选课课号：(2011-2012-2)-BG11191-320105-1课程类别：公选课
《冶金工程概论》课程考核
（课程论文）
题目：冶金联合企业生产环节及其与热动专业的联系
作者：
学号： 授课教师：
班级：
周宗杰 2011441456 田世龙 热能与动力工程3班
重庆科技学院冶金与材料工程学院
二零一二年 五 月中国重庆
一、钢铁冶金联合企业主要生产环节
1.采矿 冶金的采矿是对有利于冶金的矿物质进行采取，采矿需要对地质的矿物质进行勘探，并且选取合适的矿物质在不影响地质本身的情况下进行科学的开采。铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。采矿的特点是挖掘加工的主要原料是自然赋存的矿体并且采矿设备和人员经常随采矿进程和加工对象转移，没有固定的加工车间。被开采的矿体必须掘进一系列巷道，进行采矿准备工作（采准），才能开始回采。开拓、采准和回采工作互相协调，才能保证矿山正常生产。否则就会造成采剥失调或采掘失调，迫使矿山减产。
2.选矿
选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。 选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理。旧尾矿场地要进行植被、复田。
3.烧结
在烧结车间中，制备铁矿石。铁矿石被压碎碾成标准化的颗粒，被烧结或粘合在一起。烧结的铁矿石随后被压碎，并按一层焦炭、一层矿石的交替方式，加入高炉中。焦炭是从富炭煤蒸馏出的固体残渣，极易燃烧。 4.高炉炼铁
4.1高炉炼铁的过程
（a） 炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。
（b） 从位于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。
4.2高炉炼铁的特点
（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。
5.炼钢
5.1电炉炼钢 电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。以电为能源的炼钢过程。此类炼钢炉即电炉种类有电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉、自耗电弧炉等。通常说的电炉钢是用碱性电弧炉生产的钢。电炉钢多用来生产优质碳素结构钢、工具钢和合金钢。这类钢质量优良、性能均匀。在相同含碳量时，电炉钢的强度和塑性优于平炉钢。电炉钢用相近钢种废钢为主要原料，也有用海绵铁代替部分废钢。通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量。以废钢为原料的电炉炼钢，比之高炉转炉法基建投资少，同时由于直接还原的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，因此就大大地推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400座，目前电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面发展，最大电炉容量为400吨。国外150吨以上的电炉几乎都用于冶炼普通钢，许多国家电炉钢产量的60～80%均为低碳钢。我国由于电力和废钢不足，目前主要用于冶炼优质钢和合金钢。
5.2电炉炼钢的特点
（a）以废钢为资源，增加了废钢铁料的消耗速度，减少了废钢铁料对于空间的占用和污染。
(b) 电炉能够冶炼温度较高的钢种。在冶炼过程中，钢液的温度控制比较灵活，温度的控制比较精确，终点温度的偏差可以控制在5℃以内。能够冶炼含有难熔元家W, Mo等元素的高合金钢，这些钢种在转炉中可能无法生产
（c）适应性强，可连续生产，也可间断生产，就是经过长期停产后恢复也快。 电炉生产的组织比较简单，生产系统的突发事故对于电炉的工艺冲击不明显。
（d）电炉钢的成分易于调整与控制，能够熔炼成分复杂的钢种，如不锈耐酸、耐热钢及其他高温合金等。
6、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。由以上这个复杂的生产体系可以看出：要完成这个复杂的工作，在人员配备有一定的要求。完成炼钢过程，不仅需要铁矿石等这些原料，还需要人力资源。因为人力资源是“第一资源”，只要做到“知人善用，量长使用，任人唯贤，用人所长”，就能使工作效率提高。
二、冶金工业和热能与动力工程的联系
（一）热能与冶金
工程上有多种形式的热能利用装置和动力机械，但他们都属于能量的储存、传递、转
换和利用的设备，必须遵循某些共同的规律和包含某些共同的内容。冶金工业对热能的需求是必不可少的，不管是高炉炼铁还是轧钢，都需要热能和热能转化的机械能的有效利用。对于冶金工业对热能有极大的需求，因此就需要热能与动力工程来对热能的利用做一种研究。
冶金工业中，尽管想尽可能多的利用热能，但是还是必须遵循热力学第一定律和热力学第二定律。所以，在能量转换的过程中，许多情况下能量间的转换可以自发的进行，但是，要这些过程反向进行就不能自发地生产，必须要有附加的条件，或者说必须要付出一定的代价，所以冶金工业对人热能的利用和循环都是不可逆的，通过热力学的研究，工业上可以利用热能的传递来使冶金工业过程更加的简洁化和速度化，用自然发生的过程代替人为操控的过程，既节省人力，又节省时间。但是值得注意的是，热能的传递不可逆，不可在工业中违背热能定律。
冶金工业中，对热能的使用量是非常非常大的，因此在这种情况下，就存在着一种能量利用率的问题。因此可以通过热能与动力工程的研究对能量的有效利用进行评估，进而加大对能量的利用。首先可以评估单位产品能耗，可以用式子C=E/A来表示，其中A为冶金产品产量，E为产品能耗，当E是指某种能的消耗量时，C为单耗，通过计算就可以得出冶金过程中产品的能耗。其次，评估冶金能量利用效率。能源利用率是指为终端用户提供的能源服务与所消费的能源量之比。在评定一个工序、一个企业、一个部门或者一个地区的能源利用水平时，采用能源利用率具有极大的权威性和可比性。如对于冶金某工序的能源利用率，定义为：冶金某工序能源利用率=终端有效能量/企业总综合能耗量。并且冶金过程中实际过程不可逆，则必然存在着有效能的损失，这一损失也就可从熵效率才评估。熵效率的高低，可直观的看出冶金过程中利用有效能的科学性。
（二）冶金工业的余热利用
冶金总是伴随着能量的利用和转换，因此会有许多余热，所以需要热能与动力工程的专业知识，对余热进行再利用。首先余热在高温环境下余留下来，则可以将余热传递到温度低的物体起到预热的效果。由于冶金工业中有此需要，则用来用来满足这种需求的装置就可以用换热器。换热器的工作原理是热流体将热量传递给冷流体要通过一层固体壁，先让热流体流过固体壁面，此时热量由热流体传给了固体壁面，使固体壁温度升高，再使冷流体通过固体壁，从而起到升温的作用，这样就可以对钢水进行加热了。对冶金工业的余热，也可以利用蓄热装置，将余热储存起来，并在需要的时候释放和提供给用能方。并且利用蓄热技术可以在冶金炼钢工业中来回收储存碱性氧气转炉或电炉的烟气余热以及干法熄焦中的废热，既节约了能源，又减少了空气污染及冷却淬火过程中水的消耗量。
(三)冶金与锅炉
在热能和动力工程和冶金工业中，常包含必不可少的热发生装置，即需要锅炉来发挥作用。锅炉本体的主要部件有炉膛、燃烧设备、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器和炉墙构架。锅炉的工作过程包括燃料的燃烧过程、传热和工质的升温、气化、过热过程。
就空气的压力而言，可以选用不同压力锅炉来配合冶金工业的使用；就热量的利用而言，可以选用余热锅炉来使冶金工业的大量余热再利用；就能量循环而言，可以选择不同的循环锅炉来控制对热量的控制。
总结：
1.热能与动力工程使冶金工业的热能时刻遵循热能第一定律和热能第二定律，进而可以使冶金的过程简洁化和加速化。
2.冶金工业对能量的需求非常大，所以通过能量利用率可以促使能量使用的最大化，并且对冶金工业的能量评估可以让冶金工业的过程更加科学化。
3.冶金工业余热的利用，可以节约大量的能量，提高工业效率，既节约了能源，又减少了空气污染及冷却淬火过程中水的消耗量。
4.锅炉的利用与冶金工业联系密切，锅炉种类多样，通过热动的专业知识根据不同的工业过程选择不同性能的锅炉可有效促进冶金工业的顺利进行。
【参考文献】
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