论自动化与冶金工程概论的关系_冶金工程概论论文

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一、冶金学的历史评述

冶金是一项古老的技艺，关于金属材料的使用和金属的工艺的应用都可以追溯到人类文明的早期，无论在神话传说中还是在科学的历史发展研究中，都以金属材料或金属工具的使用作为早期人类社会发展的标志，这充分说明了冶金对人类文明的贡献。

随着人类历史的发展，冶金工艺也在不断进步。人类对金属材料、冶金过程的认识和理解的日积月累，汇入了中世纪以后的化学发展的先河。当化学形成一门学科后，冶金自然而然的成为化学家族中的一名成员，至今仍常将冶炼工艺及其原理的学问称之为“化学冶金”。这反映了冶金学的学科历史渊源及其科学的特征。

一般认为，现代的冶金学诞生于本世纪二十年代，当时以申克和奇普曼等人为代表的学者将物理化学的概念和方法引用来解释和讨论冶金过程。为了说明冶金学诞生的科学技术的历史根源，下面简单介绍有关物理化学理论基础及钢铁冶金技术产生的年代：

物理化学理论基础产生的年代：

热力学第一定律（能量守恒定律）

热力学第二定律

19世纪下半叶物理化学的主要定律和原理

工业生产规模的钢铁冶金技术产生的年代：

18世纪末至19世纪初高炉炼铁

酸性转炉（贝斯麦）炼钢

平炉（西门子和马丁）炼钢

碱性转炉（托马斯）炼钢

电弧炉（皮埃尔）炼钢

同一切科学技术的发展规律一样，科学的冶金学之诞生和发展也必须具有生产和理论两方面的基础，到了二十世纪初，这些条件已经具备：①大规模的钢铁冶金工业化生产已经形成，为理论认识提供了必要的实践经验和紧迫要求；②整个科学理论的发展，为冶金工程问题的理解和定量描述提供了可能。这样，冶金学科的出现已是历史的必然。

冶金学在发展

如同现代冶金学的诞生一样，近百年来冶金生产的飞跃发展，整个科学技术的长足进步，都必然使冶金学得到不断的充实、发展和更新，因此在承认经典的冶金学的贡献和成就的同时，也应注意到冶金学观念的变迁。

譬如炼钢技术，二战前后平炉炼钢处于鼎盛时期，可以说这是经典的冶金学成就的巅峰。物理化学的理论直接指导了碳的氧化、硫磷等有害元素的去除，许多生产技术问题和质量问题获得了满意的解释和解决。在这样的理论的指导下有些国家大力发展平炉，500t的平炉、以至900t的大平炉应运而生，而这些大平炉现在已成了低效率的历史见证。

近代冶金学不仅仅需要物理化学的指导，同样也需要对传输现象的理解和认识。这样就开辟了冶金反应工程和冶金单元（操作）设计等工程学科的广阔领域。近三十年来这些领域中的理论和实践成就与冶金工程技术的进步同在，是难以枚举的。

钢铁冶金作为冶金行业主要的一员是国家的主导工业部门之一。在各主要机械制造部门消耗的金属材料中，钢铁所占比重在96%以上。且我们在上课时主要是介绍钢铁的冶炼，下面就主要谈一下钢铁冶金的主要步骤。

1．铁矿石的开采

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，品位越高，质量越好，我国的工业品位定在大于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。

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,地下开采的采矿方法主要是无底柱采矿法,大约占72%,其次是浅孔留矿法,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支护方法并存的局面.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，联系到火车车皮就可以，如果是提供半成品，还需要一套设备，最小型的也要100多万元，把矿石磨细，进行初步分选（需要大量的水，要求含铁量在90%以上），然后提供给冶炼厂。

至于对于资源的合理利用的问题，矿山的开采单位一般很难做到，开采时会给环境造成污染和破坏，而矿渣基本上没有什么用处，如果是冶炼厂，会把矿石中的其他元素分离出来，用做其他用途。

2.选矿

在矿山要对铁矿石和煤炭进行采选，将精选炼焦煤和品味达到要求的铁矿石，通过陆路运送到钢铁企业的原料场进行配煤或配矿、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。

3.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弧炉炼钢流程。通常将“高炉—铁水预处理—转炉—精炼—连铸”成为长流程，而将“废钢—电弧炉—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，电弧炉采用废钢+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。炼钢厂最终产品是连铸柸。

冶金与自动化渊源

作为一名自动化专业的学生，在学习冶金工程时自然就会思考其与自动化的联系。为了满足对金属产品越来越高的要求，满足在扩大产量过程中对部门活动越来越高的要求，为了加强企业的专业化和协作，迫切需要完善部门的管理工作。完善工作的重要方针之一是组建信息自动化处理系统。

在部门所属企业里，历来对完善生产管理予以极大的注意。30年代，出现了一个集中的调度管理系统；50年代，出现了个别工艺操作（如钢板的剪切、一炉钢水的控制等）的自动化系统。在第八个五年计划期间（1966~1970年）开始组建工艺过程、车间的、冶金生产的、企业的、部门的自动化管理系统，而到了第十个五年计划期间（1976~1980），着手开发综合管理系统以提高管理的效益。

在部门里组建各种功能的自动化管理系统并使之成功的发挥作用，其中的一些理论和实践问题，都曾在钢铁冶金生产过程控制和管理自动化的一些钢铁会议和研究班以及国际会议上进行过系统的研究。

对使用的自动化管理系统功能情况的分析，以及在部门里组建和运行信息自动化处理系统的过程和组织工作的分析表明，许多企事业和机关单位未组建高效率自动化管理系统形成了许多有利条件。

众所周知，自动化管理系统理论问题的研究落后于对它的需要。这说明急需分析综合上述部门的企事业单位的先进经验，说明采用，贯彻和运行自动化管理系统的理论和时间问题。这对钢铁冶金更为重要，因为这一部门企业的特点是规模大，生产可变性因素多，管理组织和机构复杂，产品的大批量和多品种，用各种原材料在不同设备上生产出同种产品可以从多种方案中做出选择。