冶金工程專業論文

冶金工程專業論文

　　導語：本文從鋼鐵聯合企業生產環節：鐵礦石開採、高爐鍊鐵和轉爐鍊鋼。結合計算機做出了淺析。希望小編帶來的這篇文章對你有所作用。

　　摘要：計算機自動化與鋼鐵聯合企業的聯絡日益緊密，冶金企業生產環節步步謹慎，在資訊發達的今天，如何利用計算機的優勢為冶金企業發揮最大的作用已成為必須研究的問題。文中先介紹冶金企業的生產環節，分析其中的特點及技術技巧，然後介紹生產環節中涉及的裝置特點及工作流程，再從計算機控制的角度分析冶金裝置的不足和冶金企業生產環節的需求，以此說明鋼鐵冶金聯合企業的生產環節與計算機控制有著緊密的聯絡。

　　關鍵詞：鋼鐵冶金 計算機 自動化 高爐 控制

　　引言：

　　本學期選修課，我選擇了冶金工程概論，因為這與我學習的計算機專業有著一定的聯絡。透過十週的學習，在老師的耐心講解下，我對冶金專業有了一定的瞭解，結合計算機專業，我也有一定的見解，鋼鐵生產的性質和生產裝置對冶金企業有一定的影響，從利益的角度講，利用計算機控制裝置生產既減少了企業的員工需求，又可以給員工提供一定的安全保障。

　　1鋼鐵冶金聯合企業的生產環節

　　1.1 鐵礦石的開採

　　1.1.1鐵礦石開採技術要求

　　一般來說，必須有工業價值的礦床，然後才能考慮開採問題。因為我國富鐵礦石不多，所以品位越高，質量越好。我國的工業品位定在大於45%，含磷越低，鐵礦石的冶煉和分選的成本越低，是冶煉廠青睞的，價格也較高。鐵礦石在理論上來說，凡是含有鐵元素或鐵化合物的礦石都可以叫做鐵礦石。但是，在工業上或者商業上來說，

　　鐵礦石不但是要含有鐵的成份，而且必須有利用的價值才行。

　　1.1.2礦石開採分類

　　礦石的開採一般分為露天開採和地底開採。

　　露天開採：成本低，利潤高，主要是利用挖崛機，裝載機，汽車，風鑽機，炸藥等。 地下開採：成本較高，還需要坑道支架和通風裝置，鋪設礦山軌道，利用專門裝置小火車運到地表。

　　1.2 高爐鍊鐵

　　1.2.1高爐鍊鐵過程

　　高爐鍊鐵生產是冶金(鋼鐵)工業最主要的環節。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，並使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。 高爐生產是連續進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現代化高爐是鍾閥爐頂和無料鍾爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石透過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂匯出，經除塵後，作為工業用煤氣。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓，用匯出的部分煤氣發電。

　　1.2.2高爐裝置及其介紹

　　高爐裝置：高爐、熱風爐、鐵水罐車等。

　　高爐：橫斷面為圓形的鍊鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內砌耐火磚內襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸5部分。由於高爐鍊鐵技 術經濟指標良好，工藝 簡單 ，生產量大，勞動生產效率高，能耗低等優點，故這種方法生產的鐵佔世界鐵總產量的絕大部分。高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位於爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。產生的煤氣從爐頂排出，經除塵後，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產品是生鐵 ，還有副產高爐渣和高爐煤氣。

　　熱風爐： 熱風爐是為高爐加熱鼓風的裝置，是現代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風溫可以透過提高煤氣熱值、最佳化熱風爐及送風管道結構、預熱煤氣和助燃空氣、改善熱風爐操作等技術措施來實現。理論研究和生產實踐表明，採用最佳化的熱風爐結構、提高熱風爐熱效率、延長熱風爐壽命是提高風溫的有效途徑。

　　鐵水罐車： 鐵水罐車用於運送鐵水，實現鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉移或放置在混鐵爐下，用於高爐或混鐵爐等出鐵。

　　1.3 轉爐鍊鋼

　　1.3.1轉爐鍊鋼的基本冶煉過程

　　轉爐鍊鋼是把氧氣鼓入熔融的生鐵裡，使雜質矽、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量 （含1%的矽可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使爐內達到足夠高的溫度。因此轉爐鍊鋼不需要另外使用燃料。鍊鋼的基本任務是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去氣和去夾雜），“二調整”（成分和溫度）。採用的主要技術手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。

　　轉爐的外形就像個梨，內壁有耐火磚，爐側有許多小孔（風口），壓縮空氣從這些小孔裡吹爐內，又叫做側吹轉爐。開始時，轉爐處於水平，向內注入1300攝氏度的液態生鐵，並加入一定量的生石灰，然後鼓入空氣並轉動轉爐使它直立起來。這時液態生鐵表面劇烈的反應，使鐵、矽、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應遍及整個爐內。幾分鐘後，當鋼液中只剩下少量的矽與錳時，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由於溢位的一氧化炭的'燃燒而出現巨大的火焰。最後，磷也發生氧化並進一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩定的磷酸鈣和硫

　　化鈣，一起成為爐渣。當磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現四氧化三鐵的褐色蒸汽時，表明鋼已煉成。這時應立即停止鼓風，並把轉爐轉到水平位置，把鋼水傾至鋼水包裡，再加脫氧劑進行脫氧。整個過程只需15分鐘左右。如果氧氣是從爐底吹入，那就是底吹轉爐；氧氣從頂部吹入，就是頂吹轉爐。

　　轉爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成:

　　（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動裝置等並進行必要的修補和修理；

　　（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；

　　（3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨後噴出暗紅的火焰；3～5min後矽錳氧接近結束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；

　　（4）3～5min後加入第二批渣料繼續吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min後火焰微弱，停吹）；

　　（5）倒爐，測溫、取樣，並確定補吹時間或出鋼；

　　（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。

　　1.3.2轉爐裝置及其介紹

　　轉爐裝置：轉爐、AOD精煉爐、VOD精煉爐、LF精煉爐、氧槍 、轉爐傾爐系統。

　　轉爐：爐體可轉動，用於吹煉鋼或吹煉鋶的冶金爐。轉爐爐體用鋼板製成，呈圓筒形，內襯耐火材料，吹煉時靠化學反應熱加熱，不需外加熱源，是最重要的鍊鋼裝置，也可用於銅、鎳冶煉。

　　AOD精煉爐：AOD即氬氧脫碳精煉爐，是一項用於不鏽鋼冶煉的專有工藝。AOD爐型根據容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。裝備水平也由半自動控制發展到智慧計算機控制來冶煉不鏽鋼。

　　VOD精煉爐：VOD精煉爐是在真空狀態下進行吹氧脫碳的爐外精煉爐，它以精煉鉻鎳不鏽鋼、超低碳鋼、超純鐵素體不鏽鋼及純鐵為主。將初鍊鋼液裝入精煉包中放入密封的真空罐中進行吹氧脫碳、脫硫、脫氣、溫度調整、化學元素調整。

　　LF精煉爐：LF爐是具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉爐。加熱一般透過電極加熱，攪拌是透過底部透氣磚進行的。

　　氧槍：氧槍是轉爐供氧的主要裝置，它是由噴頭、槍身和尾部結構組成。噴頭是用導熱性良好的紫銅經鍛造和切割加工而成，也有用壓力澆鑄而成的。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮—擴張收縮型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比p出/p0

　　轉爐傾爐系統：

　　傾爐系統：變頻調速(變頻器+電機+減速機+大齒輪)。

　　傾爐機構：傾爐機構由軌道、傾爐油缸、搖架平臺、水平支撐機構和支座等組成。

　　2計算機與冶金專業的聯絡

　　自動化的動向和計算機控制與鋼鐵工業的聯絡日益緊密，鋼鐵工業自動化的目的在於提高大型裝置的生產效率，加強質量管理，實現生產管理合理化以及省力化、無人化。提高大型裝置的生產效率對於像鋼鐵工業這種具有大型裝置的工業，為了提高投資效率，必須提高裝置執行率。而且要求始終在穩定狀態下執行。近代裝置的理想條件，是要求裝置本身具有自控能力，變化部分可以透過自動化來補償。可是實際情況離這種理想條件很遠，裝置的執行條件使冶金過程中計算機系統的控制成為必要。

　　為什麼鋼鐵生產過程要實行計算機控制，或者說計算機控制的效果表現在哪裡？為了說明這個問題，下面介紹鋼鐵生產過程的性質和特點。

　　鋼鐵生產的性質可概括為以下三點：一是大型裝置工業；二是需要複雜的生產過程；三是訂貨生產方式。

　　這些性質具體表現為如下特點：

　　①裝置方面的特點是：單機裝置大；多半不是連續過程，而是間歇過程；人工操作仍相當多。

　　②生產過程中物流的特點是：原料使用量大；要使用大量的能量和水；物流相當複雜；原料和成品的運輸量大。

　　③生產過程狀況的特點是：生產過程中物流多種多樣；高溫下作業。

　　④按訂貨進行生產的特點是：生產管理需要大量的資訊；資訊流和生產管理都很複雜。

　　⑤從勞動條件方面看的特點是：要求熟練工的作業多；多為高溫、重體力勞動。

　　這些特點，無論拿哪一項作為企業條件都是不容易的。以這種過程進行生產，從企業來講要降低產品成本是相當困難的。然而正相反，對鋼鐵產品的質量和價格的要求卻越來越苛刻了，這更加重了困難程度。也就是說，鋼鐵企業在原料、能量、裝置償還和勞動力費用方面都受到很大壓力，而對如此嚴酷要求，必須找出有效的對策解決。計算機控制就是措施之一，鑑於鋼鐵生產過程的複雜性，只憑在其他工業的連續性生產發展起來的閉環反饋控制為基礎的一系列控制技術是很難解決問題的。而且今後鋼鐵工業的趨勢將是更困難、更復雜。鋼鐵工業的現代化正在經歷著種種變革。這些變革必須實行自動化，或實現至少以自動化為前提的計算機控制系統。

　　結論

　　本文從冶金企業的生產特點和裝置性質上分析了冶金企業與計算機之間的關係，闡述了冶金過程中計算機系統的控制成為必要。可以看出，冶金企業受影響的因素很多，除了計算機，還有其他專業的知識也要用到冶金中。在以後的冶金過程中，加入更多計算機應用成為了一種趨勢。