冶金科学前沿结课论文_冶金工程科学前沿

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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]

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]

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 50%）。按照固定碳含量可分为：低碳含铁尘泥（FC50%）。按照Zn元素含量可分为：低锌含铁尘泥（Zn8%）。按照碱金属含量可分为：低碱含铁尘泥（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。