20世纪_钢铁冶金从技艺走向工程科学.pdf
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第24卷第1期上海金属Vol124,No1112002年1月SHANGHAIMETALSJan.,200220世纪———钢铁冶金从技艺走向工程科学徐匡迪(上海大学,上海市钢铁冶金重点实验室,上海200072)【摘要】追溯钢铁冶金的历史,回顾现代钢铁冶金自十九世纪中叶后的发展,系统地阐述二十世纪钢铁冶金从技艺走向工程科学的辉煌历程,重点介绍了炼铁、钢液精炼,高效连铸、轧钢理论与技术诸方面的技术发展,最后展望了二十一世纪的钢铁冶金。【关键词】钢铁冶金工艺技术工程科学THE20THCENTURY———FERROUSMETALLURGYADVANCEDTOWARDSENGINEERINGSCIENCEFROMSKILLXuKuangdi(ShanghaiUniversity)【Abstract】Thedevelopmentofmodernferrousmetallurgysincethemiddleofthe19thcenturywasdetailedbyreviewingthehistoryofferrousmetallurgy.Thesplendidcourseofferrousmetallurgyadvancingfromskilltowardsengineeringscienceinthe20thcenturywasexpoundedsystematically,especially,thetechnicaladvancementswereintroducedsuchasironmaking,liquidsteelrefining,highefficiencyCCandsteelrollingtheory&technology,theprospectsforferrousmetallurgyinthe21stcenturywasgiven.【KeyWords】FerrousMetallurgy,Technology,EngineeringScience1前言代申克[6]、焦姆金[7]、启普曼[8]等把化学热力学人类使用钢铁并进行冶金的历史可以追溯到应用于冶金领域以来,钢铁冶金有了理论的指公元前1000多年。钢铁冶金是一门古老的技艺,导,其内在规律逐渐为人们所掌握。与之相关的其产品的质量、品种和成本主要取决于工匠的技基础科学和理论,如动力学、熔体理论、凝固理术和能力。即使到十八世纪中叶,工业革命的兴论和结晶学、金属学、传热学、弹塑性力学和流起使钢铁市场有了巨大的需求,但钢铁工业的年体力学及其数值计算方法等的不断发展,促进了产量始终未能突破1000万t。其原因是,人们对钢铁冶金逐步走向工程科学。同时,机械、电钢铁冶金尚未有理性的认识,也就不可能形成大机、电子、自动化、计算机、制氧、耐火材料与型化、连续化、自动化的生产系统。固体电解质材料等相关领域技术、装备和材料的现代钢铁冶金始于十九世纪中叶。到十九世发展,为钢铁工业提供了先进的技术手段,加速纪末、二十世纪初,金属学、弹塑性力学、凝固了生产的现代化。与结晶过程的理论已经有相当的基础,同时热力2铁矿石还原———由古老技艺走向现代工程科学、传热学、流体力学、电磁学的基本定理都已学的一个成功范例确定,这些都为现代冶金工业的发展奠定了基500多年前出现的高炉炼铁技术可以冶炼出石。从此钢铁工业进入到一个大发展的时期(见液态的生铁。当使用蒸汽机鼓风和焦炭后,极大图1)[1~5]。地提高了高炉生产效率。自从1825年在高炉上二十世纪是钢铁冶金辉煌的年代,自30年使用热鼓风后,基本形成了现代高炉炼铁的构3参加本文撰写工作的有:蒋国昌、徐建伦、丁伟中、任忠鸣、翟启杰、邓康、洪新、林大为、郑少波、鲁雄刚、钟云波。2上海金属第24卷图1十九世纪中叶以来冶金理论、技术及钢产量的发展架。而现代冶金理论的成熟和其他工业技术的应用,使得高炉从“黑箱操作”变成一个高效反应器。211高炉炼铁过程的规律逐步被人们掌握随着化学热力学、矿物结构学和传热学在冶金中的应用,人们逐步认识到了高炉内铁矿的逐级还原机理,根据不同阶段的平衡气相成分(见图2),确定高炉各部位的还原情况,高炉过程的Rist操作线[9](图3)巧妙地反映了炉内热平衡和化学平衡规律,指导操作人员对高炉进行有效的控制。212反应工程学在炼铁生产的应用根据高炉炉内的化学反应、传热传质现象,图3高炉炼铁过程的Rist-操作线[9]并结合流体力学原理和热力学分析,中国著名冶金学家叶渚沛教授在40年代就预言高炉操作应实现“三高”,即高风温、高压、高蒸汽鼓风[10]。在50年代,靳树梁教授和杜鹤桂教授在总结我国高炉强化冶炼技术的基