冶金新技术论文一.doc

冶金学是指导人们合理有效利用矿产资源和二次资源，采用各种化学或物理方法提取出有价成分，经加工、转化后，使之成为具有一定使用性能的金属或非金属材料的一门综合性的工程科学学科分支。它是基于物理化学、冶金传输和反应工程以及金属学原理、力学原理、自动控制理论、计算机信息技术等工程技术科学，主要研究利用矿物资源或再生资源、能源，采用物理化学方法，分离提取金属及其化合物，再经过合成、制备、加工处理过程，获得具有一定形状和使用性能的材料，是一门既古老又在不断发展中的学科。其主要分为钢铁冶金和有色金属冶金两大部分。 冶金工业是一个国家的支柱产业，更是衡量一个国家综合实力的重要标准。而随着科学技术的不断进步，以及地球上矿石资源越来越趋于减少和贫矿化，能源与环境的越来越受重视，发展冶金新技术逐渐越来越受重视，也成为了衡量一个国家工业进步的表现。首先是钢铁冶金，我国钢铁冶金的行业现状是：能耗高，资源利用率低，生产效率低，钢材质量低以及环境污染严重等，在以节能减排和保护环境为主旨的今天，用最经济的方法大批量、稳定地生产超纯净钢是当今世界钢铁工业最重要的研究课题，也是各国钢铁企业技术竞争的焦点。新一代可循环钢铁生产流程也是由此而提出的，这种生产方法是把清洁生产、资源综合利用和可再生能源开发融为一体，成为闭环式生产过程，实现钢铁产品生产、能源转换、消纳社会废弃物三大功能。该生产流程的特征有：产品高级化、生产高效化、生产体系可循环、全流程资源循环与环境保护一体化。可循环钢铁生产流程中的主要技术主要有大型高炉的强化冶炼技术、高效的转炉吹炼工艺（包括铁水的“三脱”及预处理技术）、RH快速精炼及高速连铸、转炉负能炼钢技术。其中，转炉负能炼钢技术可以优化炼钢工艺，降低转炉工序能耗；加强煤气回收，提高煤气质量；减少蒸汽放散量，实现转炉工序能耗为零。钢铁冶金上另一个有代表性的新技术就是电渣重熔技术。电渣重熔技术是指把转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，简称ESR，其主体设备就是电渣重熔炉。电渣重熔的基本过程是在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热，将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。该技术的目的在于提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。电渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺的设备条件。电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。但是该技术也存在着生产耗电高，对环境污染大的缺点。目前，电渣重熔技术主要用于优质合金钢和纯净钢的冶炼，也可以生产高温合金、精密合金、耐蚀合金以及铝、铜、钛、银等有色金属的合金此外，钢铁冶炼新技术还包括全流程能源平衡与转换技术、水资源高效利用技术、全流程大气污染与排放控制技术等。这些钢铁冶金新技术的不断发展，大幅度提高了矿石与能源利用效率，提高了钢产品质量，总之，开发新一代可循环钢铁流程，将彻底改变传统钢铁工业大量生产、大量排放的弊病，提高资源能源的利用效率，是21世纪国际钢铁工业的技术发展方向。有色金属是指除了铁、铬、锰以外的其他金属。其中铜是人类最早使用的金属。有色金属的冶炼技术分为火法冶金和湿法冶金两种，进入21世纪，随着人类科学技术的进一步发展，对有色金属需求将会进一步增加。人类社会可持续发展要求未来的冶金，应该是无污染、低能耗并高度自动化的。由于湿法冶金的污染比火法冶金更容易控制与治理，因此湿法冶金在未来应该有更大的发展前景。湿法冶金的一些无污染技术，例如加压湿法冶金、生物湿法冶金、矿浆电解将得到进一步的发展与应用。一些低能耗、低成本的湿法冶金技术，例如矿体的原位浸出等将会进一步发展以代替传统的采矿一选矿一冶金技术。另外，由于大陆上有色金属资源的逐步枯竭，从海洋中提取金属的海洋冶金逐步兴起，从各种废弃物中回收有色金属等技术也开始逐渐发展。有色冶金新技术在我国主要是应该根据我国特有的复杂共生矿资源的综合利用，尤其要针对我国特有的优势资源，开展生态化冶金新工艺和新技术的研究，发展有色金属循环经济，实现低能耗、低排放、资源重复利用。发展有色金属循环经济，不仅可以缓解我国有色金属矿产资源短缺的问题，而且可以有效解决我国有色金属冶金行业能耗过高的问题，这是我国有色金属冶金工业发展的必由之路。有色冶金新技术主要有电子数熔炼、等离子体冶金和微波冶金。电子束熔炼是用高速电子轰击物料，将电能转化为热能，因为电子束可经电磁聚焦装置高度密集，所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。其主体设备为电子束熔炼炉。电子束熔炼是在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等，主要用于熔炼和提纯钨、钼、钽、铌、锆等难熔金属。等离子体冶金是除了目前应用的电渣重熔和电子束熔炼法以外，又一种工艺可能性宽广、经济效益显著的电冶金新方法。等离子体冶金是以等离子体流作为热源的冶金过程。从20世纪60年代开始，人们利用热等离子体熔化和精炼金属，现在等离子体电弧熔炼炉已广泛用于熔化耐高温合金和炼制高级合金钢；还可用来促进化学反应以及从矿物中提取所需产物。等离子体是指电离的气体，它是由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体，其中离子和自由电子所带的正、负电荷总和是相互抵消的。其产生的方法有很多，包括各种放电、真空紫外光、激光、各种射线、反应堆、冲击波等，分布广泛。等离子体加热的主要特点有：电弧高度稳定可调，熔炼气氛可控，产生温度高且加热源纯净等。众所周知，高温是冶金反应的基础，等离子体加热产生的超高温度，可以用于各种金属氮化物、碳化物、硼化物的制备，金属氧化物的碳还原，特殊钢冶炼，合金熔炼等等。等离子体技术可以应用于非高炉炼铁，可以分为直接还原法和熔融还原法两种，其中直接还原法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在低于矿石软化温度的条件下，将铁矿石（或含铁球团）还原成金属铁的方法，其工艺主要有工艺有回转窑直接还原法，竖炉直接还原法、流化床还原法等。而熔融还原法则是以焦煤为能源，在高温下进行铁氧化物的熔融还原，渣铁能完全分离，得到类似高炉的含碳铁水的处理方法，其工艺繁多，总体可分为一步法和两步法两大类。其中，一步法是在一个冶金反应器中完成矿石还原熔炼的全过程，一步法工艺流程短，设备简单，实际应用中却存在着能耗高、炉衬腐蚀严重的难题；两步法将还原过程分为固相预还原及熔态终还原两步，分别在两个反应器中完成，改善了还原过程的能量利用，降低了渣中FeO浓度，使熔融还原法取得了突破性进展。此外，等离子体技术也可以用于炼钢生产。用于炼钢生产的等离子弧炉从能源上可分为两种：一种是等离子体电弧炉，它只利用等离子弧作能源；另一种是等离子体感应炉，在利用等离子体弧的同时又利用感应加热。该种方法能源利用率高，在节约能源的基础上，可以生产高质量低碳钢。总之，等离子体现在在钢铁冶金中的应用已经相当成熟，并取得了很大的成绩，结合其在钢铁冶炼中的技术应用，等离子体在有色冶金中的应用也开始越来越受重视。 目前，等离子体技术在有色金属工业中的应用正处在初期的发展阶段，为有色冶金技术提供了一个新的发展方向。已经投入生产的等离子体热分解锆英石制取氧化锆技术，与传统工艺相比，具有能耗低，污染小，成本低，反应速度快，可连续生产等优点。等离子体熔炼高冰镍技术正处于试验阶段，也体现出了巨大的优势，能获得其他方法无法达到的效果，是一种有发展前途的熔炼技术。另外，等离子体技术还可以用于还原金属氧化物、处理二次资源、区域熔炼等。等离子体技术的发展与成熟某还需要我们这一代努力去实现。另一个冶金新技术是微波冶金。微波加热在冶金中的应用是近年来发展起来的一种冶金新技术，虽然还处于发展阶段，但已取得了许多很有吸引力的研究成果。现阶段，微波技术在火法冶金中的应用有微波破碎、矿物微波加热分解、铁矿石微波碳热还原、电解铝和矿石的微波预处理。而在湿法冶金中，微波技术同样也有很大的应用。在湿法浸出上，作用尤其明显，如硫化矿的微波加压浸出、微波辅助加压浸出等技术等，微波辐射在氧化铝生产上也有一定的应用。由于微波技术受加热材料自身特性的限制，微波在具有显著离子或金属导电材料中穿透率不够，而绝缘体对微波能的吸收能力有限，这些影响因素都很难使材料在微波下加热到预定温度。另外，微波谐振的负面影响可能会导致材料受热不均匀。微波加热过程中材料物性和结构的变化都会影响其介电性质，导致微波加热能能力不断变化，这给微波场中温度的准确测量、加热条件的优化、过程的模拟和控制乃至高效微波炉体的设计都带来了困难，微波的泄露对人体的健康还会产生一定的危害。总之，微波冶金存在的问题还有很多，面临的挑战也很大，但是，随着发射频率可调的新型微波反应器的自动化和在线控制的实现，对微波加热进行精确控制并深化微波冶金基础理论的研究将不再是梦想，微波加热在冶金领域会得到更加广泛和高效的应用。除此以外，冶金新技术的发展方向还有地下溶浸、微生物浸矿等。微生物浸矿，是近代冶金工业上的一种新工艺。它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和大冶炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，达到防止矿产资源流失，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法。如细菌浸铜、细菌浸铁、细菌浸铀、细菌浸锌、细菌浸金、细菌浸锰等，现在已经在很多国家日益发展起来。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。随着科技