钢铁冶金及材料制备新技术

钢铁冶金及材料制备新技术（共8篇）

篇1：钢铁冶金及材料制备新技术

一、填空

1、铁芯损耗的影响因素：

2、制备过程。

34、粉末冶金新技术主要内容：粉末制备新技术、成型新技术、烧结技术。

二、名词解释

1、高炉余压透平发电：是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其它装置发电的一种二次能源回收方式。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性气体，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦一种熄焦方法。

3、三维印刷：该法是根据印刷技术，通过计算机辅助设计，将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上。这样反复逐层印刷, 直至达到最终的几何形状。

三、简答题

1、新型多功能融化还原竖炉的原理、结构、特点？

答：原理：将高炉炉缸的熔融还原和化铁炉的快速加热组合在一起，采用氧—煤技术实现高的燃烧温度，将处理劣质废钢、回收钢铁厂粉尘和冶炼合金母液融为一体，为短流程提供热装铁水或合金母液。

结构：①炉体、②加料和煤气系统、③出铁、④出渣和送风系统。

特点：1）原料适应性广；2）炉容小，产量高；3）投资少；4）环境友好；5）用途广。

2、熔融还原技术定义、原理？

答：熔融还原：不用高炉而在高温下，还原铁矿石的方法，其成分是与高炉铁水相近的液态生铁。

熔融还原技术原理：

给料机脱气O2煤干馏气体混合块煤 气化炉顶部 焦炭煤气

还原性气体

出炉气化炉熔融造渣液态铁 冷却除尘

4、烧结新技术？

答：1）微波烧结技术 微波烧结是通过被烧结粉体吸收微波，将电磁波能量直接转化成物质中粒子的能量，使其内部产生热而烧结的方法。

2）爆炸压制技术 爆炸压制又称冲击波压制，它在粉末冶金中发挥了很重要的作用，爆炸压制时，只是在颗粒的表面产生瞬时的高温，作用时间短，升温和降温速度极快。

3）放电等离子烧结（SPS）该技术是在粉末颗粒之间直接通入脉冲电流进行加热烧结，是将电能和机械能同时赋于烧结粉末的一种新工艺。

5、粉末还原？

答：工艺上所说的还原是指通过一种物质——还原剂，夺取氧化物或盐类中的氧（或酸根）而使其转变为元素或低价氧化物（低价盐）的过程。用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取金属粉末是一种广泛采用的制粉方法。还原剂可呈固态、气态或液态；被还原的物料也可采用固态、气态或液态物质。在粉末冶金中，可采用气体、碳或某些金属作还原剂。

答：1）还原气体供气强度和流速的影响、2）还原气体压力的影响、3）还原温度的影响、4）气象组分的影响

7、劣质废钢利用和粉尘回收

答：1）适当的二次燃烧，有助二恶英等的分解

2）柱较高，其中的矿、焦和溶剂又能够吸收一部分生成的有害气体 3）煤气燃烧时也能将二恶英等有毒气体分解

一、填空

1、铁芯损耗的影响因素：

2、制备过程。

34、粉末冶金新技术主要内容：粉末制备新技术、成型新技术、烧结技术。

二、名词解释

1、高炉余压透平发电：是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其它装置发电的一种二次能源回收方式。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性气体，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦一种熄焦方法。

3、三维印刷：该法是根据印刷技术，通过计算机辅助设计，将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上。这样反复逐层印刷, 直至达到最终的几何形状。

三、简答题

1、新型多功能融化还原竖炉的原理、结构、特点？

答：原理：将高炉炉缸的熔融还原和化铁炉的快速加热组合在一起，采用氧—煤技术实现高的燃烧温度，将处理劣质废钢、回收钢铁厂粉尘和冶炼合金母液融为一体，为短流程提供热装铁水或合金母液。

结构：①炉体、②加料和煤气系统、③出铁、④出渣和送风系统。

特点：1）原料适应性广；2）炉容小，产量高；3）投资少；4）环境友好；5）用途广。

2、熔融还原技术定义、原理？

答：熔融还原：不用高炉而在高温下，还原铁矿石的方法，其成分是与高炉铁水相近的液态生铁。

熔融还原技术原理：

给料机脱气O2煤干馏气体混合 块煤 气化炉顶部 焦炭煤气

还原性气体

出炉气化炉熔融造渣液态铁 冷却除尘

4、烧结新技术？

答：1）微波烧结技术 微波烧结是通过被烧结粉体吸收微波，将电磁波能量直接转化成物质中粒子的能量，使其内部产生热而烧结的方法。

2）爆炸压制技术 爆炸压制又称冲击波压制，它在粉末冶金中发挥了很重要的作用，爆炸压制时，只是在颗粒的表面产生瞬时的高温，作用时间短，升温和降温速度极快。

3）放电等离子烧结（SPS）该技术是在粉末颗粒之间直接通入脉冲电流进行加热烧结，是将电能和机械能同时赋于烧结粉末的一种新工艺。

5、粉末还原？

答：工艺上所说的还原是指通过一种物质——还原剂，夺取氧化物或盐类中的氧（或酸根）而使其转变为元素或低价氧化物（低价盐）的过程。用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取金属粉末是一种广泛采用的制粉方法。还原剂可呈固态、气态或液态；被还原的物料也可采用固态、气态或液态物质。在粉末冶金中，可采用气体、碳或某些金属作还原剂。

答：1）还原气体供气强度和流速的影响、2）还原气体压力的影响、3）还原温度的影响、4）气象组分的影响

7、劣质废钢利用和粉尘回收

答：1）适当的二次燃烧，有助二恶英等的分解

2）柱较高，其中的矿、焦和溶剂又能够吸收一部分生成的有害气体 3）煤气燃烧时也能将二恶英等有毒气体分解

一、填空

1、铁芯损耗的影响因素：

2、制备过程。

34、粉末冶金新技术主要内容：粉末制备新技术、成型新技术、烧结技术。

二、名词解释

1、高炉余压透平发电：是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其它装置发电的一种二次能源回收方式。

2、干熄焦：干熄焦是利用冷的惰性气体，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦一种熄焦方法。

3、三维印刷：该法是根据印刷技术，通过计算机辅助设计，将粘结剂精确沉积到一层金属粉末上。这样反复逐层印刷, 直至达到最终的几何形状。

三、简答题

1、新型多功能融化还原竖炉的原理、结构、特点？

答：原理：将高炉炉缸的熔融还原和化铁炉的快速加热组合在一起，采用氧—煤技术实现高的燃烧温度，将处理劣质废钢、回收钢铁厂粉尘和冶炼合金母液融为一体，为短流程提供热装铁水或合金母液。

结构：①炉体、②加料和煤气系统、③出铁、④出渣和送风系统。

特点：1）原料适应性广；2）炉容小，产量高；3）投资少；4）环境友好；5）用途广。

2、熔融还原技术定义、原理？

答：熔融还原：不用高炉而在高温下，还原铁矿石的方法，其成分是与高炉铁水相近的液态生铁。

熔融还原技术原理：

给料机脱气O2煤干馏气体混合 块煤 气化炉顶部 焦炭煤气

还原性气体

出炉气化炉熔融造渣液态铁 冷却除尘

4、烧结新技术？

答：1）微波烧结技术 微波烧结是通过被烧结粉体吸收微波，将电磁波能量直接转化成物质中粒子的能量，使其内部产生热而烧结的方法。

2）爆炸压制技术 爆炸压制又称冲击波压制，它在粉末冶金中发挥了很重要的作用，爆炸压制时，只是在颗粒的表面产生瞬时的高温，作用时间短，升温和降温速度极快。

3）放电等离子烧结（SPS）该技术是在粉末颗粒之间直接通入脉冲电流进行加热烧结，是将电能和机械能同时赋于烧结粉末的一种新工艺。

5、粉末还原？

答：工艺上所说的还原是指通过一种物质——还原剂，夺取氧化物或盐类中的氧（或酸根）而使其转变为元素或低价氧化物（低价盐）的过程。用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取金属粉末是一种广泛采用的制粉方法。还原剂可呈固态、气态或液态；被还原的物料也可采用固态、气态或液态物质。在粉末冶金中，可采用气体、碳或某些金属作还原剂。

答：1）还原气体供气强度和流速的影响、2）还原气体压力的影响、3）还原温度的影响、4）气象组分的影响

7、劣质废钢利用和粉尘回收

答：1）适当的二次燃烧，有助二恶英等的分解

2）柱较高，其中的矿、焦和溶剂又能够吸收一部分生成的有害气体 3）煤气燃烧时也能将二恶英等有毒气体分解

篇2：钢铁冶金及材料制备新技术

冶金08—4孟庆航

摘要：耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，每年消耗量极大，其中冶金用量占耐火材料总用量的六成到七成。因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关：本文对耐火材料与钢铁工业的相关性进行了定性与定量分析，并对其回 收与利用，与钢铁的发展做了适当的分析。

关键词：耐火材料 冶金 应用 发展 回收

Abstract: refractory material as high temperature kiln furnace building materials, annual consumption greatly, which accounted for refractories Metallurgical amount total amount of six to 70%.Therefore, the development of refractory material industry and the development of iron and steel industry are closely related : the refractory material and steel industry for the relevance of the qualitative and quantitative analysis, and on its back Collection and utilization of iron and steel, and to the development of the appropriate analysis.Key words: Refractory material

Metallurgy

Application Development Recycling

耐火材料作为高温窑炉筑炉材料，主要用于冶金、化工、建材等工业部门，其中黑色冶金用量占耐火材料总用量的6 0％～7 0％，因此，耐火材料工业的发展与钢铁工业的发展息息相关。提高钢铁材料的综合性能，延长其使用寿命，是今后钢铁材料发展的主要方向之一；提高纯净钢冶炼技术是达到此目标的重要途径；合理选择和正确使用优质的耐火材料是冶炼纯净钢的重要保证。

根据笔者的研究可知，从二者的产量看出二者有很相似的演变规律：当钢产量增加或减少时，耐火材料产量也随之增加或减少；且基本同时达到峰值或谷值说明了二者之间有着较明显的相关性。钢铁的稳不稳定有很大的关系，这影响着耐火材料的应用和发展。钢铁行业稳定时，耐火材料行业稳定，发展迅猛。当钢铁行业不稳定时，经济萧条不景气，相应的耐火材料行业也随之下滑，甚至出现负增长。

炼铁技术发展的重点是提高高炉的喷煤量，同时要求高炉、热风炉的寿命要长(高炉寿命大于12年，部分达到15年)，热风炉的风温要高(平均高于1100℃，大型高炉的风温达到1200℃)。为满足这一需要，相应安排了高炉用陶瓷杯、高炉热态喷补料、高通铁量铁沟浇注料、热风炉用低蠕变砖等研究开发项目。研制出刚玉莫来石大型预制块，用在某大型高炉的炉缸，经几年的应用，证明效果很好，铁水的温度提高了10—15度，目前已有多座大型高炉的炉缸采用了这种材质的“陶瓷杯”结构。用s结合刚玉制作“陶瓷杯”工作取得进展，采用氮化烧结法合成出了性能优异的结合刚玉样块。研制的高炉喷补料，在高炉热态状况下进行喷补．可提高高炉寿命。

随着时间的发展，耐火材料有很多的发展。20 世纪50 年代后期，我国炼钢连铸开始进入工业化生产阶段。中间包内衬耐火材料使用黏土砖或高铝砖砌筑，由于当时连铸生产刚起步，连铸的钢种多为普通钢，中间包只是作为钢水的周转容器，中间包内衬的工作条件不是太恶劣，使用寿命为连浇5～12 炉，满足了当时连铸生产的需要。2.1.2 铝硅质浇注料 在砖砌中间包工作衬之后，我国又发展了浇注料浇注中间包工作衬，有些钢铁厂的中间包工作衬用Al2O3含量60%～80%左右的铝硅质。采用浇注料浇注的中间包工作衬，整体性能好，机械强度高；对于局部损毁严重部位可进行修补，因此，使用寿命长。20 世纪70 年代中期，洛阳耐火材料研究所与武钢耐火材料厂合作，在剖析国外产品的基础上，研制出了镁铬质中间包涂料。先后在上钢一厂和武钢试用，在上钢一厂连浇148 min；在武钢连浇111 min，通钢量 210 t。使用效果优于武钢从西德进口的同类产品，又在其他钢铁厂推广应用。所研制的镁铬质中间包涂料以烧结镁砂和铬矿为主要原料，以三聚磷酸钠作结合剂，添加适量的软质黏土、消石灰和纤维材料等配制而成。上世纪80 年代初，开发出了硅质绝热板，并在全国推广应用，取得了良好的效果。在上世纪80 年代后期和90 年代，硅质绝热板已经成为我国中间包工作衬要的耐火材料之一，如武钢二炼钢1985 年实现了中间包工作衬绝热板化。硅质绝热板的使用寿命因各厂家使用条件不同有一定差别，如首钢、武钢4～6 炉，上海钢7～10 炉，河南安钢8～13 炉等。生产实践证明，硅质绝热板与之前的镁铬质涂料和砖砌中间包工作衬相比，有以下优点：1）不需要烘烤，可冷包开浇。节约了时间，节省了燃料。2）硅质绝热板热导率低，保温效果好。

为了适应现代化大型高炉上一系列苛刻的操作条件，除了在设计、施工、设备质量操作技术等方蕊精益求，还必须针对亮炉冶炼条件选用应静耐火材料，预期达到长海高产的目的。1妒感、炉缸耐火材料炉膳、炉缸承受高温、渣铁冲刷侵蚀和渗透作用，工作条件十分恶劣。炉缸，破坏盼程瘦是决定高炉使用寿命的关键因素。

高炉出铁沟的工作层主要采用氧化铝、碳化硅、碳素组成的材料。数百立方米容积的小型高炉，每次出铁量少，散热快，单铁口出铁，清除残余渣铁较困难；一般采用非储铁式主沟，多采用免烘烤捣打料，施工简单，使用寿命较短，几天或十多天就需清沟重新铺沟。这类材料一般用树脂结合，在成型使用过程中产生有害气体较多，恶化了作业环境。中型、大型高炉一般有2～4个铁口，采用储铁式主沟主出铁沟多用的是Al。O。-Si-C质浇注料，按照施工方式可分为自流浇注料、快干浇注料等类型；按照结合系统，除水泥结合浇注料外，最近也多有溶胶结合、氮化物结合浇注料的报道；水泥结合浇注料中温强度有降低，其中碳素抗氧化的效果较差，使用寿命一次通铁量在8～12万t，高炉容积越大，顶压力大，铁水的出铁冲击力也大，对沟衬的冲刷和磨损也增加。武钢开发的溶胶结合浇注料为自洁净结合浇注料，不采用水泥结合，温度增加，抗压强度提高，不存在中温区强度损失，抗氧化性能好，自流型浇注料的通铁量可达到15万t；而快干型的浇注料成型后1 h即可脱模，快速烘烤2～3 h即可投入使用，在2 200 m3高炉主沟使用，经过1～2次修后通铁量可达到20万t。氮化物结合的主沟料有研究报道。

使用的耐火材料寿命达到国外九十年代中、后期先进水平，满足高温工业新技术发 展需要；使我国在国际上从耐火资源优势变为制品优势，为国民经济发展贡献出耐火材料工业应有贡献。(1)根据我国资源特点，为适应我国钢铁等高温工业技术多层次的需要，研究开发出具有我国特色的高性能耐火材料品种系列并进行产业化研究。(2)跟踪国外科技发展的新动向，结合我国资源特点，开展耐火材料学科前沿科技研究和应用基础理论研究，形成具有自主知识产权的耐火材料系列技术，推动我国耐火材料工业的技术创新。(3)以冶金、建材、轻工、化工等高温工业新技术、新工艺所急需的优质高技术耐火材料品种的研制、开发与应用为龙头，开展产、学 “一条龙”科技攻关。随着吨钢耐火材料消耗在下降，钢铁工业耐火材料消耗比重变化不大，占不到5 0％。主要是因为同时其它高温窑炉业对耐火材料的消耗也在下降，所以钢铁工业消耗比重并没有随着单耗的下降而下降，而是基本上保 持在与消耗比重同步发展的水平上。因此，耐火材料与钢铁的一直保持较强的相关性。说明：虽然耐火材料的主要消费大户钢铁工业对其的消耗在下降，但以近5 0％的消耗比重来看，钢铁工业的主要消费大户，耐火材料工业将仍主要受钢铁工业发展的制约和影响，应紧跟钢铁工业的技术发展步伐。

现在耐火材料的回收利用现在比过去任何时候的意义都更加重大。在积极鼓励回收各种制品的政策气候下，需要技术与工艺能满足日益加强的环境保护法规的要求。随着经济的飞速发展，这种影响力也日益全球化。因此，也迫使人们采取行动并予以厚望。

国外对冶金废弃耐火材料的综合利用都很重视，发达国家很早就对冶金废弃耐火材料的开发利用进行了深入的研究并取得了丰硕的成果。欧洲[目前利用废弃耐火材料量为人1.2kg，有82％的废旧耐火材料已经得到利用；日本钢铁工业用后的耐火材料主要用作造渣剂和型砂的替代物；新日铁开发出用废料生产连铸用出水口的生产方法；鹿岛钢铁厂研究了滑板的再利用工艺，使修复后的滑板使用寿命与新滑板一样；大同制钢公司废旧耐火材料的利用率达到58％，加拿大MCALPINE工厂、阿尔及利亚耐火材料公司及伊朗科技大学等机构几年来一直在进行回收利用废旧耐火材料及其课题研究工作。到目前为止，实际回收滑板的损毁主要集中在滑板孔及其附近的工作层，这些滑板只需在滑板孔区域处钻开，用浇注料浇注复原的方法和圆环镶嵌法并抛光工作层进行修复滑板，取得了成功。使修复后的滑板的使用寿命与新滑板一样。

我国钢铁冶金工业每年消耗耐火材料约800 万t，用后耐材达300 万t 以上[1]。近年来，随着我国环保政策的贯彻实施和耐火材料市场竞争的日益激烈，钢铁企业的降本增效以及人民群众不断增强的节约资源和改善环境的意识，因此，国内对用后废弃耐火材料的综合利用产生了高度的重视。宝钢综合开发公司专门从事宝钢废弃材料的回收利用已多年，并于2002年11月在宝山投产了国内第一家废弃耐火材料综合回收利用的工厂，能够处理宝钢多种废弃的耐火材料，目前每年回收宝钢废弃的耐火材料达10万t以上。一种是以转炉和钢包渣线用后镁炭砖为原料，经过拣选、除去表面夹杂、渣和氧化层、水化等处理后，进行镁炭砖再生。按最致密堆积的颗粒组成设计，添加3％特殊符合添加剂，外加热固性酚醛树脂结合剂3％～4％，进行配料，1000t摩擦压砖机成型。200℃烘烤，可得再生产的镁炭砖。另一种是废水玻璃结合铝镁浇注料回收后，以颗粒形式按20％的比例加入到原浇注料中，不影响原浇注料的使用性能，一年的使用结果表明，全年平均包龄达到了97.3 炉，比上一年不加废浇注料颗粒的包衬平均寿命还高3 炉；但以细粉形式按10％比例加入到浇注料中，会恶化原浇注料的性能指标，不宜作为浇注料的基质来使用。用10mm 筛下的废钢包浇注料的统料作为水玻璃结合的铝镁浇注料，用于中间包永久层代替原来的高铝砖，使用寿命达60炉次左右，比用高铝砖砌筑的永久层寿命增加约40炉次，使用效果良好。

参考文献： ［1］ 田守信，姚金甫，严永亮.超轻质镁质中间包涂料的研制与应

篇3：钢铁冶金及材料制备新技术

金属基复合材料(Metal matrix composites,MMC)是以金属或合金为基体,以颗粒、晶须或纤维为增强体复合而成的材料。通过合理的设计可实现良好的复合效应,使基体与增强体相互取长补短,发挥出各自的性能及工艺优势。与传统的金属材料相比,MMC具有更高的比强度、比模量,耐热性能好,热膨胀系数低,尺寸稳定性更高;与陶瓷材料相比,MMC的塑性、韧性、二次加工成型性要优越得多[1]。

目前MMC常用的制备工艺主要有粉末冶金、搅拌铸造、喷射沉积和压力浸渗等。粉末冶金法(P/M)是最早开发用于制备颗粒增强MMC的工艺。P/M技术具有以下优点:工艺简单灵活,成本适中;由于制备温度一般低于铸造法,界面反应大大减弱;增强体的体积分数可以在大范围内精确调整,增强体的选择余地较大,可设计性强;制备的复合材料具有优良的综合性能[2,3,4]。随着粉末冶金技术的进一步完善,此方法正逐渐成为一项制备非连续增强MMC较为成熟的技术。据统计,目前全球近100家生产MMC的公司中有29%采用P/M工艺;就应用领域而言,航空航天及国防用MMC有57%采用P/M法制造;微电子及汽车领域的MMC分别有31%和43%采用P/M工艺制造[5]。此外,采用P/M金属基复合材料在要求高性能、低密度的航空航天领域具有不可替代的优势[6,7,8]。本文概述了粉末冶金制备MMC的工艺特点,简述国内外P/M金属基复合材料的研究和应用现状,探讨该工艺制备金属基复合材料的优缺点、研发关键问题以及应用前景。

1 P/M金属基复合材料的工艺特点

粉末冶金法的主要技术步骤一般包括:粉末筛分、粉末与增强体混合、 压制成型、高温除气、热压或热等静压致密化、二次加工(挤压、锻造、轧制、超塑性成型等)[9]。P/M工艺结合二次加工不仅可以获得完全致密的坯锭或产品,同时可满足所设计材料结构性能的需求,也可以直接将混合粉末进行高温塑性加工,在致密化的同时达到最终成形的目的。粉末冶金法对基体合金和增强颗粒种类基本没有限制,而且可以任意调整增强体的含量、尺寸和形貌等,大大提高了复合材料的可设计性。另外,由于P/M 法所使用的温度较低,从而减轻了基体与增强体之间的界面反应,所制得的复合材料具有良好的力学物理性能且质量稳定[2,9]。这些综合优势是液相法不能比拟的。P/M工艺的成本一般介于液相工艺与连续纤维复合材料之间,但材料的综合性能高于液相法制备的MMC,且使用范围更加广泛(见图1)[3]。

采用P/M工艺研制MMC时需要从产品的各项要求出发,综合考虑各个环节对产品性能的影响,如基体、增强体材料的选择、粉末处理、粉末固结、坯锭二次加工和其它后续处理过程等。

复合组元的选择对复合材料的加工制备和性能都有重要影响,特别是基体合金的性能和热处理工艺对复合材料的力学性能有较大影响。基体合金一般选择变形能力较好的合金体系,如美国于20世纪90年代研制的2009Al合金就是制备非连续增强MMC最理想的基体合金之一。

粉末处理是保证复合材料质量的一个重要环节,金属粉末与颗粒、晶须的均匀混合以及防止金属粉末的氧化是粉末处理的关键,已有大量研究和成熟的工艺[2,10]。机械合金化方法是在常规粉末冶金法的基础上发展起来的一种比较典型的制备非连续增强复合材料的技术,通过高能机械球磨可以实现亚微米乃至纳米颗粒的均匀混合,并有效细化基体晶粒,获得均匀的超细复合结构。机械合金化是一种制备高强度/韧性、高热稳定P/M金属基复合材料的重要手段[11]。

塑性变形不仅可以提高颗粒增强复合材料坯锭的致密度,而且还可以改善颗粒的分散状况。P/M法制备的复合材料大多具有较好的塑性加工性能。与未增强的合金相比,由于增强体多数为刚性的陶瓷,复合材料具备较高的弹性模量、强度以及硬度等,同时复合材料的塑性和韧性也有所下降,因此改变了复合材料的塑性加工性能。另外,高体积分数颗粒增强的复合材料的机加工性能通常比未增强的合金差[12,13]。

常用的二次加工方法有挤压、轧制、锻造、超塑性成形等。其中,挤压可用于各种不同方法制备的复合材料。复合材料在挤压过程中处于三向压应力状态,因而提高了塑性变形能力。挤压可以有效破碎颗粒氧化膜,改善界面结合和增强颗粒的分散状况,从而大幅度提高强度和塑性[13,14]。具有代表性的材料,如颗粒增强铝基复合材料通常可通过很大的塑性变形获得棒材、线材、异形材,但由于设备所限,挤压产品的尺寸受限。轧制和锻造过程引入较大的剪切应力通常也能改善增强颗粒分散,并且细化基体晶粒,从而明显提高复合材料的力学性能,采用锻造和轧制可制得大尺寸、组织均匀的复合材料板、锭或最终产品[10,14]。等温模锻是制备颗粒增强铝基复合材料零件的重要手段,可以进行非连续增强MMC的近终成形。复合材料在等温过程中变形可以保持良好的高温塑性,有利于塑性流动充填模腔[15]。近年来,颗粒增强铝基复合材料的超塑性研究取得了大量成果,使复合材料的超塑性模锻也成为可能,这将有利于复杂形状零件的近终成形。复合材料的模锻适合大批量零件生产。此外,P/M颗粒增强MMC一般具有细小的晶粒组织,在较高的温度(0.5～0.9Tm)和应变速率(0.01～10s-1)下可以表现出高拉伸塑性(100%～1500%),复合材料超塑性变形抗力非常低,而且不会产生局部不均匀变形,因此超塑性成型是最具优势的加工手段之一[13,16]。同时超塑性加工也是一种近终成形技术,有利于加工薄壁零件,如超塑性焊接等。国外已采用超塑性成型工艺成功地生产了7064/SiC/10p机翼前缘肋条板和正弦波桁条[17]。

此外,某些情况还需要对复合材料零件进行均匀化处理和尺寸稳定化处理,通过热处理改善增强体分散状况,或通过降低、消除材料内部的残余应力来提高尺寸稳定性。

2 P/M金属基复合材料的主要品种

2.1 铝基复合材料

与其它金属基复合材料相比,铝基复合材料的性能特点是轻质、高强、高韧性、导热性好、适用的制备方法多、工艺灵活性大、易于塑性加工、制造成本低,因此研究最为广泛和深入,制造技术也相对成熟[18,19,20]。最具代表性的是颗粒增强铝基复合材料(PRAMC),它具有高比模量、高比强度、良好的塑性和较高的疲劳极限,以及耐高温、抗腐蚀等性能。图2为颗粒增强铝基复合材料与钛、铝合金的比强度和比刚度的比较;图3为颗粒增强铝基复合材料的热膨胀系数与增强颗粒含量的关系[12] 。同时,颗粒增强铝基复合材料还具备低密度、低热膨胀系数、良好的导热导电性能和高阻尼性能以及各向同性等综合优势[18,19,20]。常用的增强颗粒主要包括SiC、Si3N4、Al2O3、TiC、TiB2、AlN、B4C以及石墨颗粒或者金属颗粒等。

与液相法相比,P/M铝基复合材料具有更细更均匀的微观组织和更加优异的力学性能,并具有近终成型制造零件的能力。多数铝合金基复合材料除了通过颗粒载荷传递强化外,其力学性能还可以通过热处理得到大幅度的改善。首先,复合材料在固溶后淬火过程中,由于颗粒与基体合金的热膨胀系数差别较大,通常会在基体合金内形成大量位错,从而达到强化效果[21];其次,在复合材料中同样存在单相铝合金的固溶强化和析出强化(对于可时效强化铝合金)。但值得注意的是,由于增强相会显著影响合金基体的固溶时效行为,因此铝基复合材料的热处理制度将不同于基体合金[5]。

最早采用粉末冶金生产颗粒增强铝基复合材料的厂家主要有3大公司:美国的DWA Aluminum composite、Alyn公司和英国的Aerospace metal composites(AMC)公司。这些公司已经具备规模生产能力和丰富的产品规格。DWA铝基复合材料公司的主要产品为以6092、2009和6063为基体,SiC颗粒为增强体的复合材料。6092/SiC为其最早的产品系列,主要有板材和挤压型材,此系列产品的规格和性能参数见表1。

另外一个具有代表性的材料是2009/SiC/15p-T42,其锻造性能很好,DWA生产的此种复合材料可直接模锻成型制造零部件,其性能见表2。P/M铝基复合材料还可作为非结构应用,提高陶瓷颗粒的体积分数可有效降低其热膨胀系数,同时保持较高的导热率。此类材料密度小、导热高、膨胀低,在微电子封装领域得到应用。代表性的材料有6092/SiC/40p 和6063/SiC/50p,其性能见表2。

Alyn公司开发的铝基复合材料主要以SiC颗粒和B4C颗粒为增强体,分别采用冷等静压/烧结复合工艺和真空热压工艺来制备小尺寸和大尺寸复合材料的坯锭。AMC公司所采用的P/M工艺与前两者略有不同,AMC公司采用高能机械球磨混合粉末,这种工艺不仅可以均匀混合增强体和合金粉末,同时可以显著细化晶粒尺寸,获得细小均匀的复合结构,使材料的强度得到明显提高,同时其延伸率仍与传统P/M-SiC/Al相当(见表3)。该公司的铝基复合材料产品主要有4类,即AMC225XE(2124/SiC/25p)、AMC640XA (6061/SiC/40p)、AMC217XE (2124/SiC/17p)和AMC220BC (2124/B4C/20p)。

Sumitomo Electric公司采用粉末压制/烧结的简单工艺直接制出所需产品的方法是一种近终成型方法,由于省去了坯锭后续加工工序,其成本较低,增强颗粒体分也可在较大范围内调整,但制备出的材料强度很低,一般用作功能部件[20]。

P/M工艺也被用来制备SiC晶须增强铝基复合材料,其优点是晶须的体积分数易于控制,材料的比强度和比刚度高,抗高温蠕变性能好,但工序较长、制造成本高。表4列出了美国Advanced composite materials 公司研制的结构用P/M-SiC w/Al复合材料的性能[12]。

纵上所述,P/M铝基复合材料具备优良的力学和物理综合性能,在工程实际中可作为轻质高强结构材料或结构-功能一体化材料使用(见表5)。目前,国外在航空航天、高技术武器、交通运输、电子仪表以及体育娱乐用品等领域已批量使用P/M铝基复合材料,并逐步向高性能和低成本方向迈进,同时,规模化应用也不断推动着此类材料的研究开发[4,5,6,7,8,22]。

P/M铝基复合材料最典型的应用之一是DWA公司研制的2009/SiC/15p-T42粉末冶金锻造产品已替代钛合金成功用于Eurocopter公司生产的EC-120和N4直升机旋翼系统的1级关键零件上[22]。该材料的模锻件与铝合金件相比弹性模量提高40%,旋转弯曲疲劳强度(250MPa,107次循环)明显高于硬铝合金2024-T4和7075-T6(155～180MPa,107次循环),与钛合金相比零件质量大幅降低。图4为P/M铝基复合材料的应用实例,其中(a)、(b)为直升机旋翼连接件(锻造),(c)、(d)为发动机导流叶(挤压),(e)、(f)为F16战斗机腹翼(轧制)[19,22]。

另一个重要的应用是6092/SiC/17.5p成功替代石墨/环氧复合材料用于波音777商用飞机4xxx发动机导流叶片,这不仅提高了部件的比刚度、耐腐蚀性能、抵抗外来物体冲击破坏能力,而且大大降低了零件的加工和维护成本。此外,6092/SiC/17.5p还成功替代2024-T4用作F16战斗机腹鳍,使其服役寿命延长400%[22]。

P/M铝基复合材料在一些对性能要求较高的民用产品领域也具有较大的应用潜力(见表5)。在过去的几年中,P/M铝基纳米复合材料赛车零部件的研制也取得了重要进展,已经研制出可批量生产的纳米复合材料赛车传动轴、活塞以及齿环等零部件。纳米复合材料部件不仅具有很高的比强度和比刚度,还具有较高的常温抗疲劳强度,其综合性能显著高于钢、硬铝合金或铝基微米复合材料(见图5)[23]。

目前,国外正在结合航空航天领域轻量化发展的要求进行铝基复合材料在空间领域新应用的研究,因此,颗粒增强铝基复合材料逐渐会发展成为航空航天、军事领域不可替代的重要材料。

我国近年来在颗粒增强铝基复合材料方面取得了突飞猛进的发展。经过20世纪近20年的发展,材料的研制已达到国际先进水平,并逐步向高性能、高可靠、低成本、工程化发展,主要研究方向已经由材料研发逐步转变为应用技术的突破和应用推广,如北京有色金属研究总院经过十几年的努力,已经成功研制出具有高强韧、高刚度、耐疲劳的P/M 2009/SiC/15-25p复合材料,该复合材料可通过挤压、轧制、锻造、机加工等常规加工技术制造出航空航天用大尺寸、复杂形状零部件,研制能力达到国际先进水平。目前,国内已有几种典型的陶瓷颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域得到初步应用[6]。

2.2 钛基复合材料

铝基复合材料的极限工作温度大致在150℃左右,不能满足高温高性能结构与动力装置的选材要求。从20世纪80年代中期开始,研制耐热金属基复合材料已成为重要方向,其中之一就是钛基复合材料。与未增强的钛合金相比,颗粒增强钛基复合材料(TiC/Ti或TiB2/Ti)具有更高的常温和高温比刚度、比强度以及蠕变抗力,可替代钛合金、高温合金应用于航空航天等高温使用场合(600～900℃)。该材料的应用领域主要集中于飞行器及其发动机的耐热零部件[24,25]。

早期钛基复合材料的制备多采用工艺简单、成本较低的熔铸法,但由于钛的活性大,几乎与所有的增强体都发生反应,激烈的界面反应导致复合材料的性能大幅降低,甚至不如基材,给钛基复合材料的研究开发造成了很大困难。P/M方法通过运用冷等静压和热等静压等粉末致密化成型技术,在远低于熔点的温度范围内即可制备出致密的颗粒增强钛基复合材料,避免了液相的高活性和高反应性问题。

钛基复合材料的P/M法有2种:(1) 直接混合元素粉末(Blending element, BE)、中间合金粉或增强颗粒等,经冷压成坯后高温烧结制得致密均匀的材料;(2) 合金粉末(Pre-alloying, PA)高温固结形成块体材料。BE工艺相对简单,成本较低,可用来制备对成本要求较高的钛基复合材料。通过合理控制粉末工艺可以制备出完全致密的P/M钛产品,其性能可以与传统铸造钛基材料相比[25]。图6为目前采用BE和PA方法已经成功研制出的一些产品,其中(a)为丰田汽车上的Ti-6Al-4V进气阀(左)和TiB/Ti排气阀(右),(b)为TiB/Ti复合材料高尔夫球杆头[25] 。P/M钛基复合材料最早的产品是20世纪80年代中期美国报道的CermeTi。CermeTi 系列产品是采用冷/热等静压工艺生产的不同含量TiC颗粒增强的钛合金(Ti-6Al-4V)复合材料。加入10%(体积分数)TiCp的Ti-6Al-4V复合材料与Ti-6Al-4V相比,其弹性模量从室温到650℃可提高15%,加20%(体积分数)TiCp的Ti-6Al-4V的弹性模量又可提高10%;复合材料的蠕变速率可以降低1个数量级左右;由于高温性能和刚度的改善,复合材料的使用温度比Ti-6Al-4V可升高110℃左右[26]。

尽管颗粒增强钛基复合材料的研究起步较晚,但较高使用温度的发展潜力使其有望进一步向高性能化、低成本化和实用化发展。由于钛合金的高活性特点,将颗粒增强相原位合成先进技术与先进材料加工、成形工艺结合起来,将成为高性能颗粒增强钛基复合材料制备工艺的重要发展方向。

2.3 镁基复合材料

镁是自然界中可大量应用的最轻金属材料,其密度仅为铝的2/3。但镁合金的低硬度、低强度、低模量、高膨胀系数等限制了它的应用。镁基复合材料可以消除或减轻镁合金的这些不足,具有低密度、高比强度和比刚度、优良的抗震、抗冲击性能[27],近年来已成为继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料。

镁基复合材料的增强体主要是SiC晶须、SiC颗粒、B4C颗粒及Al2O3短纤维等。采用的制备工艺与铝基复合材料类似,但由于镁的活性高,混料、压制以及成型过程中需要注意粉末的氧化污染以及安全防护。非连续增强镁基复合材料的性能与制备工艺有很大关系,许多P/M法制备的镁合金比液态金属法制备的镁合金的强度高,粉末冶金法制备的镁基复合材料也具有优良的性能(见表6)[12]。

总体来看,目前镁基复合材料基本还处于研究阶段,尤其是P/M工艺,离大规模的商业应用还有一段距离。简化现有制备工艺,降低制备成本,改善成型性是非连续增强镁基复合材料规模化应用的关键。在基础研究方面还有较大的发展空间,特别是界面行为及其对镁基复合材料宏观性能的影响,以及复合材料的变形断裂机制等。

3 结语

尽管P/M金属基复合材料的研究与应用已经取得一定进展,但要实现规模化应用还需克服许多技术难题,如高性能铝基复合材料的性能重复性、产品可靠性,以及机加工、连接、回收等;实现粉末冶金复合材料的低成本化、高性能化、工程化,进一步拓展其应用领域。除此之外,国内外还在不断开发的新材料体系和开拓的新应用领域是:

(1) 研制粉末冶金高温铝基复合材料,提高铝基材料的使用温度,逐步取代某些高成本钛合金。

(2) 采用高能球磨或机械合金化技术在铝合金或钛合金中加入(或机原位自生)纳米颗粒或晶须增强体制备的复合材料不仅具有比微米复合材料更高的比强度和比刚度,同时还具有良好的机加工性能和塑性变形能力。纳米复合材料的开发是航空航天器和汽车轻量化、高性能化的重要途径之一,也是粉末冶金复合材料的新生长点之一。

(3) 颗粒增强泡沫铝合金的多孔特征使铝合金具备了轻质、减振、吸音、吸能、防火等特性,可广泛用作夹层材料、基座材料、减震的护罩、汽车防撞结构以及建筑材料等。

摘要：粉末冶金工艺(P/M)具有工艺灵活、可设计性强的特征,是制备高性能金属基复合材料的重要手段之一。简述了P/M法制备金属基复合材料的工艺特点及加工、成型特点,以若干较成功的应用实例为重点总结了粉末冶金金属基复合材料的性能特点,以及国内外的研究与应用现状,提出了该类材料未来的发展方向。

篇4：钢铁冶金及材料制备新技术

关键词：自动化技术；钢铁冶金行业；电力保护；PLC控制；钢厂 文献标识码：A

中图分类号：TF31 文章编号：1009-2374（2015）15-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.022

自动化技术在钢铁冶金行业中具有积极的应用价值，其在未来具有良好的发展方向。目前，钢铁冶金行业中逐渐意识到自动化技术的重要性，积极对待自动化技术，稳定其在钢铁冶金行业中的应用，拓宽自动化技术的应用范围。钢铁冶金行业的发展越来越迅速，增加了自动化技术的应用压力，也提供了发展的条件，优化自动化技术在钢铁冶金行业中的发展。

1 自动化技术在钢铁冶金行业中的应用

自动化技术在钢铁冶金行业中表现出很大的应用价值，主要体现在两个方面：一类是钢铁冶金的电力保护；另一类是PLC应用。对其做如下分析：

1.1 电力保护

电力保护的重点是钢铁冶金电力运行中的继电保护，利用自动化技术提高继电保护的水平，及时隔离电力运行中的故障，保障钢铁冶金行业的生产效益，降低其在生产中的损耗，维护持续供电的方式。现代80%的钢厂已经采用了自动化的电力保护，深化自动化技术的应用，提高电力保护的水平，例如：钢厂运行的过程中，针对供电系统采取自动化的电流电压保护，根据公式E（t，t0）=f（t）-C=q（t0）和E（t，t0）=E（t，t，0）+E（t，0，t0）（E=热电势，t=测量温度，t0=变化温度，当t0处于恒定状态时，即可通过公式监测电力变化），主动消除电力保护中的误差，一旦电力线路发生动态变化，自动化技术作用下的电力保护，检测到电流或电压超出安全值后，保护器会自动断开，控制线路上的电力故障，避免电力故障影响钢厂的运行生产，有利于提高电力运行的安全水平。

1.2 PLC控制

PLC是钢铁冶金行业自动化技术的典型，因为PLC具有自动化编程的特点，其可按照钢铁冶金生产的需求，设计可用的自动化程序，所以其在钢铁冶金生产中达到自动化的水平。PLC与钢铁冶金生产存在密切的联系，关系到钢铁冶金生产的安全性，列举钢铁冶金行业中比较常见的PLC应用，如：（1）为钢铁冶金提供程序化的控制方式，通过PLC改变生产中的工艺参数，如PLC控制钢铁生产中的差压流量，自主运行公式：qf=.e..d2.，qf表示钢铁生产中的体积流量，C=流出系数，β=d/D，△ρ=差压值，ρ1=流体密度，如果流体为天然气，PLC会自动执行公式：qn=As.c.E.d2.FG.ε.FZ.FT.，实现高标准的钢铁冶金生产，降低了生产控制的规模和难度，体现了集成控制的优势；（2）调节相关工艺的速度，保障多项工艺内的机械速度都能处于协同控制的状态，体现PLC对调节的控制性；（3）编程模拟与控制，针对钢铁冶金行业中的机械控制提供了安全的模拟方式，有利于钢铁与冶金行业的安全生产，钢铁冶金行业中的除尘工艺、加料工艺等均采用了PLC，发挥PLC自动控制的优势。

2 钢铁冶金行业对自动化技术的需求

钢铁冶金行业对自动化技术的需求比较大，主要是在科学技术发展的带动下，体现出了自动化技术的优势。钢铁冶金行业的生产规模越来越大，涉及到的工艺和技术呈现复杂化的发展趋势，需要利用自动化技术，支持钢铁冶金行业的发展，分析钢铁行业对自动化技术的需求，如下：

自动化技术的逻辑控制需求，其在钢铁冶金行业中发挥准确的控制作用，提供机械化、信息化的控制方式，落实自动化技术的控制途径，保障钢铁冶金行业的生产效率。钢铁冶金行业利用自动化技术实现智能控制，辅助智能化的编程，充分应用自动化的技术与系统，为钢铁冶金行业提供可靠的技术支持，确保钢铁冶金的效率与效益，有利于钢铁冶金行业的综合化发展，通过自动化技术优化了钢铁冶金行业的生产环境，保障多学科的融合化发展，满足钢铁冶金行业对自动化技术的实践需求。

3 自动化技术在钢铁冶金行业中的未来发展

自动化技术在钢铁冶金行业中起到重要的作用，一方面提高钢铁冶金的自动化水平，另一方面改进钢铁冶金的生产工艺，体现技术型的控制优势。自动化技术成为钢铁冶金行业的重点，表现出良好的发展趋势，分析自动化技术的未来发展。

3.1 自动化控制的高效性发展

钢铁冶金行业的自动化技术，其对控制性能的要求比较高，需要具备高效性的特点，由此才能适应钢铁冶金行业的发展。现代钢铁冶金行业中引进了智能化、数字化的技术，增加了自动化控制的负担，所以针对自动化技术提出高效性的发展要求，促使其在未来发展中达到高效的规范标准，适应钢铁冶金行业的发展需求，最大程度地提高自动化的控制效率。高效性是钢铁冶金行业自动化技术的基础发展，辅助钢铁冶金行业改进生产工艺，保障自动化生产的效率。

3.2 自动化技术的一体化发展

一体化的自动化技术具有集成的特点，其在钢铁冶金行业中涉及到电子、电气等多项技术，推进自动化技术一体化的融合性发展。一体化的自动化技术解决了传统技术在钢铁冶金行业中出现的应用问题，落实一体化的操作途径。例如：钢铁冶金行业自动化技术中的EIC，联合了仪表、电气等技术，明确划分钢铁冶金行业中的生产工艺，充分利用逻辑控制的方式，避免出现逻辑上的问题，EIC还能在自动化技术一体化的基础上，引进运行软件的应用，提高EIC软件控制的能力，按照钢铁冶金行业的需求，推进EIC的一体化发展，表明自动化技术一体化的应用价值。

3.3 低成本发展趋势

低成本是指自动化技术的资源控制，在保障自动化技术准确应用的基础上，降低钢铁冶金行业的资源投入，还要提高自动化技术的运行效益。自动化技术低成本的发展趋势，需要采用模块化的发展方式，优化钢铁冶金行业的资源配置，而且低成本是现代工业的一种趋势，其在钢铁冶金自动化方面体现出了积极性。例如：冶金行业中的自动化技术，利用IPC模块，结合CIMS、STD，限制资源投入的规模，有目的的控制成本的投入，打破冶金行业资源高消耗的方式，自动化技术的低成本发展，更有利于自动化技术的应用，展示自动化技术低成本的优势。低成本已经成为自动化技术在钢铁冶金中的一项趋势，满足钢铁冶金行业的未来需求，体现自动化技术低成本的实践性。

4 结语

自动化技术改善了钢铁冶金行业的发展，促使其在未来具备良好的发展趋势。钢铁冶金行业的自动化发展，提高了对自动化技术的应用力度，也是自动化技术未来发展的因素。自动化技术提升了钢铁冶金行业的发展水平，完善钢铁冶金制造的环境，体现了自动化技术的应用价值和优势，缓解了钢铁冶金行业的发展压力。

参考文献

[1] 袁尚.冶金自动化技术的发展现状[J].科技资讯，2014，（10）.

[2] 陈勇.变频控制技术在钢铁冶金行业的应用[J].四川冶金，2012，（5）.

[3] 胡艳妮.浅谈电气自动化技术在冶金行业中的应用

[J].科技与企业，2014，（12）.

[4] 孙世涛.电气及自动化技术在我国钢铁行业的重要性和发展趋势[J].科技创新与应用，2013，（30）.

作者简介：万延林（1987-），男，江苏赣榆人，供职于江苏省镔鑫钢铁集团，研究方向：电子信息工程。

篇5：冶金行业对废钢铁的技术要求

废钢铁是钢铁工业可持续发展的重要资源，尤其是电炉炼钢重要的、必不可少的原料，同时也是转炉钢中效果最好的冷却剂。为了不影响炼钢工艺流程的正常进行、确保成品钢件的质量，必须选用优质的废钢铁原料加入钢炉；亦即废钢铁必须满足一定的技术要求方可可作为原料使用。这是因为废钢铁在收集过程中，常夹带或沾染一些杂质成分，如防蚀处理所镀上的锌、铝、镍、铜等有色金属，这些金属在电弧炉炼钢过程中会因电弧产生的高温及吹氧助熔，导致钢液沸腾，并造成钢液中锌、铅、镉等危害环境的有毒元素大量挥发。又如，民间收集的废钢铁中，除其自身所含杂质环外，还常夹杂一些塑料、油脂等有机物，在拆船废铁及汽车废料表面常有一层很厚的油漆涂装层，这些有机物在高达1000多摄氏度的高温下，将形成一氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有毒物质，不仅会造成环境污染，并且会使得钢材的孔洞类缺陷大大增加。因此，在废钢铁入炉前，必须进行彻底分选、清洗等前期处理，使之符台不同用途对于废钢铁原料的技术标准。

国标对废钢铁的技术要求

炼钢过程，主要是实现“五脱一化”，即脱碳、脱磷、脱硫、脱氧、脱气体夹杂和合金化。冶金工业对废钢提出了比较详细的技术要求。

a 废钢的硫、磷含量各不得大于 0.08 ％。

b 废钢内不得混有铁合金、有色金属和其他杂质；非合金钢、低合金钢可混放一起，但其中不得混有合金废钢和生铁；合金废钢内不得混有非合金钢、低合金钢和废铁；废铁内不得混有废钢。

c 废钢铁表面不应存在泥块、水泥、黏砂、橡胶等。

d.废钢铁表面的油污应予以清除。

e.废钢中不允许有两端封闭的管状物、封闭器皿、易燃易爆物品、放射性及有毒物品。f 废钢铁中不允许有成套的机器设备及结构件。

g 废旧武器必须做技术上的安全检查和处理。

需要指出的是，废钢的清洁度、外形尺寸等一般用目测检验，化学分析可在成批量交货时抽取试样进行。废钢铁成批量交货时，应根据其类别、钢组进行分类。尤其是合金废钢，应尽可能根据GB/T4223-1996 规定，按照 67 个钢组的分类标准进行分类，这样不仅有利于台金废钢的熔炼，还可以回收其中的合金元素。

对于废生铁的技术要求：磷含量不允许大于 0.85 ％；表面应洁净，如表面附有炉渣和砂粒，应清除掉，但允许附有石灰和石墨。

对生铁的块度要求如下：

(1)炼钢生铁 有两种块度：小块生铁，每块生铁的质量为 2 ～ 7kg ；大块生铁，每块生铁的质量不得大干 40kg，并有 2 个凹口，凹口处厚度不大于 45mm。

篇6：钢铁冶金及材料制备新技术

粉末冶金在钢铁循环经济中应用的前提是有效的制取含铁粉末，所以，必须对钢铁生产流程中各个生产环节的二次资源生产量进行了解，以求实现高效制取含铁粉末。通过笔者对钢铁厂生产实践的了解，可以发现二次资源的主要类型为炼钢铁皮和污泥粗颗粒等。基于此，钢铁生产企业可以对制取工作进行优化，以此提高生产效率。

2.2制取铁粉的方式和要求

根据上文，可以认识到含铁粉末的`主产生过程;然而，光对其产生有所了解还远远不够，在粉末冶炼之前，必须将其进行收集。以下将介绍一些比较成熟的粉末收集方法，以求在实践生产中有所裨益。

2.3利用固体碳制取铁粉

就现阶段而言，应用比较广泛的铁粉制取方法为固体碳法。与其他制取方法相比，该种方法的操作比较简单，而且因为其发展和运用比较成熟，所以在实际操作中往往体现出使用纯熟、应用经验丰富的特点。如果要将该方法进行归类的化，可以将其归入化学收集法中，其应用原理如下：首先，通过使用还原剂等化学试剂对合格铁粉进行筛选，使得到的粉末铁含量能够达到生产标准;而后将收集的含铁粉末进行加热，去除其中的水分，再将经过处理的粉末置入反应设备中，加入适量的固体碳使其与粉末中的杂质发生反应而挥发。另外，在对含铁粉末进行提纯在过程中，必须注意对其中的硫化物进行处理，否则便会对对往后的冶炼造成影响。一般而言，硫化物的去除可以通过添加脱硫剂等工艺技术实现。最后，还需要使用磁化设备进行物理提纯铁粉，以此确保其铁含量能够达到标准。当然，针对制取成品检测也是必不可少的，一旦发现不合格产品，就需要重复以上步骤，直至铁粉含量达标。

2.4固体碳回收法对含铁粉末的要求

现今钢铁产业所生产的钢铁类型多种多样，而其对应的制造工艺和制造材料也各有不同。通过粉末冶金技术冶炼出来的钢材类型也是多种多样的，所以需要使用到铁粉类型的标准也存在差异。而这也就使铁粉的制取标准受到产品的性质决定。但总体而言，行业内也形成了对铁粉回收的一套完整标准，一般认为铁粉的含量在百分之七十以上可以对其进行高效制取，否则二次资源的加工成本就会过高，从而失去其中的经济效益。

2.5磁化装置回收法

提高粉末中的铁含量可以为粉末冶金提供更多的原材料，而这个过程，往往通过磁化装置实现。粉末收集后之后，通过磁化装置的使用，可以将其中的铁粉分离，从而实现二次资源的有效回收。

2.6铁粉的压制

铁粉的压制是粉末冶金中必不可少的环节，将铁粉置于容器之中，再经过加压，可以将铁粉颗粒之间的空气排除，制成铁坯。2.7铁坯的烧结经过压制后的铁粉成为铁坯，但这不意味着整个冶炼过程的完成。钢铁中的杂质对其质量有着巨大的影响，铁粉的压制只是物理性工艺，无法对其中的杂质进行有效去除。因此，铁坯还需要进行高温的烧结，以此去除铁坯中的硫化物、碳化物等杂质。

3结语

综上所述，钢铁产业是国民经济中的支柱型产业，但其却时常因为生产效率和环境污染方面的问题受到人们的诟病。通过使用粉末冶金技术发展钢铁循环经济，是使用可持续发展的重要表现，其可以有效的提高钢铁产业的生产效率和环境友好性。因此，必须不断深入对该技术的研究和应用，以求创造更高的社会、经济效益。

参考文献

[1]刘龙.中国钢铁企业循环经济效率分析与评价[J].沈阳工程学院学报(社会科学版),,1204:485-493.

[2]胡沙,潘友发.钢铁循环经济中粉末冶金技术的应用[J].化工设计通讯,,4307:73+144.

[3]颜炼,李森蓉.粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用[J].粉末冶金工业,,:50-54.

篇7：钢铁冶金技术专业课程体系改革

按照钢铁冶金生产过程和典型工作任务要求,引入钢铁冶金生产技术标准,坚持结合生产、结合技术、结合工艺、结合操作的“4结合”原则设计专业课程和教学内容,学校与企业共同设计了理实一体化的能力本位专业课程体系,突出培养学生铁矿粉造块、炼铁、炼钢、精炼、连铸等职业核心能力,实现学习与岗位工作的工学内容融合。课程体系的构建、教学内容选取及教学过程的实施,体现高职教育的“教育性、职业性、高等性”。

目前甘肃钢铁职业学院的课程体系依然沿用传统的学科性课程体系,尽管近几年进行了一定程度的改革,但力度依然不够,不能突出职业教育的重要特征。课程体系的陈旧直接阻碍了最新教学成果的应用,延缓了学院教学理论的研究步伐,影响了广大教职员工的快速成长。

甘肃省内的兄弟院校也都在近两年积极推进课程体系改革,甚至有院校已经应用课改的成果,积极新建或扩建实训设施,改变传统的讲授式教学,而使用以项目为载体,任务为驱动的六步骤教学法。因此,本院进行课程体系改革十分紧迫。

2 钢铁冶金专业课程体系的构建思路

根据钢铁冶金专业“多岗通、一岗精”人才培养目标的要求,按照“课程标准与职业资格标准对接、教学内容与职业岗位能力对接、职业素质与从业上岗要求对接”的原则,在专业建设指导委员会的指导下,对应钢铁生产流程,以从矿石到铸坯生产的工作过程为主线,对其中所包含的6个生产区域对应的岗位群进行岗位能力分解,根据能力要求进行课程(含实践教学)配置,进而构建本专业基于钢铁生产工艺工作过程的课程体系。如图1所示。

3 钢铁冶金专业就业岗位群分析

钢铁冶金专业就业钢位群具体工序及主要工作岗位见表1。

4 钢铁冶金培养目标分析

4.1 培养目标

围绕“崇技尚能,济世立身”的校训,深化“炼钢炼人、铸梁铸才”的专业理念。面向冶金钢铁企业,培养适应冶金钢铁生产建设、管理服务一线需要的,知识、技能、素质协调发展的冶金钢铁高技能人才的专业人才培养目标定位。

体现钢铁企业和冶金产业发展一线的要求,结合企业生产过程的典型工作任务要求来进行专业课程体系设计;结合钢铁企业和冶金产业要求,培养“知识+技能+素质”三维一体、下得去、上手快、留得住、用得上的冶金技术技能型人才。

4.2 专业知识目标

基础知识:掌握高等数学、机械制图基本知识;熟悉计算机绘图知识、电工、电子技术基础知识;了解计算机基础知识及应用知识;外语基础知识等。

专业基础知识:掌握金属材料与热处理工艺、机械设计基础知识、耐火材料基础知识,掌握冶金过程的基本原理、电工学基础知识等。

专业知识:掌握烧结与球团工艺与理论、炼铁工艺流程与理论、转炉炼钢、电炉炼钢的工艺和理论、连铸、炉外精炼的工艺特点,掌握炼铁设备、炼钢设备与设计原理。

4.3 专业技能目标

基本技能:具备具有冶金常用设备的识图、制图能力及分析冶金设备构造、原理的能力。具有应用冶金电器设备进行冶金生产过程操作的能力。具有计算机应用基础知识,收集、查阅专业领域内的技术及信息能力。

专业技能:具备冶金炼铁、炼钢、连铸、精炼等专业方面的基本理论和操作技能,并具备冶金主要设备的使用、维护、管理等方面知识。具有应用专业知识分析和解决冶金生产过程中常见问题的能力。具有从事钢铁冶炼生产一线主要岗位的操作能力和处理一般事故的能力。具有从事设备的调试、使用、维护和管理的能力。

综合技能:具备钢铁冶炼生产组织、技术和管理的能力。具有对冶炼生产工艺、设备进行初步设计和改进的能力;具有安全生产、环境保护、产品质量分析和检验的能力。具有较强的计算机和外语的应用能力。

5 钢铁冶金专业基于工作过程课程体系的构建

在酒钢、榆钢、新疆新源等集团的烧结厂、炼铁厂、炼钢厂,通过广泛咨询行业专家以及与企业的生产一线技术主管,与技术操作人员进行充分的沟通、探讨,确定了毕业生从事的7个任务领域,分析了所对应的工作任务,归纳提炼出典型工作任务,进一步明确了岗位职业能力的要求,根据学生的认知规律与职业成长规律对典型工作任务进行教学分析,把行动领域转化为学习领域,通过对学习领域进行教育学处理,重构了冶金技术专业工以作过程为导向———基于工作过程的新课程体系(如图2所示)。

课程体系突出了实践在课程中的核心地位,强化实践育人。每个专业核心学习领域都配置对应岗位能力分解的技能实训项目、专业知识、案例教学知识,使课程内容与生产的操作过程和职业岗位的能力要求一致,达到理论和实践的一体化,实现与岗位能力的对接。新课程体系中设置了技能训练领域学生先进入企业“识岗实训”,了解本专业的工作任务、工作环境和职业特点;在此基础上展开项目导向实践课的学习训练,初步掌握岗位技能“应会”和“应知”的内容;之后重入生产企业,在6个生产区域对应的岗位群进行关键岗位技能的“顶岗实习”,进行某一岗位技能的重点提升。

参考文献

[1]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南[M].北京:清华大学出版社,2009.

篇8：钢铁冶金及材料制备新技术

关键词：绿色钢铁冶金;机械设计;关键技术

前言

在国家日益重视环保的当今社会，对于钢铁冶金企业来说，如何在不污染环境的基础上，尽最大可能地节约能源、保护自身及周围环境、提高资源利用率，。

而绿色钢铁冶金机械设计设计出的绿色钢铁冶金机械设备性能优越，能源消耗少，能将新的钢铁生产工艺从理论变成现实，将节能环保技术应用于钢铁冶金生产的全过程。对绿色钢铁冶金机械设计的探析，对钢铁企业走节能环保之路，实现科学、可持续发展有极大的帮助。

1.绿色钢铁冶金机械设计的涵义及特点

绿色钢铁冶金机械设计是在保证钢铁冶金机械设备基本功能的前提下，将节能环保、提高资源利用率作为机械设计的目标，通过绿色机械设计设计出性能优越的绿色机械设备，进而或实现降低能耗、或实现新的钢铁生产工艺、或将节能环保技术应用于钢铁生产过程等等，进而帮助钢铁企业实现走节能环保之路，实现科学、可持续的发展。

绿色钢铁冶金机械设计是以钢铁企业的可持续发展为目标的一种全新的机械设计理念。绿色设计涉及观念绿色化、生产工艺绿色化、生产产品绿色化三方面的内容。

绿色设计设计出的绿色冶金机械设备在钢铁冶金企业的应用和推广需要钢铁企业生产技术人员强化绿色生产意识，革新生产工艺，改革生产方式，坚持以绿色设计观念为指导，以环境保护、节约能源及提高资源利用率为生产原则，实现钢铁企业的科学、可持续发展。

2.绿色钢铁冶金机械设计的主要特点

绿色钢铁冶金机械设计的特点有三：

2.1以绿色观念为指导原则

近年来，钢铁冶金企业所面临的资源、能源与环境问题日益严峻，而钢铁企业二次能源回收利用效率不高，企业能源管理体系建设尚待完善，钢铁企业能源利用质量、效率与全流程系统能效的改善问题尚没有得到充分重视，忽视环保设施的日常运行维护，也缺乏相关经验和技术人员，使得环保设备难以发挥正常的减排能力，也折射出环保观念缺失的问题。

故要想将绿色钢铁冶金机械设计设计出的机械产品在钢铁冶金企业中应用、推广，必须先转变观念——转变机械设计人员的观念、转变钢铁企业的观念，以绿色观念为指导原则。

2.2以绿色机械设计为手段

离开了先进的、性能优越的钢铁冶金机械设备去空谈钢铁企业科学、可持续的发展，那就是鱼儿离开了水，花草树木离开了泥土，是不科学的，也无法实现钢铁企业的可持续发展。试问，如果离开了或没有先进的、性能优越的钢铁冶金机械设备，沿用老式的、落后的、甚至是淘汰的钢铁冶金机械设备，就像用双脚和汽车赛跑，输赢一眼便知。

2.3具有实现降低能耗、实现新的钢铁生产工艺、将节能环保技术应用于钢铁生产过程等等优点

通过绿色钢铁冶金机械设计设计出来的绿色钢铁冶金机械设备先进、性能优越，单位时间产出产品不减少、甚至更多，而维持设备运转所需能源却降低了。

3.绿色钢铁冶金机械设计的关键技术

绿色钢铁冶金机械设计旨在钢铁冶金机械设计、钢铁冶金机械制造以及钢铁冶金机械使用等方面实现“绿色”，其最终目的是提高资源的利用率、减少生产过程中的废弃物以及解决环境污染的问题。通过此种绿色设计理念可以更好地促使钢铁冶金机械企业在资源节约型、环境保护型的可持续发展道路上健康、稳定、快速发展。鉴于此，绿色钢铁冶金机械设计作为一种比较新型的概念，其关键技术在很多方面也与传统的机械设计关键技术呈现出显著的差异，主要表现在制造钢铁冶金机械的原材料的选择、钢铁企业生产过程中控制“气废”排放、钢铁冶金机械的减震除噪、密封技术的研发等方面，笔者接下来进行具体阐述。

3.1制造钢铁冶金机械的原材料的选择

在进行绿色钢铁冶金机械设计时，要充分考虑制造钢铁冶金机械的原材料的影响，对原材料的选择具有相对确定性，不能够随意进行选择，只有那些易分解、可再生以及可回收的原材料才可能作为钢铁冶金机械的制造材料。总而言之，在进行制造机械的原材料选择的过程中，要以环境的利益为指导，对环境有害的原材料禁用或者少用，对环境危害少的原材料可以使用或者扩大使用。

3.2生产中对“气废”排放的控制

钢铁冶金企业生产过程中是没有办法杜绝废气的排放的，但是这些气体对周围环境会造成很大的污染。所以在进行绿色钢铁冶金机械设计时，可以通过设计出绿色的钢铁冶金机械实现新的钢铁生产工艺、将节能环保技术应用于钢铁生产过程，进而合理控制废气物的排放，这也是绿色设计的重要内容之一。

3.3做好钢铁冶金机械的减震除噪

钢铁冶金机械行业在进行机械制造过程中，要合理控制处理噪音问题。机械震动是噪音污染的重要因素，在对冶金机械进行设计之初就要考虑到其投入生产之后，会不会比较容易发生震动现象，为了杜绝这一现象发生，需要在机械整体与结构的布局中，去设计震动比较小的机械产品。

3.4提高密封技术，谨防泄漏

钢铁冶金机械的泄露问题是所有问题中较为严重的问题，其直接的后果是引起资源的浪费，同时又造成环境的污染。机械自身的使用寿命和工作性能也会直接受到影响。因此，机械的防泄漏是绿色设计的重要内容。要使机械不容易发生泄露现象，就必须采用比较高的密封技术，尽管国内密封技术近十年有较大进步，但与国内工业技术的发展相比仍有较大差距，因此要加快研发新的密封产品。

4.绿色钢铁冶金机械设计的重要意义

绿色钢铁冶金机械设计一方面使得员工的绿色意识加以增强，人们从思想上对于绿色设计得到很有效的认识，将安全生产和环境保护相结合进行钢铁冶金机械的设计;另一方面采用绿色无污染的高新材料，设计性能优越的钢铁冶金机械实现新型的钢铁生产工艺，应用各种节能环保技术，很大程度地节约了能源的使用，控制钢铁冶金企业有害的物质的排放，进而保护了环境，提高了生产质量。

5.结束语

综上所述，在绿色工业日益兴起的今天，绿色冶金机械设计技术有着良好的发展趋势。在具体的设计环节，设计人员应把握绿色设计的几个关键点，这样才能更好的促进冶金机械工业的发展。

参考文献：

[1]韩军霞.机械制造过程中绿色制造技术的应用[J].科技资讯，2011（16）.

[2]刘超.基于绿色制造的设备维修技术[J].机械管理开发，2009（04）.