冶金工程专业论文

2021-04-01 论文

　　导语：本文从钢铁联合企业生产环节：铁矿石开采、高炉炼铁和转炉炼钢。结合计算机做出了浅析。希望小编带来的这篇文章对你有所作用。

　　摘要：计算机自动化与钢铁联合企业的联系日益紧密，冶金企业生产环节步步谨慎，在信息发达的今天，如何利用计算机的优势为冶金企业发挥最大的作用已成为必须研究的问题。文中先介绍冶金企业的生产环节，分析其中的特点及技术技巧，然后介绍生产环节中涉及的设备特点及工作流程，再从计算机控制的角度分析冶金设备的不足和冶金企业生产环节的需求，以此说明钢铁冶金联合企业的生产环节与计算机控制有着紧密的联系。

　　关键词：钢铁冶金计算机自动化高炉控制

　　引言：

　　本学期选修课，我选择了冶金工程概论，因为这与我学习的计算机专业有着一定的联系。通过十周的学习，在老师的耐心讲解下，我对冶金专业有了一定的了解，结合计算机专业，我也有一定的见解，钢铁生产的性质和生产设备对冶金企业有一定的影响，从利益的角度讲，利用计算机控制设备生产既减少了企业的员工需求，又可以给员工提供一定的安全保障。

　　1钢铁冶金联合企业的生产环节

　　1.1 铁矿石的开采

　　1.1.1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，所以品位越高，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，价格也较高。铁矿石在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石。但是，在工业上或者商业上来说，

　　铁矿石不但是要含有铁的成份，而且必须有利用的价值才行。

　　1.1.2矿石开采分类

　　矿石的开采一般分为露天开采和地底开采。

　　露天开采：成本低，利润高，主要是利用挖崛机，装载机，汽车，风钻机，炸药等。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。

　　1.2 高炉炼铁

　　1.2.1高炉炼铁过程

　　高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

　　1.2.2高炉设备及其介绍

　　高炉设备：高炉、热风炉、铁水罐车等。

　　高炉：横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、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。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

　　热风炉：热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。

　　铁水罐车：铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。

　　1.3 转炉炼钢

　　1.3.1转炉炼钢的基本冶炼过程

　　转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的'温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。

　　转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫

　　化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。

　　转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成:

　　（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；

　　（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；

　　（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；

　　（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；

　　（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；

　　（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。

　　1.3.2转炉设备及其介绍

　　转炉设备：转炉、AOD精炼炉、VOD精炼炉、LF精炼炉、氧枪、转炉倾炉系统。

　　转炉：炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。

　　AOD精炼炉：AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。

　　VOD精炼炉：VOD精炼炉是在真空状态下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。

　　LF精炼炉：LF炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。

　　氧枪：氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p0

　　转炉倾炉系统：

　　倾炉系统：变频调速(变频器+电机+减速机+大齿轮)。

　　倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。

　　2计算机与冶金专业的联系

　　自动化的动向和计算机控制与钢铁工业的联系日益紧密，钢铁工业自动化的目的在于提高大型设备的生产效率，加强质量管理，实现生产管理合理化以及省力化、无人化。提高大型设备的生产效率对于像钢铁工业这种具有大型设备的工业，为了提高投资效率，必须提高设备运行率。而且要求始终在稳定状态下运行。近代设备的理想条件，是要求设备本身具有自控能力，变化部分可以通过自动化来补偿。可是实际情况离这种理想条件很远，设备的运行条件使冶金过程中计算机系统的控制成为必要。

　　为什么钢铁生产过程要实行计算机控制，或者说计算机控制的效果表现在哪里？为了说明这个问题，下面介绍钢铁生产过程的性质和特点。

　　钢铁生产的性质可概括为以下三点：一是大型装置工业；二是需要复杂的生产过程；三是订货生产方式。

　　这些性质具体表现为如下特点：

　　①设备方面的特点是：单机设备大；多半不是连续过程，而是间歇过程；人工操作仍相当多。

　　②生产过程中物流的特点是：原料使用量大；要使用大量的能量和水；物流相当复杂；原料和成品的运输量大。

　　③生产过程状况的特点是：生产过程中物流多种多样；高温下作业。

　　④按订货进行生产的特点是：生产管理需要大量的信息；信息流和生产管理都很复杂。

　　⑤从劳动条件方面看的特点是：要求熟练工的作业多；多为高温、重体力劳动。

　　这些特点，无论拿哪一项作为企业条件都是不容易的。以这种过程进行生产，从企业来讲要降低产品成本是相当困难的。然而正相反，对钢铁产品的质量和价格的要求却越来越苛刻了，这更加重了困难程度。也就是说，钢铁企业在原料、能量、设备偿还和劳动力费用方面都受到很大压力，而对如此严酷要求，必须找出有效的对策解决。计算机控制就是措施之一，鉴于钢铁生产过程的复杂性，只凭在其他工业的连续性生产发展起来的闭环反馈控制为基础的一系列控制技术是很难解决问题的。而且今后钢铁工业的趋势将是更困难、更复杂。钢铁工业的现代化正在经历着种种变革。这些变革必须实行自动化，或实现至少以自动化为前提的计算机控制系统。

　　结论

　　本文从冶金企业的生产特点和设备性质上分析了冶金企业与计算机之间的关系，阐述了冶金过程中计算机系统的控制成为必要。可以看出，冶金企业受影响的因素很多，除了计算机，还有其他专业的知识也要用到冶金中。在以后的冶金过程中，加入更多计算机应用成为了一种趋势。

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