第一篇：冶金反应工程学论文

铝电解用惰性阳极的研究进展及NiFe204基惰性阳极腐蚀组元在电解质中的传质问题

王有维

（昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明650093)）

摘 要：本文简要介绍了国际上铝电解惰性阳极方面较有影响的研究工作，以及国内在此领域的研究状况。对惰性阳极材料的选择问题进行较深入的探讨．分析了陶瓷、金属和金属陶瓷材料在惰性阳极研究应用中所出现的问题，并对惰性阳极未来的研究发展方向提出了一些建议。其中NiFe204基金属陶瓷是最具应用前景的铝电解惰性阳极材料，国内外对其性能与制备技术进行了大量研究。并对NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀组元在电解质中的传质问题进行了相关的分析。关键词：铝电解；惰性阳极；选材；NiFe204基金属陶瓷；传质问题

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

铝作为产量最大的有色金属，是我国国民经济的重要支柱产业，202_年国内原铝产量和消耗继续位居全球第一，分别为934万吨和867万吨。随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，对铝的需求还将继续增长。现行Hall-Herout铝电解槽采用炭素阴阳极，吨铝直流电耗高达13200kv，电能效率低于50％，同时消耗500kg优质炭素材料，巨大的能源消耗、资源消耗和环境负荷等正严重制约着铝电解工业的发展，节能、降耗及降低污染是其未[1～3]来发展的方向。基于惰性阳极(析氧阳极)的铝电解新技术可降低雏耗20％以上(按国内现有原铝产量计算，年节电能力超200亿千瓦时)，并能消除温室气体COz和致癌物质CFn与沥青烟气的排放，因而成为国际铝业界和材料界的关注焦点和研究热点。金属阳极由于具备比陶瓷和金属陶瓷阳极更为优良的导电导热性和机械加工性能一直是铝工业界和材料学界的关注重点，被认为是最有前景的铝电解阳极材料之一。但是利用金属阳极进行铝电解，必须解决材料的抗氧化和耐熔盐腐蚀问题，特别是在目前940～970℃(即使采用惰性阳极配合低温电解质电解，温度仍会高达750～850℃)的熔盐介质和表面吸附新生氧的环境下，阳极工作表层的金属与氧反应生成氧化物，金属和氧化物溶解进入电解质，金属离子还原沉积到阴极铝液等问题。所以金属阳极研究的重点是提高材料的抗氧化和耐腐蚀性以保证产品铝的纯度。1国内外技术发展概况

国外对于惰性阳极的研究进行的很早，参与过的机构比较多，但研究最多且离工业化较

[1]近的当属Alcoa，以下是Alcoa及其后来者在惰性阳极及相关领域的研究工作。对于惰性阳极技术的探讨迅速升温，惰性阳极成了202_年国际铝工业界最热门的话题。202_年，惰性阳极热潮波及到国内，我国在此领域的研究工作开始受到来自各方面的关注，大量的知名学者撰文评述惰性阳极技术，国家也加大了投入。原有的国家重大基础研究项目计划(即“973”项目)关于铝电解方面的子课题全部改为“惰性电极系统的研究”，参加单位是东北大学和中南大学。后来，此项目研究又被列为十五“863”项目，由东北大学、中南大学、清华大学和中国铝业公司郑州研究院共同承担。伴随着国外惰性阳极热的降温，以及国内研究工作的深入进行，越来越多的问题摆在面前，一些专家学者开始对惰性阳极的研究提出 质疑，从事此项研究的人们也开始对此问题进行思考，此课题当如何深入进行下去，成为许多业内人士探讨的话题。作为惰性阳极材料，应满足以下基本要求：能耐电解质的腐蚀，溶解度小；能耐受新生态氧的渗蚀；有良好的导电性；机械强度高，抗热震性强，不易脆裂；

[7～11]容易加工成型，易于与金属导杆连接；原料价廉易得等。

目前研究的惰性阳极集中在氧化物陶瓷、金属或合金、金属陶瓷等3类材料，其中金属或合金具有强度高，导电性能好、抗热震性强、不易脆裂，易于加工成形，易实现与金属导杆间连接等优点，是美国等发达国家近年来重点关注的材料体系。然而，单一成分的金属(除贵金属如铂等外)难于满足铝电解阳极的恶劣服役环境，研究工作主要集中于合金惰性阳极，如铜基合金、铜镍基合金、镍基合金。

1.1铝电解用惰性阳极的环境效益和社会效益

采用惰性阳极取代炭阳极，会为电解铝工业带来巨大的环境效益和经济效益。

环境效益：202_年我国电解铝产量达171.70万吨，世界电解铝产量近2600万吨，环保压力极大。如采用惰性阳极，将会消除或大大减少温室气体CO2和 CO、PAH（多环芳香

［2］烃）等有害气体以及致癌物质CF4 和C2F6 的排放；同时阳极产生的是有价值的副产品—O2；这意味着电解铝工业将由污染型转变成绿色环保型。

经济效益：节约阳极碳耗 400-500／Kg.AL，占铝生产成本的12%-15% ；降低电解工艺能耗（包括生产炭阳极的能耗，总节能达 5%-32%）；节约劳动力的消耗，提高劳动效率；销售O2（其价值约占铝价值的 3%）；同时若采用惰性阳极新技术，新建铝厂可节约投资35%。

2铝电解惰性阳极材料分类

2.1金属阳极

金属（合金）具有良好的导电性、强度和抗热震性等优点，是较理想的铝电解阳极材料。但除某些贵金属外，金属阳极在铝电解槽的生产环境中不能充分抵御冰晶石熔体腐蚀和阳极产生的高温氧气的氧化。目前，金属（合金）型惰性阳极仍在探索中。

［3］［4］单质金属方面Belgav and studentsov和kronen berg研究发现在铝电解条件下，Cu、Ni、Cr和Ag的阳极表面被不断析出的O2 所氧化，不能形成致密的氧化膜而被消耗，［5］不适合做阳极。S.s.Djokic和B.E.conwqy对W、Ni和不锈钢的研究发现，这些金属阳极在铝电解槽的生产环境中也不能抵御冰晶石熔体和氧的腐蚀，也不适合作铝电解的惰性阳极。可选用的材料，只有Pt 电极可满足铝电解的苛刻条件，但其价格昂贵，不能用于工业生产。

［6］合金方面J.N.Hryn 等对Cu-Al、Ni-Al、Cr-Al、Fe-Cr Al 合金用做阳极进

［7］行了研究:TheodoreR.Beck等对Cu-Ni-Fe合金阳极，在750℃、CR=1.29的条件下连续电解两天，发现生产能耗仅为11KWh ／kg.Al，铝产品的纯度符合标准，但在扩大试验中出现了诸多问题:J.A.Sekhar等对Ni-Al-Cu-Fe 合金阳极进行研究，发现其不能充分

［9］抵御冰晶石熔体和氧的腐蚀，也不适合作铝电解的惰性阳极。石中宁、邱竹贤等对Cu-Al（Fe、Cr）、Cu-Ni-Al-Ag金属阳极的研究表明：Cu-Ni-Al的抗氧化性较好，电解质中氧化铝的浓度对合金机体表面膜的生成与溶解影响较大，温度越低，金属的抗腐蚀能力越强，对Ni-Fe合金阳极的阳极研究发现，Fe／Ni=1.42时，合金的综合性能较好，电解时其表面形成了NiO、Fe2O3 和NiFe204等氧化物，电解铝产品质量达到97.7%-99.1%；目前研究的合金惰性阳极，只有Ti-Au 合金在性能上几乎完全达到了所有的电化学要求，但因其太昂［10］贵而被放弃。

［11］反应膜保护层：Sadoway提出反应膜保护层概念，即在金属表面氧化生成致密的氧化保护层，从而使金属内部免受侵蚀，同时氧化层不能过厚，不能影响阳极的导电能力。此技术的关键在于使氧化层的溶解速度与生成速度一致，材料处于一种动态平衡之中。Moltech 公司开展了梯度惰性阳极和多孔惰性阳极的研究工作，目的是在金属表面找到稳定氧化膜。

［12］铝电解动态金属阳极：在1999TMS年会上，J.N.Hryn和M.Pellin提出了铝电解动态金属阳极的概念，该阳极包括一个杯形合金容器，容器内含溶解铝的熔盐；在氧存在的情况下，外面形成的氧化铝膜厚度足以保证电极免于腐蚀和维持导电性。膜的再生通过熔盐中铝扩散来实现，周期性添加铝来保证熔盐中的活度，产出的铝远大于添加的铝，从而达到阳极的惰性。

2.2金属氧化物陶瓷

氧化物陶瓷材料由于其显著的化学惰性而倍受关注。但几乎所有的氧化物在冰晶石熔体

［13］中都会有不同程度的溶解，其中SnO2 基氧化物、尖晶石类和CeO2 涂层溶解速度缓慢被作为阳极材料的首选。

SnO2基氧化物：SnO2的高温电阻较小，添加其它金属氧化物改善导电、成型等方面的性能。薛济来、邱竹贤在SnO2中添加ZnO、CuO、Fe2O3、Sb2O3、Bi2O，制得了导电性和耐腐蚀性都较高的阳极材料，并成功地进行了100A的扩大实验。

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

［25-30］材料在冰晶石中的溶解度较小、导电性好等优点，研究较为深入。

虽然有关SnO2基、尖晶石型阳极材料的研究论文和专利很多，都因为材料本身在电解质熔体的腐蚀问题，一直没有达到工业实验的规模。

涂层：CeO2 涂层在冰晶石表现出良好的抗腐蚀性和导电性，可与其他基体材料相结合作为良好的惰性阳极材料；其结合方式有两种：一种是在某种基体上直接沉积一层该涂层后用于电解阳极，另一种是添加Ce离子到冰晶石熔池中，由于电解时极化的作用而沉积在阳极表面。2.3金属陶瓷

金属陶瓷集中了陶瓷材料（低的腐蚀速率和抗氧化性）和金属材料（良好的导电性和较高的抗热冲击强度）的优点，其氧化物基体形成抗腐蚀网络，网络中的金属相增强了材料的导电性，被看作是最有前途的惰性阳极的材料。

Ni Fe2O4+ NiO+Cu：颇具代表性的是美国铝业公司（Alcoa）研制的含有17% Cu 和51.7% NiO+48.3% Fe2O3的阳极材料，通过大量的试验测试，普遍认为它的各种性能是最为稳定的，但在大型化上尚有一定的问题，Alcoa目前正积极调整其配方，希望其将能够在工业铝电解铝上得以应用。

Ni Fe2O4+ NiO+Cu+Ag：为了提高惰性阳极的导电性，Alcoa调整了其成分，向惰性阳极

［16-19］中加入了一定量的银。Alcoa的惰性阳极专利报道，含铁酸盐（如Ni Fe2O4或Zn Fe2O4）和金属氧化物（如NiO或ZnO）尖晶石结构的陶瓷相和Cu-Ag合金相构成惰性阳极。

［9］Fe-Ni-Al2O3：石忠宁和邱竹贤研制了Fe-Ni-Al2O3金属陶瓷型惰性阳极，发现此类阳

［8］极所能达到的最低腐蚀速率为 18mm／a，电解铝的纯度可达98%，有的可达99% ；进行100A 的扩大试验电解后，计算得到阳极的年平均腐蚀速率为19mm／a，阳极产物为纯氧气，电解铝的纯度接近98%，电流效率为70%。

［20］徐君莉等对Fe-Ni-（Al2O3）惰性阳极在20.6NaF-43.2AlF3-22BaF2-14.2Ca F2（Wt%）重电解质体系中的研究发现，其电流效率可达810% 以上，电解铝的纯度达99.4%。NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极

3.1 NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极研究背景

现代铝电解工业追求高效率、低能耗、无严重污染的工艺，而传统铝电解槽采用消耗式碳素阳极，不仅成本高，而且污染严重、操作条件恶劣。长久以来，人们在进行新方法炼铝的研究中一直把寻找降低能耗、降低生产成本的阳极材料作为重要的发展方向之一。

从利用Hall—H6muh熔盐电解法炼铝开始，人们就在寻找惰性阳极以取代消耗式碳阳极。20世纪80年代以来，对惰性阳极的研究进入了一个全新阶段，针对合金阳极、金属氧化物阳极和金属陶瓷阳极开展了大量实验研究，而且还进行了扩大化实验。金属陶瓷是一种由金属或合金同一种或几种陶瓷相所组成的非均质复合材料，兼具有陶瓷良好的热化学稳定性、强耐腐蚀性、抗氧化性和金属良好导电性及热冲击性等优点，长期以来被认为是一种最具应用前景的铝电解用惰性阳极材料。研究表明，具有尖晶石结构的NiFe2O4。陶瓷在Na3A1F6-A1203，熔体中表现出比其它氧化物陶瓷更强的耐腐蚀性能，是一种较好的惰性阳极基体材料。

3.2 NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极优点

近二十年来人们在致力于开发采用惰性电极系统的铝电解技术，其核心是惰性阳极。惰

［11］性阳极是指不消耗阳极，与现行碳素阳极相比，惰性阳极至少有以下几方而的优点：

一、经济方面

l、惰性电极可取代碳素电极节省大量优质碳素材料，节省更换电极的劳动力成本；

2、由于它在电解过程中，外形尺寸稳定，可降低电极的极距，从而可大大减少电解铝生产的电耗。特别是在同时使用惰性阳极和惰性阴极的情况下，效果更为履著，预计节能最高可达35％；

3、改用惰性电极后，电极不再参加反应，而是0直接在阳极放电生成氧气，氧气可作为电解铝生产过程中阳极的副产品，加以回收、利用。

二、环保方面

惰性电极的使用，可以根除产生温室效应的C02气体，以及电解铝中其他有害气体，如CF4、C2F6等的排放，从而有利于电解铝生产操作工人的健康和环保方的要求。

由于惰性电极具有上述两大方面的优点，因而自从Hall—Heroult电解槽发明以来惰性电极材料的研究从来没有中断过。惰性电极的应用将是H—H怯电解生产铝过程的一次工业

［24］革命，势必会对电解铝生产技术的过滤和提高其经济效益具有重大的意义，因此研制惰性阳极已经成为国际上革新铝冶金技术的重要发展方向。3.3惰性阳极材料性质及其选用要求

由于铝电解生产条件的特殊性，使得惰性阳极材料的选择范围极其狭窄，根据目前的观

［25］点，惰性阳极材料必需满足以下几点要求：

1、在铝电解的环境中(温度为960℃～970℃，电解质为腐蚀性极强的冰晶石一氧化铝熔盐)，能耐受高温电解质和铝液的腐蚀(年腐蚀速度(3cm／a)，溶解度小；

2、能够耐受新生氧的渗透腐蚀作用，可以生产出工业用纯铝；

3、阳极材料容易得到，而且价廉；

4、容易加工成大型部件易于与金属导体连接；

5、机械强度高，抗热震性强，不易脆裂；

6、有良好的导电性。从材料方面来说，单纯地由氧化物组成的材料的导电率比较低。经研究发现不添加铜的-1纯铁酸镍材料的导电率只有10Ω·cm，其电阻率P和温度T的关系满足半导体材料的关系式：

LgP=Lgpo+u／(2．303T)„„„„„ l-1 式中：u一导电激活能；

K一波尔茨曼常数；

在纯铁酸镍基体材料中添加金属铜(5～17％)后，材料的导电性有所增加，添加17％的-1铜的材料导电率提高到90Ω·cm，但铜的添加量不能超过20％，否则材料不易成型，废品率高。他们认为以后的研究应通过使金属陶瓷中金属材料的粒度和结构最佳化来改进其导电率。1996年，挪威的Jomar．Thonstad继续了上述工作，他采用一些新的方法，运用相同的制备方案获得了一种具有更好晶粒结构的镍铁基金属陶瓷材料。主要是因为比S．P．Ray使用了更细小的粒度的材料，因而制造出更致密的镍铁基金属陶瓷。实验结果表明其惰性阳极腐蚀率已得到改进，达到了0．12cm／a，可见材料粒度对惰性阳极性能是很有影响的。但实际上，在粉末冶金中，粉末材料的粒度会直接影响到制品性能，尤其对硬质合会和陶瓷材料更是如此，一般要求越细越好。但也不能一味的靠减少粒度来提高性能，如果粒度过小会给以后的大型化阳极带来更大的困难。基金属惰性阳极腐蚀组元在电介质中的传质问题研究

4.1 传质理论介绍

由于铝电解质的高温、高腐蚀性，所以对于阳极腐蚀组元在电解质及铝液中的传质过程文献报道不多。到目前为止，关于惰性阳极腐蚀组元在电解质中传质过程的理论是由Evan。

［28］和Keller提出的传质理论。他们认为，阳极腐蚀组元的迁移、扩散过程为传质控制。惰性阳极的腐蚀是个复杂的过程，它涉及到阳极组元溶解进电解质的过程、从电解质迁移扩散进铝液的过程。所以认识这些过程并且控制这些过程对降低惰性阳极的腐蚀是很有帮助的。

［29］惰性阳极在熔融冰晶石混合物体系中的传质过程以图2来说明.简单的理论推导如下:

n+ 腐蚀产物以离子M的形式迁移到阴极最后被阴极铝还原成金属M:

假设过程为传质控制，上述反应为线性反应，则描述阳极溶解产物由阳极迁移到阴极［31］过程的扩散方程为:

式中: c(t)—跟时间有关的阳极溶解产物浓度，mol·m；

Csat—阳极溶解产物在电解质中的饱和浓 度，mol·m-3；

kan—为阳极溶解产物从阳极到电解质迁移过程的传质系数，m·s-1； Aa,Am—分别为阳极、阴极的表面积，m2； V—为电解质的体积，m3；

Kcal—榕解产物从电解质迁移到阴极过程的传质系数，m.s-1。

-3上述一阶方程的解为:

运用上述方程时应注意以下三点: 1)过程中假设kan>>kcal，即整个过程为传质控制，即阳极组元从阳极腐蚀、溶解进人电解质的传质系数远远大于由电解质经迁移、扩散进人阴极铝的传质系数；

2)为了使上述方程能在实际电解槽中应用，引人一个腐蚀产物的初始浓度co； 3)上述阳极腐蚀产物从阳极到阴极铝的迁移过程最后达到一个“稳态”过程，“稳态”过程的标志是阳极腐蚀产物从阳极溶解进人电解质的速率等于其从电解质迁移、扩散进人阴极铝的速率，此时阳极腐蚀产物在电解质中的浓度为“稳态”浓度co，它和腐蚀产物在电解质中的饱和浓度csal有区别。通过引人腐蚀产物浓度co和“稳态浓度”cm，方程(3)变成:

式中:co—腐蚀组元在电解质中的初始浓度；

cm—腐蚀组元在电解质中的稳态浓度。

如果kan>>kcat时，可由计算得出的cm来准确地预测csat。而在实际的铝电解槽中，由于电解质/铝液界面存在一滞留层，使得阳极腐蚀产物从电解质向阴极铝迁移、扩散的过程非常缓慢。在实际的过程中往往存在kan>>kcat，所以从腐蚀产物的“稳态”浓度和饱和浓度的［30］接近程度即可判断模型和假设是否合理。4.2 过热度对复试组员传质的影响

传质的过程往往是偏离平衡状态的过程，而偏离平衡状态的程度决定了传质推动力的大小。从腐蚀组元从金属陶瓷表面溶解进人电解质开始，腐蚀组元在金属陶瓷惰性阳极表面的浓度一直高于阴极铝液附近的浓度，正是这种浓度差导致了传质的发生。从动力学观点来看，过热度的升高必定导致金属陶瓷在电解质中的溶解度增大，即增大了腐蚀组元在金属陶瓷/

［34］电解质界面的浓度，使浓度差增大，最终导致了传质推动力的增大。结语

综上所述，NiFe2O4基金属陶瓷可望兼备NiFe2O4陶瓷的强耐腐蚀和金属的良好导电与力学性能，但作为铝电解工业应用惰性阳极材料，仍存在一些急需解决的问题：

(1)通过金属陶瓷惰性阳极的强韧化机制研究，提高材料的断裂韧性和抗热震性能；通过金属陶瓷惰性阳极的表面金属化及其与金属间高温自耦合电连接机制研究，实现与金属问良好高温电连接；在力学性能方面为大尺寸惰性阳极的长寿命电解生产奠定基础。

(2)以降低惰性阳极腐蚀率为中心，研究新型铝电解质物理化学性质及其与惰性电极的交互作用，研究新型铝电解槽的物理场耦合分布与演变规律及冶金学行为，获得最适宜于惰性电极的新型电解槽结构、铝电解质体系及电解工艺调控手段，促进惰性阳极的成功开发，最终实现惰性电极系统的整体突破。

此外，对于NiFe2O4基金属陶瓷组元传质对于与阳极、阴极的组成有关外，而且电解槽的形状也不尽相同。所以不宜单纯从数量上对传质系数进行分析，而应该在相同的条件下横向对不同的组元的动力学参数进行分析和讨论。即阳极腐蚀组元从阳极进人电解质的大小顺序来看，Fe的抗腐蚀性能是最差的，Ni次之，最好的是Cu组元。

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第二篇：冶金流程工程学

钢铁制造流程的解析集成及讨论

【关键词】钢铁制造流程 解析 集成 工序功能集 冶金流程学

【摘要】钢铁制造过程从本质上看是集物质状态转变、物质性质控制和物质流有效管制于一体的、多维的过程物流管制系统．迫切需要有一种立足于制造过程整体系统上的理论，来解决整体流程中的物质流、能量流、信息流优化集成问题

主要内容：对钢铁制造流程中若干深层次的理论问题进行了科学分支意义上的讨论，对工序功能集的解析－优化、工序关系集的协调－优化和流程工序集的集成－优化等给予物理－数学方面的概述和描述，提出了对可能发展起来的学科分支－冶金流程学的展望，同时进一步指出，制造流程的系统理论和制造过程的信息系统是２１世纪制造科学、制造工业发展的共性基础理论。

现代钢铁制造流程系统已发展成包含资源及能源利用、质量控制、新品开发、环境保护等内容的工程技术大系统，并进一步向准连续化／连续化、紧凑化／简化、高效化和综合利用、环境友好的方向发展．钢铁制造流程的特点是：规模以年产百万吨计，而其关键环节的工艺控制和装置的技术水平不亚于任何“新”材料的水平。钢铁工业成为世界上最高产、高效和技术先进的工业之一, 进入21世纪更面临着市场竞争和可持续发展的挑战。

一个多世纪以来，钢铁制造过程一直是以解析的方法为主，将整个制造过程分解成原料准备与处理、焦化、炼铁、炼钢、凝固、金属塑性压力加工、金属热处理等工序并形成了学科分支，然后机械地将过程联接起来．造成了过程物质流的停顿、间歇，过程物质温度的多次起伏，能耗及物耗高、排放

量大、过程时间长等问题．因此，迫切需要一种立足于制造过程整体系统上的理论，来解决整体流程中的物质流、能量流及信息流优化集成问题—— 即进行钢铁制造流程解析一集成优化的研究，提出新的理论和方向，以支持钢铁工业的健康发展．钢铁制造流程的本质

钢铁制造流程是由诸多完全不同功能的工序、装置所构成的流程系统。从根本上看，钢铁制造流程性能结构的本质是物质状态转变、物质性能控制、物质流管制在时间、温度和空间上的融合、贯通、协调和控制。冶金流程学和钢铁制造流程的解析与集成长期以来，冶金学科的划分突出强调了过程解析基础上的学科分支，缺乏总体相关性、系统性；并在某种程度上影响了用过程信息系统等高新技术改造传统工业的有效性因而，作为面向21世纪的工程科学问题，应该探索和研究跨现有学科分支的、作为冶金制造流程系统理论的新学科分支—— 冶金流程学，研究制造流程的结构、功能本质及其解析与集成，无论在科学上还是经济上都有非常重要的价值

2．1 钢厂结构的演进

第二次世界大战以后．钢铁制造流程逐步由间歇型向准连续／连续型过渡，工艺流程不断紧凑化、准连续化／连续化，产品结构专业化是钢厂结构调整的主要方向同时，从主要注重规模的扩大和流程中工序功能的简单划分(解析)和简单叠加，转向不仅注重流程功能的解析．而且越来越注意流程功能的综合集成以及在此基础上的流程结掏优化．

2．2 钢铁制造流程的结构解析

流程系统内各单元工序／装置应在流程整体优

化的原则指导下：

— — 选择、分配、协调好诸多工序／装置各自的优

化功能，建立起解析 优化的工序功能集合：

— — 建立、分配、协调好诸多工序／装置问相互的关系 建立起协调一优化的工序关系集合— — 在工序功能集的解析 优化和工序关系集的协调一优化的基础上重新组合成新一代的流程工序集，即实现流程系统内工序组成的重构一优化．所谓流程系统结构是指系统内具有不同特定功能的工序的构成集合和各单元工序之间在一定条件下所形成的相互关系集合系统结构的内涵不只是系统内各工序的简单的数量堆积和数量比例，更主要的是工序功能集、工序关系集的合理性、系统运行的动态可调性及其内在的活力状况．

钢铁制造流程的解析一综合集成研究，就是根据流程系统的目标

(群)的需要来引导流程系统的结构优化和功能优化．基本内容将涉及图4所示过程工序功能集(包括单元工序功能集)的解析一优化、工序关系集(相邻的、长程的)的协调一优化和流程系统工序集的重构一优化过程科学与信息技术在制造流程中的结合钢铁工业属于流程制造业信息技术在钢铁制造流程中的应用将主要体现在对过程的描述(反映)，对过程或装置的调控、反馈以及对流程系统的评估 优化等方面．经过不断完善将会形成一种流程系统的控制策略流程系统的控制策略主要集中在对工艺过程中主要参数的调控、优化和使工艺过程中各工序总体目标的稳定实现随着过程物流在工序间流动运行．控制策略将呈现衔接

传递、转变、遗传等特性要求．当然，流程系统的控制策略必须是既能在各工序中贯通．又能在一系列工序的各自优化目标上分别得到调控和实现如前所述，钢铁制造赢程的特性可用工序功能集(F)、工序关系集()和流程工序集()来描述为了实现对流程的 体协调 优化和评估 判断一反馈调控．在流程系统中必须有一系列的控制策略，形成控制策略集(G)这样．流程系统及其各工序经过主要由信息技术构成的控制策略集的调控后．将分别产生工序的输出集。4 结论

‘l呔制造”的概念已在全球范围内得到广泛认可，它几乎包括了一切工业产品的制造业．制造流程系统理论和制造过程信息系统是21世纪制造科学、制造工业发展的重要共性基础理论．钢铁工业是一种流程制造工业，它既不同于离散事件型的机械制造装配工业，也不同于石油化工类的连续过程工业．钢铁工业是介于两者之间的混合类型．其制造流程的特点是间歇／准连续型的物质流过程

钢铁制造过程从本质上看是集物质状态转变、物质性质控制和物质流有效管制于一体的、多维的过程物流管制系统．迫切需要有一种立足于制造过程整体系统上的理论，来解决整体流程中的物质流、能量流、信息流优化集成问题．

作为科学问题，应该探索和研究跨现有冶金学科分支的冶金流程学这一可能发展起来的学科分支冶金流程学应建立在对钢铁制造流程进行解析一集成的研究以及过程科学与信息技术结合的基础上．将涉及钢厂结构整体优化的工程逻辑，以及制造流程中工序功能集的解析一优化、工序关系集的协调一优化和流程工序集的重构一优化等

面临21世纪经济全球化的趋势，全球钢铁工业的根本性命题是市场竞争力和可持续发展。这就要求全球钢铁工业都要从总体战略上来观察问题、解决问题．而不是把上述重大命题简单地割裂成为产量、规模、质量、品种等孤立问题．“头痛医头、脚摘医脚”地解决．甚至引起顾此失馊的矛盾；时至今日．应该从根本上考虑问题．追求从战略整体上来解决时代性的命题。

然而对钢铁产品质量的认识，要避免满足于化学成分合格、尺寸公差合格，也不能局限地从材料学角度来看某些力学性能。事实上把质量问题孤立化，往往只能做到勉强交货，或是不惜工本、不惜牺牲生产效率，交几件特殊专用产品或试验产品，而这无助于从整体上增强钢厂的持续竞争力。最后，中国钢铁工业应该充分发挥现代钢厂的3个功能[5]，通过钢铁制造流程的优化、产品结构的调整和优化以及产品质量的提高，充分发挥钢厂生产流程的能源转换功能，节能降耗和消纳处理社会大宗废弃物等方面的努力，到202_年左右，成为全球一流的产钢国。

第三篇：材料工程学论文

材料工程学小论文题目和要求：

按照科学论文（综述）的构架和规范(比如包括摘要、结论和参考文献)，4000——5000字。一月十号前交。

1.请论述红外探测的基本原理；热敏型红外探测的工作原理，以及其中的2种类型和相应的红外探测材料。

2.请论述红外探测的基本原理；热释电型红外探测的工作原理和相应的红外探测材料。

3.请论述红外探测的基本原理；光子型红外探测的工作原理和相应的红外探测材料。

4.请查找和论述“嫦娥三号”登月探测器上用到的至少3种类型的材料和工作原理。

5.请查找和论述“玉兔”球步行车上用到的至少3种类型的材料和工作原理。

第四篇：冶金论文

重庆科技学院 冶金工程概论课程论文

计算机技术在冶金企业中的应用于发展趋势

摘要：主要介绍了仿真技术，三维空间计算机辅助技术，计算机辅助工程（CAE）等概况及应用。

关键词：计算机仿真 三维空间 计算机辅助工程

1仿真技术

1.1仿真技术的概述

仿真技术亦称为模拟技术。仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。仿真技术集成了当代科学技术中多种现代化顶尖手段，极大地扩展了人类的视野和时限能力，在科学技术领域产生着日益重要的作用。

随着计算机软硬件的高速发展,使得计算机模拟仿真技术也得到了长足的发展,目前计算机模拟仿真技术已经在国内外广泛应用。计算机模拟与仿真技术在冶炼、精炼、连铸、轧制过程的流场、温度场、应力场以及金属组织性能的预测与控制,钢铁制造过程的成分与板形精确控制、工艺技术优化、新产品开发的预先模拟试验,都需要模拟与仿真。它不但可以节约新产品、工艺开发时间和费用,提高试验成功率,而且,容易形成企业自主知识产权的工艺与产品,从国内外钢铁企业的发展来看,企业的核心技术部分来自于计算机模拟与仿真技术以及数据积累而形成的精确控制模型。

1.2仿真技术的应用

我国在这一领域起步较晚,但是随着科学技术的发展,以及市场竞争的日益激烈,很多企业都在工艺方面加强力度,目前很多研究机构及高校利用有限元分析对于冶炼过程和轧制过程进行了相关研究。国内各大钢铁公司利用模拟仿真技术,针对型钢的轧制过程进行了相关理论研究工作,在新规格、新产品的开发方面取得突破,同时对汽车用钢进行了模拟分析,直接对其客户进行仿真分析及模具设计的理论支持。有限元软件中的Multiphysics模块主要用于结构和温度场分析,属于多物理耦合场分析模块:LS-DYNA模块主要用于大变形分析,例如轧制、冲压等;CFX模块主要用于流场分析,例如在冶金界的高炉、转炉、电炉、大包、中间包、结晶器等方面的流场分析:DYNAFORM模块主要用于冲压成形,例如汽车板的冲压。

2三维空间计算机辅助技术

2.1三维空间计算机辅助设计技术的概述

三维空间计算机辅助设计技术的最大特点是：所见即所得。就是说设计人员通过各种三维空间软件在计算机上进行建立模型操作，通过软件的渲染，功能就能真实表现出实际需要的各种实体模型。而且三维空间软件都有巡视功能，操作者可以通过移动鼠标调整视线的不同位置来观察，甚至把自己置身一个炼钢厂房中查看整个冶金工艺流线的各种设备和管道的布置。

2.2三维空间计算机辅助技术的应用

根据工艺专业所提设计资料通过CAD软件（CAD、3D CAD、PKP Mcad等平面及三维设计软件）作图绘制。而后进行确认，同时进行实体模型的建立和渲染。大型冶金工业设计牵扯工艺、设备、建筑、结构、通风、给排水等多个专业，各专业之间需要协调工作才能完成设计任务。随着计算机网络技术的日臻成熟，现已可以实现不同专业、多工作站共同工作的网络平台三维空间计算机辅助设计技术的应用。各专业设计工作通过网络平台的三维空间计算机辅助设计技术互相对设计方案进行调整，直至符合要求。

三维空间技术的载体是计算机系统。系统组成分硬件和软件。硬件主要有性能优良的计算机，大屏幕显示器，彩色喷墨打印机；软件主要有Windows操作系统，CAD、3DCAD、PKPMcad等平面及三维设计软件。大型冶金企业设计牵扯工艺、设备、建筑、结构、通风、给排水等多个专业，各专业之间需要协调工作才能完成设计任务。随着计算机网络技术的快速发展，现已实现不同专业、多工作站共同工作的网络平台三维空间计算机辅助设计技术的应用。

3计算机辅助工程

3.1计算机辅助工程的概述

计算机辅助工程(CAE),包括工程和制造业信息化的所有方面,但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算和优化设计,对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真,及早发现设计缺损,改进和优化设计方案, 证实未来工程或产品的可用性和可靠性。

CAE技术主要体现在有限元分析、虚拟仿真技术和优化设计三个方面。有限元分析的主要对象是零件级,包括结构刚度、强度分析、非线性和热场计算等内容;虚拟仿真技术的主要对象是分系统或系统,包括虚拟样机、流场计算和电磁场计算等内容;优化设计的主要对象是结构设计参数。

从运用有限元法对已设计工程或产品的性能进行简单校核,逐步发展到对工程或产品性能的准确预测,再到对工程或产品工作过程的精确模拟仿真,有限元法和仿真技术发挥了重要作用,提高了工程或产品的性能、质量。而最优化技术的采用又降低了工程或产品的成本,缩短了开发周期,减轻了人的劳动,并大大增

强了产品的竞争力。

在工程中应用CAE技术,需要一个载体,而 CAE技术的载体就是CAE软件。CAE软件是结合计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学和现代计算技术,而形成的综合性、知识密集型信息产品,是实现工程或产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件,是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计最重要的工具和手段。

常规的通用CAE软件一般均由前处理、有限元分析、后处理三部分组成,每部分的组成及功能如表 1所示。

表1 通用CAE软件的组成及功能

名称 组成及功能

前处理 三维实体建模与参数化建模，构建的布尔运算，有限元剖分与节点编号，节点参

数生成，载荷与材料数据输入，节点载荷生成，有限元模型信息的生成等

有限元

分析 有限单元库，材料库及相关算法库，约束处理算法，静力、动力、振动、线性与非线性解法库及相应的有限元系统组装模块库等

后处理 有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，根据设计要求对产品按

工程规范进行设计数据检验，优化设计，绘制设计图等

3.2 计算机辅助工程的应用

钢铁工业是世界工业化过程中最具成长性的产业之一,长期成为各个工业化国家的重要产业。在我国,虽然整个现代化建设以传统原材料为基础的状况已在发生改变,但钢铁仍是基本的结构材料和产量最大的功能材料。钢铁工业具有很强的产业关联性,上游影响交通运输、采矿、耐火材料等产业,下游影响建筑、汽车、造船、金属制品、机械电子等行业。钢铁工业依然是工业化国家最重要的产业部门之一,其发展状况也是衡量其工业水平和综合国力的重要指标。世界范围内钢铁工业正面临着新技术蓬勃发展、结构变革的局面。用高新技术改造传统钢铁工业,加速结构优化,提高市场竞争力,是发展钢铁工业的主流趋势。计算机辅助工程(CAE)技术以其高效率、低成本的优势在钢铁工业中得到了广泛的应用。通过CAE技术,可以对钢铁工业中从冶炼到加工的各个工艺过程进行计算机过程模拟、系统优化、自动控制,采用计算机对生产过程、工艺参数及生产结果进行模拟和对整个系统进行优化,以实现生产的超前规划和设计。

冶金设备作为冶金技术的载体,本身具有大型、重载、高速、连续、自动化、精密化等特点,而且往往工作在高温、重载、高粉尘、大冲击等恶劣条件下,许多性能无法采用实物试验的方法获得。近年来,国内外冶金生产中,不断出现重大设备事故,也都涉及到设备的力学行为。同时,冶金工业的发展对机械设备的性能和

使用条件提出了许多新的要求。如近年出现的短流程技术及连铸连轧技术,这些关键技术集中表现为要解决的关键结构设计及力学问题,包括强度问题、运动学及动力学问题和传热及热应力问题,也对冶金机械设计研究和开发提出了更高的要求。因此CAE技术在冶金设备的设计研究上也得到了广泛的应用。

目前CAE技术在炼铁生产中取得的主要成果有:采用有限元法建立高炉复杂料面及中心装焦条件下的煤气流场和压力场解析模型、高炉固态炉料流场和势函数解析模型，分析高炉中心装焦条件下的高炉状况。利用CAE技术计算分析高炉冷却水的稳定性、流速、冷却水管与冷却壁本体的间隙及冷却的高度对长寿高效高炉冷却壁寿命的影响。采用有限元法对高炉炉体结构进行应力分析等。在炼铁机械设计优化方面，CAE主要发挥作用在于针对上料系统、烧结机、球团造球机、回转窑等一系列相关设备的力学分析和优化设计，提高了机械设备的效率和寿命，降低了机械的制造成本，在改善噪音和震动方面也发挥了重要作用。

结束语：随着计算机技术的快速发展，冶金企业中许多以前无法解决的复杂计算和过程控制，如今借助计算机技术都可实现或者有望解决。现代冶金企业领域将越来越多地使用和依靠计算机技术来处理难以用常规手段解决的问题。仿真技术在冶金企业中冶炼、精炼、连铸、轧制过程的流场、温度场、应力场以及金属组织性能的预测与控制,钢铁制造过程的成分与板形精确控制、工艺技术优化、新产品开发的预先模拟试验,都得到了快速发展，且不可缺少的技术手段。三维空间计算机辅助设计技术的在冶金设计中的应用极大的提高了设计效率和设计质量。在冶金工业设计和施工中再也不会出现设备、管道、主体结构打架的情况了。三维空间计算机辅助设计技术的发展将会在国家实现技术现代化的复兴中起到关键性的作用。CAE技术已成为钢铁工业中新工艺和新产品的开发研制、生产工艺优化、设备能力考察和优化设计过程中不可缺少的重要手段，其应用前景也越来越广。

参考文献

孙会朝 刘超，莱钢模拟仿真新技术应用，莱钢科技，第5期

朱苗勇 樊俊飞，计算机模拟仿真在过程冶金中的地位和应用，宝钢技术，1997,4

李瑜 张雪驰，三维空间计算机辅助设计技术在冶金设计中的应用，河南冶金，202_,8于宏林 方庆館，计算机辅助工程在钢铁工业中的应用，现代冶金，202_,2

第五篇：冶金论文

钢铁冶金企业防火对策

摘要：针对于钢铁冶金企业规模扩大的同时，我们有必要考虑到在钢铁冶金生产中的消防安全问题，以保证安全生产和在生产过程中生产人员以及生产设备的安全。从而以保证钢铁生产对国民经济的促进和保证，使钢铁冶金生产达到稳定，不会因消防安全问题带来巨大的损失。

关键词：钢铁冶金 ；消防安全 ；防火措施

引言：随着科技进步和经济发展, 钢铁冶金企业规模越来越大, 钢铁产量逐年提高, 对国民经济起到了重要的影响作用。但钢铁冶金企业的消防安全形势却不容乐观,近十年来发生了多起重特大火灾, 损失巨大。

1.钢铁联合企业的生产

1.1铁矿石的开采要求

铁矿石开采技术要求:一般来说，必须有工业价值的矿床，然后才能考虑开采问题。

因为我国富铁矿石不多，品味越高，质量越好，我国的工业品味定在大于45%,含磷越低，铁矿石的冶炼和分选的成本越低，是冶炼厂青睐的，价格越较高。

1.2开采设备

开采设备分两种：

1.露天开采：成本低，利润高，主要是利用挖掘机，装载机，汽车，风钻机，炸药等。

露天开采的采矿工艺，长期采用全境推进，宽台阶缓帮作业的采剥工艺，现在已开始转向陡帮开采，横向推进新工艺。在爆破器材和技术方面也有所发展，陆续采用了岩石炸药，铵油炸药，硝铵炸药乳化油炸药等等，在生产中应用了大区多排孔微差爆破技术。

2.地下开采：成本较高，还需要坑道支架和通风设备，铺设矿山轨道，利用专门设备小火车运到地表。

目前，地下采矿的开采方法主要是无底柱采矿法，大约占72%，其次是浅孔流矿法，占9%，房柱式和壁式采矿法占8%，空场法占7%，有底柱分段崩落采矿法占3%，充填法占1%，地下开采的矿山巷道支护由50年代的木支护发展到了现在木支护，混凝土支护和喷锚支护三种方法并存的局面，凿岩装运也逐步向机械化方向发展，现在已普遍采用凿岩台车凿岩，装运机铲装，电机车运输。由于采矿方法，技术装备，支护方法等方面的不断改进，地下矿山的全员劳动生产率有了很大提高。

如果是向冶炼厂提供矿石，联系到火车车皮就行，如果是提供半成品，还需要一套设备，把矿石磨细，进行初步分选然后提供给冶炼厂。

1.3选矿

在矿山要对铁矿石和煤炭进行采选，将精选炼焦煤和品位达到要求的铁矿石，通过陆路运送到钢铁企业的原料厂进行配煤和配矿、混匀，在分别在焦化厂和烧结厂炼

焦和烧结，获得符合高炉炼铁质量要求的焦炭和烧结矿。

1.4冶炼

高炉是炼铁的主要设备，使用的原料有铁矿石、焦炭和少量溶剂，产品为铁水、高炉煤气和高炉渣。铁水送炼钢厂炼钢;高炉煤气主要用来烧热风炉，同时供炼钢厂和轧钢厂使用；高炉渣经水淬后送水泥厂生产水泥。炼钢主要有转炉炼钢和电炉炼钢流程。通常将“高炉—铁水预处理—转炉—精炼—连铸”称为长流程，而将“废钢—电炉—精炼—连铸”称为短流程。目前，大多数短流程钢铁生产企业也开始建高炉和相应的铁前系统，电炉采用废钢+铁水热装技术吹氧熔炼钢水，降低了电耗，缩短了冶炼周期，提高了钢水质量，扩大了品种，降低了生产成本。

2.冶金与消防的联系

2.1火灾案例的统计与分析

钢铁冶金企业规模庞大、工艺复杂、流程性强, 在冶炼和热加工过程中需要耗用大量的煤、焦炭、燃油和电能, 钢铁冶炼的生产过程属于高温、高压的生产过程。虽然生产钢铁的原料和其成品本身都是不燃烧物,但是在生产和加工过程中需要大量使用燃料和易燃、易爆气体, 如纯氧、氢气、乙炔等, 而且, 钢铁冶炼过程中要产生大量易燃易爆气体, 如高炉煤气、转炉煤气等。正是由于钢铁冶金企业的这些行业特点决定了钢铁冶金企业火灾事故具有多发性和高损失的特点。

表1 是对近十年来钢铁冶金企业在生产过程中发生的74起火灾实例及其起火部位和火灾类型的统计和分析。虽然有限的火灾次数统计不能完全代表钢铁冶金企业的实际情况, 但还是可以看出火灾易发部位和重点防火区域。

2.2火灾危险性分析

2.2.1火灾重点防火区域

钢铁冶金企业的重点防火区域可分为以下8 类:

(1)电缆夹层、电气地下室、电缆隧道、电缆竖井等电缆火灾危险场所;(2)液压站、润滑油站(库)、储油间、油管廊等以中、高闪点油类为主的可燃液体火灾危险场所;(3)变压器、电气控制室等电气火灾危险场所;(4)生产、储存、使用可燃气体或其它粉料的爆炸性火灾危险场所;(5)苯、涂料等低闪点可燃液体火灾危险场所;(6)煤、炭等物料运输皮带系统火灾危险场所;(7)不锈钢冷轧机、修磨机及热轧机等生产设施;(8)办公楼、化验楼等中、轻危险等级场所。

仅针对钢铁冶金企业中火灾发生次数最多的电缆火灾危险场所及电气火灾危险场所进行分析。

2.2.2火灾危险性分析

2.2.2.1电缆火灾危险场所

钢铁冶金企业存在着大量的电缆隧道、电缆夹层、电气地下室及电缆沟等, 在这些区域内, 电缆布置密集, 数量巨大, 环境恶劣, 相互贯通, 遇到电缆本身故障和外界火源, 很容易引起电缆着火, 造成巨大损失。电缆火灾事故不论是由外界火源引起的, 还是由于电缆本身故障引起, 在着火后, 都具有下列特点: 一是火势凶猛, 蔓延迅速。电缆本身是可燃的物质, 尤其是聚氯乙炔等塑料电缆和充油电缆, 更易着火蔓延, 而且电缆隧道内的电缆为大量密集交叉或架空敷设, 一旦着火, 会沿着电缆群束迅速延燃扩大。试验研究表明, 电缆着火后最快传播速度可达20 m öm in。而多起重大火灾案例分析也表明, 约10～ 20 m in 后, 大火便顺着电缆延燃到主控制室、继电室等场所烧毁控制盘、继电盘、仪表盘等, 损失十分严重。二是扑救困难, 易引发二次危害。电缆隧道一般都纵深距离长, 宽度窄, 火灾时极易堵塞;同时由于电缆隧道中散热困难, 热烟无法顺利排出。试验表明, 起火隧道的温度可由400 ℃很快上升到800～ 900 ℃, 易较快发生轰燃。同时, 由于隧道处于地下, 扑救时无法观察火灾状况和具体位置,选择火灾扑救路线困难, 只能通过隧道出入口进入, 且地下照明条件差, 不易迅速接近起火位置。地下建筑物结构对于通信设备的干扰等等因素都造成了火灾扑救的困难。三是火灾损伤严重, 修复时间长。电缆火灾事故造成损伤严重, 不仅直接烧毁大量的电缆和其他设备, 同时还有其他特殊危害, 如控制回路失灵等而造成事故扩大。据统计, 1960～ 1984 年电力行业的62 次电缆火灾, 修复超过1 个月的占有35 次, 占总数的56% , 达半年以上的有16 次, 占总数的16% , 间接损失巨大。

电缆火灾事故发生原因归纳起来有两个, 一是由于电缆过热、短路、绝缘老化或绝缘性变坏等内因引起的火灾事故;二是由于外界火源等可燃物着火波及下的外因引起的火灾事故。据本次调查的统计, 在26 例各种原因、不同区域电缆火灾中, 因电缆本身故障引发的火灾占16 起, 占到了总数的62% , 外因导致的火灾事故共10起, 约占38%。

2.2.2.2电气火灾危险场所

钢铁企业存在着大量的、繁简不一的电气室、控制室、操作室、仪表室、计算机室等, 其内部存有大量的电缆和用电设备, 在设备故障或线路短路时极易发生火灾, 而且一旦发生火灾, 将会影响全局, 造成大面积的停产, 损失巨大。

2.3防火对策

钢铁冶金企业防火设计应充分考虑钢铁冶金企业各系统的特点和火灾危险性, 并从防火目标的提出、工艺生产系统的特点、明确钢铁冶金企业的重点防火区域以及如何采取确实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体系化标准, 以确保真正的生产安全。

2.3.1防火设计目标

对于钢铁冶金企业中的重要防火区域, 应从“防止发生火灾;快速探测并扑灭已发生的火灾;防止尚未扑灭的火灾蔓延而减轻火灾”的角度来形成设计目标。“防止发生火灾”, 是要求将钢铁冶金企业运行中发生火灾的概率降至最低, 需要将防火设计结合工艺和生产管理统一考虑。“快速探测并扑灭已发生的火灾”, 是要求采用自动、半自动等主动的消防技术, 实现火灾的早期探测和早期扑灭, 从而减少火灾的损害。“防止尚未扑灭的火灾蔓延而减轻火灾”, 是要求采用被动防火分隔, 延缓或阻止火灾的发展, 赢得救援时间。

2.3.2防火设计要素

一是建筑防火部分。要紧密结合钢铁冶金企业的实际情况, 对各建(构)筑物及工艺设施的火灾危险性进行全面、详尽而科学的分类, 从安全疏散、建筑构造等方面

加以考虑。二是工艺系统的防火设计, 这是工业消防中应重点关注的问题。首先, 确定工艺系统中的重点防火区域和区域内的主要建(构)筑物及设施, 根据火灾危险性分类, 采取相应的防火保护措施, 避免引发火灾, 降低燃烧几率, 控制火灾的蔓延燃烧。其次, 确定在发生火灾的情况下, 人员施救的必备措施和设施, 确保消防人员可以进入场所进行扑救。最后, 便是确定在发生火灾的情况下, 是否启动自动灭火系统的工艺要求。自动灭火系统应结合工艺安全因素, 确定合适的启动、退出时机。三是火灾报警、防排烟、消防电气等系统部分。从主动防火、消防系统工作保障等方面予以考虑。

2.3.3统一规划

钢铁冶金企业由于企业内部发展的需要, 每年都有大量的新建、改建及扩建项目, 这些项目由于建造时间不一, 所遵循的建造标准也不统一, 导致各工艺系统的防火安全保证能力不一致。而钢铁冶金企业由于其流程性生产性质的要求, 生产工艺中每一环节的不安全都可能导致其它系统不能正常生产, 因此, 不论从技术层面、资源共享、维护管理、可持续发展等方面都应统一进行消防规划。

2.3.4消防安全评估

钢铁冶金企业的消防安全是一个比较宽泛的概念,涉及的方面较多, 最重要的便是生产工艺与火灾的发生息息相关。一方面火灾会造成工业企业重要物项或工艺过程的损害和直、间接损失;另一方面工艺安全的因素也会造成火灾, 而进一步致损。因此, 消防安全和生产安全是不可分割的, 需要结合工艺生产安全因素进行综合的消防安全评估。

参考文献：

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