第一篇：冶金反應工程學論文

鋁電解用惰性陽極的研究進展及NiFe204基惰性陽極腐蝕組元在電解質中的傳質問題

王有維

（昆明理工大學 冶金與能源工程學院，云南 昆明650093)）

摘 要：本文簡要介紹了國際上鋁電解惰性陽極方面較有影響的研究工作，以及國內在此領域的研究狀況。對惰性陽極材料的選擇問題進行較深入的探討．分析了陶瓷、金屬和金屬陶瓷材料在惰性陽極研究應用中所出現的問題，并對惰性陽極未來的研究發展方向提出了一些建議。其中NiFe204基金屬陶瓷是最具應用前景的鋁電解惰性陽極材料，國內外對其性能與制備技術進行了大量研究。并對NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕組元在電解質中的傳質問題進行了相關的分析。關鍵詞：鋁電解；惰性陽極；選材；NiFe204基金屬陶瓷；傳質問題

Research Progress of inert anodes in aluminum electrolysis and NiFe2O4 based inert anode corrosion component mass transfer in the electrolyte Abstract：This article briefly describes the more influential international aluminum electrolytic inert anodes research work, as well as the situation in this area.More in-depth discussion on the choice of the inert anode material.Ceramic, metal and cermet inert anode research applications, and the direction of future research and development of inert anodes made some suggestions.Aluminum electrolytic NiFe204 cermets most promising inert anode material, at home and abroad, its performance and Manufacturing Technology conducted a lot of research.And NiFe204based cermet inert anode corrosion component to the analysis of mass transfer in the electrolyte.Key words：Aluminum electrolytic;inert anode;selection;NiFe204 cermets;mass transfer problems

引言

鋁作為產量最大的有色金屬，是我國國民經濟的重要支柱產業，2006年國內原鋁產量和消耗繼續位居全球第一，分別為934萬噸和867萬噸。隨著國民經濟發展和人民生活水平的不斷提高，對鋁的需求還將繼續增長?，F行Hall-Herout鋁電解槽采用炭素陰陽極，噸鋁直流電耗高達13200kv，電能效率低于50％，同時消耗500kg優質炭素材料，巨大的能源消耗、資源消耗和環境負荷等正嚴重制約著鋁電解工業的發展，節能、降耗及降低污染是其未[1～3]來發展的方向?；诙栊躁枠O(析氧陽極)的鋁電解新技術可降低雛耗20％以上(按國內現有原鋁產量計算，年節電能力超200億千瓦時)，并能消除溫室氣體COz和致癌物質CFn與瀝青煙氣的排放，因而成為國際鋁業界和材料界的關注焦點和研究熱點。金屬陽極由于具備比陶瓷和金屬陶瓷陽極更為優良的導電導熱性和機械加工性能一直是鋁工業界和材料學界的關注重點，被認為是最有前景的鋁電解陽極材料之一。但是利用金屬陽極進行鋁電解，必須解決材料的抗氧化和耐熔鹽腐蝕問題，特別是在目前940～970℃(即使采用惰性陽極配合低溫電解質電解，溫度仍會高達750～850℃)的熔鹽介質和表面吸附新生氧的環境下，陽極工作表層的金屬與氧反應生成氧化物，金屬和氧化物溶解進入電解質，金屬離子還原沉積到陰極鋁液等問題。所以金屬陽極研究的重點是提高材料的抗氧化和耐腐蝕性以保證產品鋁的純度。1國內外技術發展概況

國外對于惰性陽極的研究進行的很早，參與過的機構比較多，但研究最多且離工業化較

[1]近的當屬Alcoa，以下是Alcoa及其后來者在惰性陽極及相關領域的研究工作。對于惰性陽極技術的探討迅速升溫，惰性陽極成了2000年國際鋁工業界最熱門的話題。2001年，惰性陽極熱潮波及到國內，我國在此領域的研究工作開始受到來自各方面的關注，大量的知名學者撰文評述惰性陽極技術，國家也加大了投入。原有的國家重大基礎研究項目計劃(即“973”項目)關于鋁電解方面的子課題全部改為“惰性電極系統的研究”，參加單位是東北大學和中南大學。后來，此項目研究又被列為十五“863”項目，由東北大學、中南大學、清華大學和中國鋁業公司鄭州研究院共同承擔。伴隨著國外惰性陽極熱的降溫，以及國內研究工作的深入進行，越來越多的問題擺在面前，一些專家學者開始對惰性陽極的研究提出 質疑，從事此項研究的人們也開始對此問題進行思考，此課題當如何深入進行下去，成為許多業內人士探討的話題。作為惰性陽極材料，應滿足以下基本要求：能耐電解質的腐蝕，溶解度小；能耐受新生態氧的滲蝕；有良好的導電性；機械強度高，抗熱震性強，不易脆裂；

[7～11]容易加工成型，易于與金屬導桿連接；原料價廉易得等。

目前研究的惰性陽極集中在氧化物陶瓷、金屬或合金、金屬陶瓷等3類材料，其中金屬或合金具有強度高，導電性能好、抗熱震性強、不易脆裂，易于加工成形，易實現與金屬導桿間連接等優點，是美國等發達國家近年來重點關注的材料體系。然而，單一成分的金屬(除貴金屬如鉑等外)難于滿足鋁電解陽極的惡劣服役環境，研究工作主要集中于合金惰性陽極，如銅基合金、銅鎳基合金、鎳基合金。

1.1鋁電解用惰性陽極的環境效益和社會效益

采用惰性陽極取代炭陽極，會為電解鋁工業帶來巨大的環境效益和經濟效益。

環境效益：2012年我國電解鋁產量達171.70萬噸，世界電解鋁產量近2600萬噸，環保壓力極大。如采用惰性陽極，將會消除或大大減少溫室氣體CO2和 CO、PAH（多環芳香

［2］烴）等有害氣體以及致癌物質CF4 和C2F6 的排放；同時陽極產生的是有價值的副產品—O2；這意味著電解鋁工業將由污染型轉變成綠色環保型。

經濟效益：節約陽極碳耗 400-500／Kg.AL，占鋁生產成本的12%-15% ；降低電解工藝能耗（包括生產炭陽極的能耗，總節能達 5%-32%）；節約勞動力的消耗，提高勞動效率；銷售O2（其價值約占鋁價值的 3%）；同時若采用惰性陽極新技術，新建鋁廠可節約投資35%。

2鋁電解惰性陽極材料分類

2.1金屬陽極

金屬（合金）具有良好的導電性、強度和抗熱震性等優點，是較理想的鋁電解陽極材料。但除某些貴金屬外，金屬陽極在鋁電解槽的生產環境中不能充分抵御冰晶石熔體腐蝕和陽極產生的高溫氧氣的氧化。目前，金屬（合金）型惰性陽極仍在探索中。

［3］［4］單質金屬方面Belgav and studentsov和kronen berg研究發現在鋁電解條件下，Cu、Ni、Cr和Ag的陽極表面被不斷析出的O2 所氧化，不能形成致密的氧化膜而被消耗，［5］不適合做陽極。S.s.Djokic和B.E.conwqy對W、Ni和不銹鋼的研究發現，這些金屬陽極在鋁電解槽的生產環境中也不能抵御冰晶石熔體和氧的腐蝕，也不適合作鋁電解的惰性陽極。可選用的材料，只有Pt 電極可滿足鋁電解的苛刻條件，但其價格昂貴，不能用于工業生產。

［6］合金方面J.N.Hryn 等對Cu-Al、Ni-Al、Cr-Al、Fe-Cr Al 合金用做陽極進

［7］行了研究:TheodoreR.Beck等對Cu-Ni-Fe合金陽極，在750℃、CR=1.29的條件下連續電解兩天，發現生產能耗僅為11KWh ／kg.Al，鋁產品的純度符合標準，但在擴大試驗中出現了諸多問題:J.A.Sekhar等對Ni-Al-Cu-Fe 合金陽極進行研究，發現其不能充分

［9］抵御冰晶石熔體和氧的腐蝕，也不適合作鋁電解的惰性陽極。石中寧、邱竹賢等對Cu-Al（Fe、Cr）、Cu-Ni-Al-Ag金屬陽極的研究表明：Cu-Ni-Al的抗氧化性較好，電解質中氧化鋁的濃度對合金機體表面膜的生成與溶解影響較大，溫度越低，金屬的抗腐蝕能力越強，對Ni-Fe合金陽極的陽極研究發現，Fe／Ni=1.42時，合金的綜合性能較好，電解時其表面形成了NiO、Fe2O3 和NiFe204等氧化物，電解鋁產品質量達到97.7%-99.1%；目前研究的合金惰性陽極，只有Ti-Au 合金在性能上幾乎完全達到了所有的電化學要求，但因其太昂［10］貴而被放棄。

［11］反應膜保護層：Sadoway提出反應膜保護層概念，即在金屬表面氧化生成致密的氧化保護層，從而使金屬內部免受侵蝕，同時氧化層不能過厚，不能影響陽極的導電能力。此技術的關鍵在于使氧化層的溶解速度與生成速度一致，材料處于一種動態平衡之中。Moltech 公司開展了梯度惰性陽極和多孔惰性陽極的研究工作，目的是在金屬表面找到穩定氧化膜。

［12］鋁電解動態金屬陽極：在1999TMS年會上，J.N.Hryn和M.Pellin提出了鋁電解動態金屬陽極的概念，該陽極包括一個杯形合金容器，容器內含溶解鋁的熔鹽；在氧存在的情況下，外面形成的氧化鋁膜厚度足以保證電極免于腐蝕和維持導電性。膜的再生通過熔鹽中鋁擴散來實現，周期性添加鋁來保證熔鹽中的活度，產出的鋁遠大于添加的鋁，從而達到陽極的惰性。

2.2金屬氧化物陶瓷

氧化物陶瓷材料由于其顯著的化學惰性而倍受關注。但幾乎所有的氧化物在冰晶石熔體

［13］中都會有不同程度的溶解，其中SnO2 基氧化物、尖晶石類和CeO2 涂層溶解速度緩慢被作為陽極材料的首選。

SnO2基氧化物：SnO2的高溫電阻較小，添加其它金屬氧化物改善導電、成型等方面的性能。薛濟來、邱竹賢在SnO2中添加ZnO、CuO、Fe2O3、Sb2O3、Bi2O，制得了導電性和耐腐蝕性都較高的陽極材料，并成功地進行了100A的擴大實驗。

［14］尖晶石型：尖晶石型材料在冰晶石熔體中有不同程度的，其中Zn Fe2O4、Ni Fe2O4質

［25-30］材料在冰晶石中的溶解度較小、導電性好等優點，研究較為深入。

雖然有關SnO2基、尖晶石型陽極材料的研究論文和專利很多，都因為材料本身在電解質熔體的腐蝕問題，一直沒有達到工業實驗的規模。

涂層：CeO2 涂層在冰晶石表現出良好的抗腐蝕性和導電性，可與其他基體材料相結合作為良好的惰性陽極材料；其結合方式有兩種：一種是在某種基體上直接沉積一層該涂層后用于電解陽極，另一種是添加Ce離子到冰晶石熔池中，由于電解時極化的作用而沉積在陽極表面。2.3金屬陶瓷

金屬陶瓷集中了陶瓷材料（低的腐蝕速率和抗氧化性）和金屬材料（良好的導電性和較高的抗熱沖擊強度）的優點，其氧化物基體形成抗腐蝕網絡，網絡中的金屬相增強了材料的導電性，被看作是最有前途的惰性陽極的材料。

Ni Fe2O4+ NiO+Cu：頗具代表性的是美國鋁業公司（Alcoa）研制的含有17% Cu 和51.7% NiO+48.3% Fe2O3的陽極材料，通過大量的試驗測試，普遍認為它的各種性能是最為穩定的，但在大型化上尚有一定的問題，Alcoa目前正積極調整其配方，希望其將能夠在工業鋁電解鋁上得以應用。

Ni Fe2O4+ NiO+Cu+Ag：為了提高惰性陽極的導電性，Alcoa調整了其成分，向惰性陽極

［16-19］中加入了一定量的銀。Alcoa的惰性陽極專利報道，含鐵酸鹽（如Ni Fe2O4或Zn Fe2O4）和金屬氧化物（如NiO或ZnO）尖晶石結構的陶瓷相和Cu-Ag合金相構成惰性陽極。

［9］Fe-Ni-Al2O3：石忠寧和邱竹賢研制了Fe-Ni-Al2O3金屬陶瓷型惰性陽極，發現此類陽

［8］極所能達到的最低腐蝕速率為 18mm／a，電解鋁的純度可達98%，有的可達99% ；進行100A 的擴大試驗電解后，計算得到陽極的年平均腐蝕速率為19mm／a，陽極產物為純氧氣，電解鋁的純度接近98%，電流效率為70%。

［20］徐君莉等對Fe-Ni-（Al2O3）惰性陽極在20.6NaF-43.2AlF3-22BaF2-14.2Ca F2（Wt%）重電解質體系中的研究發現，其電流效率可達810% 以上，電解鋁的純度達99.4%。NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極

3.1 NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極研究背景

現代鋁電解工業追求高效率、低能耗、無嚴重污染的工藝，而傳統鋁電解槽采用消耗式碳素陽極，不僅成本高，而且污染嚴重、操作條件惡劣。長久以來，人們在進行新方法煉鋁的研究中一直把尋找降低能耗、降低生產成本的陽極材料作為重要的發展方向之一。

從利用Hall—H6muh熔鹽電解法煉鋁開始，人們就在尋找惰性陽極以取代消耗式碳陽極。20世紀80年代以來，對惰性陽極的研究進入了一個全新階段，針對合金陽極、金屬氧化物陽極和金屬陶瓷陽極開展了大量實驗研究，而且還進行了擴大化實驗。金屬陶瓷是一種由金屬或合金同一種或幾種陶瓷相所組成的非均質復合材料，兼具有陶瓷良好的熱化學穩定性、強耐腐蝕性、抗氧化性和金屬良好導電性及熱沖擊性等優點，長期以來被認為是一種最具應用前景的鋁電解用惰性陽極材料。研究表明，具有尖晶石結構的NiFe2O4。陶瓷在Na3A1F6-A1203，熔體中表現出比其它氧化物陶瓷更強的耐腐蝕性能，是一種較好的惰性陽極基體材料。

3.2 NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽極優點

近二十年來人們在致力于開發采用惰性電極系統的鋁電解技術，其核心是惰性陽極。惰

［11］性陽極是指不消耗陽極，與現行碳素陽極相比，惰性陽極至少有以下幾方而的優點：

一、經濟方面

l、惰性電極可取代碳素電極節省大量優質碳素材料，節省更換電極的勞動力成本；

2、由于它在電解過程中，外形尺寸穩定，可降低電極的極距，從而可大大減少電解鋁生產的電耗。特別是在同時使用惰性陽極和惰性陰極的情況下，效果更為履著，預計節能最高可達35％；

3、改用惰性電極后，電極不再參加反應，而是0直接在陽極放電生成氧氣，氧氣可作為電解鋁生產過程中陽極的副產品，加以回收、利用。

二、環保方面

惰性電極的使用，可以根除產生溫室效應的C02氣體，以及電解鋁中其他有害氣體，如CF4、C2F6等的排放，從而有利于電解鋁生產操作工人的健康和環保方的要求。

由于惰性電極具有上述兩大方面的優點，因而自從Hall—Heroult電解槽發明以來惰性電極材料的研究從來沒有中斷過。惰性電極的應用將是H—H怯電解生產鋁過程的一次工業

［24］革命，勢必會對電解鋁生產技術的過濾和提高其經濟效益具有重大的意義，因此研制惰性陽極已經成為國際上革新鋁冶金技術的重要發展方向。3.3惰性陽極材料性質及其選用要求

由于鋁電解生產條件的特殊性，使得惰性陽極材料的選擇范圍極其狹窄，根據目前的觀

［25］點，惰性陽極材料必需滿足以下幾點要求：

1、在鋁電解的環境中(溫度為960℃～970℃，電解質為腐蝕性極強的冰晶石一氧化鋁熔鹽)，能耐受高溫電解質和鋁液的腐蝕(年腐蝕速度(3cm／a)，溶解度小；

2、能夠耐受新生氧的滲透腐蝕作用，可以生產出工業用純鋁；

3、陽極材料容易得到，而且價廉；

4、容易加工成大型部件易于與金屬導體連接；

5、機械強度高，抗熱震性強，不易脆裂；

6、有良好的導電性。從材料方面來說，單純地由氧化物組成的材料的導電率比較低。經研究發現不添加銅的-1純鐵酸鎳材料的導電率只有10Ω·cm，其電阻率P和溫度T的關系滿足半導體材料的關系式：

LgP=Lgpo+u／(2．303T)????? l-1 式中：u一導電激活能；

K一波爾茨曼常數；

在純鐵酸鎳基體材料中添加金屬銅(5～17％)后，材料的導電性有所增加，添加17％的-1銅的材料導電率提高到90Ω·cm，但銅的添加量不能超過20％，否則材料不易成型，廢品率高。他們認為以后的研究應通過使金屬陶瓷中金屬材料的粒度和結構最佳化來改進其導電率。1996年，挪威的Jomar．Thonstad繼續了上述工作，他采用一些新的方法，運用相同的制備方案獲得了一種具有更好晶粒結構的鎳鐵基金屬陶瓷材料。主要是因為比S．P．Ray使用了更細小的粒度的材料，因而制造出更致密的鎳鐵基金屬陶瓷。實驗結果表明其惰性陽極腐蝕率已得到改進，達到了0．12cm／a，可見材料粒度對惰性陽極性能是很有影響的。但實際上，在粉末冶金中，粉末材料的粒度會直接影響到制品性能，尤其對硬質合會和陶瓷材料更是如此，一般要求越細越好。但也不能一味的靠減少粒度來提高性能，如果粒度過小會給以后的大型化陽極帶來更大的困難?；饘俣栊躁枠O腐蝕組元在電介質中的傳質問題研究

4.1 傳質理論介紹

由于鋁電解質的高溫、高腐蝕性，所以對于陽極腐蝕組元在電解質及鋁液中的傳質過程文獻報道不多。到目前為止，關于惰性陽極腐蝕組元在電解質中傳質過程的理論是由Evan。

［28］和Keller提出的傳質理論。他們認為，陽極腐蝕組元的遷移、擴散過程為傳質控制。惰性陽極的腐蝕是個復雜的過程，它涉及到陽極組元溶解進電解質的過程、從電解質遷移擴散進鋁液的過程。所以認識這些過程并且控制這些過程對降低惰性陽極的腐蝕是很有幫助的。

［29］惰性陽極在熔融冰晶石混合物體系中的傳質過程以圖2來說明.簡單的理論推導如下:

n+ 腐蝕產物以離子M的形式遷移到陰極最后被陰極鋁還原成金屬M:

假設過程為傳質控制，上述反應為線性反應，則描述陽極溶解產物由陽極遷移到陰極［31］過程的擴散方程為:

式中: c(t)—跟時間有關的陽極溶解產物濃度，mol·m；

Csat—陽極溶解產物在電解質中的飽和濃 度，mol·m-3；

kan—為陽極溶解產物從陽極到電解質遷移過程的傳質系數，m·s-1； Aa,Am—分別為陽極、陰極的表面積，m2； V—為電解質的體積，m3；

Kcal—榕解產物從電解質遷移到陰極過程的傳質系數，m.s-1。

-3上述一階方程的解為:

運用上述方程時應注意以下三點: 1)過程中假設kan>>kcal，即整個過程為傳質控制，即陽極組元從陽極腐蝕、溶解進人電解質的傳質系數遠遠大于由電解質經遷移、擴散進人陰極鋁的傳質系數；

2)為了使上述方程能在實際電解槽中應用，引人一個腐蝕產物的初始濃度co； 3)上述陽極腐蝕產物從陽極到陰極鋁的遷移過程最后達到一個“穩態”過程，“穩態”過程的標志是陽極腐蝕產物從陽極溶解進人電解質的速率等于其從電解質遷移、擴散進人陰極鋁的速率，此時陽極腐蝕產物在電解質中的濃度為“穩態”濃度co，它和腐蝕產物在電解質中的飽和濃度csal有區別。通過引人腐蝕產物濃度co和“穩態濃度”cm，方程(3)變成:

式中:co—腐蝕組元在電解質中的初始濃度；

cm—腐蝕組元在電解質中的穩態濃度。

如果kan>>kcat時，可由計算得出的cm來準確地預測csat。而在實際的鋁電解槽中，由于電解質/鋁液界面存在一滯留層，使得陽極腐蝕產物從電解質向陰極鋁遷移、擴散的過程非常緩慢。在實際的過程中往往存在kan>>kcat，所以從腐蝕產物的“穩態”濃度和飽和濃度的［30］接近程度即可判斷模型和假設是否合理。4.2 過熱度對復試組員傳質的影響

傳質的過程往往是偏離平衡狀態的過程，而偏離平衡狀態的程度決定了傳質推動力的大小。從腐蝕組元從金屬陶瓷表面溶解進人電解質開始，腐蝕組元在金屬陶瓷惰性陽極表面的濃度一直高于陰極鋁液附近的濃度，正是這種濃度差導致了傳質的發生。從動力學觀點來看，過熱度的升高必定導致金屬陶瓷在電解質中的溶解度增大，即增大了腐蝕組元在金屬陶瓷/

［34］電解質界面的濃度，使濃度差增大，最終導致了傳質推動力的增大。結語

綜上所述，NiFe2O4基金屬陶瓷可望兼備NiFe2O4陶瓷的強耐腐蝕和金屬的良好導電與力學性能，但作為鋁電解工業應用惰性陽極材料，仍存在一些急需解決的問題：

(1)通過金屬陶瓷惰性陽極的強韌化機制研究，提高材料的斷裂韌性和抗熱震性能；通過金屬陶瓷惰性陽極的表面金屬化及其與金屬間高溫自耦合電連接機制研究，實現與金屬問良好高溫電連接；在力學性能方面為大尺寸惰性陽極的長壽命電解生產奠定基礎。

(2)以降低惰性陽極腐蝕率為中心，研究新型鋁電解質物理化學性質及其與惰性電極的交互作用，研究新型鋁電解槽的物理場耦合分布與演變規律及冶金學行為，獲得最適宜于惰性電極的新型電解槽結構、鋁電解質體系及電解工藝調控手段，促進惰性陽極的成功開發，最終實現惰性電極系統的整體突破。

此外，對于NiFe2O4基金屬陶瓷組元傳質對于與陽極、陰極的組成有關外，而且電解槽的形狀也不盡相同。所以不宜單純從數量上對傳質系數進行分析，而應該在相同的條件下橫向對不同的組元的動力學參數進行分析和討論。即陽極腐蝕組元從陽極進人電解質的大小順序來看，Fe的抗腐蝕性能是最差的，Ni次之，最好的是Cu組元。

參考文獻

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第二篇：冶金流程工程學

鋼鐵制造流程的解析集成及討論

【關鍵詞】鋼鐵制造流程 解析 集成 工序功能集 冶金流程學

【摘要】鋼鐵制造過程從本質上看是集物質狀態轉變、物質性質控制和物質流有效管制于一體的、多維的過程物流管制系統．迫切需要有一種立足于制造過程整體系統上的理論，來解決整體流程中的物質流、能量流、信息流優化集成問題

主要內容：對鋼鐵制造流程中若干深層次的理論問題進行了科學分支意義上的討論，對工序功能集的解析－優化、工序關系集的協調－優化和流程工序集的集成－優化等給予物理－數學方面的概述和描述，提出了對可能發展起來的學科分支－冶金流程學的展望，同時進一步指出，制造流程的系統理論和制造過程的信息系統是２１世紀制造科學、制造工業發展的共性基礎理論。

現代鋼鐵制造流程系統已發展成包含資源及能源利用、質量控制、新品開發、環境保護等內容的工程技術大系統，并進一步向準連續化／連續化、緊湊化／簡化、高效化和綜合利用、環境友好的方向發展．鋼鐵制造流程的特點是：規模以年產百萬噸計，而其關鍵環節的工藝控制和裝置的技術水平不亞于任何“新”材料的水平。鋼鐵工業成為世界上最高產、高效和技術先進的工業之一, 進入21世紀更面臨著市場競爭和可持續發展的挑戰。

一個多世紀以來，鋼鐵制造過程一直是以解析的方法為主，將整個制造過程分解成原料準備與處理、焦化、煉鐵、煉鋼、凝固、金屬塑性壓力加工、金屬熱處理等工序并形成了學科分支，然后機械地將過程聯接起來．造成了過程物質流的停頓、間歇，過程物質溫度的多次起伏，能耗及物耗高、排放

量大、過程時間長等問題．因此，迫切需要一種立足于制造過程整體系統上的理論，來解決整體流程中的物質流、能量流及信息流優化集成問題—— 即進行鋼鐵制造流程解析一集成優化的研究，提出新的理論和方向，以支持鋼鐵工業的健康發展．鋼鐵制造流程的本質

鋼鐵制造流程是由諸多完全不同功能的工序、裝置所構成的流程系統。從根本上看，鋼鐵制造流程性能結構的本質是物質狀態轉變、物質性能控制、物質流管制在時間、溫度和空間上的融合、貫通、協調和控制。冶金流程學和鋼鐵制造流程的解析與集成長期以來，冶金學科的劃分突出強調了過程解析基礎上的學科分支，缺乏總體相關性、系統性；并在某種程度上影響了用過程信息系統等高新技術改造傳統工業的有效性因而，作為面向21世紀的工程科學問題，應該探索和研究跨現有學科分支的、作為冶金制造流程系統理論的新學科分支—— 冶金流程學，研究制造流程的結構、功能本質及其解析與集成，無論在科學上還是經濟上都有非常重要的價值

2．1 鋼廠結構的演進

第二次世界大戰以后．鋼鐵制造流程逐步由間歇型向準連續／連續型過渡，工藝流程不斷緊湊化、準連續化／連續化，產品結構專業化是鋼廠結構調整的主要方向同時，從主要注重規模的擴大和流程中工序功能的簡單劃分(解析)和簡單疊加，轉向不僅注重流程功能的解析．而且越來越注意流程功能的綜合集成以及在此基礎上的流程結掏優化．

2．2 鋼鐵制造流程的結構解析

流程系統內各單元工序／裝置應在流程整體優

化的原則指導下：

— — 選擇、分配、協調好諸多工序／裝置各自的優

化功能，建立起解析 優化的工序功能集合：

— — 建立、分配、協調好諸多工序／裝置問相互的關系 建立起協調一優化的工序關系集合— — 在工序功能集的解析 優化和工序關系集的協調一優化的基礎上重新組合成新一代的流程工序集，即實現流程系統內工序組成的重構一優化．所謂流程系統結構是指系統內具有不同特定功能的工序的構成集合和各單元工序之間在一定條件下所形成的相互關系集合系統結構的內涵不只是系統內各工序的簡單的數量堆積和數量比例，更主要的是工序功能集、工序關系集的合理性、系統運行的動態可調性及其內在的活力狀況．

鋼鐵制造流程的解析一綜合集成研究，就是根據流程系統的目標

(群)的需要來引導流程系統的結構優化和功能優化．基本內容將涉及圖4所示過程工序功能集(包括單元工序功能集)的解析一優化、工序關系集(相鄰的、長程的)的協調一優化和流程系統工序集的重構一優化過程科學與信息技術在制造流程中的結合鋼鐵工業屬于流程制造業信息技術在鋼鐵制造流程中的應用將主要體現在對過程的描述(反映)，對過程或裝置的調控、反饋以及對流程系統的評估 優化等方面．經過不斷完善將會形成一種流程系統的控制策略流程系統的控制策略主要集中在對工藝過程中主要參數的調控、優化和使工藝過程中各工序總體目標的穩定實現隨著過程物流在工序間流動運行．控制策略將呈現銜接

傳遞、轉變、遺傳等特性要求．當然，流程系統的控制策略必須是既能在各工序中貫通．又能在一系列工序的各自優化目標上分別得到調控和實現如前所述，鋼鐵制造贏程的特性可用工序功能集(F)、工序關系集()和流程工序集()來描述為了實現對流程的 體協調 優化和評估 判斷一反饋調控．在流程系統中必須有一系列的控制策略，形成控制策略集(G)這樣．流程系統及其各工序經過主要由信息技術構成的控制策略集的調控后．將分別產生工序的輸出集。4 結論

‘l呔制造”的概念已在全球范圍內得到廣泛認可，它幾乎包括了一切工業產品的制造業．制造流程系統理論和制造過程信息系統是21世紀制造科學、制造工業發展的重要共性基礎理論．鋼鐵工業是一種流程制造工業，它既不同于離散事件型的機械制造裝配工業，也不同于石油化工類的連續過程工業．鋼鐵工業是介于兩者之間的混合類型．其制造流程的特點是間歇／準連續型的物質流過程

鋼鐵制造過程從本質上看是集物質狀態轉變、物質性質控制和物質流有效管制于一體的、多維的過程物流管制系統．迫切需要有一種立足于制造過程整體系統上的理論，來解決整體流程中的物質流、能量流、信息流優化集成問題．

作為科學問題，應該探索和研究跨現有冶金學科分支的冶金流程學這一可能發展起來的學科分支冶金流程學應建立在對鋼鐵制造流程進行解析一集成的研究以及過程科學與信息技術結合的基礎上．將涉及鋼廠結構整體優化的工程邏輯，以及制造流程中工序功能集的解析一優化、工序關系集的協調一優化和流程工序集的重構一優化等

面臨21世紀經濟全球化的趨勢，全球鋼鐵工業的根本性命題是市場競爭力和可持續發展。這就要求全球鋼鐵工業都要從總體戰略上來觀察問題、解決問題．而不是把上述重大命題簡單地割裂成為產量、規模、質量、品種等孤立問題．“頭痛醫頭、腳摘醫腳”地解決．甚至引起顧此失餿的矛盾；時至今日．應該從根本上考慮問題．追求從戰略整體上來解決時代性的命題。

然而對鋼鐵產品質量的認識，要避免滿足于化學成分合格、尺寸公差合格，也不能局限地從材料學角度來看某些力學性能。事實上把質量問題孤立化，往往只能做到勉強交貨，或是不惜工本、不惜犧牲生產效率，交幾件特殊專用產品或試驗產品，而這無助于從整體上增強鋼廠的持續競爭力。最后，中國鋼鐵工業應該充分發揮現代鋼廠的3個功能[5]，通過鋼鐵制造流程的優化、產品結構的調整和優化以及產品質量的提高，充分發揮鋼廠生產流程的能源轉換功能，節能降耗和消納處理社會大宗廢棄物等方面的努力，到2020年左右，成為全球一流的產鋼國。

第三篇：材料工程學論文

材料工程學小論文題目和要求：

按照科學論文（綜述）的構架和規范(比如包括摘要、結論和參考文獻)，4000——5000字。一月十號前交。

1.請論述紅外探測的基本原理；熱敏型紅外探測的工作原理，以及其中的2種類型和相應的紅外探測材料。

2.請論述紅外探測的基本原理；熱釋電型紅外探測的工作原理和相應的紅外探測材料。

3.請論述紅外探測的基本原理；光子型紅外探測的工作原理和相應的紅外探測材料。

4.請查找和論述“嫦娥三號”登月探測器上用到的至少3種類型的材料和工作原理。

5.請查找和論述“玉兔”球步行車上用到的至少3種類型的材料和工作原理。

第四篇：冶金論文

重慶科技學院 冶金工程概論課程論文

計算機技術在冶金企業中的應用于發展趨勢

摘要：主要介紹了仿真技術，三維空間計算機輔助技術，計算機輔助工程（CAE）等概況及應用。

關鍵詞：計算機仿真 三維空間 計算機輔助工程

1仿真技術

1.1仿真技術的概述

仿真技術亦稱為模擬技術。仿真技術是以相似原理、信息技術、系統技術及其應用領域有關的專業技術為基礎，以計算機和各種物理效應設備為工具，利用系統模型對實際的或設想的系統進行試驗研究的一門綜合性技術。仿真技術集成了當代科學技術中多種現代化頂尖手段，極大地擴展了人類的視野和時限能力，在科學技術領域產生著日益重要的作用。

隨著計算機軟硬件的高速發展,使得計算機模擬仿真技術也得到了長足的發展,目前計算機模擬仿真技術已經在國內外廣泛應用。計算機模擬與仿真技術在冶煉、精煉、連鑄、軋制過程的流場、溫度場、應力場以及金屬組織性能的預測與控制,鋼鐵制造過程的成分與板形精確控制、工藝技術優化、新產品開發的預先模擬試驗,都需要模擬與仿真。它不但可以節約新產品、工藝開發時間和費用,提高試驗成功率,而且,容易形成企業自主知識產權的工藝與產品,從國內外鋼鐵企業的發展來看,企業的核心技術部分來自于計算機模擬與仿真技術以及數據積累而形成的精確控制模型。

1.2仿真技術的應用

我國在這一領域起步較晚,但是隨著科學技術的發展,以及市場競爭的日益激烈,很多企業都在工藝方面加強力度,目前很多研究機構及高校利用有限元分析對于冶煉過程和軋制過程進行了相關研究。國內各大鋼鐵公司利用模擬仿真技術,針對型鋼的軋制過程進行了相關理論研究工作,在新規格、新產品的開發方面取得突破,同時對汽車用鋼進行了模擬分析,直接對其客戶進行仿真分析及模具設計的理論支持。有限元軟件中的Multiphysics模塊主要用于結構和溫度場分析,屬于多物理耦合場分析模塊:LS-DYNA模塊主要用于大變形分析,例如軋制、沖壓等;CFX模塊主要用于流場分析,例如在冶金界的高爐、轉爐、電爐、大包、中間包、結晶器等方面的流場分析:DYNAFORM模塊主要用于沖壓成形,例如汽車板的沖壓。

2三維空間計算機輔助技術

2.1三維空間計算機輔助設計技術的概述

三維空間計算機輔助設計技術的最大特點是：所見即所得。就是說設計人員通過各種三維空間軟件在計算機上進行建立模型操作，通過軟件的渲染，功能就能真實表現出實際需要的各種實體模型。而且三維空間軟件都有巡視功能，操作者可以通過移動鼠標調整視線的不同位置來觀察，甚至把自己置身一個煉鋼廠房中查看整個冶金工藝流線的各種設備和管道的布置。

2.2三維空間計算機輔助技術的應用

根據工藝專業所提設計資料通過CAD軟件（CAD、3D CAD、PKP Mcad等平面及三維設計軟件）作圖繪制。而后進行確認，同時進行實體模型的建立和渲染。大型冶金工業設計牽扯工藝、設備、建筑、結構、通風、給排水等多個專業，各專業之間需要協調工作才能完成設計任務。隨著計算機網絡技術的日臻成熟，現已可以實現不同專業、多工作站共同工作的網絡平臺三維空間計算機輔助設計技術的應用。各專業設計工作通過網絡平臺的三維空間計算機輔助設計技術互相對設計方案進行調整，直至符合要求。

三維空間技術的載體是計算機系統。系統組成分硬件和軟件。硬件主要有性能優良的計算機，大屏幕顯示器，彩色噴墨打印機；軟件主要有Windows操作系統，CAD、3DCAD、PKPMcad等平面及三維設計軟件。大型冶金企業設計牽扯工藝、設備、建筑、結構、通風、給排水等多個專業，各專業之間需要協調工作才能完成設計任務。隨著計算機網絡技術的快速發展，現已實現不同專業、多工作站共同工作的網絡平臺三維空間計算機輔助設計技術的應用。

3計算機輔助工程

3.1計算機輔助工程的概述

計算機輔助工程(CAE),包括工程和制造業信息化的所有方面,但是傳統的CAE主要指用計算機對工程和產品的功能、性能與安全可靠性進行計算和優化設計,對未來的工作狀態和運行行為進行模擬仿真,及早發現設計缺損,改進和優化設計方案, 證實未來工程或產品的可用性和可靠性。

CAE技術主要體現在有限元分析、虛擬仿真技術和優化設計三個方面。有限元分析的主要對象是零件級,包括結構剛度、強度分析、非線性和熱場計算等內容;虛擬仿真技術的主要對象是分系統或系統,包括虛擬樣機、流場計算和電磁場計算等內容;優化設計的主要對象是結構設計參數。

從運用有限元法對已設計工程或產品的性能進行簡單校核,逐步發展到對工程或產品性能的準確預測,再到對工程或產品工作過程的精確模擬仿真,有限元法和仿真技術發揮了重要作用,提高了工程或產品的性能、質量。而最優化技術的采用又降低了工程或產品的成本,縮短了開發周期,減輕了人的勞動,并大大增

強了產品的競爭力。

在工程中應用CAE技術,需要一個載體,而 CAE技術的載體就是CAE軟件。CAE軟件是結合計算力學、計算數學、相關的工程科學、工程管理學和現代計算技術,而形成的綜合性、知識密集型信息產品,是實現工程或產品的計算分析、模擬仿真與優化設計的工程軟件,是支持工程科學家進行創新研究和工程師進行創新設計最重要的工具和手段。

常規的通用CAE軟件一般均由前處理、有限元分析、后處理三部分組成,每部分的組成及功能如表 1所示。

表1 通用CAE軟件的組成及功能

名稱 組成及功能

前處理 三維實體建模與參數化建模，構建的布爾運算，有限元剖分與節點編號，節點參

數生成，載荷與材料數據輸入，節點載荷生成，有限元模型信息的生成等

有限元

分析 有限單元庫，材料庫及相關算法庫，約束處理算法，靜力、動力、振動、線性與非線性解法庫及相應的有限元系統組裝模塊庫等

后處理 有限元分析結果的數據平滑，各種物理量的加工與顯示，根據設計要求對產品按

工程規范進行設計數據檢驗，優化設計，繪制設計圖等

3.2 計算機輔助工程的應用

鋼鐵工業是世界工業化過程中最具成長性的產業之一,長期成為各個工業化國家的重要產業。在我國,雖然整個現代化建設以傳統原材料為基礎的狀況已在發生改變,但鋼鐵仍是基本的結構材料和產量最大的功能材料。鋼鐵工業具有很強的產業關聯性,上游影響交通運輸、采礦、耐火材料等產業,下游影響建筑、汽車、造船、金屬制品、機械電子等行業。鋼鐵工業依然是工業化國家最重要的產業部門之一,其發展狀況也是衡量其工業水平和綜合國力的重要指標。世界范圍內鋼鐵工業正面臨著新技術蓬勃發展、結構變革的局面。用高新技術改造傳統鋼鐵工業,加速結構優化,提高市場競爭力,是發展鋼鐵工業的主流趨勢。計算機輔助工程(CAE)技術以其高效率、低成本的優勢在鋼鐵工業中得到了廣泛的應用。通過CAE技術,可以對鋼鐵工業中從冶煉到加工的各個工藝過程進行計算機過程模擬、系統優化、自動控制,采用計算機對生產過程、工藝參數及生產結果進行模擬和對整個系統進行優化,以實現生產的超前規劃和設計。

冶金設備作為冶金技術的載體,本身具有大型、重載、高速、連續、自動化、精密化等特點,而且往往工作在高溫、重載、高粉塵、大沖擊等惡劣條件下,許多性能無法采用實物試驗的方法獲得。近年來,國內外冶金生產中,不斷出現重大設備事故,也都涉及到設備的力學行為。同時,冶金工業的發展對機械設備的性能和

使用條件提出了許多新的要求。如近年出現的短流程技術及連鑄連軋技術,這些關鍵技術集中表現為要解決的關鍵結構設計及力學問題,包括強度問題、運動學及動力學問題和傳熱及熱應力問題,也對冶金機械設計研究和開發提出了更高的要求。因此CAE技術在冶金設備的設計研究上也得到了廣泛的應用。

目前CAE技術在煉鐵生產中取得的主要成果有:采用有限元法建立高爐復雜料面及中心裝焦條件下的煤氣流場和壓力場解析模型、高爐固態爐料流場和勢函數解析模型，分析高爐中心裝焦條件下的高爐狀況。利用CAE技術計算分析高爐冷卻水的穩定性、流速、冷卻水管與冷卻壁本體的間隙及冷卻的高度對長壽高效高爐冷卻壁壽命的影響。采用有限元法對高爐爐體結構進行應力分析等。在煉鐵機械設計優化方面，CAE主要發揮作用在于針對上料系統、燒結機、球團造球機、回轉窯等一系列相關設備的力學分析和優化設計，提高了機械設備的效率和壽命，降低了機械的制造成本，在改善噪音和震動方面也發揮了重要作用。

結束語：隨著計算機技術的快速發展，冶金企業中許多以前無法解決的復雜計算和過程控制，如今借助計算機技術都可實現或者有望解決?，F代冶金企業領域將越來越多地使用和依靠計算機技術來處理難以用常規手段解決的問題。仿真技術在冶金企業中冶煉、精煉、連鑄、軋制過程的流場、溫度場、應力場以及金屬組織性能的預測與控制,鋼鐵制造過程的成分與板形精確控制、工藝技術優化、新產品開發的預先模擬試驗,都得到了快速發展，且不可缺少的技術手段。三維空間計算機輔助設計技術的在冶金設計中的應用極大的提高了設計效率和設計質量。在冶金工業設計和施工中再也不會出現設備、管道、主體結構打架的情況了。三維空間計算機輔助設計技術的發展將會在國家實現技術現代化的復興中起到關鍵性的作用。CAE技術已成為鋼鐵工業中新工藝和新產品的開發研制、生產工藝優化、設備能力考察和優化設計過程中不可缺少的重要手段，其應用前景也越來越廣。

參考文獻

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第五篇：冶金論文

鋼鐵冶金企業防火對策

摘要：針對于鋼鐵冶金企業規模擴大的同時，我們有必要考慮到在鋼鐵冶金生產中的消防安全問題，以保證安全生產和在生產過程中生產人員以及生產設備的安全。從而以保證鋼鐵生產對國民經濟的促進和保證，使鋼鐵冶金生產達到穩定，不會因消防安全問題帶來巨大的損失。

關鍵詞：鋼鐵冶金 ；消防安全 ；防火措施

引言：隨著科技進步和經濟發展, 鋼鐵冶金企業規模越來越大, 鋼鐵產量逐年提高, 對國民經濟起到了重要的影響作用。但鋼鐵冶金企業的消防安全形勢卻不容樂觀,近十年來發生了多起重特大火災, 損失巨大。

1.鋼鐵聯合企業的生產

1.1鐵礦石的開采要求

鐵礦石開采技術要求:一般來說，必須有工業價值的礦床，然后才能考慮開采問題。

因為我國富鐵礦石不多，品味越高，質量越好，我國的工業品味定在大于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，價格越較高。

1.2開采設備

開采設備分兩種：

1.露天開采：成本低，利潤高，主要是利用挖掘機，裝載機，汽車，風鉆機，炸藥等。

露天開采的采礦工藝，長期采用全境推進，寬臺階緩幫作業的采剝工藝，現在已開始轉向陡幫開采，橫向推進新工藝。在爆破器材和技術方面也有所發展，陸續采用了巖石炸藥，銨油炸藥，硝銨炸藥乳化油炸藥等等，在生產中應用了大區多排孔微差爆破技術。

2.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。

目前，地下采礦的開采方法主要是無底柱采礦法，大約占72%，其次是淺孔流礦法，占9%，房柱式和壁式采礦法占8%，空場法占7%，有底柱分段崩落采礦法占3%，充填法占1%，地下開采的礦山巷道支護由50年代的木支護發展到了現在木支護，混凝土支護和噴錨支護三種方法并存的局面，鑿巖裝運也逐步向機械化方向發展，現在已普遍采用鑿巖臺車鑿巖，裝運機鏟裝，電機車運輸。由于采礦方法，技術裝備，支護方法等方面的不斷改進，地下礦山的全員勞動生產率有了很大提高。

如果是向冶煉廠提供礦石，聯系到火車車皮就行，如果是提供半成品，還需要一套設備，把礦石磨細，進行初步分選然后提供給冶煉廠。

1.3選礦

在礦山要對鐵礦石和煤炭進行采選，將精選煉焦煤和品位達到要求的鐵礦石，通過陸路運送到鋼鐵企業的原料廠進行配煤和配礦、混勻，在分別在焦化廠和燒結廠煉

焦和燒結，獲得符合高爐煉鐵質量要求的焦炭和燒結礦。

1.4冶煉

高爐是煉鐵的主要設備，使用的原料有鐵礦石、焦炭和少量溶劑，產品為鐵水、高爐煤氣和高爐渣。鐵水送煉鋼廠煉鋼;高爐煤氣主要用來燒熱風爐，同時供煉鋼廠和軋鋼廠使用；高爐渣經水淬后送水泥廠生產水泥。煉鋼主要有轉爐煉鋼和電爐煉鋼流程。通常將“高爐—鐵水預處理—轉爐—精煉—連鑄”稱為長流程，而將“廢鋼—電爐—精煉—連鑄”稱為短流程。目前，大多數短流程鋼鐵生產企業也開始建高爐和相應的鐵前系統，電爐采用廢鋼+鐵水熱裝技術吹氧熔煉鋼水，降低了電耗，縮短了冶煉周期，提高了鋼水質量，擴大了品種，降低了生產成本。

2.冶金與消防的聯系

2.1火災案例的統計與分析

鋼鐵冶金企業規模龐大、工藝復雜、流程性強, 在冶煉和熱加工過程中需要耗用大量的煤、焦炭、燃油和電能, 鋼鐵冶煉的生產過程屬于高溫、高壓的生產過程。雖然生產鋼鐵的原料和其成品本身都是不燃燒物,但是在生產和加工過程中需要大量使用燃料和易燃、易爆氣體, 如純氧、氫氣、乙炔等, 而且, 鋼鐵冶煉過程中要產生大量易燃易爆氣體, 如高爐煤氣、轉爐煤氣等。正是由于鋼鐵冶金企業的這些行業特點決定了鋼鐵冶金企業火災事故具有多發性和高損失的特點。

表1 是對近十年來鋼鐵冶金企業在生產過程中發生的74起火災實例及其起火部位和火災類型的統計和分析。雖然有限的火災次數統計不能完全代表鋼鐵冶金企業的實際情況, 但還是可以看出火災易發部位和重點防火區域。

2.2火災危險性分析

2.2.1火災重點防火區域

鋼鐵冶金企業的重點防火區域可分為以下8 類:

(1)電纜夾層、電氣地下室、電纜隧道、電纜豎井等電纜火災危險場所;(2)液壓站、潤滑油站(庫)、儲油間、油管廊等以中、高閃點油類為主的可燃液體火災危險場所;(3)變壓器、電氣控制室等電氣火災危險場所;(4)生產、儲存、使用可燃氣體或其它粉料的爆炸性火災危險場所;(5)苯、涂料等低閃點可燃液體火災危險場所;(6)煤、炭等物料運輸皮帶系統火災危險場所;(7)不銹鋼冷軋機、修磨機及熱軋機等生產設施;(8)辦公樓、化驗樓等中、輕危險等級場所。

僅針對鋼鐵冶金企業中火災發生次數最多的電纜火災危險場所及電氣火災危險場所進行分析。

2.2.2火災危險性分析

2.2.2.1電纜火災危險場所

鋼鐵冶金企業存在著大量的電纜隧道、電纜夾層、電氣地下室及電纜溝等, 在這些區域內, 電纜布置密集, 數量巨大, 環境惡劣, 相互貫通, 遇到電纜本身故障和外界火源, 很容易引起電纜著火, 造成巨大損失。電纜火災事故不論是由外界火源引起的, 還是由于電纜本身故障引起, 在著火后, 都具有下列特點: 一是火勢兇猛, 蔓延迅速。電纜本身是可燃的物質, 尤其是聚氯乙炔等塑料電纜和充油電纜, 更易著火蔓延, 而且電纜隧道內的電纜為大量密集交叉或架空敷設, 一旦著火, 會沿著電纜群束迅速延燃擴大。試驗研究表明, 電纜著火后最快傳播速度可達20 m ?m in。而多起重大火災案例分析也表明, 約10～ 20 m in 后, 大火便順著電纜延燃到主控制室、繼電室等場所燒毀控制盤、繼電盤、儀表盤等, 損失十分嚴重。二是撲救困難, 易引發二次危害。電纜隧道一般都縱深距離長, 寬度窄, 火災時極易堵塞;同時由于電纜隧道中散熱困難, 熱煙無法順利排出。試驗表明, 起火隧道的溫度可由400 ℃很快上升到800～ 900 ℃, 易較快發生轟燃。同時, 由于隧道處于地下, 撲救時無法觀察火災狀況和具體位置,選擇火災撲救路線困難, 只能通過隧道出入口進入, 且地下照明條件差, 不易迅速接近起火位置。地下建筑物結構對于通信設備的干擾等等因素都造成了火災撲救的困難。三是火災損傷嚴重, 修復時間長。電纜火災事故造成損傷嚴重, 不僅直接燒毀大量的電纜和其他設備, 同時還有其他特殊危害, 如控制回路失靈等而造成事故擴大。據統計, 1960～ 1984 年電力行業的62 次電纜火災, 修復超過1 個月的占有35 次, 占總數的56% , 達半年以上的有16 次, 占總數的16% , 間接損失巨大。

電纜火災事故發生原因歸納起來有兩個, 一是由于電纜過熱、短路、絕緣老化或絕緣性變壞等內因引起的火災事故;二是由于外界火源等可燃物著火波及下的外因引起的火災事故。據本次調查的統計, 在26 例各種原因、不同區域電纜火災中, 因電纜本身故障引發的火災占16 起, 占到了總數的62% , 外因導致的火災事故共10起, 約占38%。

2.2.2.2電氣火災危險場所

鋼鐵企業存在著大量的、繁簡不一的電氣室、控制室、操作室、儀表室、計算機室等, 其內部存有大量的電纜和用電設備, 在設備故障或線路短路時極易發生火災, 而且一旦發生火災, 將會影響全局, 造成大面積的停產, 損失巨大。

2.3防火對策

鋼鐵冶金企業防火設計應充分考慮鋼鐵冶金企業各系統的特點和火災危險性, 并從防火目標的提出、工藝生產系統的特點、明確鋼鐵冶金企業的重點防火區域以及如何采取確實有效的防火措施等方面, 制定一套完整有效的消防安全管理體系化標準, 以確保真正的生產安全。

2.3.1防火設計目標

對于鋼鐵冶金企業中的重要防火區域, 應從“防止發生火災;快速探測并撲滅已發生的火災;防止尚未撲滅的火災蔓延而減輕火災”的角度來形成設計目標?！胺乐拱l生火災”, 是要求將鋼鐵冶金企業運行中發生火災的概率降至最低, 需要將防火設計結合工藝和生產管理統一考慮。“快速探測并撲滅已發生的火災”, 是要求采用自動、半自動等主動的消防技術, 實現火災的早期探測和早期撲滅, 從而減少火災的損害。“防止尚未撲滅的火災蔓延而減輕火災”, 是要求采用被動防火分隔, 延緩或阻止火災的發展, 贏得救援時間。

2.3.2防火設計要素

一是建筑防火部分。要緊密結合鋼鐵冶金企業的實際情況, 對各建(構)筑物及工藝設施的火災危險性進行全面、詳盡而科學的分類, 從安全疏散、建筑構造等方面

加以考慮。二是工藝系統的防火設計, 這是工業消防中應重點關注的問題。首先, 確定工藝系統中的重點防火區域和區域內的主要建(構)筑物及設施, 根據火災危險性分類, 采取相應的防火保護措施, 避免引發火災, 降低燃燒幾率, 控制火災的蔓延燃燒。其次, 確定在發生火災的情況下, 人員施救的必備措施和設施, 確保消防人員可以進入場所進行撲救。最后, 便是確定在發生火災的情況下, 是否啟動自動滅火系統的工藝要求。自動滅火系統應結合工藝安全因素, 確定合適的啟動、退出時機。三是火災報警、防排煙、消防電氣等系統部分。從主動防火、消防系統工作保障等方面予以考慮。

2.3.3統一規劃

鋼鐵冶金企業由于企業內部發展的需要, 每年都有大量的新建、改建及擴建項目, 這些項目由于建造時間不一, 所遵循的建造標準也不統一, 導致各工藝系統的防火安全保證能力不一致。而鋼鐵冶金企業由于其流程性生產性質的要求, 生產工藝中每一環節的不安全都可能導致其它系統不能正常生產, 因此, 不論從技術層面、資源共享、維護管理、可持續發展等方面都應統一進行消防規劃。

2.3.4消防安全評估

鋼鐵冶金企業的消防安全是一個比較寬泛的概念,涉及的方面較多, 最重要的便是生產工藝與火災的發生息息相關。一方面火災會造成工業企業重要物項或工藝過程的損害和直、間接損失;另一方面工藝安全的因素也會造成火災, 而進一步致損。因此, 消防安全和生產安全是不可分割的, 需要結合工藝生產安全因素進行綜合的消防安全評估。

參考文獻：

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