄层堆浸法 该法是堆浸的改型。它主要包括两个步骤：一是用浓硫酸熟化细碎的氧化铜矿或氧化———硫化混合矿；二是用稀硫酸溶液进行薄层堆浸。
②制粒浸出 针对含泥铜矿堆浸时，矿堆渗透性差的问题，发展了制粒堆浸技术。制粒堆浸是将含泥铜矿加入适当的粘结剂，在制粒设备中通过滚动作用形成团粒，粒矿筑堆后，经堆放固化，使其具有一定湿强度，再用浸矿剂喷淋浸矿的方法。该法通过制粒提高矿石和矿堆的渗透性，在制粒过程中预加浸出溶剂使之与矿石提前接触，并预先反应，加快了浸出速度；同时采用薄层堆浸可保证布液均匀，并有充足的氧气。(2)就地浸出[
8、9]就地浸出又称为地下浸出或化学采矿，可用于处理矿山的残留矿石或未开采的氧化铜矿和贫铜矿。地下浸出是将溶浸剂通过钻孔注入天然埋藏条件下的矿体中，有选择性地浸出有用成分(铜)；并将含铜的溶液，通过抽液钻孔抽到地面后输送到萃取电积厂处理的方法。2．1．2 矿石的浸出(1)氧化铜矿的浸出
氧化铜矿的矿物有100多种，其中主要有赤铜矿、黑铜矿、孔雀石、硅孔雀石及兰铜矿等，当用硫酸浸出时，均可浸出来。然而，在铜的矿物浸出的同时，一些碱性脉石也会被酸浸出。所以，当矿石中钙、镁含量高时，因其大量浸出使酸耗大大增加而失去经济性。对此类矿可采用氨浸。(2)硫化铜矿的浸出
硫化铜矿又分原生硫化矿和次生硫化矿，它们都不能被硫酸浸出。次生硫化矿主要是辉铜矿、铜蓝等矿物，易被硫酸加氧、硫酸高铁溶液和细菌浸出。原生
硫化矿主要是黄铜矿，较难为上述溶液浸出。而单一的氧化铜矿较少，一般矿床上部为氧化矿，下部为硫化矿，中部为混合矿。故采用一般的酸浸处理混合矿，因硫化铜矿物浸不出来，而使浸出率不高。对硫化铜矿酸浸更无能为力。目前，如何提高硫化铜矿的浸出率是冶金工作者的一个研究热点。硫化铜矿的浸出主要有下列方法：细菌浸出法；加压氧化浸出法；焙烧———浸出———电积法
2．2 萃 取
萃取是L-SX-EW法成功的关键。经过30多年的不断进步，目前常用的萃取剂可从含铜~1 g/l的溶液经二级萃取，一级反萃使溶液含铜达到40~50 g/l，能满足电积的要求。典型的改性醛肟类有汉高公司的LIX622、LIX622N、LIX64N和AVE-CIA公司的M5640、PT5050。醛肟———酮肟类如汉高公司的LIX984、LIX984N、LIX973N。可以从氨性溶液萃取铜的LIX54—100[23]。国内如北京矿冶研究总院研究的萃取及中国科学院上海有机化学研究所和昆明冶金研究院研究铜的萃取剂—N901,性能与国外萃取剂基本相同,成本大大低于国外[10]。用于萃取的主要设备有三种：混合———澄清萃取器、萃取塔、离心萃取器。铜的萃取工厂绝大多数采用混合———沉清萃取器。目前,澳大利亚南部奥林匹克埃的WMC公司3 m直径的萃取塔已代替了混合———澄清萃取器[11]。2、3 电 积
在L-SX-EW工艺中，由于电解液经过萃取，杂质较少纯度较高，所以可以生产高纯阴极铜。甚至生产99.999%的高纯铜。电积技术也在不断进步。(1)采用永久不锈钢阴极法(ISA)该法是澳大利亚铜业有限公司开发的技术，1978年在澳大利亚汤士威尔冶炼厂问世。该法有许多优点：阴极垂直，短路较少；产品质量好，可达高纯阴极铜标准；流程简化，省去了始极片制作系统，使电解槽内积压的铜量减少；能耗和成本较传统电解法低，故受到世界各国关注。采用ISA电解工艺(电解精炼加电积)产出的阴极铜已超过390万吨，约占世界阴极铜产量的35%[12]。(2)有机物的控制
反萃的富铜溶液会夹带少量有机相，有机相进入电积过程会影响电铜质量，并使阴极铜粘板，而且这部分有机相在电积过程中降解而增加了有机相的消耗。所以要将富铜液中的有机相尽量除去。传统的沉淀法效率不高，砂滤法有效，但需反复洗涤设备。
(3)电解液中积铁的控制
每一个SX-EW工厂的铜电解液中铁含量都会逐渐积累，致使Fe2+和Fe3+在阳极和阴极间反复耗电，而降低电流效率。传统的方法是定期抽部分废电解液开路。而现在发展了离子交换法和膜技术法。展望
湿法炼铜特别是L-SX-EW技术，由于具有流程短，仅三、四道工序，取消了花钱最多的选矿和火法熔炼，可称为是一次技术革命：原材料消耗低，主要消耗为硫酸，萃取剂和稀释剂的消耗大体与选矿药剂消耗相当；扩大了铜原料选择的范围，含铜0.04%~0.07%就可利用，经济上合算的资源均可提取，扩大了资源范围，降低了能耗，节约了大量燃料、电力和耐火材料等；对环境的污染小，不产生污染环境的SO2，流程自成回路，基本没有废水，只有浸出废渣要做处理，环保治理费用低；成本较火法流程低，故湿法炼铜发展迅速。湿法炼铜的技术也不断发展，一是，L-SX-EW技术不断发展、完善。如，浸出液采用滴浸器代替喷淋；浸出液输送泵站，采用浮船泵站，既可节约建设投资，也有利于生产管理；等等。二是，新的湿法炼铜技术不断出现。
我国的湿法炼铜技术取得了许多进展，然而与国外相比还有不少差距，应加强研究，加快发展。我国的铜矿资源相对匮乏，而且贫矿多富矿少，发展湿法炼铜，可扩大资源范围。
(1)我国大量氧化铜矿资源的开发利用我国氧化铜矿储量约800万吨金属量,分布在云南、四川、西藏、新疆和黑龙江等省[1],可采用L-SX-EW技术提取铜。目前已有一些小的L-SX-EW工厂,但规模太小。应针对这些资源的特点,加强研究,形成我国特有的L-SX-EW技术。
(2)原有矿山的低品位铜矿资源的开发利用我国原有铜矿山露天开采剥离的铜矿废石,据估计已有3.3亿吨,若平均品位0.1%,则含铜33万吨。每年矿山还有相当数量的铜矿废石排放。应学习国外采用废石堆浸———萃取———电积技术,从铜矿废石中回收铜。此外,原有矿山采空区的残矿,如采用地下溶浸技术,加以利用也是相当可观的。
(3)西部丰富的铜矿资源的开发利用我国的西部矿产资源丰富,新疆、西藏、云南等地有一些尚未开发的铜矿资源,为了保护生态环境不受破坏,可考虑采用地下溶浸技术。
(4)培养我国特有的高温菌种
总结：相信随着技术的不断突破，火法冶金和湿法冶金将扬长避短，实现相互补充，打造铜冶金工业的新局面。参考文献：
期刊，[1]史有高摘译.世界最大的堆浸———溶剂萃取———电积铜生产厂在智利建成投产〔J〕.有色冶炼, 1997,(1): 1-2 会议论文集，[2]马继伦.发展湿法炼铜技术,提高我国铜资源利用率 铜镍湿法冶金技术交流及应用推广会议文集〔C〕.厦门, 2001.会议论文集，[3]刘大星.中国铜湿法冶金技术的进展.铜镍湿法冶金技术交流及应用推广会议文集〔C〕.厦门, 2001.技术标准，[4]易门矿务局,昆明冶金研究院.低品位硫化铜矿井下细菌堆浸回收工艺技术中试研究〔R〕.2001.期刊，[5]曹异生.世界铜浸出、萃取、电积技术进展及在我国推广应用前景展望〔J〕.云南冶金, 1996,(5): 1-9.期刊，[6]方金谓,等.浸出———溶剂萃取———电积提铜技术的发展概况及应用前景〔J〕.有色冶炼, 1999, 2.30-32.会议论文集，[7]王 卉.开发制粒堆浸技术处理含泥铜矿的进展〔R〕.铜镍湿法冶金技术交流及应用推广会议交流.厦门, 2001.会议论文集，[8]杨佼庸.全国重冶新技术新工艺成果交流大会文集〔C〕.1998,(11): 342-344.期刊，[9]王 卉.铜原地溶浸采矿技术专集〔J〕.湿法冶金, 1999,增刊.会议论文集，[10]李超忠,等.高效铜萃取剂的研制〔C〕.铜镍湿法冶金技术交流及应用推广会议文集,厦门, 2001,(5): 129-131.会议论文集，[11]科莱恩,等.溶剂萃取在铜湿法冶金中的发展和应用〔C〕.铜镍湿法冶金技术交流及应用推广会议文集.厦门, 2001,(5): 85-110.著作，[12]姚素平,等.ISA电解技术在中国的应用前景 有色金属科技进步与展望〔M〕.北京:冶金工业出版社, 1999.
第五篇：冶金论文
《冶金工程概论》小论文
论冶金与绿色营销
姓名：罗永恒
专业班级：市场营销01班 学号：2011443610
2012.11.30
论冶金与绿色营销
作者：罗永恒
作者单位：重庆科技学院
摘要：文章主要包括两个方面：一方面对钢铁与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，生产方法及特点进行概括论述，另一方面是对冶金专业与营销专业的联系进行介绍。目的在于总结一学期的冶金学习，正确认识冶金专业与营销专业的关系。通过搜集书籍资料，综合研究，整理思考得出了冶金的生产流程和其主要工艺，及冶金与营销相互依赖，共同发展的结论。
关键字：生产；冶金；钢铁；营销；绿色营销
一．钢铁冶金联合企业主要生产环节 <一> 冶金原料——铁矿石 1．铁矿石的开采
钢铁冶炼中的铁元素主要来自铁矿石，而铁矿石的开采方式主要包括露天开采、地下开采和液体开采三种开采方式。2．铁矿石的富选
高炉冶炼用的铁矿石有天然富矿和人造富矿两大类。对于那些含铁量在50%以上的天然富矿和贫铁矿一般都要经过适应的富选后在直接用于高炉冶炼，即铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。3。铁矿粉造块
富选得到的精矿粉，不能直接用于高炉中冶炼，必须用烧结或制团的方法将它们重新造块，制成烧结矿，球团矿或预还原炉料入炉。铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法。<二> 高炉炼铁
1.高炉炼铁的过程
炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(如石灰石等)。从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。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。炼出的铁水从铁口放出。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。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。2.高炉炼铁特点
（1）高炉冶炼是在炉料与煤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，炉内主要是还原性气氛。
（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。<三> 生产方法 1． 转炉、转炉炼钢法主要包括底吹酸性转炉炼钢法、碱性转炉炼钢法、侧面吹风的酸性侧吹转炉炼钢法、氧气底吹转炉炼钢法及顶底复合吹转炉炼钢法、氧气顶吹转炉炼钢法（LD法）LD法优点
a)吹炼速度快，生产率高； b)品种多，质量好；
c)原材料消耗少，热效率高、成本低； d)基建投资省，建设速度快； e)容易与连续铸钢相匹配。转炉炼钢法基本原理
在于他不借助外加能源，仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各种元素的放热氧化反应完成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液加热到出钢（1600℃或更高）温度。
平炉炼钢平炉炼钢特点
从外部供给热量 因平炉炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。平炉炼钢的原材料
①钢铁料如生铁或铁水、废钢；
②氧化剂如铁矿石、工业纯氧、人造富矿； ③造渣剂如石灰（或石灰石）、萤石、铁矾土等； ④脱氧剂和合金添加剂。平炉炼钢的步骤
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。2．氧气转炉炼钢法 用纯氧从转炉吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法。自50年代初投入工业生产以来，在世界范围内得到迅速推广，逐步取代空气转炉法和平炉炼钢法，成为现代炼钢的主要方法。3.电炉冶炼
电炉冶炼的优点
(a)热效率高，达65%以上(b)温度易于控制和调整
(c)炉内气氛可控，利于脱磷、脱硫、脱氧(d)钢中夹杂物相对较低(e)合金收得率高
(f)可全废钢冶炼，也可配装部分铁水(g)设备简单，占地少，投资省，建厂快
但是，我国目前废钢保有量少，价格较高，而且电弧离解作用是钢中氮氢含量较转炉高。
2.冶金与绿色营销
冶金对营销的支持，营销对冶金的促进
冶金和营销就向一对手足，彼此相互依存，不可缺少。冶金对营销有着支持，营销对冶金业有着促进
冶金对营销的支持。冶金现在起着非常重要的作用，我们营销专业以后的就业问题的靠冶金专业来带动，在这个问题上，冶金专业给我们营销专业带来了就业的前景。冶金是我国工业的基础产业，国家越发展，越离不开钢铁，且很多的钢厂每年都有技术新项目，资金投入大，建设周期长，配置设施多，我们公司作为称重系统的配置厂商和生产企业，产品使用频度高，范围广，因而对我们来说，冶金行业是个“钱途无量的大市场”。国内大部分的冶金企业是国营企业，而类开始使用钢铁的历史源远流长，在人们的生活中无处不在，占领着十分重要的地位。比如建筑业，交通，汽车，机械，轻工等基础行业，都是钢铁消耗大户，然后我国又是世界上的钢铁大国，而冶金作为我国的重要行业，因而存在很大的潜在需求，不得不承认冶金行业是我们营销最好的驰骋场。这是我们营销发展金市场的客观依据。
营销对冶金的促进。无论是原材料的采购，还是产成品销售环节，都对营销有这巨大的依赖性。（1）我国相关企业如鞍钢，宝钢等大的钢铁企业，生产所需的大量矿石需要从澳大利亚，巴西等国进口，这些活动都需要我们营销人员及参加，这也是大规模的营销活动，涉及到营销的策划，谈判等众多的领域。营销活动的成功，是企业正常工作的第一步。（2）我国目前的钢铁产量位居世界前列，许多的产品远销海外，更不用说国内各地。这又需要营销来发发挥他的作用，来规划他是公司的销售业绩达到最好。总之，营销对于钢铁冶金行业的正常运转有着 重要作用，与此同时，时代的进步，营销也对冶金行业提出了绿色营销冶金的要求。
冶金与绿色营销
经济的高速发展和人类社会的不断进步，使人们的生活水平不断提高，各种基础设施不断完善，但面对日趋恶化的环境、日趋短缺的资源，我们不得不对过去的经济发展过程进行反思，彻底改变长期沿用的大量消耗资源和能源的粗放式发展模式，才能实现可持续发展.钢铁冶金企业是高能耗、高污染的企业，实现环境保护和可持续发展是他未来的必由之路．在众多改善的措施中，绿色营销的兴起和应用是实现这种目的关键因素和有效途径．近年来，许多国家围绕着绿色营销不断地开发出了许多绿色新技术和绿色新工艺，带来的结果是能源结构的调整、工艺的优化革新和废弃物的综合利用，收到了可观的经济效益、社会效益和环境效益．
绿色营销是指以促进可持续发展为目标，为实现经济利益，消费者需求和环境利益的统一，市场主体根据科学性和规范性的原则，通过有目的，有计划的开发及同其他市场主体交换产品价值来满足市场需求的一种管理过程。
绿色营销要求企业注重以社会效益为中心，以全社会的长远利益为重点，要求企业在营销中不仅要考虑到消费者的欲望和需求的满足，而且要符合消费者和全社会的最大长远利益，变“以消费者为中心”为“以社会为中心”。企业一方面要搞好市场研究，不仅要调查了解市场的现实需求和潜在需求，而且要了解市场需求的满足情况，以避免重复引进，重复生产带来的社会资源的浪费，放弃那些高消耗，高污染，有害人民身心健康的业务，为促进社会的发展做出贡献。冶金是一项涉及到自然资源，交通，动力，社会经济等多发面，众多因素的行业。冶金要求它本身存在自身的生态经济规律，必须遵循规律，维护生态环境，才能可持续的，不危害社会的正常的生产，走上绿色工业的道路。绿色营销要求冶金的工业布局要与区域经济，社会，生态协调发展。
绿色营销要求冶金在保护资源的基础上合理的可持续的开发利用资源。绿色营销要求冶金使用有利于环保的原材料。绿色营销要求冶金对生产工艺进行绿色改进。绿色营销要求冶金对生产方式进行绿色该进。3.结论
综上，营销与冶金相互依赖，共同发展，二者休戚与共。冶金是一个复杂的生产工艺，而且冶金与营销密不可分。冶金的长足发展即依赖于自身的生产方法的提高，也有赖于营销也的服务支持。【参考文献】
[1] 朱苗勇，《现代冶金学》，冶金工业出版社，2008 [2] 薛正良，《钢铁冶金概论》，冶金工业出版社
2008 [3] 万后芬，《绿色营销》，高等教育出版社 2001
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