第一篇：先进钢铁材料技术的进展

先进钢铁材料技术的进展

钢铁研究总院先进钢铁材料技术国家工程研究中心董瀚

摘要：钢铁材料是不断发展的先进材料，它依然是本世纪的主要结构材料。先进钢铁材料具有环境友好、性能优良、资源节约、成本低廉的特征。本文从钢铁材料理论进展出发，评述微合金化钢、超细晶粒钢、氮合金化不锈钢、高质量特殊钢、钢材组织性能预报和材料信息化技术等重要的先进钢铁材料技术进展。

关键词：先进钢铁材料技术、微合金化钢、超细晶粒钢、氮合金化不锈钢、高质量特殊钢、钢材组织性能预报

WTHZRecent Progress in Advanced Steel TechnologiesWT(Yong GAN and Han DONG

Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China

National Engineering Research Center for Advanced Steel Technology, China)WTHZAbstractWTSteel is generally believed to be as one of the dominant structural materials in the 21st century due to its environmental benign, high performance, resource saving and low cost characteristics.The paper overviewed the newly developments in advanced steel technology.It was stressed on the important progresses of microalloyed steel, ultrafine grained steel, nitrogen alloyed stainless steel, high quality specialty steel, process modeling and steel database technology.WTHZKeywordsWTadvanced steel technology, microalloyed steel, ultrafine grained steel, nitrogen alloyed stainless steel, high quality steel, process modeling, steel databaseWT

一、引言

钢铁材料具有资源相对丰富、生产规模庞大、加工制造容易、性能多样可靠、成本低廉稳定、使用便利习惯和回收利用方便等特点，是基础设施建设、工业设备制造和人民日常生活中广泛使用的材料。目前和可预见的未来还没有任何材料能够全面取代钢铁材料，钢铁材料仍然是占据主导地位的结构材料，是社会和经济发展的物质基础。

经过人类不懈的努力积累和创造，在钢铁材料科学和技术上取得了巨大的进步。钢铁材料的宏观性能和微观组织结构之间的关系已逐渐清楚，可运用量子力学理论解释钢铁材料的某些宏观行为。人们逐渐地可以从理论出发设计和生产钢铁材料。铁水脱硫、转炉复吹、超高功率电炉冶炼、炉外精炼、中间包冶金、连铸、控轧控冷、微合金化等迅速进步的冶金生产工艺技术为钢铁材料的设计和生产提供了技术基础。而计算机等相关行业的技术发展也为钢铁材料设计和生产提供了先进的控制手段。纵观钢铁材料的发展历史，归纳当前钢铁材料精采纷呈的理论和技术的发展，人们不难得出一个结论：基于当前的理论和技术发展，钢铁材料本身在21世纪还会发生重要的变革，最终将会导致钢铁材料的性能显著提高，并将对整个社会发展起巨大的推动作用。先进钢铁材料的含义是：在环境性、资源性和经济性的约束下，采用先进制造技术生产具有高洁净度、高均匀度、超细晶粒特征的钢材，强度和韧度比传统钢材提高，钢材使用寿命增加，满足21世纪国家经济和社会发展的需求。

今天，先进钢铁材料技术发展表现在钢铁生产和应用的各个方面，全面和详尽的述及是不可能的。本文从钢铁材料学科的理论进展出发，结合市场发展的需求，论述微合金化钢、超细晶粒钢、氮合金化不锈钢、高质量特殊钢、钢材组织性能预报和材料信息化技术等当前重要的先进钢铁材料技术进展。

二、微合金化钢技术

在钢中添加微量（单独或复合加入含量少于0.1%）的合金化元素（钒、铌、钛等），形成相对稳定的碳化物和氮化物，从而在钢中产生晶粒细化和析出强化效果，使屈服强度较碳素钢和碳锰钢提高23倍的钢类称为微合金化钢。微合金化元素的作用与热变形密切相关。20世纪5070年代是微合金化钢的理论和技术取得重要进展的时期［1］。人们将HallPetch关系式应用于描述低碳钢和微合金钢的强度与晶粒尺寸的关系，提出了晶粒细化不仅有效提高钢的强度还可提高韧性，特别是改善韧脆转折温度。观测到含铌钢的屈服强度与晶粒尺寸关系明显偏离传统的HallPetch关系，并由此发现在铁素体中沉淀析出了非常微细的碳化铌、氮化铌或碳氮化铌沉淀相导致附加强化。这个期间值得提及的重要工作有：第二相阻止晶粒粗化原理的提出及微合金碳氮化物用于控制奥氏体晶粒；微合金碳氮化物在奥氏体中的固溶度积公式及微合金元素的溶解与微合金碳氮化物的沉淀规律；稀溶体中第二相的Osterwald熟化过程及微合金碳氮化物的粗化规律；微合金化元素对变形奥氏体再结晶行为的影响；微合金化钢的控轧控冷技术；微合金化钢中夹杂物对性能的影响规律和夹杂物改性控制技术；微合金化钢中渗碳体或珠光体对性能的影响规律及低珠光体钢和针状铁素体钢的研制开发；微合金化钢的组织—性能关系式与微合金化钢设计。标志性的国际会议Microalloying'75对这一时期微合金化钢的研究开发及生产应用工作进行了充分的总结［2］，确立了微合金化钢的地位和进一步发展的方向，使得微合金化钢成为重要发展方向。

20世纪80年代至今是微合金化钢产品的迅速发展时期，特别是90年代后期世界主要钢铁生产国相继制定和实施新一代钢铁材料研发计划，超细组织、高洁净度、高均匀度和微合金化是钢铁材料的最重要发展趋势，微合金化钢的研发获得了更为广泛的认同和重视［3］。这一时期的主要工作有：复合微合金化原理；微合金碳氮化物的沉淀析出次序；微钛处理控制奥氏体晶粒尺寸的原理及其应用；微合金碳氮化物在铁素体中的固溶度积公式及其在铁素体中的沉淀析出强化原理；奥氏体的变形热处理原理及控轧技术，特别是控制动态再结晶轧制技术的应用；微合金化钢连铸连轧生产技术；微合金化原理的系统理论；无珠光体钢乃至无间隙原子钢（IF Steels）；高等级石油管线钢；变形诱导铁素体相变（DIFT）技术与超细晶粒钢。

钛是早期微合金钢的主要微合金化元素。过去钢铁材料标准中均有许多含钛钢种，如我国的15MnTi、13MnTi、14MnVTi、20Ti、10Ti等。目前钛微合金化主要用于微钛处理（0.02%），利用TiN析出相的高温稳定性来控制奥氏体晶粒长大，改善钢的韧性和焊接性。钒在钢中主要起沉淀强化作用，加入量一般小于0.20%。钒微合金化一般不需要采用低温轧制，因此适合长形材及厚板等品种的开发。厚钢板、厚壁H型钢、微合金非调质钢等品种由于受轧机能力、变形量和孔型轧制等条件的限制，难以实现低温控轧。采用VN微合金化技术结合再结晶轧制，通过VN在奥氏体中析出诱导铁素体在奥氏体晶内形核，从而细化组织。铌在钢中的主要作用是细化晶粒、沉淀强化和相变强化。与其它微合金元素相比，铌对奥氏体再结晶抑制作用最大。利用铌的这一特点发展了传统控轧工艺（未再结晶控轧）以细化晶粒。轧制后未沉淀析出的铌（固溶铌）将在铁素体内析出，起沉淀强化作用。另外，固溶铌还能够降低Ar3温度，有助于获得贝氏体和针状铁素体。近年来，钢铁研究总院研究了铌在变形诱导铁素体相变中的作用机理，与武钢和本钢合作开发了含铌高强度耐大气腐蚀钢，使CuPTiRE和CuPCrNi系两类应用最广泛的耐大气腐蚀钢的屈服强度分别提高到400兆帕和500兆帕以上，与包钢薄板坯连铸连轧厂合作开发了X60管线钢和汽车大梁钢。根据经济建设的需要，结合我国资源，应当发展有中国特色的微合金化高强高韧钢。

三、细晶粒钢和超细晶粒钢技术

20世纪90年代后期以前，工业化生产的钢材的晶粒尺寸大多超过10微米。超细晶粒钢是当今世界钢铁材料理论和技术领域的研发热点。从20世纪90年代末开始，日本、韩国、中国和欧盟等国家先后投入力量进行超细晶粒钢的研发。日本材料研究院采用低温大变形和多轴压下技术，在实验室将铁素体晶粒尺寸细化到0.51微米［4］。韩国POSCO采用应变诱导动态相变(Strain Induced Dynamic Transformation)技术，在实验室轧机上将CMn钢和微合金钢的晶粒尺寸分别细化到45微米和2微米［5］。我国于1998年启动了翁宇庆负责的973项目“新一代钢铁材料的重大基础研究”，其主要研究内容是将目前广泛应用的铁素体—珠光体钢的屈服强度提高一倍，即碳素结构钢屈服强度从200兆帕级提高到400兆帕级，高强度低合金钢的屈服强度从400兆帕级提高到800兆帕级。我国的研究形成了以变形诱导铁素体相变为核心的细晶粒或超细晶粒形成理论和控制技术，实现了细晶粒或超细晶粒钢的工业化生产［6，7］。 为实现超细晶粒钢的工业化生产，日本川崎重工与中山钢厂采用异步辊轧制（SRDD）、机架间冷却和轧后快冷等技术建设了一条可低温大应变量变形的专业化超细晶粒钢生产线。采用低温大应变控制轧制技术可将低碳钢的铁素体晶粒尺寸细化至3微米，屈服强度提高到500兆帕。日本新日铁公司采用“先进TMCP工艺”进行表层超细晶粒厚钢板的生产。该工艺将变形、道次间加速冷却、终轧后加速冷却及轧制过程中变形热控制等技术结合，故称为“复杂TMCPs”技术。利用该技术，新日铁公司已生产出厚度为25毫米、表层铁素体晶粒尺寸2微米，深度达4毫米的表层超细晶粒钢板。该钢具有较高的强度、韧性和良好的抗疲劳和断裂等性能。

我国在开展新一代钢铁材料的基础理论研究工作的同时也安排了超细晶粒钢的工业化试制。其中重点安排了碳素超细晶粒钢扁平材和长型材的工业化试制。在长型材研发方面，利用普通碳素结构钢Q235化学成分，通过有效的工艺控制，钢的组织可细化至5微米左右，开发的带肋钢筋的屈服强度达到了400兆帕级，满足GB14991998标准的热轧带肋钢筋要求。在扁平材研发方面，宝钢与东北大学采对CMn钢利用低温轧制、加速冷却和低温卷取等技术，获得了铁素体晶粒尺寸约为5微米左右的铁素体—珠光体—贝氏体钢。钢板的屈服强度达到400兆帕级，同时具有良好的成形性能，已应用于一汽汽车大梁。攀钢和武钢与钢铁研究总院采用普通碳素结构钢化学成分，利用控制轧制、道次间加速冷却和轧后控冷等技术，获得了铁素体晶粒尺寸约为45微米的铁素体—珠光体钢［8，9］。钢板的屈服强度也达到了400兆帕级，钢板成形性能优异，已开始批量应用于东风汽车大梁。变形诱导铁素体相变现象和理论

变形诱导铁素体相变是指在钢的Ae3温度附近施加变形，变形中奥氏体能量升高，稳定性降低，从而导致相变。由于相变是在变形过程中，而不是在变形之后的冷却过程中发生的，因而又被称为动态相变。这种相变之所以引起人们的关注，一方面是因为它能够获得超细晶粒，另一方面是因为它具有较好的工业化前景。

变形诱导铁素体相变现象的发现始于20世纪7080年代，当时称为应变诱导/强化铁素体相变（SIFT/SEFT）。Yada等人较早系统地考察了这一现象：通过在1073K单道次变形或多道次连

续变形，可将0.111.0%Mn钢的铁素体晶粒细化至1(3微米。铁素体数量随变形道次的增加而逐渐增多，同时晶粒尺寸逐步减小，表明铁素体发生了动态再结晶。采用原位X线衍射技术证实了SIFT的存在。同时发现，相变可在钢的平衡相变温度以上发生，提高应变速率有利于SIFT进行。综合各种试验结果（组织观察、微区成分测定和应变应变曲线），Yada等认为SIFT是一个不涉及原子长程扩散的块状转变。DIFT相变的机制有待深入的研究。

在系统地研究温度、应变、应变速率影响规律的基础上，我们提出了以变形诱导铁素体相变(Deformation Induced Ferrite TransformationDIFT)作为描述这一现象的名词［10］。在实验室轧机上成功地实现了微合金钢DIFT轧制，并获得超细晶组织。通过1093K三道次变形诱导铁素体相变轧制，将低碳微合金钢0.09C0.29Si1.42Mn0.045Nb0.008Ti(wt%)的铁素体晶粒细化到0.92微米，屈服强度达到630兆帕。随着总压下量的增大，DIFT铁素体的体积分数增加，铁素体晶粒平均尺寸略有下降。DIFT后卷取使钢带的超细晶粒组织均匀，但是强度下降。固溶铌不利于DIFT，析出铌可促进DIFT，而且还可以阻止铁素体晶粒的长大。

四、氮合金化不锈钢技术 镍是当前多数不锈钢的主要合金化元素，不锈钢生产的快速增长导致了镍的紧缺。应用氮合金化可以替代不锈钢的镍元素，降低成本，提高性能。从20世纪20年代开始，人们发现在不锈钢中氮可以提高强度，后来又陆续发现其对钢的耐蚀性能有益。但氮作为合金化元素使用的最早报道是在1938年。阻碍氮作为合金元素使用的主要因素主要是氮的加入问题。在大气压强下氮在钢中的溶解度低，加入困难。20世纪50年代，由于当时镍的缺乏，促使了人们对铬镍锰氮和铬锰氮奥氏体不锈钢的研究。结果诞生了200系列的CrMnNiN不锈钢，氮含量大多在0.10%～0.25%范围内。60年代由于AOD炉外精炼技术的工业应用，使得氮的加入和控制问题得到了一定程度的解决。人们已认识到氮在显著提高不锈钢力学性能的同时，还提高钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀性能如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。

随着加压冶金技术的发展，氮可以较大含量固溶于钢中，并因此改善钢的性能。氮在钢中的作用再次被人们所广泛关注。目前国外已开发了多种高氮钢的冶炼技术，包括等离子冶炼、加压感应炉冶炼、加压电渣重熔冶炼、粉末冶金以及利用先进的计算机合金设计方法进行的常压下高氮钢的冶炼等。德国、奥地利、保加利亚等工业化生产和应用高氮钢。目前工业化应用的最大加压电渣炉已达20吨，最大工作压力达6兆帕，在奥氏体不锈钢中最高氮的加入量可达2.1%。

作为固溶元素，碳和氮均以间隙固溶的方式在铁素体（体心立方）的八面体和奥氏体（面心立方）的四面体中存在。当元素含量超过溶解度积后，碳和氮以化合物的形式析出。碳在铁素体和奥氏体中的析出规律已得到比较系统的研究，而氮由于在常规冶金条件下溶解度的限制，目前的研究还远没有系统化。氮在奥氏体不锈钢中含量的提高将极大地提高碳在奥氏体中的溶解度，氮和碳之间的这种交互作用可以促进碳在奥氏体不锈钢中的应用［11］。体心立方结构的钢中韧脆转变机制已明了，但提高氮含量而导致的面心立方的奥氏体不锈钢出现韧脆转变机理尚不明了。

氮合金化不锈钢发展的主要趋势有：①高强高韧钢。此类钢主要利用氮对钢力学性能的贡献，通过适当的冶金工艺和恰当的合金设计，将氮固溶于钢中，从而研制出超高强度、超高韧性的不锈钢。已经研究出固溶状态下屈服强度超过202_兆帕，冷变形状态下强度超过3600兆帕的超高强度钢。②以耐蚀性能为主的综合性能优异的不锈钢。此类钢主要利用氮对钢的耐蚀性能的贡献，并兼顾氮在力学性能上的影响，针对特殊的服役环境，研究出一系列新型超级不锈钢。③以节约资源、降低成本为主要目的的经济型不锈钢。此类钢利用氮对钢组织的影响，部分或全部替代贵重金属镍，使得钢在较低的原料成本下仍保持奥氏体组织，从而在性能上兼顾奥氏体钢的特点和氮对钢性能的作用。

我们正在开展氮合金化不锈钢的研究工作，其中有：高洁净度和高均匀度的氮含量控制在0.08%～0.12%的核级控氮304不锈钢，其耐蚀性能优于304不锈钢；高洁净度和高均匀度的氮含量控制在0.06%～0.12%的核级控氮316不锈钢，其耐蚀性能优于316不锈钢；氮含量0.35%～0.46%的含氮奥氏体不锈钢具有优良的力学性能、耐点蚀和缝隙腐蚀性能［12］；已工业化试生产出氮含量达0.6%的高氮奥氏体不锈钢，拟作为钢筋应用于耐腐蚀钢筋建筑。

五、高质量特殊钢技术 特殊钢在线软化退火处理

为了便于机械加工，按照传统冶金生产工艺流程生产出的特殊钢材，如冷镦钢、轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、合结钢和碳结钢等需要先进行软化退火处理。利用轧制热进行在线软化退火处理，不需要离线重新加热，节能降耗效果显著。目前，许多国家相继开展了特殊钢的在线软化处理技术的研发，主要以高碳GCr15轴承钢的控轧控冷和在线球化退火处理为主，而对于中碳钢和中碳合结钢的研究工作有限。神户制钢第7线材厂在1999年进行了改造［13，14］，增加了超重负荷能力的减定径机组，并将输送线从原先的48米加长到100米，可实现低温轧制和较宽温度范围内的控冷。202_年他们在改造后的线材轧机上生产出在线软化的冷镦钢盘条。在线软化处理SCM435线材的强度低于800兆帕，而传统工艺生产的钢材强度大于900兆帕。用其进行球化退火，在达到同样珠光体球化率的情况下，节省等温时间45％。所生产的具有微细组织的S45C钢线材可实现快速球化退火。实现在线软化退火处理的技术关键是降低轧制温度和轧后控冷。对于中碳钢和中碳合金钢，结合轧后控冷，可得到较多体积分数的细铁素体＋球化或退化的珠光体的组织，其硬度较常规线材降低，断面收缩率提高，冷加工性能提高。传统高速线材轧机难以实现在线软化退化的主要原因是不能够进行低温大变形量轧制。

目前高速棒线材轧机多为20世纪8090年代所建，多数已进入更新改造期。其改造的重点是配备能实现低温轧制的超重负荷精轧机组，使其具有控轧的生产能力。对Steor控冷线进行设备改造和加长，更容易地实现控冷。特殊钢线材的在线软化处理属正在发展中的技术。我们正在对冷镦钢的在线软化处理技术进行研究，已经能够实现离线快速球化退火。特殊钢夹杂物控制技术

疲劳失效是钢制机械零部件的主要失效方式。影响疲劳性能的主要因素包括硬度、夹杂物和表面缺陷。通常改善疲劳性能的方法是减少易成为疲劳破坏源的夹杂物、表面缺陷和脱碳等。当采用工艺方法(如对线材或半产品采用车削、磨削等去皮技术)获得无表面缺陷和脱碳的光亮材后，进一步改善疲劳性能就需要控制杂质元素和夹杂物。

针对起源于非金属夹杂物的“鱼眼”型疲劳断裂，应控制钢中的非金属夹杂物使其无害化来提高的疲劳极限。可以降低钢中氧含量、细化非金属夹杂物的尺寸和控制其分布、减少非金属夹杂物的数量、对非金属夹杂物变性处理等。早期的工作侧重于降低钢中的杂质元素（特别是氧含量）来减少非金属夹杂物的数量，细化非金属夹杂物。日本大同特殊钢研究了采用ULO(超低氧)、ULO+UL〃TiN(超低氧+超低TiN)和VI+VAC(真空感应+真空重熔)等工艺生产汽车悬挂和气门弹簧用钢SUP6、SUP7及SUP12。钢中氧含量小于0.0011%，比常规RH脱气处理的0.0021%～0.0033%大幅度下降，从而使夹杂物数量和尺寸较RH脱气法显著降低。由于减少了B型和C型夹杂物，ULO钢的疲劳极限提高约100兆帕。采用ULO法冶炼的SUP6和SUP7钢的疲劳极限与SUP12钢处于相同水平。高纯净度ULO+UL〃TiN钢的疲劳极限显著提高，与VI+VAR钢的疲劳极限相近。ULO钢中的Al2O3和TiN夹杂物的尺寸明显小于常规处理钢中的夹杂物尺寸。在ULO+UL〃TiN钢的疲劳源上夹杂物出现的几率减少，成为疲劳源的夹杂物尺寸变小，而在VI+VAR钢的疲劳源处未观察到夹杂物。 由于不可能无限制地降低钢中夹杂物含量，并考虑到生产成本的要求，需要将降低钢中夹杂物含量变为使夹杂物无害化。控制夹杂物的成分在钙斜长石和假硅灰石之间的共晶成分，可降低熔点和使其软化。在热轧时可使夹杂物产生塑性变形而使其尺寸减小。夹杂物硬度与基体硬度相当可减轻夹杂物周围的应力集中。同时控制夹杂物数量和形态够明显提高弹簧钢的疲劳寿命。

目前的疲劳数据源自107周次以下的循环载荷试验。然而许多发动机、汽车承力运动、铁路车轮和轨道等部件需要承受108～1012周次的循环载荷而不发生断裂。在过去几年中，对于通常认为存在疲劳极限的高强度钢，仍有部件和结构在更高循环周次下发生疲劳断裂。这就需要研究高循环周次下疲劳断裂的现象和机制。

六、钢材组织性能预报和材料信息化技术长期以来，钢材加工工艺设计和生产控制大多建立在经验基础上。近年来，随着物理金属学理论和计算机数值计算技术的发展，人们研发了钢材加工过程模拟技术。近二十年来，过程模拟技术已经逐渐从对产品尺寸和表面质量控制延伸到了对生产过程中的组织演变模拟和产品的组织性能预报和控制。近年来，世界各国的学者开发了钢材组织性能预报和控制系统，如MM，SLIMMER，VAIQ Strip，METMODEL，STRIPCAM等。有的作为离线的模拟工具软件，有的已经应用到了热轧生产线上。组织性能预报技术的关键是建立钢材加工过程的定量模型。目前阶段组织性能预报技术以扁平材和长型材生产为主，可以延伸到管材生产。所涉及的钢种主要是CMn钢和部分高强度低合金钢。钢铁研究总院结合珠钢CSP生产线和宝钢厚板坯热连轧带钢生产线，已初步开发了系统模拟预测模型，有关组织演变、变形和传热机理的定量模型的进一步验证和优化在进行之中。

各工业国家重视材料数据库的建设。美国是世界上数据库工作最活跃的国家，仅材料数据库就有几百个。美国国家标准参考数据系统包括了数十个各类数据库，其中有材料力学性能、金属弹性性能、金属扩散、材料腐蚀、材料摩擦磨损、合金相图等材料数据库。西欧和日本等国也在加强数据库的建设，德国卡尔斯鲁厄的科技信息中心，设有一个庞大的科技信息网络，是欧洲的大型数据网络系统。该系统包括100多个数据库，主要涉及材料、物理、化等领域，如材料性能数据库，金属性能数据库等。日本的数据库建设起步较晚，多数开始于20世纪80年代初，目前已建起的各类数据库1000多个。目前各国先进的数据库已经互通联网，提供联机检索。

我国材料数据库技术的研究开始于20世纪80年代初期，目前有清华大学等建立的新材料数据系统库、北京科技大学等建立的材料腐蚀数据库、北京航空材料研究院建立的航空材料数据库、钢铁研究总院建立的合金钢数据库和军工钢材数据库等。我国的材料数据库数量比较少，在互联网络上目前很少有国内拥有的可以公开查询的数据库。

钢铁生产流程中的组织性能预报技术和信息化数据库技术都属于目前和今后的行业关键性共性技术，随着企业和整个社会对信息化技术的重要性认识程度加深和实际需求，上述技术必将有广阔的应用前景。

七、结语

必须看到，钢铁材料是一类不断发展的先进材科。无论是品种还是质量，21世纪的钢铁材料已经完全不同于从前的钢铁材料。伴随着需求变化和相关技术进展，21世纪的钢铁材料将会以质量高和多样化的面貌出现在人类面前。为了适应未来的社会和经济发展，应不断地运用新技术、新工艺和新装备，研发出环境友好、性能优良、资源节约、成本低廉的先进钢铁材料与相关信息化技术。

致谢作者的同事刘正东、刘清友、雍歧龙、苏杰、杨才福和杨忠民等教授级高工、惠卫军、孙新军、苏航和荣凡等高工近年来从事先进钢铁材料技术的研发，对本文的撰写提供了帮助，籍此致以衷心的感谢。参考文献

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第二篇：航空发动机先进材料高性能零部件制造技术进展

过去10多年中，IHPTET 等研究计划将低涵道比涡扇发动机的推重比逐步提高了60％以上，达到了10:1，而ADVENT 计划还在进一步实现变循环发动机技术的跨越；商用大推力大涵道比航空发动机也在控制油耗、改进效率、降低噪声、提高安全可靠性、削减研制生产成本等多个方面取得了重要进步。主要的航空发动机制造商——通用电气（GE）、罗尔斯·罗伊斯、普惠和赛峰等所取得的这些重大成就都与其在航空发动机先进加工制造技术中的不断进步密不可分。GE9X、GEnx、LEAP、Trent 1000 及PW8000 等新型航空发动机的试验研究和研制经历都表明，具有很高机械物理性能的新材料零部件的可加工性、可生产性的改善及其工程化应用，是航空发动机从机体结构减重和涡轮工作温度增高两方面提升性能，改进效率，取得持续进步的重要推动力。

新型复合材料风扇的加工制造技术 碳纤维增强环氧树脂复合材料风扇

大涵道比涡扇发动机的碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)风扇叶片加工制造技术已经日益成熟。如图1 所示，GE90 系列的大型CFRP 风扇叶片约有1.2m 长，经过超声切割技术精确加工的数百层碳纤维预浸料布，进行铺设后进行热压制成。风扇叶形经过先进的计算机三元流优化设计，榫头到叶尖的厚度逐步从10cm 降低到0.6cm，并采用钛合金（后改为合金钢提高强度）包边增强的方式，重量也仅有22.7kg。此类经过气动优化、大尺寸、少叶数的风扇已经显示了突出优势，GE90-115B的风扇叶片有22 个，GEnx降低到18 个，而GE9X又降低到了16 个，既扩大了涵道比、增大了空气流量，又减少了风扇系统的重量。由于通过外涵道排出空气所形成的推力占据了商用发动机总推力的70%~90%，因此，增大空气流量、减少风扇系统的重量，会带来更好的燃油效率。例如，GE公司指出GE90-115B 仅此就提高了约1.5% 的燃油效率[1]。CFM 公司LEAP 发动机的直径约3m，共用了18 个总重量为76kg 的CFRP 叶片，相比之下，CFM56 则有36 个总重高达150kg的钛合金叶片。新的碳纤维三维编织/ 树脂传递模塑成形（RTM）制造工艺可以进一步提高风扇叶片的强度，因此，新一代GEnx及LEAP 发动机上都将采用这一技术制造风扇叶片。斯奈克玛公司为LEAP 发动机CFRP 风扇叶片开发的碳纤维三维编织/RTM 制造工艺中，长度以千米计的碳纤维进行三维编织后经超声加工方法制成预制体，再在专门开发的RTM 模具中注射树脂并进行热压固化制成叶片（图2）。叶片的成型过程需要24h，然后再进行钛合金包边并完成LEAP 发动机风扇叶片的最终加工[2]。不过，普惠等公司开展的一些试验也表明，为保证零件强度——例如防鸟撞，CFRP 材料风扇叶片要做的比传统钛合金叶片相对厚一些，这会降低发动机的气动性能。因此，在直径较小的发动机上采用超塑成形/ 扩散连接（SFP/DB）工艺制成风扇叶片的优势仍然存在。这样，风扇叶片可以做的较薄、强度够、气动性能也好。CFM 也在进一步将碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）制作的风扇机匣在LEAP 发动机上进行测试。2 金属基/ 陶瓷基复合材料风扇

金属基/ 陶瓷基复合材料（MMC/CMC）风扇的研发也一直在深入开展。MMC/CMC 材料比CFRP 具有更好的强度、刚度以及高温性能，因此，在发动机上多种类型的零件都有较好的应用前景。GE 公司在GE9X 的技术验证评估中认定，CMC 材料轻质高强的特点使得他们能够在与现有GE90 的CFRP 风扇叶片相同强度的情况下，可以做得更薄，并减少到16 个风扇叶片，这有望将发动机效率提高10%。罗尔斯· 罗伊斯公司也在一个名为UltraFanTM的项目中对新型C/Ti 复合材料叶片进行验证，计划在未来一代大型发动机上替换SPF/DB 钛合金风扇叶片。他们预期，如果未来将风扇及机匣都替换为此类C/Ti 复合材料，将有望使发动机减重700kg。3 新型复合材料风扇的零部件加工制造工艺 如何进一步提高新型复合材料的可加工性，以稳定的工艺方法确保表面完整性并降低零件的疲劳破坏概率，仍然是夯实航空发动机新型复合材料工程应用的前提和基础。由于复合材料的内部微结构较常用合金材料要特殊得多，其组成成分构成比较复杂，相对于基体材料，增强相（纤维或者颗粒增强体）的硬脆性高、可加工性普遍很低；运用传统车铣等加工方法时，切削力不稳定、刀具磨损太快、表面完整性差，有时候还会导致纤维和基体结合面上发生纤维拉出、脱开等损坏。近年来，非传统加工方法在CFRP 零件加工上的应用取得了明显的效果，如图3、4 所示。超声切割、激光切割等方法已经成为碳纤维预制体加工中的重要手段，而水射流加工（包括高压水加工、磨料水射流（AWJ）加工等）在CFRP工件的材料去除上有更好的成本效益，旋转超声加工(RUM)则在CFRP/Ti 合金的叠层结构制孔上比较有优势。因此，近年来CFRP 零件在风扇等冷端零部件上的应用与其加工制造工艺的逐渐稳定成熟有直接的关系。不过对于金属基/ 陶瓷基复合材料（MMC/CMC）而言，其工程性能更高，但是，制成工艺也更难。MMC/CMC 零件制成工艺的稳定性还有待进一步提高，以SiC复合材料为例，尽管已经开展了多年的密集试验研究及验证测试，如何克服硬脆特性，实现高表面完整性和精度的加工，还是摆在其加工机理研究中的一个核心问题。钛合金压气部件的加工制造技术 钛合金的精密高效加工技术

钛合金材料在航空发动机中有极其广泛的应用，特别是用以生产压气机等冷端零部件或结构件。其中，中等强度高损伤容限型钛合金Ti-6Al-4V 因在耐热、强韧、耐腐蚀、抗疲劳及可加工性方面具有较好的综合性能而占据主体地位。Ti-6Al-4V 材料零件加工制造技术在欧美发达国家、俄罗斯及我国都经过了几十年的研究及广泛应用，当前技术研究重点集中于如何高效率地实现高精度、高表面完整性和高性价比的钛合金零件加工，如图5 所示。新一代的刀具，如超细晶粒硬质合金刀具、无粘结剂微晶粒立方氮化硼（CBN）刀具等的技术验证研究都表明：通过合理采用切削参数，如微晶粒CBN刀具加工试验中选择切削速度约为400m/min，进给速度约为0.01mm/r，能够将钛合金的切削效率显著提高，并实现更高的刀具寿命[3]。当然，对于钛合金高速切削加工技术仍有待深入探索，例如，表面氧化、烧伤及不合理的残余应力等影响表面完整性的情况对切削工艺条件，包括主要加工参数、切削液等，都非常敏感。能否发展少或者无冷却液的加工技术，如何实现高速切削又少磨损等成为研究的重点。无余量精密锻造压气叶片的加工制造技术

无余量精密锻造转子叶片技术也是航空发动机钛合金零件制造及应用的重要发展趋势之一。通过无余量精密锻造工艺直接形成叶片的复杂曲面，能大幅度改善叶身在高温、高压及高速旋转条件下的抗疲劳性能和有效工作寿命，如图6 所示。当然，钛合金转子叶片的无余量精密锻造工艺要远比普通的模锻技术复杂，成本也要高出数倍以上。同时，此类叶片的榫头部分的精密加工是一项技术难题。由于叶身所具有的自由曲面及薄壁特性，以无余量成形的薄壁曲面叶身为零件的定位夹紧、加工测量基准时，容易出现过大的偏差及变形，精度不易保证。传统上用于无余量精密成形叶片加工的方法是使用低熔点合金浇注方式形成过渡基准，把叶身曲面点定位转换成规则的面定位，再进行加工。但这种工艺存在非常明显的缺陷，包括基准转换与定位误差扩大、加工过程中零件表面污染、工艺链长效率低等。西方先进的发动机制造企业已经基本淘汰此类技术，转而应用基于多点定位支撑方式、“安装/ 检测/ 优化”集成控制的自适应保形精密加工技术，通过工装与机床刀具之间实现自适应数控联动，以最大限度地保障加工精度和表面质量。3 钛合金整体叶盘的加工制造技术 钛合金整体叶盘制造技术也是一个极其重要的技术领域，如图7 所示。整体叶盘在小尺度紧凑结构的发动机上有重要应用。例如，小涵道比的EJ 200 发动机上就采用了6 个整体叶盘，包括一个带有大扭转率的宽弦叶形风扇叶盘。常用加工方法包括对整体盘坯进行铣削加工、电化学加工（ECM）方法加工等，水射流（WJC）加工方法在叶盘去余量粗加工中也有应用（余量可以高达几十mm，甚至加工出某些三维轮廓）。对于有更高性能表现的双性叶盘而言，通过线性摩擦焊（LFW）将叶盘与精密锻造的叶片进行连接，从而形成整体结构，也是一项有重大意义的工艺。表面强化工艺能极大地增强零件抗疲劳、微动磨损及应力腐蚀的能力，罗尔斯·罗伊斯公司发展的激光冲击喷丸（LSP）强化技术，通过钕玻璃激光器产生1000MW 峰值功率及百万磅/平方英尺的压力波，能在钛合金叶片表面形成1.0 mm 深的压应力层，大幅度提升叶片的工作性能。热端部件的新材料应用及加工制造技术 新型伽马钛合金零部件

新型伽马钛合金（γ-TiAl）如图8 的二元相图所示，是一种极其复杂的金属间化合物，在耐高温、结构强度、抗腐蚀性以及阻燃（抗钛火）性能上有很好的表现，高温工作性能与Inconel718 镍基合金接近，但密度只有其一半。因此，γ-TiAl合金零部件近年来已经成为航空发动机研制中的热点之一[4]，逐步在热端零部件上得到应用，例如GE 公司在GEnx-1B 发动机上已经采用γ-TiAl合金（Ti-48-2-2）制造低压涡轮的最后两级叶片[5-6]，如图9 所示。不过，γ-TiAl合金的金属延展性、损伤容限都比较低，脆性也大，传热性能低也比较黏，可成型性（如铸造等）及可加工性都较差。相比之下，用它来替换的常用镍基高温合金，如Inconel718，则在延性和塑性变形方面工艺性更好，加工工艺也更成熟。因此，γ-TiAl属于典型的难加工材料。罗尔斯·罗伊斯公司对γ-TiAl合金零件的可加工性、多种加工方法开展了多年的加工制造验证性研究也表明，在铣削、车削、磨削、钻孔、EDM 以及抛光过程中，加工表面的完整性一直是关键难点之一，加工工艺参数选择不当会导致零件表面缺陷较多，在较薄结构上出现崩碎、尖锐边以及裂纹等问题，刀具的磨损问题也更突出。近几年，美国矿物、金属和材料学会（TMS）也召开数次γ-TiAl合金技术的国际学术会议，以期望从材料属性、工艺参数及加工方法等变化出发，探索与表面完整性破坏（如表面划伤、表面烧伤、微裂纹、切屑瘤、残余应力等表面缺陷）之间的内在作用与联系，并进而寻求在γ-TiAl的机械加工过程中提高疲劳性能和抗应力腐蚀性能的方法。2 新型高温合金零部件

近年推出的ATI718Plus 超级合金也在高温零部件制造上有很大的应用前景。ATI 718Plus 作为一种低成本合金材料，工作温度较传统的Inconel718 合金提升了55℃，强度、可制造性等与传统Inconel718 相似。718Plus 合金制造的热端零件能够比Waspaloy及其他类似高温合金承受更高的强度，可成形性及可加工性、耐磨损性等也相对好些。因此，罗尔斯· 罗伊斯公司已经开始在发动机上运用基于这种更佳性价比材料的转子及静子部件、紧固件等进行技术验证。在关键的单晶超级合金高压涡轮叶片制造上，国外第二代（如Rene N5、CMSX-

4、PWA1484）、第三代（如Rene N6、CMSX-10）的单晶超级合金经过多年发展，零部件精密铸造、涂层技术、加工工艺等已经比较稳定，如Meyer Tool 公司制造的涡轮导向叶片，能够达到± 0.01mm 的加工误差和R a 0.2 的粗糙度。这在各类主力发动机上都得到了广泛应用。GE90 发动机上采用的导向叶片是用Rene N5 制造的，在约1500 ℃的涡轮进气温度（TET）通过了18000 个循环的耐久测试（近似于6~7 年的商业化飞行服务）。各类高性能超级合金材料在GE 发动机热端部件上的综合运用，也将排气温度（EGT）提高了约20 ℃。能在长时间高温度下工作，强度及微观结构的稳定性都比较好的单晶高温合金ReneN6、MX4[7-8]都在进行深度工程验证后也陆续投入到了发动机型号应用上。由于单晶合金制成的高压涡轮叶片要长时间暴露于1300℃以上的高温气流之中，因此，不仅需要复杂的内部冷却气流通道，还要在表面使用特制的低热导率热障涂层(TBCs)。然而，沉积了TBC 涂层之后继续精密加工气膜孔的工作变成了一项极其困难的任务——既要在极难加工、高硬度、低热导性TBC 和单晶超级合金基体上制孔，又要保持小孔的表面完整性防止裂纹。GE/Synova公司合作发展了能够精密地穿透TBC 材料，加工出高质量气膜孔的Laser MicroJet微孔加工技术[9]。陶瓷基高温复合材料零部件

陶瓷基高温复合材料（CMC）的强度、刚度、高温性能等都非常好，材料密度又较低，在发动机热端零部件上具有极大的研究和应用前景。NASA、GE 及PW 公司都注意到了熔渗法制备的碳化硅连续纤维增强陶瓷基复合材料（Melt Infiltrated SiC/SiC CFCC）制成的零部件具有较好的热导率、抗热冲击、抗蠕变性等，在高温环境下对冷却空气的需求（比高温合金材料）更小，未来有极高应用潜力[10]。不过由于在1200℃的高温空气（含水蒸气等）下，SiC陶瓷材料存在氧化反应，因此，他们发展了一种环境阻障涂层(EBC)[11]（图10），以等离子喷涂技术在火焰筒内层制成了包括125μm 厚的Si 粘结层、125μm 富铝红柱石（Mullite）中间层和125μm 厚的BSAS 表面层。GE公司在GEnx发动机的验证试验中测试了包括内外火焰筒、第一级高压涡轮罩壳、第一级导向叶片、第二级导向叶片等零件，这些碳化硅连续纤维增强陶瓷基复合材料零件在高温实验中展现了极高的抗氧化性（如图11），预示了将来的巨大应用前景。GE、罗尔斯·罗伊斯公司联合开展的F136 发动机项目上进行的技术试验也表明，SiC颗粒增强复合材料制作的低压涡轮叶片比以前的镍基合金叶片大幅减重，同时耐高温性好减少了对冷却气体的使用，有望显著改善发动机的推力和使用效率。高温合金材料的蜂窝结构的使用也有望进一步提高涡轮的结构工艺性、降低重量并提高冷却效率。GE 公司在涡轮导向叶环上安装了高温合金蜂窝结构，在GE、Campbell 合作开展的研究中，能够用VIT-CBN 砂轮和特制的高压冷却液加工蜂窝结构材料，达到极高的品质和公差水平，没有毛刺和碎屑连接在零件上，从而极大减少了后续工序，提高生产效率。

结束语

在航空发动机中广泛使用更高的比强度、高温性能、性价比等机械物理性能的CFRP/CMC/MMC 复合材料、γ-TiAl金属间化合物及新一代超级合金等材料制成关键零部件，是航空发动研制与性能提升的重要发展趋势。但是，只有经过深入地制造工艺探索并在极其严格的技术验证过程中证明了零部件结构及其工艺方法的可靠性及成本有效性之后，先进性能的材料及其零部件的制造工艺才能真正成为航空发动机先进制造技术发展的助推器。当前，我国航空发动机先进制造技术既面临着宝贵的发展契机，又承受着巨大的发展挑战。深入探索新型高性能材料的基本性质、理清零部件制造的工艺特点，从理论本质和工程技术两个层面掌握零部件先进加工制造技术的内涵，是推动我国航空发动机先进制造

技术发展的关键所在。在此基础上，进一步重视将技术研究成果向工程化生产线凝聚，重视系统性的集成应用也是不可或缺的环节。例如，德国MTU 公司的工作表明：优化整体的工艺链并实现生产线工艺集成、功能集成（如将原来的外部非加工工序包括喷丸、检测等投入在线应用），形成良好的工艺组织管理能力，能够降低55% 的质量缺陷和缩短25% 的制造周期。因此，应将发动机关键零部件的先进加工工艺技术研究与应用作为航空发动机产业“强化基础、提高能力”的一项关键环节，从基础理论、关键技术和工程体系协作发展的角度促进我国航空发动机关键零部件先进加工制造技术的跨越发展。

第三篇：口腔医学技术进展

口腔医学技术前景分析

口腔医学技术专业是培养掌握口腔医学的基本理论和口腔治疗技术与工艺技术的基本操作技能，从事口腔疾病的治疗以及牙齿整复和整形技术工作的高级技术应用性专门人才的专业。此类人才毕业后一部分于义齿加工厂中从事义齿加工；另一部分则于医院从事口腔助手等工作。

随着经济的发展，人们日益重视口腔的健康和美观，对齿科的需求也越来越高，因此也带动了齿科行业的发展。技工士和牙医是口腔行业的两大支柱，技工士从事的是严谨和精密的修复工作，作出一颗或一付成型而且有益于健康的牙齿，因此义齿加工厂和技工士在齿科行业中是极其重要的一个环节。

现在国内已有些义齿加工厂技术水准和其他综合指标已能得到国外口腔界的认可，已能承接国外的义齿加工件。在宏观的大环境下，随着中国加入WTO以及全球经济一体化进程的加速，同时自身的行业规范程度不断提高，有理由相信中国能成为世界的烤瓷义齿加工中心。

随着加工行业在中国的不断发展，这个行业对技工的需求不断加大。随着人们对口腔健康和美观的日益重视，对义齿质量的要求不断提高，这就对技工的制作水平及整体素质提出了更高的要求。中国早期的技工一般以“师傅带徒弟”的传统带教方式成长，所以总体技术水平也普遍偏低。所以，高等院校毕业的专科人才无论是在技术上还是整体素质上要普遍比没有系统学习过口腔知识的技工的竞争力强。

国内义齿加工的市场化运作从九十代初的华南率先开始，至今已发展了十多年。目前沿海的义齿加工行业较内地的义齿加工发达，技术熟练程度也相对较高，所以国内的义齿加工厂主要密集的集中在华东和华南。在中国东部沿海地区，医院一般已不承接义齿加工了，而是转而将其外包给专门的义齿加工厂制作，这是义齿加工行业发展的必然趋势。因此，义齿加工行业的发展前景广阔，也可说这是一个发展迅速的新兴行业。随着，材料和技术的不断发展更新加上义齿加工行业的整体发展，谁又能否认口腔医学技术专业人才不会成为下一个抢手的“香饽饽”呢？

每年口腔医学技术专业的毕业生中有很大一部分人选择在医院工作，充当医生助理或口腔护士的角色。按照卫生部要求，我国医院的医生和护士的比例是1：2，重要科室医生和护士的比例应是1：4。而目前全国1:0.61的医护比例远远达不到卫生部的要求，与1:2.7的国际水平相差很大，与发达国家1：8.5的比例相差更远。因此，口腔助理和护士的需求量是很大的。

口腔医疗服务效益状况 随着农村经济的发展和乡村城镇化，城市口腔诊所、综合医院口腔科、专业口腔医院这几年发展快，分布广。随着人们对口腔健康的重视程度日益提高，口腔医院接诊的病人数量的不断增加，接诊的病患的病情分类得日趋多样化，这对医院运行的效率提出了更高的要求。结合目前口腔科护理人才的短缺情况分析，这一行业的发展前景是乐观的。

口腔科的助手和护士都必须具备熟练的专业技能和良好的沟通能力。现代的医患关系是复杂的，我们充当病人与医生之间沟通的桥梁，这是我们的职责之一。口腔科与其他科室的区别之一就是口腔科每天接诊病人多且复杂，病人流通性强。这就在无意中加强了我们的工作量，这另一方面也反映了沟通工作的重要性。

做一个合格的口腔科助手（护士）还要具备一定的专业技能；

口腔科护士（助手）职责

一、在门诊护士长的领导下进行工作。

二、负责口腔科开诊治疗前后的准备工作。

三、协助医生进行口腔手术、洗牙、处置等。

四、负责口腔科整洁、安静，维持就诊秩序，在诊疗期间，做好口腔科的卫生宣教。

五、按要求做好口腔科消毒隔离工作，防止院内感染的发生。

六、认真执行各项规章制度和技术操作常规，严格查对制度，做好交接班，严防差错事故。

七、负责领取、保管科内药物，器械保养口腔治疗椅及其他物品。

经常观察口腔科内就诊病人，发现异常要立即报告当班医生，配合处理。

当然其中最重要的是要能配合医生完成四手操作，准备器械等。

现在，口腔技术的发展日新月异，无论是设备还是材料、药品的更新换代的速度都是很快的，这就要求我们必须保持信息的高度畅通，及时查漏补漏，俗话说的好，活到老，学到老。例如，纳米技术在口腔领域的应用：麻醉剂给药方式的改变、纳米技术与人工牙、纳米技术与充填材料、纳米DNA探针等。总之，纳米生物技术的兴起，提高了人们对“纳米医学”、“纳米牙医学”等新理念的理解和认知，也为口腔疾病的诊断、治疗及材料选用逐步实现纳米化展现了广阔的美好前景。又如，种植牙技术的不断发展与应用。

口腔科的设备也在不断发展更新，例如：无线口腔内窥镜，SD卡口腔内窥镜等。近年来，随着人们对美观要求的提高，口腔牙体美容发展迅速。常见的口腔美容手术包括：牙齿正畸，牙齿矫正，洁牙洗牙，牙齿美白等。

总而言之，无论是技工方向还是临床方向，最关键的是要提高自身的专业素养。口腔行业的发展前景是光明的，只要把握机遇，准确定位，那么就业不是问题，更好的发展只是时间问题。

09口腔1班 41号叶淑燕

第四篇：钢铁、石化-节能技术

石油化工生产节能技术

炼油常减压蒸馏装置，采用夹点技术优化换热和预闪蒸等节能型流程；催化裂化装置，推广降低焦炭产率和减少装置结焦技术；芳烃抽提工艺过程，推广高效溶剂(四乙二醇醚、环丁砜等)技术；用氢装置发展氢能优化技术；研究开发低能耗的过滤—吸附再生法；推广应用抽提蒸馏工艺。

研究开发加氢装置热高分流程的优化技术；采用液力透平回收压力能；开发、应用新型加氢催化剂、先进的反应器内构件和循环氢脱硫措施；推广延迟焦化装置大型化、双面辐射加热炉技术；推广装置间热联合技术。

推广乙烯装置裂解炉空气预热技术、乙烯在线烧焦技术，推广乙烯裂解炉强化传热技术；开发加注结焦抑制剂，推广低能耗分离技术。研发合成树脂催化剂技术，完善聚丙烯装置的丙烯原料精制系统。推广合成橡胶吸收式热泵技术。研发直接干燥技术。

钢铁工业。加快淘汰落后工艺和设备，提高新建、改扩建工程的能耗准入标准。实现技术装备大型化、生产流程连续化、紧凑化、高效化，最大限度综合利用各种能源和资源。大型钢铁企业焦炉要建设干熄焦装置，大型高炉配套炉顶压差发电装置（TRT）；炼钢系统采用全连铸、溅渣护炉等技术；轧钢系统进一步实现连轧化，大力推进连铸坯一火成材和热装热送工艺，采用蓄热式燃烧技术；充分利用高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气等可燃气体和各类蒸汽，以自备电站为主要集成手段，推动钢铁企业节能降耗。

石油石化工业。油气开采应用采油系统优化配置技术，稠油热采配套节能技术，注水系统优化运行技术，油气密闭集输综合节能技术，放空天然气回收利用技术。石油炼制提高装置开工负荷和换热效率，优化操作，降低加工损失。乙烯生产优化原料结构，采用先进技术改造乙烯裂解炉，优化急冷系统操作，加强装置管理，降低非生产过程能耗。以洁净煤、天然气和高硫石油焦替代燃料油（轻油），推广应用循环流化床锅炉技术和石油焦气化燃烧技术，采用能量系统优化、重油乳化、高效燃烧器及吸收式热泵技术回收余热和地热。

第五篇：钢铁污水处理方案技术

钢铁污水处理方案技术

工业废水对水体环境的影响较大，使水体中悬浮物、油、重金属、酚、氰、COD等污染因子超标。在众多工业中，钢铁工业的废水排放量很大，据统计，我国钢铁工业外排水量约占工业外排废水量的10%，且废水中含有大量的污染物质和有害物质。因此，治理钢铁工业废水，对解决水体污染，保护和节约水资源具有重要的意义。

污染物也是原料存在的一种形式，只不过这种存在形式使可利用资源量减少，损害了人们的经济利益，也影响了人们的身体健康。由于物质是可以转化的，只要措施得当，存在于污染物中的物质就可能变为可以被利用的形式。因此，人们一直在寻找有效、合理处理钢铁废水的方法，并尽可能多的对处理后的废水和废水中所含的有用物质进行资源化利用。

1、钢铁废水的来源、特点及处理

钢铁大多是集烧结、焦化、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等各生产工序和机械、动力、耐火材料等辅助工序为一体的联合，各生产工序在生产过程中均产生并排放大量的废水。一般将排至外部的一种或多种工序的综合排水称为钢铁总排水，钢铁总排水具有排水量大、含有多种污染物且污染负荷大等特点。

1.1 焦化废水

这是焦化厂产生的废水，其特点是含有高浓度酚。焦化废水中酚可回收利用，常用熔剂萃取法和气提法，对蒸氨后废水进行冷却，作为洗氨补充水循环使用。对于最终硝化生化系统产生的外排水，可将其稀释用于焦炉熄焦补充水。1.2 高炉煤气洗涤水

高炉煤气洗涤水是炼铁厂的主要污水，其特点是含有大量的固形物和杂质。这类废水需进行悬浮物去除、水质稳定、冷却处理以达到水的循环使用。目前大型炼钢厂在污水中投加混凝剂，沉淀池采用轴流式，沉淀污泥经浓缩和过滤脱水为滤饼，可作为烧结原料，处理后废水可循环使用。1.3 转炉烟气废水

转炉烟气废水是炼钢厂的主要污水，含有大量悬浮物。这类废水主要采用自然沉降、絮凝沉淀和磁力分离。处理后废水可以进入循环水系统。1.4 轧钢废水

热轧废水主要污染物为氧化铁皮、悬浮物和油类。热轧废水主要采用药剂混凝沉淀以去除悬浮物和油类，经冷却后循环使用；冷轧废水主要污染物为悬浮油、乳化油等，悬浮油需用刮油机除去，含乳化油废水必须破乳，然后浮选除去油；另外，还有钢材酸洗废水，其中主要含酸和铁盐。

2、钢铁废水的处理技术

根据以上分析的钢铁废水来源及特点，可见钢铁的废水处理及资源化，主要是考虑去除污水中的悬浮物、油、盐类还有酚类物质等。

2.1 钢铁废水中悬浮物的处理

目前，在钢铁行业常见的处理工艺主要有混凝沉淀、过滤。通过投加一定量的混凝剂、助凝剂于废水中，使废水中难以自然沉淀的污染物和一部分细小悬浮物形成絮凝体，再在后

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续沉淀池中沉淀分离，从而使大部分悬浮颗粒物以泥浆的形式从池底部排出，清水从池顶排出。混凝沉淀处理后的废水，经 冷却塔冷却后循环使用，处理后水中的SS<30mg/L。

混凝法和其他处理方法联合使用处理钢铁的废水，可以取得更好的处理效果。采用曝气-混凝沉淀法处理。高炉煤气洗涤水进入沉淀池之前，通过曝气将水中游离CO2吹脱，使溶解在水中的碳酸盐析出，在沉淀池中一并去除。这种方法有利于高炉煤气洗涤水的水质稳定，可减缓高炉煤气洗涤水系统的结垢。

污水的预处理还可以通过物理法，即采用各种筛网、滤网、斜形筛、格栅等方法拦截去除大颗粒悬浮物和部分石油类，有利于污水后续处理设施运行及节约药剂。除此之外，微滤与振动筛技术作为一种简单的机械过滤方法，也逐渐被应用到污水的预处理中去。它适用于把废水中存在的微小悬浮物质、有机物残渣及其他悬浮固体等最大限度地分离出来，大大降低了后处理负荷，且处理水量大，管理方便，可成为钢铁污水预处理中很有发展前途的技术。2.2 钢铁废水中油的处理

国内钢铁通常采用含油处理方法如气浮法、吸附法、生化法和化学法，处理效果一直不甚理想。现已开发出用膜技术处理污水中的油，这是一种具有耐腐蚀、机械强度高、孔径分布窄、使用寿命长等突出优点的陶瓷膜技术，它对油的截留率达到了99%，通过对陶瓷膜系统处理后的透过水可作为冲洗水使用，浓缩液经加热、离心分离后的油可作为燃料利用。这种新型的方法具有可观的经济价值。2.3 钢铁废水中盐的处理

目前，在水处理行业中已经应用的除盐工艺有：离子交换除盐、蒸馏法除盐水处理、膜分离技术等。钢铁废水盐浓度高，采用离子交换除盐方法成本高，而且除盐率相对不是很高，且生酸碱废液排放量大，会造成环境再次污染。蒸馏法工艺仅适用于小水量的除盐水处理，而且耗较大，处理成本很高，不宜于钢厂大水量的除盐工艺。

随着经济技术的发展和环保要求的提高，膜分离技术到广泛的应用。反渗透膜除盐技术作为膜分离技术的一种，具有分离度高、脱盐率最高、可达95%以上、单位面积的透水速度快、化学稳定性好、系统运行定、出水水质可靠、环保效果好、易于实现自动化等优点，是钢铁行业水处理方面有很好的应用价值。2.4 含酚废水处理

对焦化厂的含酚氰废水，国外普遍采用的是延时曝气或强化曝气生化法处理技术。焦化的含酚氰废水采用预曝—中和—气浮—曝气—沉淀—除氰一混凝 沉淀—过滤—吸附处理后外排，排水中酚<0.1mg/L，CN<0.5mg/L，油<1.0mg/L，COD<40.0mg/L，完全可以达标排放，该废水处理工艺是目前国内较先进的工艺。

3、结语

环境污染是当今人类面临最大的危害之一，特别是工业生产的发展，排出了大量的废水，这些废水如直接排放或处理不当，将影响水体的自净，因而使水质恶化。人们日益意识到环境污染带来的危害，现在污水必须通过处理才能排放已成为人们的共识。山东思源水业，为您提供优质的污水处理工艺方案。

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