冶金工程專業(yè)論文
導語：本文從鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)：鐵礦石開采、高爐煉鐵和轉(zhuǎn)爐煉鋼。結(jié)合計算機做出了淺析。希望小編帶來的這篇文章對你有所作用。
摘要：計算機自動化與鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的聯(lián)系日益緊密，冶金企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)步步謹慎，在信息發(fā)達的今天，如何利用計算機的優(yōu)勢為冶金企業(yè)發(fā)揮最大的作用已成為必須研究的問題。文中先介紹冶金企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，分析其中的特點及技術(shù)技巧，然后介紹生產(chǎn)環(huán)節(jié)中涉及的設備特點及工作流程，再從計算機控制的角度分析冶金設備的不足和冶金企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需求，以此說明鋼鐵冶金聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)與計算機控制有著緊密的聯(lián)系。
關鍵詞：鋼鐵冶金 計算機 自動化 高爐 控制
引言：
本學期選修課，我選擇了冶金工程概論，因為這與我學習的計算機專業(yè)有著一定的聯(lián)系。通過十周的學習，在老師的耐心講解下，我對冶金專業(yè)有了一定的了解，結(jié)合計算機專業(yè)，我也有一定的見解，鋼鐵生產(chǎn)的性質(zhì)和生產(chǎn)設備對冶金企業(yè)有一定的影響，從利益的角度講，利用計算機控制設備生產(chǎn)既減少了企業(yè)的員工需求，又可以給員工提供一定的安全保障。
1鋼鐵冶金聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)
1.1 鐵礦石的開采
1.1.1鐵礦石開采技術(shù)要求
一般來說，必須有工業(yè)價值的礦床，然后才能考慮開采問題。因為我國富鐵礦石不多，所以品位越高，質(zhì)量越好。我國的工業(yè)品位定在大于45%，含磷越低，鐵礦石的冶煉和分選的成本越低，是冶煉廠青睞的，價格也較高。鐵礦石在理論上來說，凡是含有鐵元素或鐵化合物的礦石都可以叫做鐵礦石。但是，在工業(yè)上或者商業(yè)上來說，
鐵礦石不但是要含有鐵的成份，而且必須有利用的價值才行。
1.1.2礦石開采分類
礦石的開采一般分為露天開采和地底開采。
露天開采：成本低，利潤高，主要是利用挖崛機，裝載機，汽車，風鉆機，炸藥等。 地下開采：成本較高，還需要坑道支架和通風設備，鋪設礦山軌道，利用專門設備小火車運到地表。
1.2 高爐煉鐵
1.2.1高爐煉鐵過程
高爐煉鐵生產(chǎn)是冶金(鋼鐵)工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。 高爐生產(chǎn)是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏�，用導出的部分煤氣發(fā)電。
1.2.2高爐設備及其介紹
高爐設備：高爐、熱風爐、鐵水罐車等。
高爐：橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技 術(shù)經(jīng)濟指標良好，工藝 簡單 ，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經(jīng)預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵 ，還有副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣。
熱風爐： 熱風爐是為高爐加熱鼓風的設備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風爐及送風管道結(jié)構(gòu)、預熱煤氣和助燃空氣、改善熱風爐操作等技術(shù)措施來實現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，采用優(yōu)化的熱風爐結(jié)構(gòu)、提高熱風爐熱效率、延長熱風爐壽命是提高風溫的有效途徑。
鐵水罐車： 鐵水罐車用于運送鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。
1.3 轉(zhuǎn)爐煉鋼
1.3.1轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本冶煉過程
轉(zhuǎn)爐煉鋼是把氧氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量 （含1%的硅可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使爐內(nèi)達到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。煉鋼的基本任務是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。
轉(zhuǎn)爐的外形就像個梨，內(nèi)壁有耐火磚，爐側(cè)有許多小孔（風口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi)，又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐。開始時，轉(zhuǎn)爐處于水平，向內(nèi)注入1300攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)爐使它直立起來。這時液態(tài)生鐵表面劇烈的反應，使鐵、硅、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應遍及整個爐內(nèi)。幾分鐘后，當鋼液中只剩下少量的硅與錳時，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由于溢出的一氧化炭的'燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰。最后，磷也發(fā)生氧化并進一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫
化鈣，一起成為爐渣。當磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時，表明鋼已煉成。這時應立即停止鼓風，并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進行脫氧。整個過程只需15分鐘左右。如果氧氣是從爐底吹入，那就是底吹轉(zhuǎn)爐；氧氣從頂部吹入，就是頂吹轉(zhuǎn)爐。
轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成:
�。�1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設備等并進行必要的修補和修理；
（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；
�。�3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；3～5min后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；
�。�4）3～5min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；
�。�5）倒爐，測溫、取樣，并確定補吹時間或出鋼；
�。�6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。
1.3.2轉(zhuǎn)爐設備及其介紹
轉(zhuǎn)爐設備：轉(zhuǎn)爐、AOD精煉爐、VOD精煉爐、LF精煉爐、氧槍 、轉(zhuǎn)爐傾爐系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)爐：爐體可轉(zhuǎn)動，用于吹煉鋼或吹煉锍的冶金爐。轉(zhuǎn)爐爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內(nèi)襯耐火材料，吹煉時靠化學反應熱加熱，不需外加熱源，是最重要的煉鋼設備，也可用于銅、鎳冶煉。
AOD精煉爐：AOD即氬氧脫碳精煉爐，是一項用于不銹鋼冶煉的專有工藝。AOD爐型根據(jù)容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。裝備水平也由半自動控制發(fā)展到智能計算機控制來冶煉不銹鋼。
VOD精煉爐：VOD精煉爐是在真空狀態(tài)下進行吹氧脫碳的爐外精煉爐，它以精煉鉻鎳不銹鋼、超低碳鋼、超純鐵素體不銹鋼及純鐵為主。將初煉鋼液裝入精煉包中放入密封的真空罐中進行吹氧脫碳、脫硫、脫氣、溫度調(diào)整、化學元素調(diào)整。
LF精煉爐：LF爐是具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉爐。加熱一般通過電極加熱，攪拌是通過底部透氣磚進行的。
氧槍：氧槍是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設備，它是由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)組成。噴頭是用導熱性良好的紫銅經(jīng)鍛造和切割加工而成，也有用壓力澆鑄而成的。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮—擴張收縮型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比p出/p0
轉(zhuǎn)爐傾爐系統(tǒng)：
傾爐系統(tǒng)：變頻調(diào)速(變頻器+電機+減速機+大齒輪)。
傾爐機構(gòu)：傾爐機構(gòu)由軌道、傾爐油缸、搖架平臺、水平支撐機構(gòu)和支座等組成。
2計算機與冶金專業(yè)的聯(lián)系
自動化的動向和計算機控制與鋼鐵工業(yè)的聯(lián)系日益緊密，鋼鐵工業(yè)自動化的目的在于提高大型設備的生產(chǎn)效率，加強質(zhì)量管理，實現(xiàn)生產(chǎn)管理合理化以及省力化、無人化。提高大型設備的生產(chǎn)效率對于像鋼鐵工業(yè)這種具有大型設備的工業(yè)，為了提高投資效率，必須提高設備運行率。而且要求始終在穩(wěn)定狀態(tài)下運行。近代設備的理想條件，是要求設備本身具有自控能力，變化部分可以通過自動化來補償�？墒菍嶋H情況離這種理想條件很遠，設備的運行條件使冶金過程中計算機系統(tǒng)的控制成為必要。
為什么鋼鐵生產(chǎn)過程要實行計算機控制，或者說計算機控制的效果表現(xiàn)在哪里？為了說明這個問題，下面介紹鋼鐵生產(chǎn)過程的性質(zhì)和特點。
鋼鐵生產(chǎn)的性質(zhì)可概括為以下三點：一是大型裝置工業(yè)；二是需要復雜的生產(chǎn)過程；三是訂貨生產(chǎn)方式。
這些性質(zhì)具體表現(xiàn)為如下特點：
�、僭O備方面的特點是：單機設備大；多半不是連續(xù)過程，而是間歇過程；人工操作仍相當多。
�、谏a(chǎn)過程中物流的特點是：原料使用量大；要使用大量的能量和水；物流相當復雜；原料和成品的運輸量大。
�、凵a(chǎn)過程狀況的特點是：生產(chǎn)過程中物流多種多樣；高溫下作業(yè)。
�、馨从嗀涍M行生產(chǎn)的特點是：生產(chǎn)管理需要大量的信息；信息流和生產(chǎn)管理都很復雜。
⑤從勞動條件方面看的特點是：要求熟練工的作業(yè)多；多為高溫、重體力勞動。
這些特點，無論拿哪一項作為企業(yè)條件都是不容易的。以這種過程進行生產(chǎn)，從企業(yè)來講要降低產(chǎn)品成本是相當困難的。然而正相反，對鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量和價格的要求卻越來越苛刻了，這更加重了困難程度。也就是說，鋼鐵企業(yè)在原料、能量、設備償還和勞動力費用方面都受到很大壓力，而對如此嚴酷要求，必須找出有效的對策解決。計算機控制就是措施之一，鑒于鋼鐵生產(chǎn)過程的復雜性，只憑在其他工業(yè)的連續(xù)性生產(chǎn)發(fā)展起來的閉環(huán)反饋控制為基礎的一系列控制技術(shù)是很難解決問題的。而且今后鋼鐵工業(yè)的趨勢將是更困難、更復雜。鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)代化正在經(jīng)歷著種種變革。這些變革必須實行自動化，或?qū)崿F(xiàn)至少以自動化為前提的計算機控制系統(tǒng)。
結(jié)論
本文從冶金企業(yè)的生產(chǎn)特點和設備性質(zhì)上分析了冶金企業(yè)與計算機之間的關系，闡述了冶金過程中計算機系統(tǒng)的控制成為必要�？梢钥闯�，冶金企業(yè)受影響的因素很多，除了計算機，還有其他專業(yè)的知識也要用到冶金中。在以后的冶金過程中，加入更多計算機應用成為了一種趨勢。
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