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冶金工程概论结课论文
班 级：人文艺术学院
任课教师：高逸锋
作 者：王毅 学 号：2011440262
艺术设计2011级7班
一．关于 钢铁冶金联合企业的主要生产环节、每一个生产环节的主要过程、主要设备、生产方法及特点 1．冶炼原料
原料是高炉冶炼的物质基础，精料是高炉操作稳定顺行，获得高产、优质、低耗及长寿的基本保证。原料主要是铁矿石，铁矿石的开采方式主要有露天开采、地下开采和液体开采。铁矿石的富选过程包括破碎、磨碎、筛分和分级和选别作业。铁矿粉造块的方法主要分为烧结法和球团法。高炉冶炼用的原料主要有铁矿石(天然富矿和人造富矿)、燃料(焦炭与喷吹燃料)、熔剂(石灰石和白云石等)。冶炼一吨生铁大概需要品位为63%的铁矿石1.60~1.65吨，0.3~0.6吨焦炭，0.2~0.4吨熔剂。
2.炼铁
目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。高炉炼铁是以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法。高炉炼铁的这种主导地位预计在相当长时期之内不会改变。高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态(如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等)还原为液态生铁。高炉炼铁的主要过程如下： a)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)。b)从炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。
c)在高温下焦炭（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。
d)炼出的铁水从铁口放出。
e)铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。f)产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。冶炼过程中，炉料(矿石、熔剂、焦炭)按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。高炉炼铁特点
（1）高炉冶炼是在炉料与氧气气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性反应。
（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。
（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。
3.炼钢
钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金，二者差别就是C元素的含量。炼钢的基本任务：
a)脱碳并将其含量调整到一定范围。
b)去除杂质，主要包括：脱磷（冷脆）、脱硫（热脆）、脱氧、去除气体（氢、氮）和非金属夹杂物（氧化物、硫化物、磷化物、氮化物等）c)调整钢液成分和温度
d)将钢液浇注成质量好的钢锭或钢坯。
炼钢工艺主要包括：1）铁水预处理；2)转炉或电弧炉炼钢；3)炉外精炼(二次精炼)；4)连铸。炼钢过程是个氧化过程，其去除杂质的主要手段是向熔池吹入氧气并加入造渣剂形成熔渣出来。脱碳反应是炼钢过程的主要手段，硅、锰、磷、硫等元素也通过氧化反应去除。炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂(石灰石等)、脱氧剂(硅铁、锰铁、铝等)、合金料等。炼钢方法---转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢(一)转炉炼钢
利用吹入空气或氧气对熔融的铁水进行氧化脱碳，炼出合格成分的钢锭。按炉衬材料性质有酸性、碱性之分，按吹入氧气的方式有底吹、顶吹、侧吹之分。1）原料：高炉经钢包送来的铁水，
2）操作：倾斜炉体，顺序加入石灰石、熔剂、废钢、铁水，插入水冷喷嘴，喷射高纯氧产生反应：2Fe+O2→FeO，FeO进入熔体扩散，完成脱碳、氧化吹炼。脱碳→CO→熔体沸腾，氧化加速。火焰由黄褐色→暗红色→长而明亮火焰→明显减少→液面平静→脱碳氧化结束。
（二)电炉炼钢：有电弧炉、感应电炉炼钢之分。
（1）电弧炉炼钢：依靠插入金属炉料间的电极通电后，产生的电弧熔化炉料。随着炉料不断熔化，池面上升，电极上升，到最高点时，炉料已完全熔化。此时，先后进入熔化、氧化期、还原期。熔化期：
○ 金属液体与炉气接触：2Fe+O2→2FeO
炉渣中：FeO+O2→Fe2O3或Fe3O4
渣界面上：Fe2O3或Fe3O4被Fe重新还原成FeO，一部分按分配定律进入钢液的FeO与硅、锰、磷氧化并与CaO生成炉渣，放热,使炉温上升到1590℃
2氧化期 T>1590℃
○ 反应：
a [C]+[O]→CO 上升的气泡会不断吸收钢液中的H2、N2，使钢液中的含气量下降。
b 脱P: 应控制渣中FeO、CaO浓度，形成烧结的4CaOP2O3渣，并及时排渣。
3还原期：脱氧、脱S，调整温度与成分。加入锰铁预脱氧后，加入生石灰、○
萤石、碳粉
FeO+C→Fe+CO
FeS+CaO→Ca2S(进入渣中)+FeO
（三）平炉炼钢 平炉炼钢的过程通常分为补炉、装料（铁矿石、石灰和废钢）、加热、兑铁水、熔化、精炼、脱氧和出钢等几个步骤。平炉炼钢的优点
①可大量使用废钢，而且生铁和废钢配比灵活；
②对铁水成分的要求不像转炉那样严格，可使用转炉不能用的普通生铁； ③能炼的钢种比转炉多，质量较好
4.连铸
连续铸钢是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯的工序。与模铸相比，连铸具有以下优越性：
1)简化工序、节能；2)铸坯切头率降低、金属收得率比模铸高7~12%；3)高效凝固；4)优化成型。
连铸工艺的流程为：钢液通过中间包注入结晶器内，迅速冷却成具有一定厚度的凝固壳而内部仍为液态的铸坯。铸坯下部与伸入结晶器底部的引锭杆衔接，浇注开始后，拉坯机通过引锭杆把结晶器内的铸坯以一定速度拉出。铸坯通过连铸二次冷却区时，进一步是受到喷水冷却直到完全凝固。完全凝固后的铸坯通过拉矫机矫直后，切割成规定长度，由输送辊道运出。
5.轧钢
轧制过程是轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。一般的轧钢工序可分为：加热炉 粗轧 中轧 精轧 精整。
二.论冶金与艺术设计之间的联系 1．环境艺术设计
笔者学习的专业是“陈设与装饰设计”，可说是由传统的“环境艺术设计”中的“室内设计”以及“景观设计”演变而来。
室内设计就是建筑的内部空间设计，不论是在建筑构思、材料选用还是在使用功能及精神审美上，很难让一个设计师在设计建筑时不考虑内部空间的功能、组成与形式的问题，或进行室内设计时不考虑建筑总体设计与调整的问题。美国著名建筑师沙利文提出“形式由功能而来”，即建筑的形式是由使用功能及精神功能而来，强调了功能对于建筑形式的影响及作用，而功能在很大程度上规定了建筑的内部空间(室内空间)及形式，这直接影响到建筑的内部空间的设计，即室内设计。人们经常提到“建筑的形式”，严格地讲它是由空间、体形、轮廓、虚实、凹凸、色彩、质地、装饰等种种要素集合而形成的复杂的概念，而室内设计同样也包括了这些要素。室内设计与建筑设计许多原理是共同的，设计时都必须考虑使用功能和精神功能，都符合构图规律，即都考虑尺度与比例、统一与变化、节奏与韵律、均衡与稳定、主从与重点等，都受材料、技术的同时制约，并受到时代、文化等因素的共同影响。纵观东西方建筑及近现代的重要建筑，设计师在设计建筑时无一不重视建筑的内部空间设计，如近现代的赖特、阿尔托、密斯、贝聿铭等建筑大师，他们不仅仅是对整个建筑空间的内外进行设计，而且还包括室内的家具、灯具、装饰、陈设等一切方面的设计。尽管室内设计有一定的独立性，但它是整个建筑设计和建筑理论不可分割的一部分，是建筑设计的有机组成部分之一，它们共同组成了建筑的整体。如赖特设计的著名的流水别墅及其室内，均体现出设计师对自然环境的尊重，因此设计中建筑形体、材料自身的美及室内陈设等与周围的天然环境达到高度和谐的统一，其建筑外观与室内充满自然气息和艺术魅力。2.工业设计 工业设计亦是属于艺术设计领域的范畴，虽然笔者并未学习这一专业，但或多或少地了解了一些相关的只是信息。
工业设计是指以工学、美学、经济学为基础对工业产品进行设计。工业设计分为产品设计、环境设计、传播设计、设计管理4类；包括造型设计、机械设计、电路设计、服装设计、环境规划、室内设计、建筑设计、UI设计、平面设计、包装设计、广告设计、动画设计、展示设计、网站设计等。工业设计又称工业产品设计学，工业设计涉及到心理学，社会学，美学，人机工程学，机械构造，摄影，色彩学，方法学等，是一门综合性将工业产品加以美化与功能化的学科。用以增加顾客的购买欲望，达到生产者的销售目的。
以上所述看似与冶金业没有太大关系，但无论是建筑或是工业产品终究是用材料来建造制作的的；无论是什么风格，什么形式，什么用处的建筑以及工业产品，亦都不能脱离所需要的建造材料而成为空中花园般的存在，而在材料中，金属材料最为常用。
所以笔者认为，冶金业从一定程度上限制了相关艺术设计工作的方向，同时，艺术设计也为冶金业的发展进步作出贡献，间接地推动艺术设计本身的发展，这是一个相辅相成的联系。
【参考文献】
[1]薛正良.钢铁冶金概论.冶金工业出版社.2008 [2]殷瑞钰.冶金流程工程学.[M].北京冶金工业出版社.2004,109～112 [3].沈峰满.冶金工程概论.[M].冶金工业出版社.2010-2-28
[4].马琪.谈室内设计与建筑设计之联系 昆明冶金高等专科学校建筑与艺术学院 [5].工业设计 百度百科词条
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