第一篇：冶金環(huán)境保護(hù)論文

摘要：高濁度鋼鐵廢水產(chǎn)生量很大，濁度很高，自然沉降性能不能滿足污水回用的要求。目前大多數(shù)處理方法為物理化學(xué)法，即向廢水中投加混凝劑，通過絮凝沉淀的方法去除廢水中的污染物。只投加一種混凝劑處理工序簡單，但不同混凝劑的混凝機(jī)理不同，處理效率高的混凝劑往往價格較高，與經(jīng)濟(jì)性不能兼顧。關(guān)鍵詞：鋼鐵冶金；高濁廢水；處理技術(shù) 中圖分類號：K826文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、鋼鐵廢水的來源

廢水的來源：高爐和熱風(fēng)爐的冷卻、高爐煤氣的洗滌、爐渣水淬和水力輸送是主要的用水裝置．此外還有一些用水量較小或間斷用水的地方。以用水的作用來看。煉鐵廠的用水可分為：設(shè)備間接冷卻水： 設(shè)備及產(chǎn)品的直接冷卻水： 生產(chǎn)工藝過程用水及其他雜用水。隨之而產(chǎn)生的廢水也就是間接冷卻廢水、設(shè)備或產(chǎn)品的直接冷卻廢水及生產(chǎn)工藝過程中的廢水 煉鐵廠生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的廢水主要是高爐煤氣洗滌水和沖渣廢水。

二、鋼鐵廢水的特點

廢水的水量和水質(zhì)： 煉鐵廠的所有給水。除極少量損失外，均轉(zhuǎn)為廢水．所以用水量基本上與廢水量相當(dāng)。高爐煤氣洗滌水是煉鐵廠的主要廢水．其特點是水量的，懸浮物含量高，含有酚、氰等有害物質(zhì)，危害大，所以它是煉鐵廠具有代表性的廢水。

三、常見鋼鐵廢水的處理方法

廢水處理的技術(shù)路線： 主要的處理技術(shù)有懸浮物的去除、溫度的控制、水質(zhì)穩(wěn)定、沉渣的脫水與利用、重復(fù)用水等五方面內(nèi)容。

懸浮物的去除：煉鐵廠廢水的污染． 以懸浮物污染為主要特征。高爐煤氣洗滌水懸浮物含量達(dá)lO00~3000mg／L． 經(jīng)沉淀后出水懸浮物含量應(yīng)小于150mg／L。鑒于混凝藥劑近年來得到廣泛應(yīng)用． 高爐煤氣洗滌水大多采用聚丙烯酰胺與鐵鹽并用，都取得良好效果。

溫度的控制：用水后水溫升高．通稱熱污染，循環(huán)用水而不排放．熱污染不構(gòu)成對環(huán)境的破壞。但為了保證循環(huán)，針對不同系統(tǒng)的不同要求．應(yīng)采取冷卻措施。煉鐵廠的幾種廢水都產(chǎn)生溫升，由于生產(chǎn)工藝不同，有的系統(tǒng)可不設(shè)冷卻設(shè)備，如沖渣水。水溫度的高低． 對混凝沉淀效果以及解垢與腐蝕的程度均有影響。設(shè)備間接冷卻水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)冷卻塔，而直接冷卻水或工藝過程冷卻系統(tǒng)，則應(yīng)視具體情況而定。

水質(zhì)穩(wěn)定：水的穩(wěn)定性是指在輸送水過程中．其本身的化學(xué)成分是否起變化，是否引起腐蝕或結(jié)垢的現(xiàn)象。既不結(jié)垢也不腐蝕的水稱為穩(wěn)定水 控制碳酸鹽解垢的方法如下：(1)酸化法：酸化法是采用在水中投加硫酸或者鹽酸，利用CaSO4、CaCI3的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CaC0 的原理，防止結(jié)垢。(2)石灰軟化法：在水中投入石灰乳，利用石灰的脫硬作用．去除暫時硬度，使水軟化。(3)藥劑緩垢法：加藥穩(wěn)定水質(zhì)的機(jī)理是在水中投加有機(jī)磷類、聚羧酸型阻垢劑，利用它們的分散作用，晶格畸變效應(yīng)等優(yōu)異性能．控制晶體的成長，使水質(zhì)得到穩(wěn)定。最常用的水質(zhì)穩(wěn)定劑有聚磷酸鈉、NTMP f氮基膦酸鹽)、EDP(乙醇二膦酸鹽)和聚馬來酸酐等。

沉渣的脫水與利用：煉鐵廠的沉渣主要是高爐煤氣洗滌水沉渣和高爐渣．都是用之為寶、棄之為害的沉渣。高爐水淬渣用于生產(chǎn)水泥． 已是供不應(yīng)求的形勢。技術(shù)也十分成熟。高爐煤氣洗滌沉渣的主要成分是鐵的氧化物和焦炭粉． 將這些沉渣加以利用，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，同時也減輕了對環(huán)境的污染。

重復(fù)用水：應(yīng)該指出．懸浮物的去除、溫度的控制、水質(zhì)穩(wěn)定和沉渣的脫水與利用是保證循環(huán)用水必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。一環(huán)扣一環(huán)．哪一環(huán)解決不好，循環(huán)用水都是空談。它們之間又不是孤立的，互相聯(lián)系。互相影響。所以要堅持全面處理，形成良性循環(huán)。

四、廢水處理工藝及現(xiàn)狀

混凝劑復(fù)配使用具有良好的去除效果，適用范圍較廣，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。鋼鐵工業(yè)是用水大戶，年耗水量超過30億m3，廢水排放量占全國工業(yè)廢水排放量的10%以上鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程包括采選、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等工藝，其廢水特點為濁度高，懸浮物質(zhì)粒度小、顆粒比重不均勻、可生化性差，難以采用生物技術(shù)處理。對于高濁度廢水的處理，目前國內(nèi)外大多采取絮凝沉淀的方法，傳統(tǒng)的無機(jī)混凝劑用量大，易產(chǎn)生大量的污泥，且絮凝效果不佳；有機(jī)高分子混凝劑，絮凝效果較好，但價格昂貴，大大增加了處理廢水的成本。

(一)含油廢水處理工藝

高濁含油廢水是高濁廢水中最難處理的一類污水。20世紀(jì)70年代，各國廣泛采用氣浮法去除水中懸浮態(tài)乳化油，同時結(jié)合生物法降解COD。后來日本學(xué)者研究出用電絮凝處理含油廢水，用超聲波分離乳化液，用親油材料吸附油。近幾年膜分離法處理含油廢水得到了快速發(fā)展，并與生物法相結(jié)合，取得了較好的效果。目前含油廢水處理采用的工藝主要有氣浮-過濾-生物接觸氧化、超濾-生物接觸氧化/生物濾池-過濾、超濾-MBR。

(1)氣浮一過濾一生物接觸氧化工藝

氣浮-過濾-生物接觸氧化工藝主要是通過氣浮法去除廢水中的油類物質(zhì)，過濾去除水中的SS和部分油類物質(zhì)，采用生物接觸氧化對廢水中的COD進(jìn)行降解。在該工藝中，也可以根據(jù)需要在生物接觸氧化后增加過濾器或膜生物反應(yīng)器(MBR)。

生物接觸氧化法是生物膜法的一種，其技術(shù)實質(zhì)是在生物反應(yīng)池內(nèi)填充填料，部分微生物以生物膜的形式固著生長在填料表面，廢水以一定的流速流經(jīng)填料，在微生物的作用下，有機(jī)污染物被降解去除。MBR是將膜技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的一種廢水處理新方法，首先利用生化技術(shù)降解水中的有機(jī)物，馴養(yǎng)優(yōu)勢菌類、阻隔細(xì)菌，然后利用膜技術(shù)過濾懸浮物和水溶性大分子物質(zhì)，降低水濁度。與傳統(tǒng)的生物水處理技術(shù)相比，MBR具有以下特點:處理效率高、出水水質(zhì)好;設(shè)備緊湊、占地面積小;易實現(xiàn)自動控制、運行管理簡單。

(2)超濾一生物接觸氧化/生物濾池工藝

超濾一生物接觸氧化/生物濾池的組合工藝在高濁含油廢水的處理中應(yīng)用較為廣泛。超濾法是膜分離法中的一種，通過超濾膜可以有效去除含油廢水中的ss和油類物質(zhì)，而生物接觸氧化/生物濾池可以去除廢水中大部分的COD。典型的超濾一生物接觸氧化/生物濾池工藝如圖所示。在實際應(yīng)用中，通常根據(jù)需要在生物法后增加過濾或吸附工藝。

超濾-生物接觸氧化/生物濾池工藝流程圖

超濾是一種新型含油廢水處理技術(shù)，具有物質(zhì)在分離過程中無相變、耗能少、出水油含量低、油水分離過程不需要化學(xué)藥劑、系統(tǒng)本身不產(chǎn)生污泥、可回收的廢油濃度較高、維護(hù)管理方便等優(yōu)點。超濾法的關(guān)鍵在于超濾膜的選擇，超濾膜包括有機(jī)膜和無機(jī)膜。最早采用的超濾膜為有機(jī)膜，如醋酸纖維素膜、聚酞胺膜、聚醚礬膜等，但有機(jī)膜售價高、不耐高溫、容易水解且不易清洗。20世紀(jì)90年代，南京化工大學(xué)研制出了以氧化錯、氧化鋁等為材料的無機(jī)陶瓷膜。無機(jī)陶瓷膜除具有有機(jī)膜的優(yōu)點外，還具有穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長、截油率高、清洗再生性能好等優(yōu)點。

(3)超濾-MBR工藝

超濾一MBR工藝主要是先將含油廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后用紙帶過濾機(jī)過濾，去除粗渣后進(jìn)入到超濾系統(tǒng)進(jìn)行油水分離，超濾出水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器進(jìn)一步處理。該工藝出水水質(zhì)好，處理效率高，但需要嚴(yán)格控制操作條件與工藝參數(shù)，盡可能減輕膜污染，提高膜組件的處理能力和運行穩(wěn)定性。

(二)含油廢水處理現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)高濁含油廢水的處理多采用超濾技術(shù)，并將超濾技術(shù)與生物技術(shù)和MBR相組合，使出水的SS和油類物質(zhì)得到了較好的控制，但COD的處理效果仍然達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。

五、廢水處理發(fā)展趨勢

廢水的處理，對于鋼鐵企業(yè)減少污水排放和新水補(bǔ)充量，提高廢水循環(huán)利用率具有重要的意義。在軋鋼廢水處理工藝的選擇上，應(yīng)充分考慮廢水的種類、水量、成分和排放制度，因地制宜地選擇凈化組合工藝。此外，對于高濁廢水必須分質(zhì)進(jìn)行處理，尤其是含鉻廢水，在治理前絕不能與其他廢水混合，這樣有利于降低處理難度，減少運行費用并提高處理效率。未來應(yīng)積極開發(fā)廢水深度處理新工藝和新型水處理藥劑，高效、低成本地處理軋鋼廢水。

結(jié)語

所處理廢水濁度很高，達(dá)到幾萬NTU，須經(jīng)一段時間預(yù)先沉降，對初沉池出水進(jìn)行處理，然后投加混凝劑，通過投加經(jīng)濟(jì)性良好的傳統(tǒng)混凝劑的方法去除廢水中的污染物。傳統(tǒng)混凝劑如膨潤土、聚合氯化鋁(PAC)，其單獨投加時處理效果一般，不能達(dá)到國家污水回用的標(biāo)準(zhǔn)。但將二者按照一定的順序投加后，處理效果則有所改善，通過控制生產(chǎn)工藝條件，能夠取得很好的處理效果，較前面提到的兩種混凝劑單獨投加，復(fù)配混凝劑使用量較少，因此污泥產(chǎn)生量較少，經(jīng)濟(jì)性也較好。只要適當(dāng)控制處理反應(yīng)條件，處理后的水可以達(dá)到污水回用標(biāo)準(zhǔn)，這也為其他高濁度廢水提供了一條新的處理思路。

參考文獻(xiàn)

[1]張運華.鋼鐵工業(yè)綜合廢水處理與資源化技術(shù)研究[D].武漢大學(xué),2011.[2]王海林,郭振英,楊綠,張振林.冶金行業(yè)乳化液廢水處理技術(shù)與進(jìn)展[J].環(huán)境工程,2009,S1:143-148.[3]曲余玲,毛艷麗,張東麗,王涿.軋鋼廢水處理工藝及發(fā)展趨勢[A].中國金屬學(xué)會.2013年全國冶金能源環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)會論文集[C].中國金屬學(xué)會:,2013:6.

第二篇：冶金工程和環(huán)境保護(hù)

冶金工程和環(huán)境保護(hù)

【摘要】當(dāng)前我國正處在工業(yè)化快速發(fā)展期，處在環(huán)境污染、資源消耗的高峰期，環(huán)境狀況距離全面建設(shè)小康社會的要求有相當(dāng)大的差距。如何在加快發(fā)展的同時，切實保護(hù)好環(huán)境，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展，這是中國21世紀(jì)面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。個人以為，只有牢固樹立和認(rèn)真落實科學(xué)的發(fā)展觀，通過發(fā)展來解決環(huán)境問題，通過解決環(huán)境問題來促進(jìn)發(fā)展，走發(fā)展與環(huán)境保護(hù)雙贏之路，才能實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】

當(dāng)前我國正處在工業(yè)化快速發(fā)展期，處在環(huán)境污染、資源消耗的高峰期，環(huán)境狀況距離全面建設(shè)小康社會的要求有相當(dāng)大的差距。如何在加快發(fā)展的同時，切實保護(hù)好環(huán)境，促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展，這是中國21世紀(jì)面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。

個人以為，只有牢固樹立和認(rèn)真落實科學(xué)的發(fā)展觀，通過發(fā)展來解決環(huán)境問題，通過解決環(huán)境問題來促進(jìn)發(fā)展，走發(fā)展與環(huán)境保護(hù)雙贏之路，才能實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展。

1，強(qiáng)化環(huán)境意識，樹立生態(tài)理念。充分認(rèn)識環(huán)境保護(hù)與科學(xué)發(fā)展的高度一致性，正確處理環(huán)境與建設(shè)的關(guān)系，樹立人與自然和諧的生態(tài)理念。“環(huán)境保護(hù)強(qiáng)，教育為本”，要大力普及環(huán)保科學(xué)知識，提高全民環(huán)境意識，把協(xié)調(diào)人與自然關(guān)系的科學(xué)理念同中華民族關(guān)愛自然、勤儉節(jié)約的優(yōu)良傳統(tǒng)結(jié)合起來，通過多種途徑，普及科學(xué)知識，在全社會形成了解國情、珍愛環(huán)境、保護(hù)生態(tài)、節(jié)約資源、造福后代的共識，大力倡導(dǎo)生態(tài)工業(yè)，以及生態(tài)環(huán)境、生態(tài)人居和生態(tài)文化建設(shè)，摒棄盲目追求過度消費，倡導(dǎo)正確的生活方式

2，把環(huán)境保護(hù)作為生產(chǎn)和消費過程中的重要環(huán)節(jié)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。解決我國經(jīng)濟(jì)高速增長與生態(tài)環(huán)境日益惡化這一矛盾，根本出路是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，用“綠色核算體系”來重新審視和把握經(jīng)濟(jì)發(fā)展途徑，走新型工業(yè)化道路，積極推動發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境“雙贏”。建立“資源——產(chǎn)品——廢物——再生資源——再生產(chǎn)品”的循環(huán)生產(chǎn)新模式，徹底改變傳統(tǒng)的“資源——產(chǎn)品——污染排放”的單向線性模式和“先污染，后治理”為特征的末端治理模式。推行清潔生產(chǎn)，不斷運用綜合性的預(yù)防戰(zhàn)略，努力改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，改變生產(chǎn)工藝，減少對人體和環(huán)境的污染。要從企業(yè)內(nèi)部循環(huán)的角度，大力發(fā)展生態(tài)工藝，推行清潔生產(chǎn)；從企業(yè)之間的循環(huán)角度，大力發(fā)展生態(tài)工業(yè)鏈園區(qū)；從社會整體循環(huán)的角度，大力發(fā)展綠色消費市場和資源回收產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3制定并實施環(huán)境保護(hù)管理與執(zhí)法綱要，建立健全執(zhí)行環(huán)境影響評價法、完善排污申報制度、強(qiáng)化污染源動態(tài)管理和加強(qiáng)重點地區(qū)環(huán)境監(jiān)管的程序，加大執(zhí)法力度，認(rèn)真解決關(guān)于民生的環(huán)境問題。

要以

第三篇：冶金論文

重慶科技學(xué)院 冶金工程概論課程論文

計算機(jī)技術(shù)在冶金企業(yè)中的應(yīng)用于發(fā)展趨勢

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

關(guān)鍵詞：計算機(jī)仿真 三維空間 計算機(jī)輔助工程

1仿真技術(shù)

1.1仿真技術(shù)的概述

仿真技術(shù)亦稱為模擬技術(shù)。仿真技術(shù)是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究的一門綜合性技術(shù)。仿真技術(shù)集成了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)中多種現(xiàn)代化頂尖手段，極大地擴(kuò)展了人類的視野和時限能力，在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生著日益重要的作用。

隨著計算機(jī)軟硬件的高速發(fā)展,使得計算機(jī)模擬仿真技術(shù)也得到了長足的發(fā)展,目前計算機(jī)模擬仿真技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。計算機(jī)模擬與仿真技術(shù)在冶煉、精煉、連鑄、軋制過程的流場、溫度場、應(yīng)力場以及金屬組織性能的預(yù)測與控制,鋼鐵制造過程的成分與板形精確控制、工藝技術(shù)優(yōu)化、新產(chǎn)品開發(fā)的預(yù)先模擬試驗,都需要模擬與仿真。它不但可以節(jié)約新產(chǎn)品、工藝開發(fā)時間和費用,提高試驗成功率,而且,容易形成企業(yè)自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝與產(chǎn)品,從國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)的發(fā)展來看,企業(yè)的核心技術(shù)部分來自于計算機(jī)模擬與仿真技術(shù)以及數(shù)據(jù)積累而形成的精確控制模型。

1.2仿真技術(shù)的應(yīng)用

我國在這一領(lǐng)域起步較晚,但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,以及市場競爭的日益激烈,很多企業(yè)都在工藝方面加強(qiáng)力度,目前很多研究機(jī)構(gòu)及高校利用有限元分析對于冶煉過程和軋制過程進(jìn)行了相關(guān)研究。國內(nèi)各大鋼鐵公司利用模擬仿真技術(shù),針對型鋼的軋制過程進(jìn)行了相關(guān)理論研究工作,在新規(guī)格、新產(chǎn)品的開發(fā)方面取得突破,同時對汽車用鋼進(jìn)行了模擬分析,直接對其客戶進(jìn)行仿真分析及模具設(shè)計的理論支持。有限元軟件中的Multiphysics模塊主要用于結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)爐、電爐、大包、中間包、結(jié)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(jī)輔助技術(shù)

2.1三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的概述

三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的最大特點是：所見即所得。就是說設(shè)計人員通過各種三維空間軟件在計算機(jī)上進(jìn)行建立模型操作，通過軟件的渲染，功能就能真實表現(xiàn)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(biāo)調(diào)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(shè)備和管道的布置。

2.2三維空間計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)工藝專業(yè)所提設(shè)計資料通過CAD軟件（CAD、3D CAD、PKP Mcad等平面及三維設(shè)計軟件）作圖繪制。而后進(jìn)行確認(rèn)，同時進(jìn)行實體模型的建立和渲染。大型冶金工業(yè)設(shè)計牽扯工藝、設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、給排水等多個專業(yè)，各專業(yè)之間需要協(xié)調(diào)工作才能完成設(shè)計任務(wù)。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日臻成熟，現(xiàn)已可以實現(xiàn)不同專業(yè)、多工作站共同工作的網(wǎng)絡(luò)平臺三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用。各專業(yè)設(shè)計工作通過網(wǎng)絡(luò)平臺的三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)互相對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，直至符合要求。

三維空間技術(shù)的載體是計算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)組成分硬件和軟件。硬件主要有性能優(yōu)良的計算機(jī)，大屏幕顯示器，彩色噴墨打印機(jī)；軟件主要有Windows操作系統(tǒng)，CAD、3DCAD、PKPMcad等平面及三維設(shè)計軟件。大型冶金企業(yè)設(shè)計牽扯工藝、設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、給排水等多個專業(yè)，各專業(yè)之間需要協(xié)調(diào)工作才能完成設(shè)計任務(wù)。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已實現(xiàn)不同專業(yè)、多工作站共同工作的網(wǎng)絡(luò)平臺三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用。

3計算機(jī)輔助工程

3.1計算機(jī)輔助工程的概述

計算機(jī)輔助工程(CAE),包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面,但是傳統(tǒng)的CAE主要指用計算機(jī)對工程和產(chǎn)品的功能、性能與安全可靠性進(jìn)行計算和優(yōu)化設(shè)計,對未來的工作狀態(tài)和運行行為進(jìn)行模擬仿真,及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺損,改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計方案, 證實未來工程或產(chǎn)品的可用性和可靠性。

CAE技術(shù)主要體現(xiàn)在有限元分析、虛擬仿真技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計三個方面。有限元分析的主要對象是零件級,包括結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度分析、非線性和熱場計算等內(nèi)容;虛擬仿真技術(shù)的主要對象是分系統(tǒng)或系統(tǒng),包括虛擬樣機(jī)、流場計算和電磁場計算等內(nèi)容;優(yōu)化設(shè)計的主要對象是結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。

從運用有限元法對已設(shè)計工程或產(chǎn)品的性能進(jìn)行簡單校核,逐步發(fā)展到對工程或產(chǎn)品性能的準(zhǔn)確預(yù)測,再到對工程或產(chǎn)品工作過程的精確模擬仿真,有限元法和仿真技術(shù)發(fā)揮了重要作用,提高了工程或產(chǎn)品的性能、質(zhì)量。而最優(yōu)化技術(shù)的采用又降低了工程或產(chǎn)品的成本,縮短了開發(fā)周期,減輕了人的勞動,并大大增

強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭力。

在工程中應(yīng)用CAE技術(shù),需要一個載體,而 CAE技術(shù)的載體就是CAE軟件。CAE軟件是結(jié)合計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科學(xué)、工程管理學(xué)和現(xiàn)代計算技術(shù),而形成的綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品,是實現(xiàn)工程或產(chǎn)品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計的工程軟件,是支持工程科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新研究和工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計最重要的工具和手段。

常規(guī)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(shù)化建模，構(gòu)建的布爾運算，有限元剖分與節(jié)點編號，節(jié)點參

數(shù)生成，載荷與材料數(shù)據(jù)輸入，節(jié)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(guān)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(yīng)的有限元系統(tǒng)組裝模塊庫等

后處理 有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，各種物理量的加工與顯示，根據(jù)設(shè)計要求對產(chǎn)品按

工程規(guī)范進(jìn)行設(shè)計數(shù)據(jù)檢驗，優(yōu)化設(shè)計，繪制設(shè)計圖等

3.2 計算機(jī)輔助工程的應(yīng)用

鋼鐵工業(yè)是世界工業(yè)化過程中最具成長性的產(chǎn)業(yè)之一,長期成為各個工業(yè)化國家的重要產(chǎn)業(yè)。在我國,雖然整個現(xiàn)代化建設(shè)以傳統(tǒng)原材料為基礎(chǔ)的狀況已在發(fā)生改變,但鋼鐵仍是基本的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的功能材料。鋼鐵工業(yè)具有很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性,上游影響交通運輸、采礦、耐火材料等產(chǎn)業(yè),下游影響建筑、汽車、造船、金屬制品、機(jī)械電子等行業(yè)。鋼鐵工業(yè)依然是工業(yè)化國家最重要的產(chǎn)業(yè)部門之一,其發(fā)展?fàn)顩r也是衡量其工業(yè)水平和綜合國力的重要指標(biāo)。世界范圍內(nèi)鋼鐵工業(yè)正面臨著新技術(shù)蓬勃發(fā)展、結(jié)構(gòu)變革的局面。用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè),加速結(jié)構(gòu)優(yōu)化,提高市場競爭力,是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的主流趨勢。計算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢在鋼鐵工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過CAE技術(shù),可以對鋼鐵工業(yè)中從冶煉到加工的各個工藝過程進(jìn)行計算機(jī)過程模擬、系統(tǒng)優(yōu)化、自動控制,采用計算機(jī)對生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)及生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行模擬和對整個系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,以實現(xiàn)生產(chǎn)的超前規(guī)劃和設(shè)計。

冶金設(shè)備作為冶金技術(shù)的載體,本身具有大型、重載、高速、連續(xù)、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(nèi)外冶金生產(chǎn)中,不斷出現(xiàn)重大設(shè)備事故,也都涉及到設(shè)備的力學(xué)行為。同時,冶金工業(yè)的發(fā)展對機(jī)械設(shè)備的性能和

使用條件提出了許多新的要求。如近年出現(xiàn)的短流程技術(shù)及連鑄連軋技術(shù),這些關(guān)鍵技術(shù)集中表現(xiàn)為要解決的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)問題,包括強(qiáng)度問題、運動學(xué)及動力學(xué)問題和傳熱及熱應(yīng)力問題,也對冶金機(jī)械設(shè)計研究和開發(fā)提出了更高的要求。因此CAE技術(shù)在冶金設(shè)備的設(shè)計研究上也得到了廣泛的應(yīng)用。

目前CAE技術(shù)在煉鐵生產(chǎn)中取得的主要成果有:采用有限元法建立高爐復(fù)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(tài)爐料流場和勢函數(shù)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(shù)計算分析高爐冷卻水的穩(wěn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析等。在煉鐵機(jī)械設(shè)計優(yōu)化方面，CAE主要發(fā)揮作用在于針對上料系統(tǒng)、燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)造球機(jī)、回轉(zhuǎn)窯等一系列相關(guān)設(shè)備的力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計，提高了機(jī)械設(shè)備的效率和壽命，降低了機(jī)械的制造成本，在改善噪音和震動方面也發(fā)揮了重要作用。

結(jié)束語：隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，冶金企業(yè)中許多以前無法解決的復(fù)雜計算和過程控制，如今借助計算機(jī)技術(shù)都可實現(xiàn)或者有望解決。現(xiàn)代冶金企業(yè)領(lǐng)域?qū)⒃絹碓蕉嗟厥褂煤鸵揽坑嬎銠C(jī)技術(shù)來處理難以用常規(guī)手段解決的問題。仿真技術(shù)在冶金企業(yè)中冶煉、精煉、連鑄、軋制過程的流場、溫度場、應(yīng)力場以及金屬組織性能的預(yù)測與控制,鋼鐵制造過程的成分與板形精確控制、工藝技術(shù)優(yōu)化、新產(chǎn)品開發(fā)的預(yù)先模擬試驗,都得到了快速發(fā)展，且不可缺少的技術(shù)手段。三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的在冶金設(shè)計中的應(yīng)用極大的提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。在冶金工業(yè)設(shè)計和施工中再也不會出現(xiàn)設(shè)備、管道、主體結(jié)構(gòu)打架的情況了。三維空間計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展將會在國家實現(xiàn)技術(shù)現(xiàn)代化的復(fù)興中起到關(guān)鍵性的作用。CAE技術(shù)已成為鋼鐵工業(yè)中新工藝和新產(chǎn)品的開發(fā)研制、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、設(shè)備能力考察和優(yōu)化設(shè)計過程中不可缺少的重要手段，其應(yīng)用前景也越來越廣。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：冶金論文

鋼鐵冶金企業(yè)防火對策

摘要：針對于鋼鐵冶金企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大的同時，我們有必要考慮到在鋼鐵冶金生產(chǎn)中的消防安全問題，以保證安全生產(chǎn)和在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)人員以及生產(chǎn)設(shè)備的安全。從而以保證鋼鐵生產(chǎn)對國民經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)和保證，使鋼鐵冶金生產(chǎn)達(dá)到穩(wěn)定，不會因消防安全問題帶來巨大的損失。

關(guān)鍵詞：鋼鐵冶金 ；消防安全 ；防火措施

引言：隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 鋼鐵冶金企業(yè)規(guī)模越來越大, 鋼鐵產(chǎn)量逐年提高, 對國民經(jīng)濟(jì)起到了重要的影響作用。但鋼鐵冶金企業(yè)的消防安全形勢卻不容樂觀,近十年來發(fā)生了多起重特大火災(zāi), 損失巨大。

1.鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的生產(chǎn)

1.1鐵礦石的開采要求

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，品味越高，質(zhì)量越好，我國的工業(yè)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(shè)備

開采設(shè)備分兩種：

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

露天開采的采礦工藝，長期采用全境推進(jìn)，寬臺階緩幫作業(yè)的采剝工藝，現(xiàn)在已開始轉(zhuǎn)向陡幫開采，橫向推進(jìn)新工藝。在爆破器材和技術(shù)方面也有所發(fā)展，陸續(xù)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(chǎn)中應(yīng)用了大區(qū)多排孔微差爆破技術(shù)。

2.地下開采：成本較高，還需要坑道支架和通風(fēng)設(shè)備，鋪設(shè)礦山軌道，利用專門設(shè)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(hù)由50年代的木支護(hù)發(fā)展到了現(xiàn)在木支護(hù)，混凝土支護(hù)和噴錨支護(hù)三種方法并存的局面，鑿巖裝運也逐步向機(jī)械化方向發(fā)展，現(xiàn)在已普遍采用鑿巖臺車鑿巖，裝運機(jī)鏟裝，電機(jī)車運輸。由于采礦方法，技術(shù)裝備，支護(hù)方法等方面的不斷改進(jìn)，地下礦山的全員勞動生產(chǎn)率有了很大提高。

如果是向冶煉廠提供礦石，聯(lián)系到火車車皮就行，如果是提供半成品，還需要一套設(shè)備，把礦石磨細(xì)，進(jìn)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(jìn)行采選，將精選煉焦煤和品位達(dá)到要求的鐵礦石，通過陸路運送到鋼鐵企業(yè)的原料廠進(jìn)行配煤和配礦、混勻，在分別在焦化廠和燒結(jié)廠煉

焦和燒結(jié)，獲得符合高爐煉鐵質(zhì)量要求的焦炭和燒結(jié)礦。

1.4冶煉

高爐是煉鐵的主要設(shè)備，使用的原料有鐵礦石、焦炭和少量溶劑，產(chǎn)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(fēng)爐，同時供煉鋼廠和軋鋼廠使用；高爐渣經(jīng)水淬后送水泥廠生產(chǎn)水泥。煉鋼主要有轉(zhuǎn)爐煉鋼和電爐煉鋼流程。通常將“高爐—鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)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(shù)短流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)也開始建高爐和相應(yīng)的鐵前系統(tǒng)，電爐采用廢鋼+鐵水熱裝技術(shù)吹氧熔煉鋼水，降低了電耗，縮短了冶煉周期，提高了鋼水質(zhì)量，擴(kuò)大了品種，降低了生產(chǎn)成本。

2.冶金與消防的聯(lián)系

2.1火災(zāi)案例的統(tǒng)計與分析

鋼鐵冶金企業(yè)規(guī)模龐大、工藝復(fù)雜、流程性強(qiáng), 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(chǎn)過程屬于高溫、高壓的生產(chǎn)過程。雖然生產(chǎn)鋼鐵的原料和其成品本身都是不燃燒物,但是在生產(chǎn)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(chǎn)生大量易燃易爆氣體, 如高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等。正是由于鋼鐵冶金企業(yè)的這些行業(yè)特點決定了鋼鐵冶金企業(yè)火災(zāi)事故具有多發(fā)性和高損失的特點。

表1 是對近十年來鋼鐵冶金企業(yè)在生產(chǎn)過程中發(fā)生的74起火災(zāi)實例及其起火部位和火災(zāi)類型的統(tǒng)計和分析。雖然有限的火災(zāi)次數(shù)統(tǒng)計不能完全代表鋼鐵冶金企業(yè)的實際情況, 但還是可以看出火災(zāi)易發(fā)部位和重點防火區(qū)域。

2.2火災(zāi)危險性分析

2.2.1火災(zāi)重點防火區(qū)域

鋼鐵冶金企業(yè)的重點防火區(qū)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(zāi)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(zāi)危險場所;(3)變壓器、電氣控制室等電氣火災(zāi)危險場所;(4)生產(chǎn)、儲存、使用可燃?xì)怏w或其它粉料的爆炸性火災(zāi)危險場所;(5)苯、涂料等低閃點可燃液體火災(zāi)危險場所;(6)煤、炭等物料運輸皮帶系統(tǒng)火災(zāi)危險場所;(7)不銹鋼冷軋機(jī)、修磨機(jī)及熱軋機(jī)等生產(chǎn)設(shè)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(yè)中火災(zāi)發(fā)生次數(shù)最多的電纜火災(zāi)危險場所及電氣火災(zāi)危險場所進(jìn)行分析。

2.2.2火災(zāi)危險性分析

2.2.2.1電纜火災(zāi)危險場所

鋼鐵冶金企業(yè)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(qū)域內(nèi), 電纜布置密集, 數(shù)量巨大, 環(huán)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(zāi)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(zhì), 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(nèi)的電纜為大量密集交叉或架空敷設(shè), 一旦著火, 會沿著電纜群束迅速延燃擴(kuò)大。試驗研究表明, 電纜著火后最快傳播速度可達(dá)20 m ?m in。而多起重大火災(zāi)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(yán)重。二是撲救困難, 易引發(fā)二次危害。電纜隧道一般都縱深距離長, 寬度窄, 火災(zāi)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(fā)生轟燃。同時, 由于隧道處于地下, 撲救時無法觀察火災(zāi)狀況和具體位置,選擇火災(zāi)撲救路線困難, 只能通過隧道出入口進(jìn)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(jié)構(gòu)對于通信設(shè)備的干擾等等因素都造成了火災(zāi)撲救的困難。三是火災(zāi)損傷嚴(yán)重, 修復(fù)時間長。電纜火災(zāi)事故造成損傷嚴(yán)重, 不僅直接燒毀大量的電纜和其他設(shè)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(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計, 1960～ 1984 年電力行業(yè)的62 次電纜火災(zāi), 修復(fù)超過1 個月的占有35 次, 占總數(shù)的56% , 達(dá)半年以上的有16 次, 占總數(shù)的16% , 間接損失巨大。

電纜火災(zāi)事故發(fā)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(nèi)因引起的火災(zāi)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(zāi)事故。據(jù)本次調(diào)查的統(tǒng)計, 在26 例各種原因、不同區(qū)域電纜火災(zāi)中, 因電纜本身故障引發(fā)的火災(zāi)占16 起, 占到了總數(shù)的62% , 外因?qū)е碌幕馂?zāi)事故共10起, 約占38%。

2.2.2.2電氣火災(zāi)危險場所

鋼鐵企業(yè)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(jī)室等, 其內(nèi)部存有大量的電纜和用電設(shè)備, 在設(shè)備故障或線路短路時極易發(fā)生火災(zāi), 而且一旦發(fā)生火災(zāi), 將會影響全局, 造成大面積的停產(chǎn), 損失巨大。

2.3防火對策

鋼鐵冶金企業(yè)防火設(shè)計應(yīng)充分考慮鋼鐵冶金企業(yè)各系統(tǒng)的特點和火災(zāi)危險性, 并從防火目標(biāo)的提出、工藝生產(chǎn)系統(tǒng)的特點、明確鋼鐵冶金企業(yè)的重點防火區(qū)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(biāo)準(zhǔn), 以確保真正的生產(chǎn)安全。

2.3.1防火設(shè)計目標(biāo)

對于鋼鐵冶金企業(yè)中的重要防火區(qū)域, 應(yīng)從“防止發(fā)生火災(zāi);快速探測并撲滅已發(fā)生的火災(zāi);防止尚未撲滅的火災(zāi)蔓延而減輕火災(zāi)”的角度來形成設(shè)計目標(biāo)。“防止發(fā)生火災(zāi)”, 是要求將鋼鐵冶金企業(yè)運行中發(fā)生火災(zāi)的概率降至最低, 需要將防火設(shè)計結(jié)合工藝和生產(chǎn)管理統(tǒng)一考慮。“快速探測并撲滅已發(fā)生的火災(zāi)”, 是要求采用自動、半自動等主動的消防技術(shù), 實現(xiàn)火災(zāi)的早期探測和早期撲滅, 從而減少火災(zāi)的損害。“防止尚未撲滅的火災(zāi)蔓延而減輕火災(zāi)”, 是要求采用被動防火分隔, 延緩或阻止火災(zāi)的發(fā)展, 贏得救援時間。

2.3.2防火設(shè)計要素

一是建筑防火部分。要緊密結(jié)合鋼鐵冶金企業(yè)的實際情況, 對各建(構(gòu))筑物及工藝設(shè)施的火災(zāi)危險性進(jìn)行全面、詳盡而科學(xué)的分類, 從安全疏散、建筑構(gòu)造等方面

加以考慮。二是工藝系統(tǒng)的防火設(shè)計, 這是工業(yè)消防中應(yīng)重點關(guān)注的問題。首先, 確定工藝系統(tǒng)中的重點防火區(qū)域和區(qū)域內(nèi)的主要建(構(gòu))筑物及設(shè)施, 根據(jù)火災(zāi)危險性分類, 采取相應(yīng)的防火保護(hù)措施, 避免引發(fā)火災(zāi), 降低燃燒幾率, 控制火災(zāi)的蔓延燃燒。其次, 確定在發(fā)生火災(zāi)的情況下, 人員施救的必備措施和設(shè)施, 確保消防人員可以進(jìn)入場所進(jìn)行撲救。最后, 便是確定在發(fā)生火災(zāi)的情況下, 是否啟動自動滅火系統(tǒng)的工藝要求。自動滅火系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合工藝安全因素, 確定合適的啟動、退出時機(jī)。三是火災(zāi)報警、防排煙、消防電氣等系統(tǒng)部分。從主動防火、消防系統(tǒng)工作保障等方面予以考慮。

2.3.3統(tǒng)一規(guī)劃

鋼鐵冶金企業(yè)由于企業(yè)內(nèi)部發(fā)展的需要, 每年都有大量的新建、改建及擴(kuò)建項目, 這些項目由于建造時間不一, 所遵循的建造標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一, 導(dǎo)致各工藝系統(tǒng)的防火安全保證能力不一致。而鋼鐵冶金企業(yè)由于其流程性生產(chǎn)性質(zhì)的要求, 生產(chǎn)工藝中每一環(huán)節(jié)的不安全都可能導(dǎo)致其它系統(tǒng)不能正常生產(chǎn), 因此, 不論從技術(shù)層面、資源共享、維護(hù)管理、可持續(xù)發(fā)展等方面都應(yīng)統(tǒng)一進(jìn)行消防規(guī)劃。

2.3.4消防安全評估

鋼鐵冶金企業(yè)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(chǎn)工藝與火災(zāi)的發(fā)生息息相關(guān)。一方面火災(zāi)會造成工業(yè)企業(yè)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(zāi), 而進(jìn)一步致?lián)p。因此, 消防安全和生產(chǎn)安全是不可分割的, 需要結(jié)合工藝生產(chǎn)安全因素進(jìn)行綜合的消防安全評估。

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第五篇：冶金論文

淺談煉銅技術(shù)與進(jìn)展

姓名：明偉 班級：化學(xué)2010級2班 學(xué)號：2010442124 摘要：煉銅技術(shù)是冶金工程中的一個重要部分。從大方面講煉銅有兩種方法即火法煉銅和濕法煉銅。但火法煉銅有其致命弱點：產(chǎn)生二氧化硫等污染性氣體，加之廢氣處理技術(shù)的不成熟，成本高；而濕法煉銅可以解決二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染、低品位礦石的開發(fā)和復(fù)雜礦石及二次資源的綜合利用問題。70年代以來，濕法煉銅技術(shù)發(fā)展迅速，目前產(chǎn)量已占礦產(chǎn)銅的20%。所以文章著重簡述了濕法煉銅的歷史、發(fā)展、現(xiàn)狀和展望。關(guān)鍵詞：火法煉銅

濕法煉銅

技術(shù)

進(jìn)展 概 述

從大方面講煉銅有兩種方法即火法煉銅和濕法煉銅。火法煉銅，顧名思義，就是使用高溫熔融的銅礦石冶金出銅，它是一個氧化還原過程，氧化就是向融礦中通入氧氣以除去鐵，硫等雜質(zhì)，由此設(shè)計出多種熔煉爐和熔煉技術(shù)如浸沒頂吹熔煉法；還原就是通過一些方法來降低金屬熔體中的氧，進(jìn)而得到一定純度的銅縱。濕法煉銅就是對銅礦處理變成溶液進(jìn)行各種處理得到銅的過程即浸出———萃取———電積技術(shù)。

縱觀歷史，火法冶金是先于濕法冶金發(fā)展的，我國古代制造的青銅器等就是火法冶金配合其他技術(shù)的結(jié)果。經(jīng)過幾千年的發(fā)展，火法冶金技術(shù)較成熟，通過區(qū)域熔煉，渦旋熔煉得到純銅。我國是世界上最早采用濕法冶金提取銅的國家。寫于紀(jì)元前六、七世紀(jì)的《山海經(jīng)》就有記載。唐朝已有官辦的濕法煉銅場。宋代則技術(shù)更為成熟，產(chǎn)量更為可觀。但濕法煉銅發(fā)展很慢，歐洲18世紀(jì)在西班牙南部的胡爾瓦建立了從礦石浸出，浸出液用鐵屑置換法生產(chǎn)金屬銅的工廠。1912年在智利開始采用電積法從浸出液中生產(chǎn)電解銅。以后在美國出現(xiàn)了多家氧化礦酸浸———電積法回收銅的工廠。1957年在美國亞利桑那州湖岸建成了世界上第一個硫化銅精礦沸騰焙燒———浸出———電積的工廠。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了有機(jī)萃取劑，可以有效地從貧銅溶液中萃取銅。1968年美國亞利桑那州蘭鳥礦建成了世界上第一個工業(yè)規(guī)模的浸出———萃取———電積工廠，經(jīng)過30多年此法不斷發(fā)展和完善，目前全世界采用此工藝生產(chǎn)的銅量年產(chǎn)已超過200萬噸，占全球礦產(chǎn)銅量的20%。1997年智利建成世界上最大的浸出———萃取———電積(簡稱L-SX-EW)法煉銅工廠，其生產(chǎn)能力為年產(chǎn)22.5萬噸，產(chǎn)品達(dá)到倫敦金屬交易所(LME)A級銅標(biāo)準(zhǔn)[1]。1999年，位于北緯50°13′，東經(jīng)125°49′的黑龍江多寶山礦L-SX-EW工廠建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國已具有高緯度寒冷地區(qū)的堆浸技術(shù)。北京礦冶研究總院和云南東川礦務(wù)局合作研究開發(fā)了處理高堿性脈石難選氧化礦的氨浸———萃取———電積工藝，建成年產(chǎn)500噸電銅的試驗工廠[2]。2000年，在福建紫金山銅礦建成處理次生硫化銅礦，年產(chǎn)300噸陰極銅的細(xì)菌浸出試驗工廠[3]。云南銅業(yè)集團(tuán)大紅山銅礦正在進(jìn)行低品位硫化銅礦井下細(xì)菌堆浸研究[4]。這些都標(biāo)志著濕法煉銅已具有相當(dāng)水平，并具有相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，已成為銅工業(yè)中的一種重要的技術(shù)傾向，特別是在回收低品位礦石或采銅廢石及就地浸出方面將發(fā)揮更大的作用。我國的濕法煉銅技術(shù)已具有一定水平。浸出———萃取———電積工藝

該工藝包括四個主要步驟：硫酸介質(zhì)中溶解銅———浸出；采用一種萃取劑把銅萃入有機(jī)相———萃取；用硫酸溶液把銅反萃入水相———反萃；反萃液即電解液用電積法沉積銅———電積。

2．1 浸 出

浸出是該工藝的基礎(chǔ)，有效地使銅從礦石中轉(zhuǎn)入溶液中，是該工藝的前提。2．1．1 浸出方式

浸出有槽浸、攪拌浸出、堆浸和就地浸出等多種形式。槽浸適合處理高品位的氧化礦，浸出周期較短，浸出液含銅高時，可直接送電積。但是，目前應(yīng)用不廣。攪拌浸出要求礦石品位較高，或經(jīng)過預(yù)先富集，對于硫化礦可采用細(xì)菌浸出或預(yù)先進(jìn)行氧化焙燒。堆浸和就地溶浸等技術(shù)的發(fā)展更具多樣性，故本文著重討論。

(1)堆浸[5~7] 堆浸常用于低銅表外礦、銅廢石的浸出。浸出場地多選在不透水的山坡處，將開采出的廢礦石破碎到一定粒度筑堆；在礦堆表面噴灑浸出劑，浸出劑滲過礦堆時銅被浸出，浸出液返流到集液池以回收。堆浸的特點是浸出設(shè)備投資少，運行費用低。氧化礦的堆浸已進(jìn)行了多年，技術(shù)較為成熟。堆浸廠已遍及各個地區(qū)，不受地理位置和氣候條件限制。堆浸的主要方式：堆浸場按使用情況分為永久堆場和多次重復(fù)使用的堆場。按處理的物料，堆浸又可分為： 廢石堆浸；尾礦堆浸；礦石堆浸

新發(fā)展的堆浸方式有：

①硫酸熟化薄層堆浸法 該法是堆浸的改型。它主要包括兩個步驟：一是用濃硫酸熟化細(xì)碎的氧化銅礦或氧化———硫化混合礦；二是用稀硫酸溶液進(jìn)行薄層堆浸。

②制粒浸出 針對含泥銅礦堆浸時，礦堆滲透性差的問題，發(fā)展了制粒堆浸技術(shù)。制粒堆浸是將含泥銅礦加入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑，在制粒設(shè)備中通過滾動作用形成團(tuán)粒，粒礦筑堆后，經(jīng)堆放固化，使其具有一定濕強(qiáng)度，再用浸礦劑噴淋浸礦的方法。該法通過制粒提高礦石和礦堆的滲透性，在制粒過程中預(yù)加浸出溶劑使之與礦石提前接觸，并預(yù)先反應(yīng)，加快了浸出速度；同時采用薄層堆浸可保證布液均勻，并有充足的氧氣。(2)就地浸出[

8、9]就地浸出又稱為地下浸出或化學(xué)采礦，可用于處理礦山的殘留礦石或未開采的氧化銅礦和貧銅礦。地下浸出是將溶浸劑通過鉆孔注入天然埋藏條件下的礦體中，有選擇性地浸出有用成分(銅)；并將含銅的溶液，通過抽液鉆孔抽到地面后輸送到萃取電積廠處理的方法。2．1．2 礦石的浸出(1)氧化銅礦的浸出

氧化銅礦的礦物有100多種，其中主要有赤銅礦、黑銅礦、孔雀石、硅孔雀石及蘭銅礦等，當(dāng)用硫酸浸出時，均可浸出來。然而，在銅的礦物浸出的同時，一些堿性脈石也會被酸浸出。所以，當(dāng)?shù)V石中鈣、鎂含量高時，因其大量浸出使酸耗大大增加而失去經(jīng)濟(jì)性。對此類礦可采用氨浸。(2)硫化銅礦的浸出

硫化銅礦又分原生硫化礦和次生硫化礦，它們都不能被硫酸浸出。次生硫化礦主要是輝銅礦、銅藍(lán)等礦物，易被硫酸加氧、硫酸高鐵溶液和細(xì)菌浸出。原生

硫化礦主要是黃銅礦，較難為上述溶液浸出。而單一的氧化銅礦較少，一般礦床上部為氧化礦，下部為硫化礦，中部為混合礦。故采用一般的酸浸處理混合礦，因硫化銅礦物浸不出來，而使浸出率不高。對硫化銅礦酸浸更無能為力。目前，如何提高硫化銅礦的浸出率是冶金工作者的一個研究熱點。硫化銅礦的浸出主要有下列方法：細(xì)菌浸出法；加壓氧化浸出法；焙燒———浸出———電積法

2．2 萃 取

萃取是L-SX-EW法成功的關(guān)鍵。經(jīng)過30多年的不斷進(jìn)步，目前常用的萃取劑可從含銅~1 g/l的溶液經(jīng)二級萃取，一級反萃使溶液含銅達(dá)到40~50 g/l，能滿足電積的要求。典型的改性醛肟類有漢高公司的LIX622、LIX622N、LIX64N和AVE-CIA公司的M5640、PT5050。醛肟———酮肟類如漢高公司的LIX984、LIX984N、LIX973N。可以從氨性溶液萃取銅的LIX54—100[23]。國內(nèi)如北京礦冶研究總院研究的萃取及中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所和昆明冶金研究院研究銅的萃取劑—N901,性能與國外萃取劑基本相同,成本大大低于國外[10]。用于萃取的主要設(shè)備有三種：混合———澄清萃取器、萃取塔、離心萃取器。銅的萃取工廠絕大多數(shù)采用混合———沉清萃取器。目前,澳大利亞南部奧林匹克埃的WMC公司3 m直徑的萃取塔已代替了混合———澄清萃取器[11]。2、3 電 積

在L-SX-EW工藝中，由于電解液經(jīng)過萃取，雜質(zhì)較少純度較高，所以可以生產(chǎn)高純陰極銅。甚至生產(chǎn)99.999%的高純銅。電積技術(shù)也在不斷進(jìn)步。(1)采用永久不銹鋼陰極法(ISA)該法是澳大利亞銅業(yè)有限公司開發(fā)的技術(shù)，1978年在澳大利亞湯士威爾冶煉廠問世。該法有許多優(yōu)點：陰極垂直，短路較少；產(chǎn)品質(zhì)量好，可達(dá)高純陰極銅標(biāo)準(zhǔn)；流程簡化，省去了始極片制作系統(tǒng)，使電解槽內(nèi)積壓的銅量減少；能耗和成本較傳統(tǒng)電解法低，故受到世界各國關(guān)注。采用ISA電解工藝(電解精煉加電積)產(chǎn)出的陰極銅已超過390萬噸，約占世界陰極銅產(chǎn)量的35%[12]。(2)有機(jī)物的控制

反萃的富銅溶液會夾帶少量有機(jī)相，有機(jī)相進(jìn)入電積過程會影響電銅質(zhì)量，并使陰極銅粘板，而且這部分有機(jī)相在電積過程中降解而增加了有機(jī)相的消耗。所以要將富銅液中的有機(jī)相盡量除去。傳統(tǒng)的沉淀法效率不高，砂濾法有效，但需反復(fù)洗滌設(shè)備。

(3)電解液中積鐵的控制

每一個SX-EW工廠的銅電解液中鐵含量都會逐漸積累，致使Fe2+和Fe3+在陽極和陰極間反復(fù)耗電，而降低電流效率。傳統(tǒng)的方法是定期抽部分廢電解液開路。而現(xiàn)在發(fā)展了離子交換法和膜技術(shù)法。展望

濕法煉銅特別是L-SX-EW技術(shù)，由于具有流程短，僅三、四道工序，取消了花錢最多的選礦和火法熔煉，可稱為是一次技術(shù)革命：原材料消耗低，主要消耗為硫酸，萃取劑和稀釋劑的消耗大體與選礦藥劑消耗相當(dāng)；擴(kuò)大了銅原料選擇的范圍，含銅0.04%~0.07%就可利用，經(jīng)濟(jì)上合算的資源均可提取，擴(kuò)大了資源范圍，降低了能耗，節(jié)約了大量燃料、電力和耐火材料等；對環(huán)境的污染小，不產(chǎn)生污染環(huán)境的SO2，流程自成回路，基本沒有廢水，只有浸出廢渣要做處理，環(huán)保治理費用低；成本較火法流程低，故濕法煉銅發(fā)展迅速。濕法煉銅的技術(shù)也不斷發(fā)展，一是，L-SX-EW技術(shù)不斷發(fā)展、完善。如，浸出液采用滴浸器代替噴淋；浸出液輸送泵站，采用浮船泵站，既可節(jié)約建設(shè)投資，也有利于生產(chǎn)管理；等等。二是，新的濕法煉銅技術(shù)不斷出現(xiàn)。

我國的濕法煉銅技術(shù)取得了許多進(jìn)展，然而與國外相比還有不少差距，應(yīng)加強(qiáng)研究，加快發(fā)展。我國的銅礦資源相對匱乏，而且貧礦多富礦少，發(fā)展?jié)穹掋~，可擴(kuò)大資源范圍。

(1)我國大量氧化銅礦資源的開發(fā)利用我國氧化銅礦儲量約800萬噸金屬量,分布在云南、四川、西藏、新疆和黑龍江等省[1],可采用L-SX-EW技術(shù)提取銅。目前已有一些小的L-SX-EW工廠,但規(guī)模太小。應(yīng)針對這些資源的特點,加強(qiáng)研究,形成我國特有的L-SX-EW技術(shù)。

(2)原有礦山的低品位銅礦資源的開發(fā)利用我國原有銅礦山露天開采剝離的銅礦廢石,據(jù)估計已有3.3億噸,若平均品位0.1%,則含銅33萬噸。每年礦山還有相當(dāng)數(shù)量的銅礦廢石排放。應(yīng)學(xué)習(xí)國外采用廢石堆浸———萃取———電積技術(shù),從銅礦廢石中回收銅。此外,原有礦山采空區(qū)的殘礦,如采用地下溶浸技術(shù),加以利用也是相當(dāng)可觀的。

(3)西部豐富的銅礦資源的開發(fā)利用我國的西部礦產(chǎn)資源豐富,新疆、西藏、云南等地有一些尚未開發(fā)的銅礦資源,為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境不受破壞,可考慮采用地下溶浸技術(shù)。

(4)培養(yǎng)我國特有的高溫菌種

總結(jié)：相信隨著技術(shù)的不斷突破，火法冶金和濕法冶金將揚(yáng)長避短，實現(xiàn)相互補(bǔ)充，打造銅冶金工業(yè)的新局面。參考文獻(xiàn)：

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