炼铁的化学方程式范文

炼铁的化学方程式篇1

【Abstract】From a logistics point of view , the whole process of the molten iron supply logistics is abstracted into the queuing model, molten iron supply logistics optimization goal is proposed；Combined with the characteristics of the production of blast furnace and steelmaking and hot metal supply requirements, analysis of the optimal target value established conditions, using the arithmetic sequence and cyclical nature of the function, to derive the total waiting time formula " more than the same supply of furnace volume blast furnace hot metal" logistics model , providing a reference for the railway line design plans comparisons and transportation organizations analysis.

【关键词】物流 铁水运输 物流优化 排队理论

中图分类号：U652.1+2 文献标识码：A 文章编号：

【Keywords】Logistics；Hot Metal Transportation；logistics optimization；Queuing theory

《物流术语》的定义中指出：物流是物品从供应地到接收地的实体流动过程，根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实施有机的结合。物流活动的目标就是按照预定配送计划（时间、运量）实现物料完好的转移，运输作业安全、顺畅。

本文从物流角度，将铁水供应物流的过程抽象化为排队模型，提出了以铁水罐车运输过程中总等待时间为物流优化目标值。结合高炉出铁时刻和炼钢接受铁水时刻的组成数列的特点以及铁水供应物流的基本要求，运用等差数列、周期性函数的数学性质，推导出“多座同容积高炉供应铁水”模型物流优化目标值的计算公式,并分析了在传统铁水运输和 “一包到底”模式下的物流优化目标值计算的现实意义。

1铁水供应物流过程抽象化

现有钢铁厂内铁水供应物流在厂内物流中占据重要地位，主要运输方式为三种：铁路、道路和“起重机+过跨车”，以铁路运输方式为主。传统的铁水供应物流设计，采用按布置线路在前，验算咽喉道岔利用率和区间通过能力在后的办法，绘制列车运行图过程也较烦琐；软件仿真的方法比较先进的，也是建立在具体的线路布置的铁水供应模型下，仿真结果与模型中的初始状况、约束条件及调度策略有关，花费时间精力较多，不经常采用。

无论高炉车间和炼钢车间的总平面图如何规划布置，铁水运输采用何种运输方式，铁水供应物流总可以抽象为高炉生产的铁水罐车进入炼钢车间的排队过程，如图1所示（不考虑铁水预处理和计量设施）。

图1 铁水供应物流示意图

图1中，高炉A、高炉B和高炉C等出铁完成时刻分别组成数列{An}、数列{Bn}和数列{Cn} (其中n=1,2,3,…)；炼钢车间受铁起始时刻组成数列{Zn}(其中n=1,2,3,…)；运输过程中铁水罐车在炼铁小站等待时间组成数列{Wn}(其中n=1,2,3,…)。

从高炉和炼钢生产特点及铁水供应的基本需求上分析上述数列的特点：

1） 从生产能力匹配上看，炼钢车间的受铁（冶炼）能力应略大于高炉车间的产铁能力，二者能力才能基本匹配；数列{Zn}与集合{An、Bn、Cn}形成映射关系。

2）从高炉生产看，当高炉炉缸内的渣铁液面上升到一定高度，就必须出铁。高炉出铁次数，应根据炉缸安全容铁量、出铁波动系数、炮泥强度和抗渣性、炉前操作准备时间、高炉出渣情况等计算分析确定。数列{An}、数列{Bn}和数列{Cn}由高炉生产固有属性确定，生产组织确定后，数列{An- An-1 }、数列{ Bn- Bn-1 }、数列{ Cn- Cn-1 }具有周期性。

3）从炼钢生产看，一般在铁水接受跨内设2条或2条以上的停放线，用于空重铁水罐a车的倒（吊）罐停放作业。在正常情况，各条停放线的占用率基本相同。每条铁水停放线对应的数列{Zn- Zn-1 }为常值。

4）从理论上讲，铁水供应过程具有周期性，铁水罐等待时间组成的数列{Wn}具有周期性。

2铁水供应物流的数学模型

建立高炉出铁过程函数F(x),其中x取值范围为数列{An}、数列{Bn}、数列{Cn}等，F(x)=0，F(x+t1)=1，t1为铁水重罐产生的时间。建立炼钢受铁过程函数G(x),其中x取值范围为数列{Zi}，G(x)=0,G(x+t2)=1，t2为炼钢车间内单个停放线受铁间隔时间。函数F(x)和函数G(x)值为0时，表示过程的起始点；函数F(x)和函数G(x)值为1时，表示过程的结束点。高炉的出铁过程函数Fi(x)和炼钢车间某条停放线的受铁过程函数Gj(x)均为周期性函数,i和j分别高炉编号和炼钢车间内停放线编号，最小周期为出铁间隔时间。

举例：当3座号高炉出铁同时向炼钢车间内的2条停放线受铁水时，过程函数F1(x)、F2(x) 、F3(x)、 G1(x)以及 G2(x)可表示为图2中的图形。

图2 过程函数F1(x)、F2(x)、F3(x)、G1(x)和G2(x)

在铁口出铁间隔时间内，数列{An}、数列{Bn}、数列{Cn}为等差数列；在炼钢车间停放线作业率相同的情况下，数列{Zi}为等差数列。从数学角度，G1(x)和G2(x)可以通过F1(x)、F2(x) F3(x)经过变换的得来，变换公式需为周期性的分段函数。铁水物流供应的数学模型就是将多个步调不一致的不连续的周期性函数转变连续的周期性函数的映射函数。

3 确定铁水供应物流优化目标值

以铁水重罐列车等待时间总和为物流优化目标值（Q）

假定高炉与炼钢之间的运输距离相差不大，可忽略不计。优化目标值与铁水罐车的走行线路和走行时间与无关：

物流优化目标值Q=min∑Wn =min[∑Zn - (∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)]

铁水供应物流优化的目标就是满足炼钢生产计划的要求，尽量减少铁水罐车满载后在整个运输过程中的等待时间，配置相应数量的运输线路、设备、作业人员等。在高炉生产节奏与炼钢生产计划形成最佳匹配时，铁水罐周转速度最快，运输过程中重罐列车等待的总时间最短。下面推导出“多座高炉铁水供应同一炼钢车间”模型的物流优化目标值的计算公式。（当线路通过能力不足，可通过增加列车中的铁水罐车数量、型号或增加平行进路）

3.1 假定简化条件：

假定1：M座高炉具有相同的规格、利用系数以及生产条件；

假定2：装载铁水的铁水罐车均采用相同的规格，装载系数相同，铁水重罐产生的时间间隔相等，且不考虑半罐铁水；

假定3：每个铁口出铁间隔周期，高炉生产的全部铁水罐采用“一罐一送”方式送至同一炼钢车间进行冶炼；

假定4：高炉出铁搭接时间（高炉下次出铁开始与本次出铁结束重叠的时间）为零；

为了描述方便和推导计算公式，定义如下变量：

3.2 最优目标值求解分析

由于等待数列{ Wn }具有周期性，因此周期T内目标值最优成立条件也就是为整个铁水物流目标值最优成立的条件。Case1:∑Zn为最小值，且 (∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)为最大值；Case2：∑Zn为最小值和 (∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)为常量；Case3：∑Zn为常量,(∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)为最大值。

Case1：∑Zn为最小值成立的充分条件为炼钢车间停放线均同时具备受铁条件，每条停放线对应固定一个高炉出铁，此时(∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)同为为最小值，二者是矛盾的，Case1不成立。

Case2：(∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Nm)为常量，即炼铁车间的生产计划保持固定不变。∑Zn为最小值意味着炼钢工序调整生产计划适应高炉生产，Case2与实际生产情况是不相符合。

Case3：∑Zn为常量，即炼钢车间的生产计划保持固定不变。在炼钢车间内各条停放线均衡作业的情况下，由计算可知∑Zn为常量。 (∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)为最大值意味着调整各高炉出铁时间差f2、f3、…、fm，使其取最大值，与生产实际贴近。

3.3 最优目标值简化公式推导

以任意一座高炉第1罐铁水装满并满足运输条件的时刻（即铁水罐车进入炼钢车间某条停放线开始受铁的时刻）为时间轴X的计算零点，以时间段T为研究周期,以Case3作为物流优化目标值的推导条件。

1)计算常量∑Zn：

当炼钢冶炼计划基本饱和的情况下，炼钢车间内每条停放线的占用率相当，铁水罐车按照循环交错的方式进出炼钢车间。不考虑重罐列车平行作业时，周期T内∑Zn为常量。

Z=∑Zn=(T-t4)mN2/2 ——公式3.3.1

2)计算 Max(∑An+∑Bn+…+ ∑Mn)

(1)当t4≧t1时，炼钢生产节奏略慢于炼铁，当函数F1(x)、F2(x)、F3(x)…的图像在T周期内均匀分布时，即f2=f3=…fm=T/m，(∑An+∑Bn+…+∑Mn)为最大值。

M=Max(∑An+∑Bn+…+ ∑Mn)=[ (m-1)N2t4+ (N2-1)t1] N /2——公式3.3.2

(2)当t4

M=Max (∑An+∑Bn+∑Cn+…+∑Mn)= N2[mt4（m-1）+mt1(N2-1)]/2——公式3.3.3

3)计算物流优化目标值Q（在24h周期内）

Q=1440/T*(Z-M) ——公式3.3.4

由上述公式可知，目标优化值Q与m，T，t1,t4, N2有关，即与高炉数量、出铁周期、重罐产生间隔时间、铁水罐车进(出)炼钢车间的间隔时间、每次出铁产生重罐的数量有关。

4.4 计算公式与设计实践的结合

当t4＞t1或t1＞t4时铁水罐车在运输过程中均存在等待时间。当t4=t1时，Q=0，即当重罐产生间隔时间等于炼钢需要铁水罐的间隔时间时，铁水运输为无缝衔接，铁水罐车经过炼铁小站时无需停止等待。重罐产生间隔时间t1与铁水流速和铁水罐的有效装载量有关；铁水罐车进出炼钢车间（受铁）所需要的平均间隔时间与每日生产重罐数量有关；每日生产重罐数量由高炉铁水总产量和铁水罐的有效装载量决定。

传统的铁水运输工艺系统中，炼钢配备了混铁，铁水运输可以采用多种型号的铁水罐（ZT-35-1、ZT-65-1、ZT-65-2、ZT-100、ZT-140等）和混铁车（65t、150t、180t、260t、320t等），机车牵引铁水罐车（混铁车）的数量可为1辆、2辆或者多辆，从运输组织上看，实现铁水运输的无缝衔接更容易。

近年流行的铁水运输工艺系统采用 “一包到底”运输模式，采用与转炉炉型对应的铁水罐车运输，减少在炼钢倒罐作业的热能损失。在铁水运输量、铁水罐车装载量确定的情况下，铁路供应物流系统的等待时间已经确定。生产实际中，可在炼钢车间储存一定量的铁水重罐，避免由于生产原因和其他原因造成的铁水供应不及时，作为铁水供应物流的安全缓冲，保证炼钢冶炼过程不间断。

铁路供应物流系统的等待时间，可用于铁水罐车选型、铁水运输组织方案比选的参考指标，也可用于估算炼铁小站等待线路数量。对于符合3.1条件下，铁水罐车在炼铁小站等待总时间可参考公式3.3.1～ 3.3.4式计算值Q减去累计运输时间偏差确定。

5 结语

本文将铁水供应物流抽象化为简单的排队过程，将复杂的图解法绘制运行图的过程转化为等差数列求和的计算过程，结合铁水供应的基本要求，提出铁水供应物流优化目标，推导出多座同炉容高炉供应铁水的物流模型中求解总等待时间的计算公式，为铁路线路设计和运输组织方案比选提供参考。

参考文献

【1】GB\T18354-2006 物流术语 [S]

【2】傅永新,彭学诗主编,中国冶金建设协会组织编写.钢铁厂总图运输设计手册[M]. 冶金工业出版社, 1996

【3】郭亚武、裴润奇.山西机械[J].太钢4#高炉日出铁次数的探讨,2011年增刊173页

炼铁的化学方程式篇2

教学设计是一种重要的思维过程,也是体现教师创造性水平高低的一个标志。俗话说,细节决定成败。同样的道理,教学设计的成败也决定于细节。因此,教学设计要做到精细化的思维处理,这样才能落实高效课堂。

经过多年的教学实践,我深深地感到一个优秀的教学设计应该遵循:“分解目标、精雕细节、关注思维、注重落实”四个要素。下面就以“铁的冶炼”为例,对教学设计的思维过程进行展示和暴露。

一、分解目标

分解目标就是通过对教材、课程标准和中考的研究,把握教学的整体要求和目标,继而确定每节课的教学要求,清晰每节课 的教学重难点,确定每节课需要学习的内容和需要解决的问题。

例如,对于“铁的冶炼”的教学设计,与之对应的课程标准中的内容标准为“了解从铁矿石中将铁还原出来的方法。”

通过对教材和课程标准的研究,我们可以生出下列问题:为什么要炼铁?怎样炼铁?炼铁的原料是什么?原理是什么?装置是什么?注意事项是什么?工业炼铁又如何呢?

在这些问题中,炼铁的原理和炼铁的装置以及注意事项应该是本节课中的核心知识。那么如何突破这些核心知识,如何在学习的过程中让学生主动参与使能力得以提高,知识得以落实呢?这些都应该成为教学设计中需要思考的问题。

二、精雕细节

所谓精雕细节,就是要将教学的要求和目标进行细化和落实。要对文本进行细化和研究,从中找出可供思维的内容,然后确定破解这些问题的行为手段和方法。

例如,在“铁的冶炼”的教学设计中,首先让学生复习下列内容:请写出能与氧气反应的化学方程式;总结一氧化碳的性质;总结有关单质铁的性质及其用途。

为什么要复习上述内容呢?这样做的目的何在呢?关于这个问题可以在后面的设计中得到解答。

再例如,怎么解决“为什么要炼铁”这个问题呢?

其实,当我们看到课题“铁的冶炼”时,就会在脑海里产生这样一个疑问,那就是为什么要炼铁呢?答案不言而喻,一是铁的用途广泛,在国民生产中具有重要的地位,二是在自然界中没有单质铁,所以要进行冶炼。

那么如何突破“铁的用途广泛”这个问题呢?通过什么手段来解决呢?在教学设计上,可以采用的是图片展示的方法,通过图片展示出钢铁在各行各业中的广泛用途。

但是,当我们这样决定的时候,我们还要思考下面的问题:这个方法是否合适?还有无更好的方法呢?

再例如,关于“铁的用途广泛”的内容,我们也可以通过视频介绍。

实际上,方案的确定有很多种,关键是我们要选择最适合学生的,同时,还要考虑到时间、环境、资料、条件等因素。

接下来,教师可以追问:铁虽然重要,但是自然界中有无单质铁呢?请说出理由。这样的问题,当然需要学生思考讨论后回答。

学生之所以能回答出这个问题,有一部分应该得益于课前的复习内容:“总结有关单质铁的性质及其用途。”

正是因为自然界中没有单质铁,而且铁又很重要,所以才会炼铁。下面紧接着就会产生新的问题。怎样炼铁呢?如果要炼铁的话,首先要知道原料,原料中一定含有铁元素,也就是要有铁矿石。

那么原理是什么呢?通过什么方法来解决原理的问题呢?其实只要通过一个问题:转化为Fe单质,只需去氧就可以了,但是,去氧的方法有哪些呢?

此时可以留给学生一定的时间,让他们去思考、讨论,然后再让学生进行发散性的回答。

学生可能回答:直接去除氧元素,可以通过加热、催化剂或者电解等方法来实现。

加其他物质去除氧元素:例如,金属单质(镁、铝、铜等),非金属单质(碳、氢气、硫等),一氧化碳等。

注释:学生之所以回答“直接去除氧元素,可以通过加热、催化剂或者电解等方法来实现”,是由于看到从到Fe非常像一个分解反应,而以前学过的分解反应中,最重要的就是高锰酸钾的加热分解、双氧水的催化分解和电解水。

之所以有“加入物质去除氧元素”的答案,其实正是基于刚开始上课时的复习内容——请写出能与氧气反应的化学方程式。正是由于这样的复习,学生才会从物质与氧气反应迁移到与氧元素结合。这样,学生回答问题的时候,就不会感到困难,这样的回答就是一种顺理成章的事情了。所以教学设计是一个系统的工程,我们的每一个教学设计都要有目的,那就是为了学生的活动和思维。

此时继续提出问题:在实际炼铁中,我们通常用一氧化碳和铁矿石反应来炼铁,你能否说出其中的原因呢?能否用化学方程式来表示一氧化碳和铁矿石反应的原理呢?

教师可以提醒学生从原料价 格、环保、反应难易程度等方面去思考、讨论和分析,最后得出:其他的方法都存在这样或者那样的一些缺陷,通过比较最后选择一氧化碳最为合适(学生回答的详细内容略)。

用化学方程式表示原理的问题,学生应该比较容易书写,只是对于如何配平方程式可能有一些困难,此时只需要指出一个一氧化碳分子结合一个氧原子可以生成一个二氧化碳分子,那么氧化铁中有三个氧原子,可以生成多少个二氧化碳分子呢?学生就应该很快能配平了。

原理解决后,下面需要解决的就是实验装置的问题,那么,装置问题如何解决呢?如何引导学生从已有知识逐渐向指定方向迁移呢?在学过的加热装置中,以前只学习过加热高锰酸钾制取氧气的装置,如何通过这个学生熟悉的装置向炼铁的实验装置转化呢?要让气体进去和出来,就需要一个双孔塞,但是一氧化碳有毒,又该如何处理?需要收集起来或者处理掉。以上问题都解决了,然后让学生设计几套装置。并且进行比较,讲述出优缺点,最后选择出最好的装置。

例如,图1的装置有很多优点:盛有澄清石灰水的锥形瓶可以检验和吸收产物;可以收集尾气CO;可以判断玻璃管内空气何时排尽,当排出石灰水的体积等于 玻璃管的容积时,可以认为管内空气基本排除干净,这样就可以完全避免加热仪器时发生爆炸的危险了。当实验结束时,只需要打开锥形瓶上的塞子,然后直接点燃,就可以看到蓝色的火焰,这样就能把剩余的一氧化碳处理掉,防止污染。

装置解决了,但是实验过程中又应该注意哪些事项呢?对于这个问题,可以让学生阅读课本,自己提出问题,然后讨论解决问题。

课本上对于实验操作有这样的描述:在下页图2所示装置的硬质粗玻璃管中,放入少量氧化铁粉末,先通入一氧化碳,排出装置内的空气后,加热氧化铁,当红棕色粉末变成黑色时停止加热。试管内物质冷却后,停止通入一氧化碳,观察石灰水有什么变化。把得到的黑色粉末倒在白纸上观察,试验它能不能被磁铁吸起,判断反应中生成了什么物质。

学生通过阅读和讨论后,一般情况下可能会提出下列问题:为什么要先通入一氧化碳,排出装置内的空气后,再加热氧化铁呢?为什么先停止加热,等试管内物质冷却后,再停止通入一氧化碳呢?黑色物质到底是什么呢?如何进行检验呢?

如果学生无法提出上述问题,教师也可以通过引导慢慢地将上述问题一点一点地给出。

质疑品质是非常重要的品质,教师要给学生留出时空,让学生先自己提出问题和解决问题。如果学生实在没有质疑,教师再提出问题也不迟。但是质疑品质不是一朝一夕就能培养出来的,教师要有耐心,要给学生尝试的机会。

说明:黑色物质的成分和反应的温度有关,如果三氧化二铁粉末比较潮湿,酒精灯温度比较低的时候,生成的黑色粉末加入到盐酸中,不会产生气泡,说明此时黑色粉末中单质铁很少,大都是铁的氧化物而已,所以在一氧化碳还原氧化铁的实验中,氧化铁粉末最好事先烘干,其次还要提高温度,这样生成的黑色物质加入到盐酸中的时候,才会有大量气泡冒出。由此说来,教材中采用磁铁吸引的方法来判断产物是否为铁单质,其实是不科学的,正确的方法应该是将黑色物质加入到盐酸中,观察是否有气泡冒出更加科学合理,当然最好还要对产生的气泡进行爆鸣气体检验。

上述问题的学习和解决,其实也都是建立在课前“总结一氧化碳的性质”和“总结上节有关单质铁的性质及其用途”的复习基础上的。有了课前这些知识的复习,学生在解决问题的时候,就会在已有知识的基础上迁移和运用。

对于工业炼铁的处理,可以让学生观察炼铁的设备——高炉的图片(如图3所示),然后思考下列问题:工业炼铁和实验室炼铁的原理相同,但是原料不同,请你根据课后练习题进行解决。

课后练习题为:某炼铁厂用于高炉炼铁的主要原料是赤铁矿石、焦炭、空气等,主要反应过程如图4所示。

写出上述反应的化学方程式:①___;②___;③___。

三、关注思维

教学设计始终贯穿问题的设计和思维的碰撞。教学就是由很多个具有一定思维价值的问题串联起来的一种活动。在这个活动中,如果问题由学生提出来,当然是最佳选择,如果学生无法提供问题,教师可以预设问题,所以教师在教学中的地位是无法代替的。但是问题如何解决,却是一个理念的问题,请大家记住:只要学生有能力完成的事情,教师就要大胆地、放心地把这样的机会留给学生,哪怕会耽误一些时间,哪怕可能有很多的问题具有挑战性,教师也可能无法预料和解决,但是这样的做法对学生非常有益,所以还是应该把学生放在第一位。

四、注重落实

注重基础知识和能力的落实。教学无论如何设计,都要最终落实在基础知识的掌握和能力的培养和提高上。基础知识的落实可以通过课堂上学生的回答、练习、检测等各种手段来观察和反馈,能力的培养可以通过问题的解决、课堂上学生的参与度等方面来进行观察和评估。

炼铁的化学方程式篇3

一、转炉-精炼-连铸流程钢水中硅含量的变化

钢中的硅主要来自由高炉铁水、炼钢生铁和炼钢时加入的造渣剂、脱氧剂。硅是转炉冶炼中易于去除的元素，氧气转炉炼钢过程中，铁水中的硅很容易被氧化。吹炼时铁液中的硅可发生下列氧化反应[1]：

式中：是反应进度为1mol的化学反应的吉布斯自由能变化。

反应（1）能形成覆盖在铁液表面的高熔点SiO2固体膜，阻碍[Si]氧化的继续进行；反应（2）仅能发生在1700℃高温的铁水液面上；只有反应（3）及（4）才能在铁液与熔渣界面上正常进行。由上面各式可见，铁水中的硅与氧反应生成氧化硅的标准自由能变化值很低，表明硅极易与氧结合。它们的分配常数可由相应的反应得出，以（4）式为例：

可见，降低温度（增大K），提高渣中FeO（Fe2+、O2-）的活度及降低（提高碱度）都可促进[Si]的氧化。降低温度有利于LSi的提高，说明硅氧化是强放热反应（（III）≈ -600 kJ・mol-1、（IV）≈ -350 kJ・mol-1），因此在熔炼之初铁水温度较低时[Si]即可被大量氧化，很快达到极低含量，并使熔池温度迅速上升，铁水中的硅经过吹炼，基本全部进入渣中，钢水中几乎不含硅。

济钢对SPHC钢生产过程钢水Si含量及渣样成分变化进行了分析[2]，表 1 给出了不同工序钢水Si含量变化的检测数据。可以看出，LF精炼过程发生了还原反应，精炼渣里的氧化硅还原成Si并进入了钢水，造成硅含量的增加，即发生回硅。

表1 济钢SPHC不同工序钢水Si含量（%）

上述研究结果表明，低碳低硅钢中硅含量的增加以至超标的确是在转炉出钢后的LF炉外精炼过程中产生的。

二、精炼过程增硅的热力学及动力学条件

由于钢水增硅主要发生在LF精炼过程，在此将结合LF炉内气氛，探讨精炼过程增硅的热力学及动力学条件。

（一）LF钢包精炼炉内气氛

钢包精炼炉完成的是电炉还原期内的工作，包括脱氧、脱硫、合金化，这意味着LF精炼炉内必须是一种还原性的气氛条件[3]。

精炼过程中LF炉内基本处于隔绝空气的密封状态，炉内烟气大部分是惰性气体，主要来自搅拌钢液的氩气，其它组分包括CO、CO2及少量的氧和烟尘。加热时石墨电极与渣中的FeO、MnO等氧化物作用生成CO气体，再加上强还原性精炼渣的作用，形成了LF精炼炉内的还原性气氛。另外，加热时石墨电极还与钢包中的氧气作用生成CO或CO2，可以使气氛中的氧含量降至0.5%以下，有效阻止炉气中氧向钢液的传递，保证了精炼时炉内始终处于还原气氛。

（二）增硅的热力学条件

钢液w（[O]）和精炼渣中FeO的质量分数降至极低，即渣―钢间氧势很低时，渣中的SiO2将被还原，发生回硅，造成钢液w（[Si]）超标。还原性过强还容易造成钢液增氮和增碳的现象，对要求极低C、Si、S含量的SPHC、SPHD钢成分控制造成不利影响，进而对钢板的冷冲压性能带来损害。

精炼温度（～1600℃）下，钢中常用元素之间存在着下列反应，反应式及其在1600℃时的吉布斯自由能如下所示：

比较上面各可知，精炼温度下（8）式对应的值最低，说明铝的氧化物最稳定，铝的氧化反应优先于硅、锰的氧化反应。因此在还原性气氛中，当这几种元素及其化合物同时存在时铝很容易把硅、锰还原出来。

钢水中的[Al]与渣中的SiO2反应是造成钢水回硅的重要原因[4]。由（8）式减去（7）式可得硅-铝之间的反应式为：

该式1600℃时的= -75.643

由于碱性精炼渣中含有大量用以调整碱度和作脱硫剂的CaO等成分，精炼过程中可能与渣中的SiO2形成各种复合化合物，如CaO・SiO2、2CaO・SiO2、3CaO・SiO2。其反应式为：

这些复合氧化物可以固定SiO2，降低其活度，从而减缓回硅反应速度，减少增硅倾向；但另一方面，钢中的[Al]不仅按（11）式与SiO2发生反应，还可能与渣中各种CaO-SiO2复合氧化物发生如下列各式表示的反应：

精炼温度下，以上反应的（1853K）都小于0，反应均可以自发向右进行。这说明LF精炼炉内存在极为复杂的热力学过程，尤其对C、Si含量要求严格的低碳低硅钢，需要根据上述反应式归纳出影响钢水中硅含量的主要因素，以便采取有目的的措施进行控制。

（三）增硅的动力学条件

LF炉精炼过程中发生的冶金反应是多相反应，其反应速率不仅受化学因素影响，还受物理因素，尤其是传质速率的影响。由冶金动力学基础理论可知，多相反应发生在钢渣之间相界面上，反应过程由反应物对流扩散到反应相界面上、在反应界面上进行化学反应和反应产物离开反应界面向相内扩散三个环节首尾相接的串联而成。根据液液相反应的动力学模型―双膜理论，三个环节的速率式如下：

式中，b I、bII――Ⅰ相和Ⅱ相内组分的传质系数；

――Ⅰ相中反应组分的浓度；

――Ⅱ相内生成组分的浓度；

――化学反应前界面上反应组分的浓度；

――界面化学反应后生成物的浓度；

k+――正反应速率常数；

K――反应的平衡常数；

A――反应的相界面面积。

（18）～（20）式给出了垂直于扩散方向的单位面积上各环节的反应速率，对于整个体系，总的反应速度可表示为：

可见，在LF精炼过程中，当其他条件确定的情况下，任何能增大钢渣之间界面面积的因素都将加快界面上各种冶金反应的进行。

三、结论

通过以上对LF精炼过程热力学及动力学的分析，防止低碳低硅钢水增硅的主要影响因素有以下几个方面：减少精炼渣中的（SiO2）量，防止钢中的[Al]过高，增加渣中（Al2O3）的含量，控制精炼时间和精炼温度。

参考文献：

[1]陈家祥.炼钢常用图表数据手册[M].北京：冶金工业出版社，1984

[2]徐学永.济钢低碳低硅钢增硅原因分析及对策.天津冶金：2008（3）：41-43

[3]刘浏.炉外精炼工艺技术的发展，炼钢，2001，17（4），1

[4]王凤珍，李庆胜，郭辉.低碳铝镇静钢增硅问题探讨.河北冶金，2003，134（2）：13

炼铁的化学方程式篇4

关键词：海绵铁；非高炉炼铁产物；“DH-DRI”装备

1.直接还原海绵铁DH装备的发明起源

DH装备是现代化新型“非高炉炼铁”装备。研发背景是在国家改革开放的相关政策；《钢铁工业“十一五”发展规划》、《产业结构调整指导目录2005年本》、《国家中长期科学和发展规划纲要（2006-2020年）》提出了优先支持研发或探索冶金关键技术装备。加快积极研究和开发“直接还原非高炉炼铁”工程化关键技术装备的鼓舞下，展开了直接还原铁实质性的研究和开发。

DH装备历经十年的风风雨雨，途经重重困难，经过无数次探索和实验，攻坚克难闯难关，势如破竹地把难点攻破，最终获得了圆满成功，扎实落地。总耗资三千八百四十六万余元。直到2014年先后获得“非职务发明”授权，十二项国家专利，其中一项发明专利；十一项实用新型专利，还有十六项正在申报中。

装备起名是选用发明人的名子命名，全称为“东海直接还原海绵铁装备”。DH是东海名子的汉语字头缩写，简称“DH装备”。该装备属于钢铁冶金前沿技术，是新型“直接还原铁”生产装备。产品“海绵铁”它的产出是在低温的条件下直接还原所得到的固态金属铁，形似海绵而得名，世界统称海绵铁，英文缩写“DRI”。本文以下简称“DH-DRI”生产装备。

2.海绵铁产品介绍

“海绵铁”（DRI）也叫直接还原铁它是“非高炉炼铁”产物。它与“高炉炼铁”产物“面包铁”是同一类产品，都是炼钢原料。“海绵铁”（DRI）是冶金工业的高级炉料。它的生成，是铁氧化物（精铁矿）在低温的条件下直接还原所获得的固态金属铁，它是单质纯铁。所以是冶炼精钢、特种钢的必备炉料，也可做炼钢中的稀释剂。

3.DH装备技术论坛

新型“DH-DRI”生产装备的基本原理，仍属竖炉流化床，但与竖炉流化床的工艺流程是完全不同的两回事。新型生产装备的主要创新特点体现在以下几个方面：一、主体设备优化；二、主体结构优化；三、主题能源优化；四、炉料结构优化；五、生产过程实施网络管理优化；六、描述作业过程网络管理。以下将优化结构分别作一描述。

3.1主体设备优化

“DH-DRI”的主体设备优化描述，采用耐高温防渗碳的金属管制成竖直的炉体，炉体上下呈等径圆筒状，形成一个竖直还原通道，上方是进料口，下方是出料口。外设真空金属炉壁，采用防腐耐高温金属材料制成，炉壁与炉体之间构成燃烧室，下设煤气输送及点火装置。炉壁上装有电加热元件。该炉体与任何厂家的炉体相比，是完全不相同的，内设有螺旋式炉料推进装置，是将静态炉料转变成动态炉料，不需要炉罐，直接入炉还原，减去了炉罐费用。

3.2主体结构优化

优化主体结构描述，主体结构是有主体设备并联群组合成；实际是由数个单元炉并联在一起组成庞大的主体结构，构成生产规模（一个单元炉年产约3万吨）。优化的主要特点在于三个系统；由煤气站统一供热；由运料系统统一供料；出料统一运送。外设三个分支机构；一是煤气站；二是还原剂废渣活化煤质颗粒活性炭；三是海绵铁热值发电厂。整个生产结构相互依赖，相互利用，形成一个循环作业产业链，构成一个庞大自动化生产格局。

主体结构装配描述；主体结构的炉体上方设有尾气回收装置与气体洗涤塔联通；尾气回收装置上方设置有高位料仓与进料仓联通；料仓上配置有自动上料装置，与上料系统联通；炉体下方连接配置有水冷却系统（无压式热传导锅炉），与配置的分支机构发电厂相连；水冷却系统下方的炉料出口设有自动分选装置。自动分选装置配置有两路输送系统；一路将产品送入库房；一路将还原剂废渣送入配置的分支机构，活化煤质活性炭车间。

单元炉的组合主张在30-50座炉以上，主要为了应用“海绵铁热值”发电的足够能量，确保发电厂正常运行，否则便形不成最理想的循环作业体系。

3.3主体能源优化

主体能源采用气能、电能两用加热法。初期采用煤制气作主体能源，加热还原通道，生产海绵铁。而后有海绵铁载热介质，通过热交换产出的热能做发电能源驱动发电机组发电。长期运行，由生产过程中产出的电力，加热还原通道，由电热流程生产海绵铁。

根据实绩经验表明，电力加热法生产海绵铁。优点：加热温度控制精确，无噪音无排放，温度分布均衡，便以调整。缺点：电加热元件价格比较昂贵，有一定的使用寿命，到期更换安装比较麻烦，需要停机更换。电力用于其它生产创造的附加值高于生产海绵铁。主张最好不采用电加热直接还原方式。企业可根据实际情况自行选择。

3.4炉料结构优化

炉料结构优化，采用（67%/TFe）铁矿精粉为最低标准，制成铁球；煤质还原剂（含碳量50%）制成煤球；而后将球烘干。铁球和煤球按照适应的一定比例混合。形成干式“混合炉料”直接入炉还原，不需要装炉罐。

3.5生产过程实施网络管理优化

主体结构网络管理的特征，是在每一个生产环节中都配置了自动化运行生产系统，而且产品比较单一，主产线仅有非高炉炼铁，产物海绵铁（DRI）。煤制气、物料制球、余热发电、煤质还原剂废渣活化成煤质颗粒活性炭，其都是主体结构的分支机构，它们都配置了自动化生产系统，并且都是单制程，既能集成统一管理，又能分散制程。在架构MES网络管理系统中都具备网络互联及网络共享。

3.6描述作业过程网络管理

“DH-DRI”装备具体架构MES管理生产过程中，必然要采集生产过程的实施数据，汇集到MES系统中，实时动态调度：需要MES承担起覆盖质量设计、产品制造一体化的计划编制功能；对突发事件的实时调度功能；合同、物料、设备状态的实时监控和追踪功能；生产实绩、实际成本等数据的实时处理功能。MES收集在线产生的过程数据，建立物料的实时数据库，这些数据应该进入管理层的数据库和决策层数据库。MES是ERP及PCS间的信息纽带，与ERP系统及PCS系统要有良好的集成性，做到无缝连接及高度的数据共享。这就是新型DH-DRI技术装备优化网络管理的特征，在同行业中是唯一全面实施网络管理技术的功能装备。

4.DH-DRI装备产业聚焦

我国是发展中大国，又是世界上第一大钢铁生产国，而又是世界上第一大钢铁消费国。随着我国钢铁产业结构的调整，钢铁工业也在技术升级、产品升级，达到世界领先水平。

5.DH-DRI装备直接还原关键技术描述

“DH-DRI”技术，还原的基本原理不变，属于革新的竖炉形式，整个生产设备和生产结构进行了全面的革新改造。现将“竖炉流化床”和“DH-DRI”装备这两种装备做一对比。

以FINMET流化床直接还原流程为例，它是由奥钢联与委内瑞拉FIOR公司联合开发的，在澳大利亚BHP DRI公司投产。它的主体设备分别有4个流化床单体炉。它的还原是在4个串联起来的流化床中完成。粉矿的流向与还原气相反，首先依次通入第一、第二、第三个流化床，完成预热和预还原。最后通入第四个流化床来完成整个还原过程。“DRI”金属化率保持在90%左右。炉体标准以大型化标准设计，相应延长了热缩核时间，同时增加还原时间。生产过程中易出现黏结夹带问题。相应炉体设计也比较复杂。

“DH-DRI”装备关键技术在于主体设备，采用耐高温防渗碳金属管制成的细长还原通道，通道内设置有炉料螺旋推进装置。炉料自上而下移动，途径不等温度梯度，进行不等的热力学反应和化学反应，来完成直接还原流程。该工艺技术改变了整个还原形势；由静态炉料转变成动态炉料，增强了还原气氛，提高了还原速度。

“DH-DRI”生产装备运行包括如下步骤：

5.1首先采用煤气发生炉，利用煤制气方法生产“DRI”。其结果是将碳氢化合物（C、H、O）经过脱硫净化和水洗涤后，将燃气输送到竖炉端的燃气输送装置中，由点火装置点燃，加热还原炉体，为外热式煤气加热法。

5.2还原海绵铁的生产作业过程是在不停的运行，还原的海绵铁也在不停地进入水冷却区段冷却（热传导锅炉）。将海绵铁内的热质交换传出，被水吸收，生成饱和蒸汽析出，做汽轮发电机组能源，产出的电力输送到厂内自备电站，再送入各个生产区配电室，用于电加热生产“DRI”。

5.3“DH-DRI”生产作业过程中相互利用因素，为连续运行，是还原产物携带自身热质，在冷却区段内进行不停的向下移动，热质也在进行着不休止的热质转换，致使“DRI”降至常温出炉。热量被水吸收转换成热能量，能够保持足够的能源，持续持久发电，用于海绵铁（DRI）生产。

5.4“DH-DRI”生产作业过程管理，采用MES技术网络架构“DH-DRI”企业，实施信息化集成软件管理系统。建立操作生产作业指挥平台实施执行管理。MES系统主要涵盖全产线生产作业过程。还涵盖着炉体温度、上料系统、出料系统、配料系统、控水系统等。其中主要包括生产计划管理、物流管理、库房管理、财务管理等。以数学形式编入数据库，数据库接口与计算机紧密连接集成执行生产作业环境。

6.DH-DRI装备发展远景

“DH-DRI”生产装备在国内外尚属首例。符合钢铁工业生产条件。在吉林省延边州和龙市成立了“吉林高科还原铁有限公司”。在此期间公司要组建起六大专业技术团队。一、设备制造团队；二、工程建设团队；三、设备安装团队；四、ERP系统架构实施团队；五、生产作业团队，六、维修服务团队。形成一个具有高标准、高素质、高文化、高智能管理队伍。

传统炼钢工艺的前沿环节主要是高炉炼铁。高炉炼铁主要环节是烧结、炼焦、高炉炼铁三大必要工序，能耗占吨钢综合能耗85%左右。钢铁领域是当今社会环境的主要污染源。是治理节能减排的重点领域。

直接还原“DRI”，以非焦煤或天然气、煤制气代替焦炭作为炼铁主要能源，原料用全铁较高，生成温度较低的球团矿取代高温的烧结矿，对我国钢铁产业结构优化，节能减排有着重要意义。

直接还原称作“非高炉”炼铁。其工艺的关键是：资源较广泛，价格较便宜的煤代替焦炭能源。以品位较高、生成温度较低的矿粉和球团矿代替了烧结矿。改进了炉料技术，从源头上进行了能源改造。海绵铁是将铁矿石在固态状况下直接还原为单质铁。比高炉生产铁水温度低，渗碳少，但因Si、AI和S、P、Mn、Mg等元素仍以氧化物形态存在，化学成分不符合钢的要求。还须在电炉或转炉及其它装置进一步熔炼，属于二步法炼钢。

现时运行的隧道窑、回转窑、转底炉、煤基竖炉的能耗经济技术指标相应比较落后。这些难题主要原因在于基础设施的落后，机械化条件差，生产条件和生产环境差。生产技术绝大多数还是手工烧炉，技术实施难以掌控，造成了还原质量不稳定，产品质量不可靠。强调追求质量只能是增加能耗。在原有基础上进行改造，但使用价值也不乐观，科技含量价值不大。这就是直接还原在我国发展比较缓慢的主要原因。

炼铁的化学方程式篇5

《钢铁冶金概论》选修课存在学生专业差别大，授课方法单一，教学偏重理论，学生不重视该课程，学习态度不端正，考核方法简单等问题。针对这些问题，在教学方法上，采用网络模拟钢铁冶炼平台教学、体验或研讨式教学、精讲趣味式启发教学、题库式教学与考核方式改革。结果表明这些方法可以极大的活跃课堂的气氛，调动学生的积极性，明显改善了教学效率低下的现象。

关键词：

教学改革；选修课；钢铁冶金概论；教学内容；教学方法

《钢铁冶金概论》是一门既具有理论性又兼有很强的实践性的基础课。本课程以钢铁冶金工艺流程及与钢铁冶炼相关的专业知识为主线，系统介绍采矿、选矿、钢铁生产用耐火材料、铁矿粉造块、焦化、高炉炼铁、铁水预处理、炼钢、炉外精炼、连铸、轧钢等基本专业知识，给非冶金工程专业学生进行钢铁冶金及相关知识的普及教育，使从事与冶金工作有关的非冶金专业学生对钢铁联合企业的生产过程有一个全面的了解，拓宽其知识面，使学生掌握将来从事与冶金相关的工作必须具备的冶金专业知识。

一、教学改革的背景

（一）非冶金类专业学生学习《钢铁冶金概论》的重要性

由于高校之间竞争激烈，加上科技发展的日新月异，我国高校也不断朝着规模型与综合型的方向发展[1,2]。同时，社会对毕业生的要求也向“多面手”型人才转变。高校毕业生若有良好的综合素质、较好的知识宽度与深度，则更受社会企业单位的青睐。高校选修课恰好在拓展学生知识面、挖掘学生潜在能力、优化知识结构方面有着很重要的作用。因此，国内高校也不断进行教育改革，开展跨学科教育。例如，传统以冶金为特色的综合性院校，面对非冶金专业学生，开展《钢铁冶金概论》课程。我校面对全校非冶金专业学生开设《钢铁冶金概论》，一是提高学生的综合素养，拓展知识面并开阔视野，使他们对冶金生产过程、国内外钢铁形势等有一个初步的了解；二是我校传统冶金类院校，每年有大量钢铁企业来招聘，许多非冶金专业学生会去钢铁企业工作，学习冶金概论可以使学生对冶金工业生产的特点和基本概貌、冶金工业部门之间及冶金工业与其他工业部门之间的联系有一个基本的了解，了解自己本专业和冶金行业的联系；三是学习这门课，更好地培养学生实际问题解决能力与综合思维能力，在就业形势日益严峻的今天，提高学生在社会的竞争力。因此，冶金概论课程教学对我校为冶金行业培养开放式人才、对学生发展都有着重要意义。

（二）传统《钢铁冶金概论》教学中存在的问题

以武汉科技大学为例,我校属于理工科为主的高校，但办学模式趋于综合性大学学科体系。在教育改革中，高校加强跨学科教育，本科生的教育课程也是各个学院相互交叉，我校作为冶金类的传统高校，全校非冶金专业学生均设有20课时的《钢铁冶金概论》课程。然而，在《钢铁冶金概论》公选课上，仍然存在不少问题。（1）学生不重视该课程，学习态度不端正。学生对冶金概论不感兴趣，选课具有盲目性与功利性[3]，多数学生为了学分而选课，课堂上出现上课率低、参与率低、抬头率低等“三低”现象。（2）上课学生专业差别大，由于非冶金专业学生对该课程认识不足，专业基础又薄弱，授课内容及深度难以把握。（3）授课方法趋于单一的灌输式教育。PPT上多以原理介绍、工艺流程、化学反应等，填鸭式教育不被学生接受。（4）教师采用统一式概论，偏重理论知识的讲授，内容枯燥，学生缺乏兴趣。（5）考核方式简单化。考核均是一纸化开卷定成绩，学生无压力。

二、《钢铁冶金概论》教学应遵循的基本原则

（一）趣味性

心理学研究表明，通过适当的教育教学方式可以激发人的学习兴趣和独立思考能力[4]。《钢铁冶金概论》这门公选课需要在形式与内容上做到新颖别致，才能引人入胜，激发学生兴趣。在课程教学中，教师要以人为本，在了解学生的想法上，尽量使用形象化的教学语言，运用多样化教学方法，激起学生的兴趣。因此，从第一节课开始就要把学生的学习兴趣调动起来。

（二）精简性

概论课程课时较短，而且学生专业差别大，概论课内容不必详细俱到，要“点到为止”，内容要关注重点及热点，结合学生专业，有所选择，有所侧重。

（三）新颖性

“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，一个政党永葆生机的源泉”[5]。因此，在《钢铁冶金概论》教学上，也不可仅关注课本的死信息，要时刻更新课件，把新鲜的资料与信息及时补到课件中。

（四）多样性

《钢铁冶金概论》课程学时短，学生对专业知识深度认识不够，教学上也是主要让学生达到初步认识为主。因此，考核上不适合一卷式及严考专业难题。可适当增加平时作业与开展讨论等，增加平时成绩比例；卷面题目以考核学生基础知识为主，难度不宜太大。

三、《钢铁冶金概论》课程教学的改革

（一）教学内容的改革

对于非冶金专业的学生，可分为二类：第一类是与冶金专业联系紧密的相关工科专业，第二类是其他工科类与文科类。前者在《钢铁冶金概论》学习上，对专业知识讲解深度要求要更高一些。学生学习这门课的主要目的还是熟悉冶金工业的概貌与总体发展形势，认知冶金生产的流程，了解冶金的节能、降成本与环保的知识，培养学生分析解决问题等综合思维能力。对第二类学生，不要局限在传统工艺与理论的详细讲解上，而是重在介绍生产历史、现状与发展趋势上，可以让学生对生产工艺有一定的了解，紧密联系学生专业，时事政治、日常生活，提高学生的学习兴趣；而对于第一类学生，除此以外，可适当增加基本理论和工艺原理的介绍。

（二）教学手段与方法的改革

1.多媒体与网络教学

传统的板书式教育，可以集中重点，控制教学速度，有它的优势，但也存在诸多问题。现代的多媒体教学的介入，让更多的知识可通过工程结构图、彩图、三位图及动画、视频等方式展现出来，更加的丰富多彩。因此，通过多媒体网络与板书相结合来展现更多的教学信息量与趣味性，丰富教学内容，尤其是冶金知识的工艺流程较多，许多反应均难以直接看到，通过流程图、动画与视频，可以直观了解冶炼过程，加深学生印象。其次，发起网络教学方式。近年在各冶金高校与企业之间流行计算机网络炼钢挑战赛。此平台是由国际钢铁协会发起成立的，内容涵盖钢铁生产等各个方面。网络炼钢平台利用生动的动画，展现了各种冶炼设备，介绍了冶金原理，核心为多个灵活的、涉及钢铁生产流程的游戏般的模拟。根据每一章内容，可向学生一步步展示相关章节的冶炼模拟，让学生更加直观地了解设备与工艺，而且生动有趣，可调动学生的学习兴趣与主动性；课后学生可自由在自己电脑上模拟操作，可挖掘学生潜力，提高学习能力和综合素质。

2.体验式与研讨式教学

针对学生的“三低”现象，有针对性地采取体验式教学与研讨式教学。体验式教学，是指在教学过程中，组织学生参观教育基地，或是布置专题题目，让学生查阅资料后制作PPT、开展主题活动等[6]。而研讨式教学是教师通过设计一定的教学情景，让学生观看视频或图片，然后根据所观内容来进行交流讨论，最后教师进行点评，让学生获得更深认识[6]。这二种教学方式的最大好处是，调动学生学习的主动性与积极性，并让他们参与到其中，做到体验式与启发式教学[7]。在进行冶金概论的教学时，预先给定几个与教学内容相关的主题。比如，钢铁发展史、转炉炼钢的发展过程、钢铁寒冬与企业重组，等等。提前告诉学生，让大家去查阅并做好准备，到时可以让每个小班派出代表上台讲解自己的PPT，而其他同学抽取几名来点评补充，教师在中间扮演组织者与总结者的角色，鼓励学生的积极性，引导学生大量搜集钢铁冶金资料与新闻，引发学生学习兴趣，这部分也可以作为学生平时成绩的考勤。还有就是对现场炼铁与炼钢视频播放后，让学生来谈他们的观后感与看法，加强师生互动，提高学生分辨能力，促使形成勤于思考的习惯，让学生有较强的责任感与使命感，激发学生的探索热情与创新潜力，提高教学效果。

3.精讲启发式趣味教学

《钢铁冶金概论》课程面对的学生专业差别大，统一的课件方法是不行的，我校是要求所有非冶金专业学生必修此课程，建议修改此课程为选修，让有兴趣的学生，或是有意去钢铁企业相关行业就业的学生选修，显得更加合理与人性化。而且，针对第一类与冶金专业联系紧密的工科学生，可仍保持20学时课程；而对第二类与冶金专业联系不太紧密工科或其他文科学生，可压缩至10学时左右，只要求学生掌握最基本的冶金知识，降低学习难度，而且内容也只要采用讲座式的教育，不必详细展开具体工艺进行讲解，即做到所谓的精讲。结合学生专业，讲解学生专业相关性的内容。比如说，针对金属材料成型与控制专业学生，要细解钢铁是怎样炼成的；而针对文法专业学生，可讲解矿石进口谈判等类似事件，增加学生的专业敏感度与兴趣；而针对医学院学生，可联系我校医学院早期是以职业病为出发点的发展历程，讲解钢铁相关的职业病，让学生结合自己专业来学习概论课程；同时，采取各种讨论模式与模拟冶炼计算机平台的混合教学模式，增强趣味性。

4.题库式教学与考核方式改革

在考核方式上，传统的一纸化开卷考试，学生成绩均较好，但实际上掌握的并不牢靠，容易遗忘，学生自主学习的主观能动性也不高。建立一套多元化的题库，试题类型可包括填空、选择、判断、名词解释、绘图、填表、问答与分析等题型库，把题库向学生开放，让学生自主学习与做题，考试试题从中挑选，适当做些改变，增加学生对知识的理解与印象，提高学生学习主动性。这样可适当降低考试难度，而考核上则采取闭卷考试的方式。同时，由单一的考试，改变为平时考勤、课堂讨论与发言、话题论文、作业及闭卷考试的综合考核方法，这样可避免学生的抄袭现象。通过这种严格考核方式，既可以保证考核的公平公正性，也可减少学生对该课程不重视的现象。

四、结束语

在遵循《钢铁冶金概论》教学改革的基本原则上，针对课程的教学内容、教学方法进行了相关的改革与实践，结果表明这些方法可以极大地活跃课堂的气氛，调动学生的积极性，让学生主动去查阅资料，上台演讲，或者是分组讨论，丰富了教学方法，拓宽学生的知识面，大大改善“三低”现象。同时，学生对该教学改革持肯定态度，尤其是对计算机模拟炼钢表示了浓厚的兴趣与较高的评价，做到了寓教于乐，有学生课后还自加练习，不懂课后还来提问，甚至还主动参加学校的年度全球炼钢挑战大赛比赛。这一切极大地鼓舞了我们教学改革的信心。《钢铁冶金概论》公选课教学方法及内容的改进，对该课程教学效果的提高有着至关重要的作用。它不但可以让学生从中学到知识，并可培养学生自主学习的独立性与主动性。同时，考核方式的改变，也能让学生更加重视选修课，让学生对知识的掌握更加牢靠。对于我校这门公选课，只有将该课程的教学与我校人才培养的目标紧密结合，保证教学内容的合适度与趣味性，采用合理的教学方法和考核方式，才能保证教学质量。同时，也与我校开设《钢铁冶金概论》公选课的背景相吻合，有利于培养适应社会发展的复合型高素质人才。

作者：成日金 张华 周建安 何环宇 詹玮婷 单位：武汉科技大学材料与冶金学院冶金工程系

参考文献

[1]李庆祥.非化工类专业化工概论教学的改革与实践[J].理工高教研究，2009，28（5）：126-127.

[2]廖桂英，安黛宗.大学化学课程教学的思考[J].理工高教研究，2005，24（1）：102-103+24.

[3]陈麦玲，陈嫒琳，车艳.关于加强高校公选课质量管理的几点思考[J].双语学习，2007，11：113-114.

[4]刘胜地.掌握学员心理特点用好行为导向型教学方法[J].天津市财贸管理干部学院学报，2006，8（2）：35-36.

[5]本书编写组.思想和中国特色社会主义理论体系概论[M]．北京：高等教育出版社，2011：57-58．

[6]林加全，马友乐.高校《概论》课教学改革探析———基于中国化马克思主义大众化视角[J].钦州学院学报，2012，27（4）：81-84.

炼铁的化学方程式篇6

1、废钢消费需求主要取决于电炉钢的发展

废钢是电炉炼钢的主要原料，电炉炼钢是废钢消费的主动力，是废钢消耗的主要熔炼装置。近几年世界电炉钢产量占世界炼钢总产量的比重约34％左右，而消费的废钢约占总废钢的70％左右。因此可以说电炉钢产量是废钢消费量和价格的晴雨表。2008年电炉钢的产量继续增长，比重略有提高，主要是高炉－转炉流程在中国的发展比电炉更为迅速，因此废钢供应仍显紧张、价格较高，供电紧张、电价较高等原因所致。目前，制约我国电炉钢快速发展的主要因素是废钢紧缺和电力供应紧张，一方面，中国钢材积蓄量低，产生废钢还不能满足发展需要，近年来随着废钢进口价格不断上升，我国进口废钢呈逐年下降趋势，预计今后3－5年内国内外废钢市场将保持着废钢与钢铁产品相对应的合理价位；另一方面，由于近几年经济发展迅猛，电力供应出现了紧张的局面，而且中国工业用电价格高于欧洲、美国等发达国家，这些因素都限制了电炉钢的发展。另外，品种结构、产品质量等也是制约我国电炉钢发展的不可忽视的因素。现代化电炉已不再单纯依靠电能，而是在使用电能的基础上大力发展利用各种化学能以及物理热等，使得电炉冶炼电耗降低，冶炼时间缩短，易于与连铸机衔接匹配运行，增强了电炉流程的市场竞争力。综合考察现代化电炉炼钢工艺的发展状况可以看出，中国今后电炉炼钢还可能有较大发展。

2、转炉炼钢消耗废钢也加剧了废钢资源的紧张局面

近年来，随着国内经济的发展，钢铁工业得到了快速发展，钢产量平均增长速度达到20％，但其中主要以转炉钢增长的速度较快。2008年综合平均废钢单耗为145kg/吨钢，与世界平均单耗450kg/吨钢相比还是有很大差距。目前，我国高炉冶炼铁水成本低于废钢价格，因此高炉－转炉流程企业不会采用多吃废钢的冶炼工艺，废钢消耗强度仍维持现有水平，但由于转炉钢产量增长较大，对废钢需求数量会有较大增长。随着我国炼钢工艺的改进，电炉钢的增加和原生铁矿资源的不足，届时的废钢需求量将是巨大的。因此，国内外专家预言，世界未来的废钢市场在亚洲，亚洲的废钢市场在中国，中国将成为世界废钢铁贸易的主要市场。

3、铸造用废钢消费有下降趋势

传统的机械产品，很多零、部件由铸钢件构成，国内大型机械加工厂一般都配有钢铁冶炼设备，特别配有电炉冶炼装置，自制铸钢件消耗了大量废钢。今后，随着机械加工技术的进步，焊接件逐步取代部分铸钢件，废钢的消耗将逐步减少，与炼钢生产争夺废钢的力度会有所降低。

二、清洁废钢将助力循环经济

中央经济工作会议提出将在“十一五”期间大力发展循环经济，这说明我国资源紧张状况已经到了刻不容缓的地步，最近党中央又提出要在全国落实科学发展观，发展循环经济，创建节约型社会，转变经济增长方式已成为我国的一项基本国策。现在各行各业都在围绕这一基本国策大做文章，而钢铁行业实现生产可持续发展的重要途径之一就是充分利用废钢特别是清洁废钢。现在我国大力提倡发展循环经济，循环经济是与自然和谐共处的经济模式，资源综合利用是循环经济的重要组成部分。废钢是炼钢生产中必不可少的重要原料，但废钢只有经过处理，才能成为合格的炼钢原料，而真正的合格废钢是经过机械加工或高压水冲洗和机械除锈的清洁废钢，只有清洁废钢才能冶炼出优质、稳定的品种钢。济钢采购清洁废钢已有数年，供炼钢厂在冶炼品种钢时使用，效果良好，冶炼出的品种钢质量稳定，完全符合国家规定的质量标准和用户的要求。除铁矿石外，废钢特别是清洁废钢已成为钢铁生产所需资源的另一个主要来源，它不需要建设矿山，具有能源消耗和生产成本低、环境污染小等优点。

如用矿石炼铁再炼钢，能耗为1.11吨标煤/吨钢，而用废钢炼钢，能耗仅为0.2吨标煤/吨钢。用废钢炼钢相对于铁矿石可节能60%，节水40%，减少废气排放86%，废水76%，废渣97%，并且能无限次循环使用，西方发达国家利用废钢炼钢的比率一般在50%-70%，个别国家和地区几乎全部用废钢炼钢，而在我国仅为20%左右。随着我国现代化建设的进一步发展，我国钢铁工业资源消耗会逐渐增加，但国际国内资源紧缺的形势却日益严峻，这就迫使我国调整废钢铁回收政策，强化对废钢铁回收产业的监管，财政部和国家税务总局出台了新的关于对再生资源征收增值税的政策，并于2009年1月1日正式实施。这一文件理顺了钢铁企业和废钢供应商在交易中的各种关系，对扩大废钢交易将起到有力的促进作用。随着连铸连轧短流程工艺在我国大型钢铁企业的广泛采用，钢厂自产废钢在逐年减少，对社会废钢需求量逐年增多。与此同时，随着社会的进步，社会废钢的产生量日益增加。社会废钢的一大特点是成分复杂，有色金属、废塑料、废橡胶、玻璃等混杂物多，直接影响到钢材质量，废钢铁破碎生产线最适合加工处理成份复杂的社会回收废钢。

由于锤击破碎，可将废钢表面的油漆、锈迹、铬等表面镀层剥离下来，然后进行分选，将废钢、有色金属、废杂物分别归堆，经过这种工艺生产出来的废钢就是清洁废钢。随着我国转炉炼钢工艺的不断进步和发展，以及电炉炼钢产量的大幅度提高，钢铁企业如果大量使用废钢做原料，提高废钢铁的利用率，不仅能降低铁矿石、焦炭、煤炭、球团矿、生铁等冶金原料的使用量，还可以缩短冶炼时间，提高冶炼效率，达到降低吨钢成本的目的，而且减少了各种污染物的排放，既保护了环境，又增加了效益，可见它本质上是依靠废弃物资源化的3R循环经济流程。我国是一个铁矿资源比较贫乏的国家，且矿石品位较低，开采成本很高。我国颁布的《钢铁产业发展政策》第35条规定：“逐渐减少铁矿石的比例和增加废钢比重”，这是非常具有科学性和前瞻性的重大战略决策。原生资源是有限的，再生资源是无限的，多吃废钢，节约原生矿资源，这对中国、对世界无疑都是功在当代、利在千秋的好事。加快科技进步，调整产品结构，实施“精料入炉”是我国钢铁企业科学发展的目标。从某种意义上讲炼钢过程就是钢水净化的过程。

炼铁的化学方程式篇7

关键词：数据分析；应用研究；连铸生产过程

对钢铁生产过程中工序之间的物流平衡以及资源平衡问题进行解决，不仅可以缩短工序等待时间，还能对各个工序负荷进行平衡。建立炼钢连铸调动仿真系统，对调度方法的可行性有十分大的影响。对调度仿真系统进行研究，主要是对炼钢连铸生产物流的仿真对象模型进行建立、考虑各种工艺等。

1.炼钢连铸生产过程

炼钢连铸生产的流程主要有连铸、炼钢以及精炼。

炼钢主要是将铁水在高温条件下进行冶炼，让铁水成为含碳量较低的钢水，对铁水中的氢、硫、氧等杂物去除，对碳、硅、锰等元素的含量进行调节，从而保证连铸机浇注出的板坯能够和特定钢种的要求保持一致。钢水冶炼出来后还要进行精炼。

精炼的主要目的是对钢水的化学成分以及温度进行调整，让连铸机协调进站钢水能够有足够的时间满足连续浇注，当炉次钢水提前达到连铸机的时间时，就可以停留在精炼炉上，不用因为炉次在连铸机前等候而浪费了时间，对钢水的温度也有了保证。

连续铸造是一种十分先进的铸造方法，主要是将熔融的金属浇入到结晶器当中，对铸件进行凝固，然后从结晶器的另一端连续不断地拿出，让它的长度具有任意长的特性。

流程指的是在外界条件下，根据工序间的不同性质以及连接工序间的器具组成的网络结构，按照程序，有序地运行，从而实现预定的目标。钢铁冶金制造流程就是这样的。

2.有关炼钢连铸生产的研究现状

炼钢车间生产调度优化问题的研究方法一共有三类，第一类是在经典基础上的运筹学方法，第二类是混合算法以及智能计算的方法，第三类是近似优化的方法。

经典运筹学方法主要是对生产调度优化问题进行解决，在解决此类问题时，它的实际应用和理论研究中有差距。在组合优化领域中运用的是智能计算方法，此方法被广泛的应用到生产调度领域中。方法都具有两面性，有好也有坏，因此，将这几种方法联合起来运用是目前的发展方向。将遗传算法以及启发式的规则联系起来，就可以将遗传算法盲目随机操作的效率提高，算法的收敛也加快了速度，但是这类算法却增加了计算时间，增加了对解的最优性进行判断的困难。

启发式规则以及专家系统的方法属于近似优化的方法，这类方法对生产调度研究有十分大的影响，具有很重要的地位，且出现了调度专家系统。专家系统并不能适应动态调度环境，因为此环境富有复杂多变的特点。其实，很多制造系统都具有复杂性，因此，精确的解析模型是很难进行分析以及描述的。而仿真的方法就可以避免用数学表达式对复杂系统进行描述。而在仿真方法的基础上建立的调度模型有以下几个特点。

2.1.通过仿真建立的模型和通过系统实际观测获得的数据建立的动态模型相比，它和实际的联系更大，更加有利于分析系统。

2.2.通过仿真建立的模型对于实际系统来说是一个映像，所以对于复杂的系统来说，仿真建立的模型具有更好的适应性。

2.3.通过仿真建立的模型具有随机性，因此，受到随机因素的影响，系统的参数就会发生变化，这种变化在模型中能够体现出来。

2.4.仿真方法并不属于系统优化法，因此对最优解并不能求出来，但是人们可以根据动态系统模型运行的效果，反复仿真，这样一来，就可以间接的对系统进行优化。因为物流系统具有多目标、多层次以及多因素的特点，因此没有真正的最优解。通过仿真，改善了系统行为。

仿真系统的原理是对仿真调度模型进行建立，从而在调度决策规定的指导下，通过模型对生产作业过程进行模拟，从而对这个过程的系统变化进行记录，对性能数据以及调度方案进行处理和统计。

近几年来，仿真技术被广泛的应用到钢铁领域中，钢铁领域的每道工序都应用到了仿真技术，但是主要还是应用在炼钢――连铸生产物流仿真上面。

3.炼钢――连铸生产过程在仿真中的应用

仿真技术之所以得到了快速发展是因为它给社会带来了非常大的效益，利用仿真技术，建立动画仿真系统，主要为了让生产车间物流的流通状态可以直观的进行显示，从而对主辅设备的协调性进行检测，促进管理效率的提高。仿真模型的运用还可以减少工序等待的时间，因为在执行计划时，计划和设备具有多样性以及随机性的特点，因此设备有很多等待时间。仿真模型的应用还可以提高设备的利用率。因为设备是由很多个处理设备的，因此在计划偏少的时候，可以停止一些设备的运作，从而对整体设备的负荷率进行了提高。因此在对计划进行编制时，要保证天车运输任务的需要小于天车数量。

为了让仿真系统成为系统的主要研究方向，还需要对其完整性、高效性以及可靠性进行研究。

所谓完整性，除了对实践类的扰动进行分析，对其他方面的扰动也要进行研究。

所谓高效性，因为仿真主要模拟现实环境，为了提高效率就要采用分布式的网络仿真。

所谓可靠性，要与人工计划进行对比，要让通过计算机生成的调度计划更加的可靠。

4.结束语

钢铁企业是十分典型的流程工业，因此对它的研究十分有必要。在过去的时间里，虽然研究了很多的调度理论，从而让人们不断的对仿真实验进行创造，但是因为调度问题具有复杂性的特点，再加上技术并不发达，因此真正可以用的仿真模型十分少。在以后的时间里，为了让仿真在连铸生产过程中加大应用，对仿真的研究就要加强力度，完善仿真技术，从而让炼钢企业更好的发展，进而促进我国经济社会的发展。

参考文献：

[1]刘炜，孙亮亮，俞胜平，柴天佑.炼钢-连铸动画仿真系统设计与开发[J].控制工程，2010（4）

[2]孙积刚.炼钢-连铸调度计划编制优化方法的研究[D].青岛科技大学：计算机应用技术，2010

[3]郑忠，刘海玉，高小强等.炼钢-连铸生产计划调度一体化的仿真优化模型[J].重庆大学学报（自然科学版），2010（3）

炼铁的化学方程式篇8

【关键字】冶金技术，炼铁高炉，应用，发展

中图分类号：F407.3 文献标识码：A 文章编号：

一．前言

随着我国在炼铁行业方面的发展和进步，对于炼铁的技术要求在不断的提高。在炼铁高炉进行炼铁的时候，冶金技术也被应用到其中，从目前冶金技术在炼铁高炉的应用情况来看，其经济效益还是十分显著的。所以就有必要进一步的加强冶金技术在炼铁高炉中的应用研究。

二、冶金技术

冶金技术是指从矿石中提取金属及其金属化合物，然后再使用各种加工方法将金属或金属化合物制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。现代冶金技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金二种技术。

1.火法冶金。在高温条件下进行的冶金过程就是火法冶金。矿石在高温下经过一系列的物理和化学变化，由原始的形态转变为另一种形态的化合物或单质，并且集中在气体、液体或固体产物中，从而达到使目标金属与其他的杂质分离的目的。火法冶金技术所需要的热能通常是依靠燃烧燃料来供给的，但也有通过化学反应来供给的。火法冶金的过程:干燥一焙解一焙烧一熔炼一精炼一蒸馏一提取

2.湿法冶金。在溶液中进行的冶金过程就是湿法冶金，湿法冶金的温度一般都不高。湿法冶金的过程:浸出一净化一制备金属。浸出过程是使用适当的溶剂对矿石进行处理，使需要提取的金属与溶剂反应，从而以离子的状态进入溶液的过程。对于某些比较难以浸出的矿石，需要在浸出前进行预处理，使其成为易于浸出的某种化合物。净化过程是由于部分金属同需要提取的金属一同进入了溶液，在溶液中将这些杂质去除的过程。制备金属是使用电积、还原、置换等方法从净化液中提取出目标金属的过程

3.电冶金。利用电能提取金属的方法就是电冶金。电冶金可分为电化冶金和电热冶金。电化冶金是利用电化学反应，将需要的金属从溶液或者是熔体中提取出来。电热冶金是将电能转化为热能进行冶金的过程，其与火法冶金的区别仅仅在于热能的来源不同。

三．冶金技术在炼铁高炉中的具体应用

1.高炉双预热技术

炼铁高炉所需能源有78%是由焦炭和煤粉燃烧提供的，剩下的则由热风和炉料化学反应热提供。高炉炼铁过程中所用的煤炭有34%的能量会转换为副产煤气(包括高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气)。回收利用副产煤气是节能减排的重要手段，是降低生产成本的有效措施。双预热技术就是利用高炉煤气燃烧产生的高温废气与热风炉烟道废气的混合气体作为热源，混合气体可将煤气和助燃空气预热至300 0C以上。

宝钢、昆钢、鞍钢等多家企业在炼铁高炉中应用了双预热技术后都取得了1 200 0C以上的高温风，宝钢3号热风炉使用分离型热管式余热回收双预热装置，4号热风炉使用分离型热管煤气、空气双预热器装置;济钢第二炼铁1号高炉投产后即使用顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉，也得到了1200 0C以上的外送热风。

采用余热回收技术，使用转炉煤气进行烧热风炉，利用高炉废气热代替化学热，以热管(属)换热器预热助燃空气或煤气，有效节约了焦炭，改善了热风炉燃烧工况，提高了焦炭利用率和高炉炼铁率。目前，我国炼铁业在高炉双预热技术中回收利用的废气余热仅为25.8%，以热力学定律为基础的计算和分析表明，此值具有极大的提升空间。

2.高炉干法除尘

高炉除尘技术主要有干法除尘和湿法除尘两种，而干法除尘又分为高压静电除尘和布袋尘，其中布袋除尘运行成本较低效果较好。为适合水资源缺乏这一国情，我国于20世纪80年代引进了高炉干法布袋除尘技术，至今已有30年的历史。

高炉干法布袋除尘技术在引进初期，普遍采用的是加压煤气反吹大布袋除尘工艺，高炉干法布袋除尘技术在大型高炉企业并未得到较好的推广，因为当时只有200～300 m3的高炉可以采用此技术。经过近20年的经验总结和技术改进，20世纪90年代，我国自主研发了高炉煤气低压脉冲布袋除尘技术，此项技术在短短七八年时间里已经推广应用到儿乎全部新建的1000 m3以下的高炉上，使炼铁工艺发生了质的跨跃。近年来，干法除尘技术的发展更为成熟，现在2600 m3以下的炼铁高炉都可应用此项技术

3.高炉喷煤技术

焦炭是高炉冶炼的必需品，它为冶炼过程提供热量，同时是铁矿石的还原剂。高炉喷煤技术是从高炉风口向炉内喷吹煤粉，在高炉中直接起提供热量和还原剂的作用，从而使高炉炼铁焦比降低，同时减少了炼焦设施，降低了炼焦生产对环境的污染程度，是现代高炉冶炼的一项重大革命。按当前市场价格，使用煤粉可降低炼铁生产成本约800元。

在炼铁高炉生产中，首要关注的是如何提高煤粉的燃烧率和降低燃料比，实现经济喷煤。长时间研究和实践经验告诉我们，精料和降低渣比是高煤燃烧率、低燃料比生产的基础，预热工艺设计是安全生产的保障。

前期的喷吹系统多为串联罐系统，后来逐渐被并联罐系统取代，单管路+分配器的结构也变得普及。经过不断实践，系统的计量和控制精度得到显著改善。如今经典的工艺流程为:中速磨制粉一热风炉废气+烟气炉一大布袋收粉一并联罐一直接喷吹一单管喷吹+分配器。以宝钢高炉为代表，经过喷煤技术的改革的炼铁高炉在生产状况、成本控制都有一定的改善。

四．冶金技术及高炉炼铁的发展趋势

近年来，冶金技术不断地汲取相关专业技术的新成就，加强冶金动力学和冶金反应工程学的研究，从而不断充实、深化冶金技术。在冶金技术的热力学熔渣结构及物性等方而的研究也在不断地深入，并且建立起了智能化热力学数据库，加强计算机的应用，逐步实现了对高炉炼铁中冶金技术的自动控制，实现了系统的最优化。冶金技术的不断发展，相应的生态环境的保护也逐渐地成为了热门话题，因此研究冶金技术的同时，也应该同步加强生态环境保护的研究。

1.加强高炉炼铁反应技术

高炉炼铁反应技术的加强关键在于提高反应效率。提高反应效率的方法主要有:实现矿石与焦炭的最恰当配比，在低温、高速中还原;通过添加催化剂，提高反应的效率

2.降低对炼焦煤资源的依赖度

在工业炼铁生产过程中，扩大炼焦煤源，降低焦比，降低对优质炼焦煤资源的依赖度，通过炼焦配煤优化系统，自动优化出适合于炼铁生产需求的最佳配煤模型。

3.探索氢利用技术

利用碳化氢进行低温还原，不仅可以改善熔融带的透气性，还能减少二氧化碳的排放量，提高高炉的功能。目前氢利用技术的道路仍在不断探索中。

五．结语

综上所述，随着经济的发展，特别是随着我国冶金技术的进步，其在炼铁高炉中的应用将会变得越来越大，同时冶金技术也必将取得更大的发展，促进我国炼铁行业的发展和经济的发展。

参考文献；

[1]徐志刚 以气代焦 天然气与冶金市场双赢天然气工业2000-09-28期刊

[2]丘增红 微能8000kW/10kV变频器在炼铁高炉鼓风机改造上的应用变频器世界2010-08-15期刊

[3]王步皓 炼铁高炉上料扰动的透平静叶控制系统设计东北大学2011-06-01硕士

[4]李志刚 工业以太网技术在炼铁自动控制系统改造中的应用李志刚全国冶金自动化信息网2012年年会论文集2012-05-01中国会议

[5]周毅 埋管铸造铜水套组织与性能研究华南理工大学2012-05-01硕士