冶金工程概论教案
1 绪论
1.1 冶金基本概念
冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中撮提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。
用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据不同的原理，采用不同的生产工艺过程和设备，从而形成了冶金的专门学科——冶金学。
冶金学以研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为重要内容，发展到对金属成分、组织结构、性能和有关基础理论的研究。就其研究领域，冶金学分为提取冶金和物理冶金两门学科。
提取冶金学是研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴有化学反应，故又称化学冶金。
物理冶金学是通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成、结构的内在联系，以及在各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能的金属材料服务。它包括金属学、粉未冶金、金属铸造、金属压力加工等。
1.1.1 冶金方法
从矿石或其它原料中提取金属的方法很多，可归结为以下三种方法：
火法冶金。它是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。整个过程可分为原料准备、冶炼和精炼三个工序。过程所需能源，主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的。
湿法冶金。它是在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。由于绝大部分溶剂为水溶液，故也称水法冶金。该方法包括浸出、分离、富集和提取等工序。
电冶金。它是利用电能提取和精炼金属的方法。按电能形式可分为两类：
电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质上与火法冶金相同。
电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如铜的电解精炼，可归入湿法冶金；后者称为熔盐电解，如电解铝，可列入火法冶金。
采用哪种方法提取金属，按怎样的顺序进行，在很大程序上取决于所用的原料以及要求的产品。冶金方法基本上是火法和湿法。钢铁冶金主要用火法，而有色金属冶炼则火法和湿法兼有。
1.1.2 主要冶金过程简介
在生产实践中，各种冶金方法往往包括许多个冶金工序，如火法冶金中有选矿、干燥、煅烧、焙烧、烧结、球团、熔炼、精炼等工序。
干燥：是脱去物料中物理水的过程，是炉料准备的组成部分。有时也伴随发生一些化学作用。一般进厂精矿含水量都高于炉料、冶炼过程及烟尘处理等所允许的含水量，因而都要求精矿含水较低且需经过干燥处理。
焙烧：是指在低于物料熔化温度下完成的某种化学反应的过程，为炉料准备的重要组成部分。焙烧大多为下步的熔炼或浸出等主要冶炼作业做准备。根据工艺的目的，焙烧大致可以分为：氧化焙烧、盐化焙烧、还原焙烧、挥发焙烧、烧结焙烧。
煅烧：是指将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程，也称焙解。如石灰石煅烧成石灰，作为炼钢熔剂。
烧结和球团：将粉矿经加热焙烧，固结成多孔块状或球状的物料，是粉矿造块的主要方法。
熔炼：是指炉料在高温（1300~1600K）炉内发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的冶金过程。按冶炼条件可分为还原熔炼、造锍熔炼、氧化吹炼等。
精炼：进一步处理熔炼所得含有少量杂质的粗金属，以提高其纯度。如熔炼铁矿石得到生铁，再经氧化精炼成钢。精炼方法有很多，如炼钢、真空冶金、喷射冶金、熔盐电解等。
可见冶金过程是应用各种化学和物理化学的方法，使原料中的主要金属和其它金属或非金属元素分开，以获得纯度较高的金属的过程。
冶金是一门多学科的综合运用科学，一方面，冶金学不断吸收其它学科特别是物理学、化学、力学、物理化学、流体力学等方面的新成就，指导着冶金生产技术向新的广度和深度发展；另一方面，冶金生产又以丰富的实践经验充实冶金学的内容，也为其它学科提供新的金属材料和新的研究课题。电子技术和电子计算机和发展和应用，对冶金生产产生了深刻的影响，促进了新金属和新合金材料不断产出，进一步适应了高精尖科技技术发展的需要。
1.2 钢铁工业
1.2.1 钢铁是使用最多的金属材料
人类自进入青铜时代以来，同金属材料及其制品的关系日益密切。在现代社会中，人们的衣食住行都离不开金属材料，人们从事生产或其它活动所用的工具和设施，也都要使用金属材料。可以说，没有金属材料便没有人类的物质文明。而在使用的金属材料中，钢铁材料用得最多，其产量与其它金属相比占绝对优势。
钢铁工业是国这的基础工业之一，机械、交通运输、建筑、国防和民用等所有工业部门，都离不开钢铁材料。钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，钢铁的质量和品种对国民经济其它工业部门产品的质量，都有着极大的影响。
钢铁之所以成为使用最多的金属材料，其原因：
钢铁通过热处理能调整其机械性能，以满足国民经济各方面的需要。
钢铁材料由于具有以上特点，因此在现代工业中应用最广。但钢铁也存在着种种缺点，如较容易生锈且较重。产量仅次于铁的铝却不易生锈，重量也轻。但铝的冶炼比铁困难，且强度较差。塑料的迅速发展在某些用途上可代替钢铁，但塑料未影响钢铁材料用途的增长。从图1-1中可看出，目前世界钢铁产量随着国民经济的发展仍在不断增长，而且近年来钢铁材料与各种有色金属及合金、有机合成材料、无机非金属材料等组成复合材料，使其用途进一步扩大。因此，目前还没有哪一种材料能取代钢铁现有的地位。
1.2.2 钢与生铁的区别
钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金。根据含碳和其他元素含量的不同而区分为钢的生铁，特别是碳含量的差别，引起铁碳合金在不同温度下所处的状态和结构的变化，因而使钢和生铁具有不同的性能和用途。一般来说，含碳量大于2%的为生铁，含碳量小于2%为钢。钢铁中常见元素的含量见表1-1
元素 C Si Mn P S
生铁>2 0.2~2.0 0.2~2.5 ≤0.5 ≤0.07
钢<2 0.01~0.3 0.3~0.8 <0.05 <0.05
生铁含碳较高，其性质硬而脆，不能锻造。它主要用于铸造电动机外壳、变速箱壳体、机床床体与支架以及其它机械零件等。在世界各国生铁产量中，大部分是作为炼钢原料，进一步精炼成钢。而只有10%左右用于铸造各种部件和零件。
钢具有比生铁更好的综合机械性能，如有较高的机械强度和韧性；可塑性好，易加工成各种形状的钢材和制品；能铸造、轧制、锻造和焊接；具有良好的导电、导热性能。若在钢中添加一些合金元素，则可得到特殊性能的钢种，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等。若对钢进行热处理，可以颇大范围内改变同一成分钢的性能。如两块含C 0.8%的钢，其中一块经加热至770℃，在炉内进行缓慢冷却（退火），得到硬度和强度较低的钢。另一块同样加热至770℃，然后放入水中急冷（淬火），其硬度和强度就较前者高3~4倍。
1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史
冶金技术和金属的使用是同人类的文明紧密联系在一起的，在新石器时期，人类开始使用金属，此时的制陶技术（用高温和还原气氛烧制黑陶）促进了冶金技术的产生和发展。冶金技术的发展，提供了青铜、铁等金属及各种合金材料制造的生活用具、生产工具和武器等，提高了社会生产力，推动了社会进步。人类从使用石器、陶器进入到使用金属，是文明的一次飞跃。研究表明，人类使用天然金属（主要是铜）距今大约8000年。使用铁器是人类文明的又一重大进步，最早炼铁是在黑海南岸的山区，大约公元前14世纪。到公元前13世纪，铁器应用在埃及已占一定的比重。春秋末期，中国的冶炼技术有很大的突破，使中国在这一领域长期遥遥领先。中国、印度、北非和西亚地区冶金技术的进步，同那里的古代文明紧密相关。1 6世纪以后，生铁冶金技术向西欧各国传播，导致了用煤冶炼铁为基础冶金技术的发展。
钢铁冶炼技术从远古到今天的现代化钢铁联合企业，大致可分为三个发展阶段。
（1）远古至13世纪末。古代人的冶炼方法十分简单，利用自然地形将铁矿石与木炭一起放入称为地窑炉的炉膛内，加热冶炼。因为能获得熔化矿石的高温，仅能制成半熔融状态的铁块，其中混杂有相当多的氧化铁渣、称作海绵铁。其含碳极低，所以塑性较高，经锻打成型，制作器具。在此时期，冶炼工场在出产铁矿石和木材丰富的山区非常发达。
（2）13世纪末至19世纪中叶。随着铁的需要量增加以及鼓风技术的发展，炉子越来越高，逐渐形成现代高炉的雏形木炭高炉。由于炉容增大，采用鼓风技术，使单位时间内燃烧的燃料量增加了，炉内温度提高，能得到熔融状态的生铁，这种生铁冷却后很脆，不能锻造成器具，而被当作废物扔掉。后来将生铁作原料和矿石、木炭一起在炉内再进行冶炼，得到性能比生铁好的粗钢（也叫熟铁）。从此钢铁冶炼就形成了一直沿用至今的二步冶炼法：第一步从矿石中冶炼出生铁；第二步把生铁精炼成钢。随着时代的进步，高炉燃料从木炭发展到焦炭，鼓风动力用蒸汽机代替水力（风力），产量也不断增长。
（3）19世纪中期至今天。以生铁为原料在高温下精炼成钢，一直是钢铁生产的主要方法。在此期间，高炉鼓风由热风代替冷风，并建立了蓄热式热风炉，鼓风动力采用电力。确立了作为生铁精炼炉的转炉、平炉、电炉的炼钢法。
1856年英国人贝氏麦发明了空气底吹酸性转炉炼钢法。
1864年法国人马丁利用英国人西门子的蓄热原理发明了平炉炼钢法。
1874年托马斯发明了空气底吹碱性转炉炼钢法，在炼钢法，在炼钢过程中能去除硫、磷。
20世纪初赫劳特等发明了电弧炉炼钢，作为熔炼特殊钢和高合金钢的方法，并获得稳步的发展。
20世纪中叶由于制氧机的制造成功，能提供大量廉价的氧气，为实现氧气炼钢创造了条件。
1952年在奥地利的林茨城，1953年在多纳维茨城，先后建成了氧气顶吹转炉车间并投入了生产。由于氧气顶吹转炉炼钢法（也称LD法）具有反应速度快、生产率高，不需用燃料和热效率高等优点，使其成为冶金史上发展最迅速的新技术，并逐渐取代平炉成为炼钢方法的主流。目前炼钢技术发展主要有以下几个方面：
1）发展氧气底吹转炉法和顶底复合吹炼法。
2）引进真空技术，采用各种真空冶炼和炉外精炼技术，改善钢的质量，扩大产品品种。
3）发展连续铸钢技术，采用计算机控制，使炼钢工艺连续化。
4）采用大容量、超高功率的炼钢炉子，提高生产率，降低成本。
1.2.4 我国钢铁工业的发展
我国有丰富的铁矿石、有色金属、煤碳和水力资源等，是发展钢铁工业的基本条件。我国是世界上钢铁冶金起源最早的国家之一，早在春秋战国时代（公元前8世纪~5世纪）就出现了生铁冶炼，制造出很锋利的宝剑和其他用具，在历史上有着极辉煌的成就。但在漫长的封建社会中，工业生产和科学技术发展缓慢，近代又受帝国主义侵略掠夺，钢铁工业技术和装备水平极为落后。自1890年张之洞在湖北建立汉阳钢铁厂开始，到1949年约半个世纪中，共产钢760万吨，最高年产量（1943年）为92.3万吨。1949年钢产量仅15.8万吨，生铁25万吨，居世界第26位。
新中国成立后，我国钢铁工业得到很大的发展，重建和新建了鞍钢、首钢、本钢、武钢、太钢、包钢攀钢、宝钢等钢铁基地。
1.3 钢铁冶炼
1.3.1 钢铁冶炼工艺
钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。按从铁矿石炼制不同钢铁产品的脱氧程度和脱碳过程，钢铁冶炼的工艺流程大致可分为：（1）间接炼钢法。先将铁矿石还原熔化成生铁（高炉炼铁），然后再把生铁装入炼钢炉氧化精炼成钢（主要是转炉或平炉）。这个冶炼过程由高炉炼铁和转炉炼钢两步组成，也称间接炼钢法。由于其工艺成熟，生产率高，成本低，故是现代钢铁冶炼大规模生产的主要方法。
（2）直接炼钢法。由铁矿石一步冶炼成钢的方法为直接炼钢法（也称直接炼铁法）。该法不用高炉和昂贵的焦炭，而是将铁矿石放入直接还原炉中，用气体或固体还原剂还原出含碳低（<1%）、含杂质的半熔融状的海绵铁。这种铁可以用来代替废钢作电炉炼钢原料，从而形成了直接还原——电炉串联生产钢的一种新的钢铁生产工艺。这个流程虽然工序少，避免了反复氧化还原过程，但因铁分回收率低，要求使用高品位的精矿和高质量的一次能源，电耗高，因此一直没有付诸于大规模的工业生产，目前只是在某些地区作为典型钢铁生产方法的一种补充形式而存在。
（3）熔融还原法。将铁矿石在高温熔融状态下用碳把铁氧化物还原成金属铁的非高炉炼铁法。其产品为液态生铁，可用传统的转炉精炼成钢。典型的熔融还原法是个全粉末流程，用非焦煤代替昂贵的焦炭，故工艺简单，投资及成本低，是非高炉炼铁的一个新的技术方法。
1.3.2 钢铁生产工艺流程
现代钢铁生产过程是将矿石在高炉内冶炼成生铁，用铁水炼成钢，再将钢水铸成钢锭或连铸坯，经轧制等塑性变形方法加工成各种用途的钢材。具有上述全过程生产设备的企业，称为钢铁联合企业。一个现代化的钢铁联合企业，一般有以下生产环节组成：原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等，是一个复杂而庞大的生产体系。其生产工艺流程如图所示。
此外，在钢铁联合企业中，还设有工厂管理机构，科学研究机构，检验中心，耐火材料厂，备品备件制造加工厂，设备维修和环保等部门。炼铁、炼钢是钢铁联合企业的关键工序，处于承前启后的地位，是二次能源（煤气）的供应中心，其产品质量、品种、产量是衡量钢铁联合企业生产水平的基本标志。
1.4 钢铁产品及副产品
1.4.1 钢铁冶炼产品
（1）生铁。它是铁和碳及少量硅、锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为炼钢生铁和铸生铁。
炼钢生铁是炼钢的主要原料，按炼钢的要求，有不同的铁种和化学成分，我国现行的炼钢生铁国家标准见表：
铸造生铁一般含硅较高，用于铸造各种铸件，是钢铁厂的主要商品铁，占生铁产量的10%左右。按含硅量分成不同牌号。
（2）钢。它是含碳量低于2%，并含有少量其它元素的铁碳合金，是社会生产和日常生活所必需的基本材料。按组成元素不同，钢可分为碳素钢和合金钢。碳素钢含有规定的碳元素及其它元素如硅、锰等。为改善或获得某种性能在碳素钢的基础上，加入一种或多种适量元素的钢为合金钢。钢的品种规格目前已发展到上千种，为生产和使用方便，将钢的品种进行分类。
钢的分类只能将具有共同特性的钢种划分和归纳为同一类，不能把每一种钢的特征都反映出来，因此还必须用钢号来表示。世界各国的钢号表示方法很不相同，各自采用本国的国家或部门的标准来命名和编号。我国用GB211-79表示钢铁产品牌号，其表示方法的原则为：1）牌号中化学元素用汉字或国际化学符号表示，如“碳”或“C”、“锰”或“Mn”等。2）采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺等时，一般从代表该产品名称的测字的汉语拼音中选取，原则上取第一个字母。当所选字母和另一产品代号重复时，取第二或第三个字母，一般不超过两个。
（3）铁合金。它是铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂，当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色金属时作还原剂。
1.4.2 钢铁副产品
（1）炉渣。炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形式的熔融体，其主要成分是CaOMgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。
我国高炉冶炼产生的渣量，因原料条件而异，通常冶炼一吨生铁产生的渣量平均为300~600kg。几乎所有的高炉炉渣用于制造水泥、隔热材料和填料等。
炼钢渣是炼钢过程的必然产物，占金属重量的12~15%。炼钢渣过去未被利用，长期以来被当成“废物”弃之渣场，近年来通过试验研究，利用途径日益扩大，可用于烧结、炼铁、制造水泥、修筑道路、回收废钢铁和富集提取所含稀有金属元素等，并取得了明显的社会效益和经济效益。
（2）煤气。钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。它们是冶金生产中的副产品，也是钢铁联合企业内部的重要气体燃料。
1.5 钢铁工业能源及能耗
1.5.1 能源及其分类
能源是指能够提供能量的资源。能源是发展国民经济的重要物质基础，也是发展钢铁工业的重要物质。能源按期形态、特性或转换和利用的层次进行分类。世界能源委员会推介分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能和地热能。能源按其来源不同，可分为一次能源和二次能源两类。一次能源：从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，如原油、原煤、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、地热能、潮汐能等。二次能源：一次能源经过加工或转换得到的能源，如煤气、焦碳、汽油、煤油、电力、热水氢能等。
我国是一个能源资源比较丰富的国家，煤的储量占世界第三位，水力资源居世界首位，石油储量为世界第八位，天然气储量为世界第十六位，其它新能源的资源也比较丰富。但按人口计算的能源资源拥有量，我国低于世界平均水平。能源供应短缺，致使部分企业生产力不能充分发挥，经济效益低，自然生态环境遭到破坏，直接制约了社会发展和经济增长。与此同时，能源浪费又相当严重。因此，研究能源战略，制定能源对策，发展能源工业极其重要。在大力开发能源的同时，必须十分注意节能，以尽可能少的能源创造更高的经济效益。
1.5.2 钢铁生产用能源
钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的10~11%。因此，钢铁工业能否有效的利用能源，对全国能源供应平衡供应平衡有着举足轻重的影响。
钢铁工业生产所用能源主要有煤碳、燃料油、天然气、电力等。
我国钢铁工业的能源构成是以煤为主，电力及重油也占一定比重，天然气用量很少。象美、日、德等国的钢铁能源，煤的比重低于我国，而重油与天然气的比重高于我国，这与本国的资源条件和国际贸易状况有关。
1.5.3 钢铁工业能耗
我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的60~70~。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序，占钢铁生产能耗的一半以上。
近年来我国钢铁工业能耗水平已大幅度下降，吨钢能耗指标已达到较好水平。但与世界主要工业国家相比，我国吨能耗还相当高，有较大差距。
世界各主要产钢国家吨钢耗能指标
1.5.4 节能途径
降低钢铁工业能源消耗应抓住三个方面：一是节约一次和二次能源，降低各个生产环节的能耗；二是节约各种原材料消耗，因生产这些原材料都要消耗大量能源；三是回收各生产环节散失的能量，即工业余热资源。如能采取有效措施回收利用这些余热、余能，就能大幅度的降低吨钢能耗。目前，各生产工序有效利用的能量也只达50%左右，因此钢铁企业余热利用的潜力很大。节能的途径可从以下几个方面考虑：
（1）改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。如用氧气顶吹转炉代替平炉炼钢；多用废钢炼钢，降低铁钢比。这些措施都可降低炼钢工序的能源。提高高炉冶炼入炉矿石品位（含铁量每提高1%，可降低焦铁比5~10kg/t）；改善热工制度，提高燃烧率，促进能源的有效利用。这些可以大大降低炼铁能耗。
（2）降低能源损失，减少生产工序。如增加连铸比；热锭装均热炉；热坯入加热炉；扩大直接轧制范围，取消中间加热等。
（3）回收利用散失热量。钢铁联合企业生产过程中能量损失很大，一般约占总输入能量的66%。其中废气占13%，冷却水占16%，固体显热占13%，散热损失占24%。因此，回收利用散失热量是节能的重要方面，如合理调配动力，降低“四放”（煤气、氧气、蒸汽、空气的排放），提高水、气、电的利用率，减少其输送损失。
（4）加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力以节能为目标合理组织生产。
1.6 耐火材料
从总的来说，钢铁冶金是个高温的火法过程，就其发展过程来说，每一个重大技术进步总是和过程温度的提高分不开的，也是和耐火材料的发展分不开的。如早期的炼钢过程，只能生产熟铁，金属和渣处于半熔状态，甚至可用天然耐火砂岩砌筑冶金炉，当发明了蓄热室，出现了平炉时，炉温提高，渣铁完全呈熔融状态，产量大幅度上升，质量改善，平炉对耐火材料的要求很高：炉底使用镁质材料，炉顶使用硅砖或热稳定性好的铬镁砖或铝镁砖，蓄热室是用高铝或是镁橄榄石质的。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已成为独立的生产行业，其产品的60~80%消耗于冶金工业，由于冶金工业以及耐火材料工业的发展，工业发达国家冶金企业的吨钢耐火材料的消耗不过10kg，我国目前还有较大差距。
1.6.1 耐火材料分类
最早的耐火材料只有砖（定型耐火材料）和泥浆。二次世界大战后，不定形耐火材料迅速发展，这种材料使用方便，便于施工，简化制造工艺、节省能量。
耐火材料品种繁多，通常按化学特性、耐火度、制造工艺及形态分类：
酸性耐火材料以SiO2质为主
化学特性中性耐火材料以Al2O3、Cr2O3和碳质为主
碱性耐火材料以CaO、MgO质为主
普通耐火材料 1580~1770℃
耐火度高级耐火材料 1770~2000℃
特殊耐火材料 >2000℃
烧成砖成型砖坯经烧制而成
定型不烧成砖高压成形
耐火材料熔铸砖配料在电炉中熔化后注入铸模制成
绝热耐火砖有耐火和绝热性能
制造工艺及形态耐火泥浆砌砖时用料，成分同砌砖
喷射混合料喷补用
不定形耐火纤维可作绝热材料用
耐火材料可塑料作喷浆、捣结用
固体散状料捣结用
耐火涂层材料涂于耐火材料表面
正确选用耐火材料，对高温设备使用寿命有极重要的影响。钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；高温性能和化学稳定性好。
1.6.2 耐火材料的使用性能（理化指标）
凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料，称为耐火材料。其使用条件和制品的质量，主要取决于它们的性质。为了经济合理地选用耐火材料，首先应了解其性能。
（1）耐火度。它是抗高温熔化性能的指标。
（2）荷重软化点。它是材料实际使用温度。工业装置中耐火材料总是处于荷重下的，这大降低其软化温度。
（3）耐急冷急热性（抗热震性）。耐火材料在反复加热和冷却时容易崩裂。这一指标对那些开炉停炉频繁的炉子就成了第一位的要求。
（4）常温耐压强度。
（5）抗蠕变性能。是指在耐火材料的工作温度下，荷重20N/cm2，加热50小时，测定的材料变形率。
（6）导热性。
除上述指标外，耐火材料还有孔隙度、密度、搞渣性、搞强碱侵蚀性等。重要的是只有根据具体要求提出有针对性的检验指标，才能有利于正确选用。
1.6.3 钢铁生产常用的耐火材料
（1）硅酸铝质材料。如粘土砖、高铝砖、半硅砖、刚玉砖。这类材质以氧化铝和氧化硅为基本化学组成。
（2）硅质材料。主要用于切筑高温炼焦炉。
（3）镁质材料。有极高的耐火度（2000℃），是炼钢生产不可缺少的耐火材料。
（4）绝热材料。其特点是依靠空气不能流动的微孔起绝热作用。这类材料体积密度小，导热系数低，常用来降低砌体热量损失，减少燃料消耗，提高经济效果。
（5）碳与碳化硅材料。不仅自身能耐高温（特别是碳），而且都有良好的导热性、体积稳定性和抗渣性。碳砖最大的缺点是在氧化性气氛中会产生强烈氧化，所以应在还原性气氛或保护气氛里使用，主要用于砌筑高炉炉底和炉体。碳化硅材料造价昂贵，主要用于某些特殊设备上，如电阻炉和发热体等。
2 高炉冶炼用原料
2.1 铁矿石
2.1.1 矿物、矿石及脉石的概念
矿物——是指地壳中具有固定化学组成和物理性质的天然化合物或自然元素。
矿物分为有用矿物和废石。
能够为人类利用的矿物，叫做有用矿物。有用矿物是自然元素的叫做自然矿石。
含有用矿物的矿物集合体，如其中金属的含量在现代技术经济条件下能够回收加以利用时，这个矿物集合体就叫做矿石。在地壳内或表面上矿石大量积聚具有开采价值的区域叫做矿床。
矿石中除了有用矿物之外，几乎总是含有一些废石矿物，这些矿物称为脉石。所以矿石由两部分构成：有用矿物和脉石。
矿石有金属矿石和非金属矿石之分。
矿石的名称是根据从其中得出的金属而确定的，例如：铜矿石、铁矿石等，只产出种金属的叫单金属矿石；而从其中能提取两种以上金属的矿石称为多金属矿石，如攀枝花的钒钛磁铁矿就是有名的多金属矿石。
矿石品位：矿石中有用成分的含量叫作矿石品位，常用百分数表示。
经过选矿处理而获得的高品位矿石叫做精矿。
2.1.2 铁矿石分类及其特征
铁矿概述
铁矿石主要用于钢铁工业，冶炼含碳量不同的生铁（含碳量一般在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外，铁矿石还用于作合成氨的催化剂（纯磁铁矿），天然矿物颜料（赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用量很少。钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面，是社会生产和公众生活所必需的基本材料。自从19世纪中期发明转炉炼钢法逐步形成钢铁工业大生产以来，钢铁一直是最重要的结构材料，在国民经济中占有极重要的地位，是社会发展的重要支柱产业，是现代化工业最重要和应用最多的金属材料。所以，人们常把钢、钢材的产量、品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。按照矿物组分、结构、构造和采、选、冶及工艺流程等特点，可将铁矿石分为自然类型和工业类型两大类。
1.自然类型
1)根据含铁矿物种类可分为：磁铁矿石、赤铁矿石、假象或半假象赤铁矿石、钒钛磁铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石以及由其中两种或两种以上含铁矿物组成的混合矿石。
2)按有害杂质(S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni、Sn、F、As)含量的高低，可分为高硫铁矿石、低硫铁矿石、高磷铁矿石、低磷铁矿石等。
3)按结构、构造可分为浸染状矿石、网脉浸染状矿石、条纹状矿石、条带状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石，以及鲕状、豆状、肾状、蜂窝状、粉状、土状矿石等。
4)按脉石矿物可分为石英型、闪石型、辉石型、斜长石型、绢云母绿泥石型、夕卡岩型、阳起石型、蛇纹石型、铁白云石型和碧玉型铁矿石等。
2.工业类型
1)工业上能利用的铁矿石，即表内铁矿石，包括炼钢用铁矿石、炼铁用铁矿石、需选铁矿石。
2)工业上暂不能利用的铁矿石，即表外铁矿石，矿石含铁量介于最低工业品位与边界品位之间。
3.铁矿石的主要品种
物铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。
1）磁铁矿
FeO 31.03%，Fe2O3 68.97%或含Fe 72.2%，O 27.6%，等轴晶系。单晶体常呈八面体，较少呈菱形十二面体。在菱形十二面体面上，长对角线方向常现条纹。集合体多呈致密块状和粒状。颜色为铁黑色、条痕为黑色，半金属光泽，不透明。硬度5.5～6.5。比重4.9～5.2。具强磁性。磁铁矿中常有相当数量的Ti4+以类质同象代替Fe3+，还伴随有Mg2+和V3+等相应地代替Fe2+和Fe3+，因而形成一些矿物亚种，即：
(1)钛磁铁矿 Fe2+(2+x)Fe3+(2-2x)TixO4(0＜x＜1)，含TiO212%～16%。常温下，钛从其中分离成板状和柱状的钛铁矿及布纹状的钛铁晶石。
(2)钒磁铁矿 FeV2O4或Fe2+(Fe3+V)O4，含V2O5有时高达68.41%～72.04%。
(3)钒钛磁铁矿为成分更为复杂的上述两种矿物的固溶体产物。
(4)铬磁铁矿含Cr2O3可达百分之几。
(5)镁磁铁矿含MgO可达6.01%。
磁铁矿是岩浆成因铁矿床、接触交代-热液铁矿床、沉积变质铁矿床，以及一系列与火山作用有关的铁矿床中铁矿石的主要矿物。此外，也常见于砂矿床中。
磁铁矿氧化后可变成赤铁矿(假象赤铁矿及褐铁矿)，但仍能保持其原来的晶形。
2）赤铁矿
自然界中Fe2O3的同质多象变种已知有两种，即α-Fe2O3和γ-Fe2O3。前者在自然条件下稳定，称为赤铁矿；后者在自然条件下不如α-Fe2O3稳定，处于亚稳定状态，称之为磁赤铁矿。
赤铁矿：Fe 69.94%，O 30.06%，常含类质同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2+、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系，完好晶体少见。结晶赤铁矿为钢灰色，隐晶质；土状赤铁矿呈红色。条痕为樱桃红色或鲜猪肝色。金属至半金属光泽。有时光泽暗淡。硬度5～6。比重5～5.3。赤铁矿的集合体有各种形态，形成一些矿物亚种，即：
(1)镜铁矿为具金属光泽的玫瑰花状或片状赤铁矿的集合体。
(2)云母赤铁矿具金属光泽的晶质细鳞状赤铁矿。
(3)鲕状或肾状赤铁矿形态呈鲕状或肾状的赤铁矿。
赤铁矿是自然界中分布很广的铁矿物之一，可形成于各种地质作用，但以热液作用、沉积作用和区域变质作用为主。在氧化带里，赤铁矿可由褐铁矿或纤铁矿、针铁矿经脱水作用形成。但也可以变成针铁矿和水赤铁矿等。在还原条件下，赤铁矿可转变为磁铁矿，称假象磁铁矿。 3）磁赤铁矿
γ-Fe2O3，其化学组成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等轴晶系，五角三四面体晶类，多呈粒状集合体，致密块状，常具磁铁矿假象。颜色及条痕均为褐色，硬度5，比重4.88，强磁性。磁赤铁矿主要是磁铁矿在氧化条件下经次生变化作用形成。磁铁矿中的Fe2+完全为Fe3+所代替(3Fe2+→2Fe3+)，所以有1/3Fe2+所占据的八面体位置产生了空位。另外，磁赤铁矿可由纤铁矿失水而形成，亦有由铁的氧化物经有机作用而形成的。
4）褐铁矿
实际上并不是一个矿物种，而是针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿以及含水氧化硅、泥质等的混合物。化学成分变化大，含水量变化也大。
(1)针铁矿α-FeO(OH)，含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者，称水针铁矿HFeO22NH2O。斜方晶系，形态有针状、柱状、薄板状或鳞片状。通常呈豆状、肾状或钟乳状。切面具平行或放射纤维状构造。有时成致密块状、土状，也有呈鲕状。颜色红褐、暗褐至黑褐。经风化而成的粉末状、赭石状褐铁矿则呈黄褐色。针铁矿条痕为红褐色，硬度5～5.5，比重4～4.3。而褐铁矿条痕则一般为淡褐或黄褐色，硬度1～4，比重3.3～4。
(2)纤铁矿γ-FeO(OH)，含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者，称水纤铁矿FeO(OH)2NH2O。斜方晶系。常见鳞片状或纤维状集合体。颜色暗红至黑红色。条痕为桔红色或砖红色。硬度4～5，比重4.01～4.1。
5）钛铁矿
FeTiO3，Fe 36.8%，Ti 36.6%，O 31.6%。三方晶系。菱面体晶类。常呈不规则粒状、鳞片状或厚板状。在950℃以上钛铁矿与赤铁矿形成完全类质同象。当温度降低时，即发生熔离，故钛铁矿中常含有细小鳞片状赤铁矿包体。钛铁矿颜色为铁黑色或钢灰色。条痕为钢灰色
或黑色。含赤铁矿包体时呈褐色或带褐的红色条痕。金属-半金属光泽。不透明，无解理。硬度5～6.5，比重4～5。弱磁性。钛铁矿主要出现在超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩及变质岩中。我国攀枝花钒钛磁铁矿床中，钛铁矿呈粒状或片状分布于钛磁铁矿等矿物颗粒之间，或沿钛磁铁矿裂开面成定向片晶。
6）菱铁矿
FeCO3，FeO 62.01%，CO2 37.99%，常含Mg和Mn。三方晶系。常见菱面体，晶面常弯曲。其集合体成粗粒状至细粒状。亦有呈结核状、葡萄状、土状者。黄色、浅褐黄色(风化后为深褐色)，玻璃光泽。硬度3.5～4.5，比重3.96左右，因Mg和Mn的含量不同而有所变化。
2.1.3 对铁矿石的评价
评价铁矿石的主要指标是含铁量，脉石含量和成分，有利、有害元素的含量，还原性，粒度组成，可选性等。
①铁矿石含铁量高，有利于降低焦比和提高产量。贫矿应经选矿和造块（见烧结和球团），成为人造富矿，再行入炉。合理的入炉含铁量应当通过全面的技术经济比较后确定。对于褐铁矿、菱铁矿和含CaO较多的矿石，入炉含铁量可适当降低要求。
②铁矿石中脉石碱度（CaO／SiO2 比值）高，冶炼时消耗熔剂少，冶炼价值高。矿石中含有较多的 MgO、Al2O3、TiO2、CaF2时，会影响炉渣性能，甚至难以进行冶炼。所以应当根据炉渣中这些化合物的合适含量确定其在矿石中的允许含量。如果上述化合物超过允许含量，应通过选矿或配矿加以控制。中国已成功地在炉渣含TiO2为25～30％的条件下，用高炉冶炼生铁。
③铁矿石含有硫、磷、铅、砷、锌、钾、钠等有害元素时，会使冶炼发生困难，或影响所产生铁加工成的产品的质量。硫可使铸铁和钢材热脆；磷可使钢材冷脆;铅和锌会破坏炉衬和引起高炉内结瘤;钾、钠会破坏焦炭强度并引起高炉内结瘤；砷可降低钢的焊接性。钢中含少量铜可提高抗腐蚀性；但含铜过多则会降低钢的焊接性。含有有价元素的共生铁矿，应当考虑综合利用。
④铁矿石的还原性好，有利于降低焦比。一般磁铁矿结构致密，难还原；褐铁矿质疏松，易还原。人造富矿的还原性一般比天然矿好。
⑤铁矿石的强度好、粉末少和粒度均匀，可以改善料柱的透气性。因此，矿石入炉前必须经过破碎和筛分处理，使粒度保持在8～25毫米之间。
⑥铁矿石成分稳定，有利于炉况稳定和顺行。所以铁矿石入炉前必须进行混匀。矿石的矿物结构和软化、熔化特性，对于选矿、造块和冶炼过程也有重要的影响。
其他含铁原料包括各种碎铁、高炉炉尘、转炉粉尘、轧钢皮和硫酸渣等。利用这类物料，不仅可以充分利用资源,而且能够减少公害,改善环境和降低成本。粉状原料须经造块，再送入高炉。
熔剂用来降低矿石、脉石和焦炭灰分在造渣时的熔点，以形成易流动的炉渣，并去除硫分，以改善生铁质量。常用的熔剂是碱性的，如石灰石和白云石。一般含 CaO高、SiO2低的石灰石冶炼价值较高（见钢铁冶炼辅料）。
焦炭和燃料随炉料加入高炉的焦炭起还原剂、燃料和料柱骨架的作用。一般要求含碳量高，灰分低，硫、磷等杂质少,强度好,粉末少，粒度均匀和水分稳定。生产焦炭需用大量昂贵的炼焦煤，所以必须节约使用。从高炉风口喷吹重油、天然气和煤粉，可以节省焦炭。对重油、天然气和煤粉不仅要求含灰分、硫、磷等杂质少，也要求含水分低。喷吹煤粉应注意安全，采取防爆措施
2.1.4 铁矿石冶炼前的加工处理
矿山开采的铁矿石尚不适于直接入高炉冶炼，要经过破碎、筛分、选矿、造块、混匀等准备处理，以品位高，成分、粒度均匀稳定的状态供应高炉。富铁矿一般在矿山通过破碎、筛分，得到粒度合乎规格的块矿。贫铁矿和含有共生矿物的铁矿在破碎之后，还须进行细磨富选提高品位，回收有用成分，去除有害物质，取得铁精矿粉。选矿工艺流程应根据矿石的具体条件，通过试验确定。对精矿品位要求越高，选矿费用就越大，铁的回收率有时还可能降低。合理的精矿品位当通过全面的技术经济比较来确定。
高炉原料场接受运来的各种铁矿石及其他原料后，分别露天堆存，一般堆存45天以上的用量。在原料场上还进行炉料的整粒和混匀处理。整粒是对入炉块状原料──主要是富铁矿进行破碎、筛分，使粒度均匀和含粉末少。现代钢铁厂要求的铁矿石粒度为8～25毫米，烧结矿粒度为5～50毫米，含粉率在5％以下（烧结矿和焦炭的整粒,一般在烧结厂和炼焦厂分别进行）。
混匀目的是为高炉提供成分稳定的矿石，如使含铁量的波动幅度在 0.5％以内。现代化钢铁厂基本上都采用“配料”和“平铺直取”两个工序组成的混匀工艺。混匀料堆均以两堆为一组，一堆平铺，另一堆直取；每堆供料不低于 7天之用。高炉入炉块矿和烧结用粉矿的混匀工作分别在各自的混匀料堆组中进行。
2.2 铁矿石的开采
铁矿石是钢铁工业的主要原料。只有抓好矿山建设，有了可靠的原料基础，才能保证钢铁工业的发展。建设矿山比较艰巨，这主要是因为铁矿石大多埋藏于交通不便的大小山脉之中，要开矿就需首先修路、建电站。其次是铁矿床埋藏条件比较复杂，有的处于海平面以下，有的位于高山严寒地带；有的坚硬，有的夹着流沙；有的地下水很多。第三是采掘量很大，炼一砘铁，若用贫矿，要采掘3~5吨铁矿石，加下覆盖于铁矿之上的岩石和铁矿中的废石夹层，要采掘十几吨“石头”。建设一个现代化高炉只要几个月，而建成供应这座高炉所需原料的矿山则需要二三年，有的甚至十年以上。因此，发展钢铁工业，必须下功夫，加强矿山建设。
自地壳内或地表开采矿产资源的技术和科学。一般指金属或非金属矿床的开采，广义的采矿还包括煤和石油的开采及选矿。其实质是一种物料的选择性采集和搬运过程。采矿工业是一种重要的原料采掘工业，如金属矿石是冶金工业的主要原料，非金属矿石是化工原料和建筑材料，煤和石油是重要的能源。多数矿石需经选矿富集，方能作为工业原料。
采矿科学技术的基础是岩石破碎、松散物料运移、流体输送、矿山岩石力学和矿业系统工程等理论。需要运用数学、物理、力学、化学、地质学、系统科学、电子计算机等学科的最新成果。采矿工业在已基本达到的高度机械化基础上，通过改进综采设备的设计、造型、材质、制造工艺、检验方法和维修制度等，将进一步提高其生产能力和设备利用率。同时矿井在提升、运输、排水、通风、瓦斯监控等许多环节将实现自动化和遥控。地下和露天矿都将实现计算机集中自动管理监控。有的国家已将机器人试用于井下回采工作面，开采对人员损害较大的矿种。另一方面，随着人类对地下矿产的不断开采，开采品位由高到低，资源紧缺，迫使使用低品位矿产，选择适当的采矿和选矿方法，进行综合采选、综合利用，提高矿产资源的利用率和回采率，降低矿石的损失率和贫化率。采矿和选矿过程中生成的有毒气体、废水、废石和粉尘等物质以及噪声和振动等因素，对环境、土地、大气和水质等造成危害，一直是人们关心的课题。各国研究环保问题中进一步提出了资源的长期利用问题，特别着眼于废渣、废石、废液的重复使用、破坏后土地复用等。制订强有力的法律，采取有效措施确保矿山环境。
简史原始人类已能采集石料，打磨成生产工具，采集陶土供制陶，就是最早采矿的萌芽。中国古代的采矿历史悠久，从湖北大冶铜绿山古铜矿遗址出土有用于采掘、装载、提升、排水、照明等的铜、铁、木、竹、石制的多种生产工具及陶器、铜锭、铜兵器等物，证实春秋时期已经使用了立井、斜井、平巷联合开拓，初步形成了地下开采系统。至西汉时期，开采系统已相当完善。此时在河北、山东、湖北等地的铁、铜、煤、砂金等矿都已开始开采。战国末期秦国蜀太守李冰在今四川省双流县境内开凿盐井，汲卤煮盐。明代以前主要有铁、铜、锡、铅、银、金、汞、锌的生产。17世纪初，欧洲人将中国传入的黑火药用于采矿，用凿岩爆破落矿代替人工挖掘，这是采矿技术发展的一个里程碑。19世纪末20世纪初，相继发明了矿用炸药、雷管、导爆索和凿岩设备，形成了近代爆破技术；电动机械铲、电机车和电力提升、通讯、排水等设备的使用，形成了近代装运技术。20世纪上半叶开始，采矿技术迅速发展，出现了硝酸铵炸药，使用了地下深孔爆破技术，各种矿山设备不断完善和大型化，逐步形成了适用于不同矿床条件的机械化采矿工艺。提出了矿山设计、矿床评价和矿山计划管理的科学方法，使采矿从技艺向工程科学发展。20世纪50年代后，由于使用了潜孔钻机、牙轮钻机、自行凿岩台车等新型设备，采掘设备实现大型化、运输提升设备自动化，出现了无人驾驶机车。电子计算机技术用于矿山生产管理、规划设计和科学计算，开始用系统科学研究采矿问题，诞生了系统采矿工程学。矿山生产开始建立自动控制系统，利用现代试验设备、测试技术和电子计算机，预测和解算某些实际问题。因此采矿工程学科被正式提出并得到了公认。
特点采矿的生产环境和生产过程与其他工业相比较，具有以下特点：
①采掘加工的主要原料是自然赋存的矿体。矿址不能自由选择，矿床的工业储量不能输入，也不能再生。矿山的生产能力、服务年限和经济效益密切相关。每个矿山都要经历建矿、投产、正常生产、减产和闭矿的历程。
②采矿设备和人员经常随采矿进程和加工对象转移，没有固定的加工车间。被开采的矿体必须掘进一系列巷道，进行采矿准备工作（采准），才能开始回采。开拓、采准和回采工作互相协调，才能保证矿山正常生产。否则就会造成采剥失调或采掘失调，迫使矿山减产。
③开采工作总的趋势是采掘条件愈来愈差，采出矿石的品位逐渐降低，随之成本可能增高。由于岩石的混入会使矿石贫化，降低质量，还有部分矿石不能采出，而损失于地下。因此要不断改进采矿和选矿技术，开展综合利用，以降低成本。降低贫化率和损失率是采矿生产中重要的质量管理工作，具有很大的经济潜力。
④矿体赋存条件和形状复杂，品位分布不均。工业储量在开采过程中可能会有较大变化，使采矿设计难于标准化，加之建矿周期长，基建投资大，故投资风险性也大。
⑤采矿工作在露天或地下采场。劳动量大，工作条件差，安全性差，不易实现综合机械化和自动化，故需特别重视改善劳动保护和环境条件。
⑥一个矿山的经营效果，在很大程度上决定于所开采矿石的市场供求和价值高低。因此对矿山管理水平的评价，不能像其他工业一样，单纯地以绝对经济效益为准。
采矿方法可大致分为露天开采、地下开采和液体开采3种基本采矿方法。①露天开采。即在露天条件下，将埋藏较浅的矿石，从矿坑露天矿、山坡露天矿或剥离露天矿进行开采。包括挖掘一系列顺序的沟槽。采砂船采矿也属剥离露天矿的一种，它从平底船上进行挖掘。②地下开采。是将埋藏较深的矿石，在地下采用自然支护、人工支护及崩落采矿方法将矿石开采出来。③液体开采。又称特殊采矿法。是从天然卤水里、湖里、海洋里或地下水中提取有用的物质；将有用矿物加以溶解（或热水融化），再将溶液抽至地面后进行提取；用热水驱、气驱或燃烧，把矿物质从一个井孔驱至另一井孔中采出。大多数液体采矿是用钻井法进行的。
对于一个具体矿床，根据地质条件和岩石力学资料，选择合理的采矿方法。比较理想的是要使被选用的采矿方法，在符合生产安全和适当采出有用矿物的要求下，能取得最大的经济效益。如采矿方法选择不当，将长期影响矿山生产技术指标和经济效益。
2.2.1 矿床地下开采
1、地下开采 underground mining
从地下矿床的矿块里采出矿石的过程。它是通过矿块的采准、切割和回采 3 个步骤实现的。采准工作是掘进一系列巷道，为切割和回采工作
创造条件；切割工作为回采矿石开辟自由面和落矿空间；回采是从矿块里采出矿石的过程，是采矿的核心，包括落矿（将矿石以合适的块度从矿体上采落下来的作业）、出矿（将采下的矿石从落矿工作面运到阶段运输水平的作业）和地压管理（包括用矿柱、充填体和各种支架维护采空区）3种作业。
地下采矿方法分类繁多，常用的以地压管理方法为依据，分为三大类：
①自然支护采矿法。又称空场采矿法。主要靠围岩本身的稳固性和矿柱的支撑能力维护回采过程中形成的采空区，有的用支架或采下矿石作辅助或临时支护。本法回采工艺简单，容易实现机械化，劳动生产率高，采矿成本低，适于开采矿石和围岩均稳固的矿体，在地下矿山广泛应用。但开采中厚层以上矿体，需留大量矿柱，矿石回采率低，因此采高价矿床时用得较少。
②人工支护采矿法。用充填材料或其他支架维护采空区，主要使用充填法，故此法又称充填采矿法。在矿房或矿块中，随回采工作面的推进，向采空区送入碎石、炉渣、水泥等充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。适用于开采围岩不稳固的高品位、稀缺、贵重矿石的矿体；地表不允许陷落，开采条件复杂，如水体、铁路干线、主要建筑物下面的矿体和有自然火灾危险的矿体等；也是深部开采时控制地压的有效措施。优点是适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业较安全，能利用工业废料，保护地表等。缺点是工艺复杂，成本高，劳动生产率和矿块生产能力都较低。
③崩落采矿法。随回采工作面的推进，有计划地崩落围岩填充采空区以管理地压的采矿方法。适用于围岩容易崩落、地表允许塌陷的矿体。选用采矿方法应考虑矿床地质条件、矿山技术条件和经济因素，以满足安全、经济、高效和优质的要求。矿床地质条件包括矿体形态、倾角、厚度、有用成分的分布、围岩和矿石的物理、力学和化学性质；矿山技术条件包括材料、设备、地表环境的要求和管理水平等；经济因素包括矿山价值、成本、经济效益、资源综合利用和国民经济的要求等。根据以上条件，提出几种方案，综合评价，选出最优方案，通过工业性试验后，正式使用。
2.2.2 露天开采surface mining
从敞露地表的采矿场采出有用矿物（见彩图）。与地下开采比，其优点是资源利用充分、回采率高、贫化率低，适于使用大型机械，劳动生产率高，成本低,建矿快，产量大，劳动条件好,生产安全。随着露天开采技术的发展,适于露天开采的范围越来越扩大,可用于开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。目前世界固体矿产总量中,约有2/3用露天开采。中国可供露天开采的矿产资源丰富。平朔、霍林河、伊敏河、准格尔、元宝山、昭通等地的煤田，鞍山、本溪、冀东、攀西等地区的铁矿,德兴、永平的铜矿,以及其他化工、建筑材料等,均有数以亿吨计的储量可供露天开采。
露天开采是人类使用矿物最早出现的开采方式，最初是开采矿床的露头和浅部富矿，19世纪末使用动力挖掘机以来,露天开采技术迅速发展,露天矿的规模越来越大。近代重大的成就有:
①出现了大型剥离倒堆设备,机械铲和索斗铲的最大铲斗容积(斗容)已分别达到137.5m3和168m3，最大的美国宾厄姆(Bingham)露天铜矿采剥总量曾达494242t／d。
②以轮斗铲、链斗铲、带式输送机、排土桥和悬臂排土机等设备组成的连续开采工艺的应用范围逐渐扩大，轮斗铲的理论生产能力高达240000m3/d，排土桥理论运输能力高达25600m3/h,跨度272.5±13.5m，采高60m。（见彩图）
③完善了适应性较强的间断开采工艺和设备，包括钻孔直径达380～444mm的大型高效率牙轮钻机；可在现场混制廉价炸药和防水炸药的装药车；大区微差爆破和挤压爆破技术；机械铲、液压铲和前装机的斗容分别达22～34m3、22～30m3和23m3;电机车的自重达150t,牵引机组粘重360t,自翻车载重180t，自卸汽车载重 154～318t；以及相应的推土机、移道机、平路机、铲运机等。
④发展了间断挖掘设备配以移动式和半移动式破碎机与带式输送机构成的硬岩半连续生产工艺。破碎机能力达4000m3/h等。露天开采需剥离大量土岩，以揭露矿体。剥离量与采矿量的比值称剥采比，是衡量露天开采经济效果的重要指标 (单位是m3/m3、m3/t)。最深的露天矿采深已达800m。根据地形，采场在上部境界封闭圈以上的部分称山坡露天矿，封闭圈以下的部分称凹陷露天矿。
露天采场内的矿岩通常划分为一定高度的分层，每个分层构成一个台阶，以进行剥离和采矿。生产过程由矿岩松碎、采装、运输和卸载（卸矿和排土）组成。较松散的矿岩可用不经破碎，直接用采装设备挖掘。台阶开采时划分为一定宽度的条带，称采掘带。在采掘带中，进行采掘作业的部分称采掘工作面，具备采运条件的采掘带称工作线。具有正常采掘条件的台阶称工作台阶。由若干工作台阶组成的露天矿边帮称工作帮。为进行正常生产，工作台阶需有足够的宽度，以布置穿孔、爆破、采矿、运输设备，构成工作平台或工作平盘。工作帮假想平面和水平面的夹角称工作帮坡角。不进行矿山作业的露天矿边帮称非工作帮。非工作帮上常设置供运输用的运输平台、截拦块石滚落的安全平台和清扫滚落块石的清扫平台。非工作帮常是露天采场开采结束时的最终边坡或最终边帮。后者与地表的交线称上部境界线。与露天矿底面的交线称下部境界线。通过上部境界线和下部境界线的假想斜面和水平面的交角称最终边坡角。
露天开采中的主要技术和管理问题有：①见露天开采境界；②露天矿边坡稳定；③开采工艺；④开采程序（见露天采矿方法）；⑤露天矿开拓(见矿床露天开拓)；⑥疏干排水（见矿山排水，矿床疏干）；⑦矿山环境保护，矿山土地复用；⑧露天开采生产调度。
露天开采的各生产环节相互联系，构成多环节的动态系统。为使系统整体最优化，目前的方向是应用电子计算机、运筹学和系统工程等，来研究上述技术和管理问题。
2.3 铁矿石的富选
从矿石开采出来的铁矿石，不仅含有铁矿物，而且含有其它矿物、脉石及有害杂质。选矿的目的就是将铁矿石中的含铁矿物与脉石等分离，提高铁矿石品位，降低有害杂质含量，并尽可能的综合回收其它有用矿物。随着钢铁工业的发展，富矿远不能满足需要，必须大量利用贫矿。为满足高炉冶炼对铁精矿品位的要求，需要对贫矿进行选矿处理，因此，选矿工业是冶金工业不可少的重要环节。
用物理或化学方法将矿物原料中的有用矿物和无用矿物（通常称脉石）或有害矿物分开，或将多种有用矿物分离开的工艺过程，又称“矿物加工”。产品中，有用成分富集的称精矿；无用成分富集的称尾矿；有用成分的含量介于精矿和尾矿之间，需进一步处理的称中矿。金属矿物精矿主要作为冶炼业提取金属的原料；非金属矿物精矿作为其他工业的原材料；煤的精选产品为精煤。选矿可显著提高矿物原料的质量，减少运输费用，减轻进一步处理的困难，降低处理成本，并可实现矿物原料的综合利用。由于世界矿物资源日益贫乏，越来越多地利用贫矿和复杂矿，因此需要选矿处理的矿石量越来越大。目前，除少数富矿石外，金属和非金属(包括煤)矿石几乎都需选矿。
早期的选矿，是利用矿物间的物理性质或表面物理化学性质的差异，但不改变矿物化学组成的物理选别过程，主要用于处理金属矿石，称“矿石选别”。以后扩展到非金属矿物原料的选别,称“矿物选别”。后来,把利用化学方法回收矿物原料中有用成分的过程，也纳入选矿，称为化学选。
选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。早期，人们用手工拣选；后来，用简单的淘洗工具从河溪砂石中选收金属矿物。中国湖北铜绿山矿冶遗址中的“船形木斗”就是二千多年前淘洗铜矿石的工具。唐樊绰著《蛮书》中有“麸金出丽水,盛沙淘汰取之”的记载,描述当时淘金选矿的情况。明《天工开物》中有矿石采出后“先经拣净淘洗”，然后“入炉煎炼”，以及锡和其他矿石的选矿记载。欧美于1848年出现了机械重选设备──活塞跳汰机，1880年发明静电分选机，1890年发明磁选机，促进了钢铁工业的发展。1893年发明摇床。在浮选广泛应用以前，重选一直是主要的选矿方法。1906年泡沫浮选法取得专利。浮选能处理细粒复杂矿石，显著地促进了选矿技术的发展。20世纪40年代后，化学选应用于处理氧化铜矿、铀矿，以后又用来处理复杂、难选、细粒浸染的矿物原料。60年代以来，细粒重选、微细粒浮选、湿式强磁选和选冶联合流程都得到很大发展。
在选矿理论方面，1867年雷廷格尔(P.R.von Rit-tinger)著《选矿学》,初步形成选矿体系。1903年里恰兹(R.H.Richards)著《选矿》，构成独立的选矿工程学。1933年列宾捷尔 (П.Α.Ρeбиндep)著《浮选过程的物理化学》,1939年高登(A.M.Gaudin)著《选矿原理》,1940年利亚先科（П.Β.Лященκо）著《重力选矿》，1944年塔格特（A.F.Taggart）著《选矿手册》,1950年米切尔(D.R.Mitschell)著《选煤学》,使选矿形成独立的学科。50年代以来又有很大发展。选矿涉及的学科主要有：矿物结晶学、流体动力学、电磁学、物理化学、表面化学、应用数学以及过程的数学模拟和自动控制等。
中国于20世纪20年代出现机械选矿厂，如湖南水口山选矿厂等。1949年以后，在选矿指标、处理量和选矿科学技术等方面都有很大发展。钨、锡等选矿技术在某些方面有较高的水平，创制出独特的离心选矿机、振摆溜槽、环射式浮选机等新设备,并最先采用一段离析-浮选法来回收氧化铜。
选矿过程主要由解离和选别两个基本部分构成，包括：
选前矿物原料准备作业有粉碎(包括破碎和磨碎)、筛分和分级，有时还包括洗矿。
破碎将矿山采出的粒度为 500～1500mm的矿块碎裂至粒度为 5～25mm的过程。方式有压碎、击碎、劈碎等，一般按粗碎、中碎、细碎三段进行。
磨碎以研磨和冲击为主。将破碎产品磨至粒度为10～300μm大小。磨碎的粒度根据有用矿物在矿石中的浸染粒度和采用的选别方法确定。常用的磨矿设备有：棒磨机、球磨机、自磨机和半自磨机等。磨碎作业能耗高，通常约占选矿总能耗的一半。80年代以来应用各种新型衬板及其他措施，磨碎效率有所提高，能耗有所下降。
筛分和分级按筛面筛孔的大小将物料分为不同的粒度级别称筛分，常用于处理粒度较粗的物料。按颗粒在介质（通常为水）中沉降速度的不同，将物料分为不同的等降级别，称分级，用于粒度较小的物料。筛分和分级是在粉碎过程中分出合适粒度的物料，或把物料分成不同粒度级别分别入选。
洗矿为避免含泥矿物原料中的泥质物堵塞粉碎、筛分设备，需进行洗矿。原料如含有可溶性有用或有害成分，也要进行洗矿。洗矿可在擦洗机中进行，也可在筛分和分级设备中进行。
选别作业矿物原料经粉碎作业后进入选别作业,使有用矿物和脉石分离，或使各种有用矿物彼此分离。这是选矿的主体部分。选别作业有重选、浮选、磁选、电选、拣选和化学选等。
重选在介质(主要是水)流中利用矿物原料颗粒比重的不同进行选别。有重介质选、跳汰选、摇床选、溜槽选等。重选是选别黑钨矿、锡石、砂金、粗粒铁和锰矿石的主要选矿方法；也普遍应用于选别稀有金属砂矿。重选适用的粒度范围宽，从几百毫米到一毫米以下，选矿成本低，对环境污染少。凡是矿物粒度在上述范围内并且组分间比重差别较大,用重选最合适。有时,可用重选(主要是重介质选，跳汰选等)预
选除去部分废石，再用其他方法处理，以降低选矿费用。随着贫矿、细矿物原料的增多，重选设备趋向大型化、多层化，并利用复合运动设备,如离心选矿机、摇动翻床、振摆溜槽等,以提高细粒物料的重选效率。目前重选已能较有效地选别20μｍ的物料。重选又是最主要的选煤方法。
浮选利用各种矿物原料颗粒表面对水的润湿性(疏水性或亲水性）的差异进行选别。通常指泡沫浮选。天然疏水性矿物较少,常向矿浆中添加捕收剂,以增强欲浮出矿物的疏水性；加入各种调整剂，以提高选择性；加入起泡剂并充气，产生气泡，使疏水性矿物颗粒附于气泡，上浮分离。浮选通常能处理小于0.2～0.3mm的物料，原则上能选别各种矿物原料，是一种用途最广泛的方法。浮选也可用于选别冶炼中间产品、溶液中的离子（见离子浮选）和处理废水等。近年来，浮选除采用大型浮选机外,还出现回收微细物料(小于5～10μm)的一些新方法。例如选择性絮凝-浮选,用絮凝剂有选择地使某种微细粒物料形成尺寸较大的絮团，然后用浮选（或脱泥）方法分离；剪切絮凝-浮选,加捕收剂等后高强度搅拌，使微细粒矿物形成絮团再浮选，及载体浮选、油团聚浮选等。
磁选利用矿物颗粒磁性的不同，在不均匀磁场中进行选别。强磁性矿物（磁铁矿和磁黄铁矿等）用弱磁场磁选机选别；弱磁性矿物（赤铁矿、菱铁矿、钛铁矿、黑钨矿等）用强磁场磁选机选别。弱磁场磁选机主要为开路磁系，多由永久磁铁构成，强磁场磁选机为闭路磁系，多用电磁磁系。弱磁性铁矿物也可通过磁化焙烧变成强磁性矿物，再用弱磁场磁选机选别。磁选机的构造有筒式、带式、转环式、盘式、感应辊式等。磁滑轮用于预选块状强磁性矿石。磁选的主要发展趋向是解决细粒弱磁性矿物的回收问题。60年代发明的带齿板聚磁介质的琼斯湿式强磁场磁选机，促进了弱磁性矿物的选收。70年代发明以钢毛或钢网为聚磁介质的具有高磁场梯度和强度的高梯度磁选机以及用低温超导体代替常温导体的超导磁选机，为回收细粒弱磁性矿物提供了良好的前景。
电选利用矿物颗粒电性的差别，在高压电场中进行选别。主要用于分选导体、半导体和非导体矿物。电选机按电场可分为静电选矿机、电晕选矿机和复合电场电选机；按矿粒带电方法可分为接触带电电选机、电晕带电电选机和摩擦带电电选机。电选机处理粒度范围较窄,处理能力低，原料需经干燥,因此应用受到限制；但成本不高，分选效果好，污染少；主要用于粗精矿的精选，如选别白钨矿、锡石、锆英石、金红石、钛铁矿、钽铌矿、独居石等。电选也用于矿物原料的分级和除尘。电选的发展趋向是研制处理量大、选别细粒物料效率高的设备。
拣选包括手选和机械拣选。主要用于预选丢除废石。手选是根据矿物的外部特征，用人工挑选。这种古老的选矿方法,某些矿山迄今仍在应用。机械拣选有:①光拣选,利用矿物光学特性的差异选别;②X射线拣选,利用在 X射线照射下发出荧光的特性选别；③放射线拣选，利用铀、钍等矿物的天然放射性选别。70年代开始出现了利用矿物导电性或磁性的电性拣选和磁性拣选。
化学选利用矿物化学性质的不同，采用化学方法或化学与物理相结合的方法分离和回收有用成分，得到化学精矿。这种方法比通常的物理选矿法适应性强，分离效果好，但成本较高，常用于处理用物理选矿方法难于处理或无法处理的矿物原料、中间产品或尾矿。随着成分复杂的、难选的和细粒的矿物原料日益增多，物理和化学选矿联合流程的应用越来越受到重视。化学选成功应用的实例有氰化法提金、酸浸-沉淀-浮选、离析-浮选处理氧化铜矿等。溶剂萃取、离子交换和细菌浸取等技术的应用，进一步促进了化学选的发展。它的发展趋向是：研制更有效的浸取剂和萃取剂，发展生物化学方法，降低能耗和成本，防止环境污染。
此外，还有矿物原料在斜面运动或碰撞时利用其摩擦系数、碰撞恢复系数的差异进行选别的摩擦与弹跳选等。
选后产品处理作业包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。块状和粗粒物料可用脱水筛、螺旋分级机和脱水仓等进行重力泄水。细粒物料用浓缩机或水力旋流器和磁力脱水槽等浓缩，再经真空过滤机过滤。70年代研制出连续自动压滤机，可以进一步降低水分。也可加入絮凝剂和助滤剂，以加速细粒物料的浓缩和过滤效率。必要时滤饼还要经过干燥机干燥。近年出现的流态化干燥法和喷雾干燥法可以提高干燥效率。尾矿通常送尾矿库堆存，有时先经浓缩后再进行堆存。尾矿水可回收再用。不合排放标准的废水须经净化处理(见尾矿及废水处理)。旧尾矿场地要进行植被、复田。
选矿过程的自动控制使用在线检测仪表 (如γ射线浓度计、超声波粒度测定仪、X荧光分析仪等)、自动调节设备和计算机，对选矿过程中的单个参数、单一机组进行检测和自动调节，以至对车间或全厂进行集中控制，以提高选矿指标和劳动生产率、改善劳动条件和实行科学管理。70年代以来，使用计算机控制的选矿厂不断增加，稳定化控制日渐成熟，并在此基础上向最佳化控制发展。对磨矿、浮选过程的数学模拟，为实现计算机最佳化控制创造了条件。
目前只建立了若干过程的半经验、半理论的机理模型，尚未能实现全部最佳化控制。
2.4 铁矿粉造块
天然富矿开采和处理过程中产生的富矿粉以及贫矿富选后得到的精矿粉，都不能直接入炉，为了满足冶炼要求，必须将其制成具有一定粒度的块矿。另外，冶金工业生产中产生的大量粉尘和烟尘等，为了保护环境和回收利用这些含铁粉料，也需进行造块处理。
粉矿造块方法种类很多，应用最广泛的是烧结法和球团法。得到人造富矿或熟料，具有优于天然富矿的冶金性能。如还原性好，有合适的强度和较高的软熔温度。造块生产中配加一定量的熔剂，可制成有足够碱度的人造富矿，高炉冶炼过程可不加或少加熔剂避免了熔剂分解吸热而消耗焦炭。造块过程还可去除矿石中某些有害杂质，如：硫、锌、钾、钠等，减少其对高炉的危害。
2.4.1 烧结 sintering
不能直接加入高炉的铁（精）矿粉造块的主要方法之一。通过烧结，还可以改善原料的冶金性能。烧结也应用于有色金属冶炼过程。有
色金属硫化物精矿的烧结，除造块外，还有脱硫的作用。烧结技术从1911年开始采用，当时主要目的是利用钢铁厂的废弃物。随着选矿和高炉炼铁对精料要求的提高，50年代以来烧结生产发展迅速。
烧结是将贫铁矿经过选矿得到的铁精矿，富铁矿在破碎、筛分过程中得到的粉矿和生产中回收的含铁粉料、熔剂以及燃料等，按要求比例配合，加水制成颗粒状的烧结混合料,平铺在烧结机上,经点火抽风烧结成块。生产烧结矿，以前用过烧结盘、回转窑和悬浮烧结等方法，
现在都用带式烧结机。后者单机产量高,产品质量好(图1）。
国外烧结使用富矿粉为主，而中国以精矿粉为主。中国在细精矿烧结工艺
方面有一些自己的可贵经验。
烧结反应过程是分层依次向下进行的（图2）。抽入的空气通过已烧结好
的热烧结矿层预热，在燃烧层中使固体碳燃烧,放出热量,获得高温（1300～
1600℃）。根据温度和反应气氛条件，可以进行下列反应：
①分解反应
CaCO3─→CaO＋CO2 (750℃以上)
(1300～1350℃以
上)
②还原反应
3Fe2O3+CO─→2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO─→3FeO+CO2
③氧化和去硫反应
料层在加热过程中,熔点较低部分首先出现液相,将周围物料浸润和熔融，相邻液滴产生聚合，引起收缩和形成气孔，并在冷却过程中固结和产生结晶，成为具有一定强度的多孔烧结块。烧结过程中基本的液相是硅酸盐和铁酸盐体系。从燃烧层下抽出的高温废气，经预热、干燥层，将热量传给烧结料，使燃料着火，将料中的游离水和化合水蒸发和分解。废气继续下行，温度继续降低，其中水分又重新凝结，使物料过湿。如将烧结料预热到一定温度，可以消除过湿现象。
烧结矿的品种，已由单一的酸性烧结矿发展成为适应不同条件的自熔性烧结矿、高碱度烧结矿和含MgO烧结矿。烧结矿的质量检测项目有：粒度组成、含粉率、冷态转鼓强度、还原性（900～1200℃）、气孔率、落下强度、低温还原粉化率、软化温度、熔化温度和收缩率等。
烧结工艺流程烧结前原料应当精心处理。铁精矿粉和富铁矿粉应在原料场采用专门的堆料、取料设备进行混匀处理，以保证烧结料的化学成分稳定。石灰石应破碎到粒度2～3毫米以下，以保证烧结矿的强度。用生石灰代替部分石灰石可以强化烧结过程。烧结用的固体燃料（焦
粉或无烟煤），应破碎到粒度3毫米以下,但粒度 0.5毫米以下的细粉不能太多。精确配料是保证烧结矿质量的重要环节；现在多用重量配料法。自动配料设备由圆盘（或皮带）给料机和称量装置组成。配好的烧结料通常在圆筒混合机内混合、加水润湿并形成颗粒，以获得成分均匀和透气性良好的烧结混合料。一般分两次混合:第一次是混合和加水润湿;第二次是造球和补充加水。烧结机加料前要先铺底。底料一般为粒度 8～25毫米的烧结矿,厚度在30毫米左右。这样可保证烧透,防止烧坏炉篦。混合料一般用梭式布料器加到烧结机上的矿槽中，然后用圆筒布料器和辊式布料器把料均匀地布在台车上。
烧结机是由铺设在钢结构上的封闭轨道和在轨道上连续运动的一系列烧结台车组成。近年，烧结机向大型化发展。1911年第一台烧结机面积为8.3米2，70年代的烧结机面积已达600米2（宽5米、长120米）。现代烧结机生产能力为1.5～2.0吨/（米22时）。
烧结料点火一般用气体燃料或液体燃料，点火温度为 1200～1300℃。适当增长点火器和增设低温（600～900℃）保温段,可以提高烧结矿强度、节省固体燃料和降低FeO含量。在改善烧结料透气性的基础上,逐步增加料层厚度,可以降低燃料消耗和改善质量。目前最厚料层达500～600毫米。近代烧结机能耗(包括点火、混合料中固体燃料和车间电耗)为每吨烧结矿(0.45～0.60)3106千卡。
新建和改建的烧结厂多采用烧结矿冷却工艺，以筒化运输，便于“整粒”。并可使高炉上料设备不易损坏，炉顶密封性好，有利于高压操作。
环境保护措施烧结厂的粉尘和废气污染环境。应采用水封拉链清灰,用高效的静电除尘代替多管除尘,用密闭运输和采取其他措施减少烧结废气中的硫氧化物、氮氧化物和一氧化碳等有害气体，以保护环境。
2.4.2球团 pelletizing
铁矿粉造块的重要方法之一。此法也应用于有色金属冶炼。铁矿粉球团造块法在1955年开始投入工业生产，比烧结约晚40年。这种方法特别适于处理细精矿，随着选矿推广细筛再磨，铁精矿粒度越来越细，加上球团具有较好的冷态强度、还原性和粒度组成，所以近年发展较快。中国细精矿粉较多，考虑到高碱度烧结矿冶金性能优越，搭配一部分碱度较低的球团矿可能是较好的高炉炉料结构。
球团矿生产先将矿粉制成粒度均匀、具有足够强度的生球。造球通常在圆盘或圆筒造球机上进行。矿粉借助于水在其中的毛细作用形成球核；然后球核在物料中不断滚动，粘附物料,球体越来越大,越来越密实。矿粉间借分子水膜维持牢固的粘结。采用亲水性好、粒度细（小于0.044毫米的矿粉应占总量的90％以上）,比表面积大和接触条件好的矿粉，加适当的水分，添一定数量的粘结剂（皂土、消石灰和生石灰等），可以获得有足够强度的生球。生球经过干燥 (300～600℃)和预热(600～1000℃)后在氧化气氛中焙烧。在预热和焙烧阶段出现氧化铁的氧化、石灰石分解和去硫等反应。焙烧是球团固结的主要阶段。球团固结过程中，固相反应和固相烧结起重要作用，而液相烧结只在一定的条件下才得到发展。焙烧温度一般是1200～1300℃，主要用气体或液体燃料，有时也可用固体燃料。
球团矿的焙烧设备主要有竖炉、带式焙烧机和链篦机-回转窑三种。用竖炉焙烧，单机能力小,加热不均，对原料适应性差；但设备简单，操作方便。中国在竖炉焙烧技术方面有所突破。带式焙烧机主要是德腊沃－鲁奇型(Dravo-Lurgi),具有单机能力大、有余热利用系统、设备简单可靠、操作方便等优点；是目前世界上球团焙烧的主要设备，生产的球团占世界总产量一半以上。链篦机-回转窑具有焙烧均匀、单机能力大等优点,但设备环节多。参考书目
中南矿冶学院团矿教研室：《铁矿粉造块》，冶金工业出版社，北京，1981。
2.5 燃料
燃料是高炉冶炼不可缺少的基本原料之一，几乎所有高炉都使用焦炭作燃料。由于焦煤资源的紧缺，从风口喷吹燃料技术迅速发展，以代替昂贵的焦炭。用作喷吹的燃料主要有煤粉、重油和天然气等。
2.5.1 焦炭
焦炭和燃料随炉料加入高炉的焦炭起还原剂、燃料和料柱骨架的作用。一般要求含碳量高，灰分低，硫、磷等杂质少,强度好,粉末少，粒度均匀和水分稳定。生产焦炭需用大量昂贵的炼焦煤，所以必须节约使用。从高炉风口喷吹重油、天然气和煤粉，可以节省焦炭。对重油、天然气和煤粉不仅要求含灰分、硫、磷等杂质少，也要求含水分低。喷吹煤粉应注意安全，采取防爆措施
炼焦煤料在高温作用下，经过热解、缩聚、固化、收缩等一系列复杂的物理化学过程而形成的固体燃料。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。炼铁高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基础，是冶金史上的一个重大里程碑。为使高炉操作达到较好的技术经济指标，冶炼用焦炭（冶金焦）必须具有适当的化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质。
灰分是焦炭燃烧后的残留物，主要是氧化硅和氧化铝。焦炭灰分每增加1％，高炉焦比上升1.7～2.2％,熔剂消耗增加2.5～3.5％，生铁产量降低2.2～3.0％，生铁成本提高0.7～1.0％。焦炭灰分全部来自炼焦用煤，因此，必须合理降低经过洗煤的精煤灰分。硫分是生铁的主要有害物质，高炉炉料中的硫，80％来自焦炭，因此焦炭的硫分要严加控制，不宜超过0.6～1.0％。水分波动会使入炉焦炭计量产生误差，影响高炉操作。一般要求控制在3～5％，并力求稳定。挥发分的高低，是鉴别焦炭成熟程度的主要标志。正常焦炭的挥发分在 1％左右。
力学强度（包括抗碎强度和耐磨强度）是高炉用焦极重要的物理性质。焦炭如无足够的力学强度，容易在高炉内碎裂并产生较多的粉焦，会使高炉料柱透气性变差，影响炉况顺行，耐磨强度尤为重要。检测焦炭的力学强度，普遍采用转鼓试验。将一定数量的焦炭样装入转鼓内，
以固定的速度旋转一定次数后，取出焦样过筛，按规定粒级的重量百分率算出指标。通用的转鼓试验方法是冷态试验，不能完全反映焦炭在高炉内的性质。研究焦炭在高炉内的热性质和热反应性质，其中焦炭的热强度、高炉风口区焦炭的特性以及高温下焦炭与二氧化碳的反应性和反应后强度等指标尤为重要。热强度试验通常是将焦炭置于温度达1500℃的高温转鼓内进行。反应性以焦炭在高温下与CO2反应前后失重百分率表示。反应后强度用反应后的焦样经特制的转鼓作试验，以粒度大于10毫米级焦炭的重量百分率表示。用多配弱粘结性煤的煤料炼成的焦炭，通常反应性升高，反应后强度和热强度指标明显变差，所以应特别重视其热态性质。焦炭作为高炉内料柱骨架,除必须有足够的力学强度外,还要力求粒度均匀，以保证透气性。
焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼（冶金焦）外，还用于铸造、化工、电石和铁合金，其质量要求有所不同。如铸造用焦，一般要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低；化工气化用焦，对强度要求不严，但要求反应性好，灰熔点较高；电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量。
由于高炉炼铁技术的进步，每吨生铁所耗的焦炭逐年有所下降。但因冶金工业和其他工业的迅速发展，世界焦炭产量仍稳步增长（见图）。
2.5.2 喷吹燃料
1、高炉喷吹燃料从风口直接把辅助燃料吹入炉缸，代替部分风口前燃烧的焦炭,以降低焦比,强化冶炼。高炉可以喷吹的燃料分液体（重油、轻油、原油、焦油及沥青等）、固体(无烟煤、烟煤、焦粉等)和气体（天然气、焦炉煤气以及炉身喷吹用还原性气体等）三类。中国主要喷吹煤粉。高炉喷吹燃料产生以下后果：
①焦比大幅度降低中国首都钢铁公司1号高炉1966年通过富氧和提高风温，油、煤喷吹量达入炉燃料量的45％，焦比月平均366公斤／吨铁,目前中国多数高炉每吨铁喷煤 60～120公斤。焦比降低的主要原因是燃料中的碳代替了风口前燃烧焦炭的碳量；燃料中含有H2（如重油含H2达10～12％），促进高炉内的还原。
②要求热补偿喷入高炉的燃料在风口前是冷的。在燃烧前汽化分解时要消耗部分热量，使炉缸温度降低（冷化作用），必须提高风温来补偿。此外，喷吹燃料可促进富氧鼓风。苏联喷吹天然气的高炉鼓风含氧可富化到30％以上。
③促进高炉顺行可用来调节炉况高炉喷吹燃料后炉缸中心气流增强，温度提高，风口平面上沿半径温度梯度减小，炉缸工作更均匀。但如喷吹量超过一定限度，中心过吹，则会破坏顺行。遇此情况应采取上部调节，加重中心负荷；下部调节，扩大风口直径，缩短风口长度；以及富氧鼓风等措施。利用改变喷吹量可调节炉况：当炉况向凉时，加大喷吹量；炉况向热时，减少喷吹量。但炉况已凉或已热后则不宜采用。高炉刚开始喷吹燃料，由于“冷化作用”,炉温不高；几小时后,预还原的炉料进入炉缸，炉温又逐渐升高。这段凉热变化期称为“热滞后”时间，可作调节炉况的依据。
④较高压差操作由于喷吹燃料产生的煤气量比被替代的焦炭产生的多，使煤气的浮力增加，加之喷吹燃料后焦比降低，料批中焦炭比例减少，都使料柱阻力增大，压差升高（在高炉顺行前提下，压差略高，仍可维持正常生产）。为了扩大喷吹量，防止压差过高，可提高矿石品位，改善炉料粒度组成，提高炉顶压力，采用富氧鼓风等措施。
⑤改善生铁质量如喷入燃料含硫量低于焦炭，则生铁质量一般有所改善。另外，喷吹燃料后炉缸工作均匀，炉渣脱硫能力升高，也可改善生铁质量。喷吹煤粉时应注意选用低硫煤。中国高炉大部喷吹煤粉，有成熟的经验。喷吹量大，可利用多煤种。工艺上有高压和常压两种流程，前者是在喷吹罐内充以高压气体。喷吹煤粉时必须考虑防爆安全措施。
2.6 熔剂
2.6.1 熔剂的作用
在铁矿石中，除铁以外，还有脉石及硫等有害杂质，在焦炭及煤粉中含有灰分，所以炼铁时要加入熔剂，与脉石和焦炭及煤粉中的灰分及其它杂质化合，形成炉渣，以达到降低脉石熔点并使杂质、灰分与铁水分离的目的。
用来降低矿石、脉石和焦炭灰分在造渣时的熔点，以形成易流动的炉渣，并去除硫分，以改善生铁质量。常用的熔剂是碱性的，如石灰石和白云石。一般含 CaO高、SiO2低的石灰石冶炼价值较高
高炉冶炼采用的熔剂主要有石灰石、白云石、蛇纹石等。对熔剂的要求是：碱性氧化物（主要是氧化钙）的含量要高，而酸性氧化物（主要是二氧化硅和三氧化二铝）的含量尽可能低，有害杂质硫、磷含量也要低，强度高，块度适宜。
2.7 锰矿石及其它含铁原料
锰矿用于冶炼锰铁，有时用于高炉炼铁以调整生铁含锰量，或用于高炉洗炉。
其他含铁原料包括各种碎铁、高炉炉尘、转炉粉尘、轧钢皮和硫酸渣等。利用这类物料，不仅可以充分利用资源,而且能够减少公害,改善环境和降低成本。粉状原料须经造块，再送入高炉。
3 高炉炼铁
高炉炼铁
blast furnace ironmaking
现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁
法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95％以上。
高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼流程见图。
简史和近况早期高炉使用木炭或煤作燃料，18世纪改用焦炭，19世纪中叶改冷风为热风(见冶金史)。20世纪初高炉使用煤气内燃机式和蒸汽涡轮式鼓风机后，高炉炼铁得到迅速发展。20世纪初美国的大型高炉日产生铁量达 450吨，焦比1000公斤／吨生铁左右。70年代初，日本建成4197米3高炉，日产生铁超过1万吨，燃料比低于 500公斤／吨生铁。中国在清朝末年开始发展现代钢铁工业。1890年开始筹建汉阳铁厂，1号高炉（248米3,日产铁100吨）于1894年5月投产。1908年组成包括大冶铁矿和萍乡煤矿的汉冶萍公司。1980年，中国高炉总容积约8万米3,其中1000米3以上的26座。1980年全国产铁3802万吨，居世界第四位。
70年代末全世界2000米3以上高炉已超过120座，其中日本占1/3，中国有四座。全世界4000米3以上高炉已超过20座，其中日本15座，中国有1座在建设中。
50年代以来，中国钢铁工业发展较快，高炉炼铁技术也有很大发展，主要表现在：①综合采用精料、上下部调剂、高压炉顶、高风温、富氧鼓风、喷吹辅助燃料（煤粉和重油等）等强化冶炼和节约能耗新技术，特别在喷吹煤粉上有独到之处。1980年中国重点企业高炉平均利用系数为1.56吨/(米32日)，焦比为539公斤/吨生铁；②综合利用含钒钛的铁矿石取得了突破性进展，含稀土的铁矿石的利用也取得了较大的进展。
高炉冶炼主要技术经济指标分述如下：
高炉利用系数每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数,是衡量高炉生产效率的指标。比如1000米3高炉，日产2000吨生铁，则利用系数为 2吨/(米32日)。
焦比每炼一吨生铁所消耗的焦炭量,用公斤/吨生铁表示。高炉焦比在 80年代初一般为450～550公斤/吨生铁，先进的为 380～400公斤/吨生铁。焦炭价格昂贵，降低焦比可降低生铁成本。
燃料比高炉采用喷吹煤粉、重油或天然气后，折合每炼一吨生铁所消耗的燃料总量。每吨生铁的喷煤量和喷油量分别称为煤比和油比。此时燃料比等于焦比加煤比加油比。根据喷吹的煤和油置换比的不同，分别折合成焦炭（公斤），再和焦比相加称为综合焦比。燃料比和综合焦比是判别冶炼一吨生铁总燃料消耗量的一个重要指标。
冶炼强度每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值，是表示高炉强化程度的指标，单位为吨/（米32日）。
休风率休风时间占全年日历时间的百分数。降低休风率是高炉增产的重要途径。一般高炉休风率低于2％。
生铁合格率化学成分符合规定要求的生铁量占全部生铁产量的百分数，是评价高炉优质生产的主要指标。
生铁成本是从经济方面衡量高炉作业的指标。
3.1 高炉冶炼过程及特点
3.1.1 高炉冶炼过程
冶炼过程
高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。
鼓风机送出的冷空气在热风炉加热到800～1350℃以后，经风口连续而稳定地进入炉缸，热风使风口前的焦炭燃烧，产生2000℃以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加热铁矿石和熔剂，使成为液态；并使铁矿石完成一系列物理化学变化，煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。
下降炉料中的毛细水分当受热到100～200℃即蒸发，褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500～800℃才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石，以及其他碳酸盐和硫酸盐，也在炉中受热分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解温度分别为900～1000℃和740～900℃。铁矿石在高炉中于 400℃或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣，然后再从渣中还原出铁。
焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到1000～1100℃时就开始软化；到1350～1400℃时完全熔化；超过1400℃就滴落。焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域。在图1中，①区是矿石与焦炭分层的干区，称块状带，没有液体；②区为由软熔层和焦炭夹层组成的软熔带，矿石开始软化到完全熔化；③区是液态渣、铁的滴落带，带内只有焦炭仍是固体；④风口前有一个袋形的焦炭回旋区，在这里，焦炭强烈地回旋和燃烧，是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。
液态渣铁积聚于炉缸底部,由于比重不同,渣液浮于铁液之上,定时从炉缸放出。铁水出炉温度一般为1400～1550℃，渣温比铁温一般高30～70℃。煤气流沿高炉断面合理均匀地分布上升，能改善煤气与炉料之间的传热和传质过程，顺利地完成加热、还原铁矿石和熔化渣、铁等过程，达到高产、低耗、优质的要求。
3.1.2 高炉冶炼特点
(1)高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛。
（2）高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。（3）高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。
3.2 燃烧反应
3.3 还原反应
高炉中铁的还原高炉中主要被还原的是铁的氧化物:Fe2O3(赤铁矿),Fe3O4（磁铁矿）和Fe1-yO（浮氏体，y从0.04到0.125）等。每得到1000公斤金属铁，通过还原被除去的氧量为：赤铁矿429公斤,磁铁矿382公斤,浮氏体（按FeO计算）286公斤。
主要还原剂焦炭中的碳和鼓风中的氧燃烧生成的CO气体，以及鼓风和燃料在炉内反应生成的H2是高炉中的主要还原剂。约从400℃开始,氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁，一直到金属铁。
间接还原氧化铁由CO还原生成CO2或由H2还原生成H2O的过程。还原顺序为: Fe2O3─→Fe3O4─→FeO─→Fe（低于570℃时，FeO 不稳定,还原顺序为：Fe2O3─→Fe3O4─→Fe）。从图2可看到各级氧化铁与气相的平衡关系。
氧化铁还原的主要还原反应为：
3Fe2O3+CO─→2Fe3O4+CO2 +8870千卡
Fe3O4+CO─→3FeO+CO2 -4990千卡
FeO+CO─→Fe+CO2 +3250千卡
以及 3Fe2O3+H2─→2Fe3O4+H2O -1000千卡
Fe3O4+H2─→3FeO+H2O -14860千卡
FeO+H2─→Fe+H2O -6620千卡
H2和CO同时作为还原剂存在时，受水煤气反应的制约：
H2+CO2─→H2O+CO -9870千卡
注：式内反应热从工程习惯按公斤分子计。
直接还原在高温区（约 850℃开始）因有大量焦炭存在,生成的CO2和H2O立即与焦炭反应,转化成CO和H2：
CO2+C─→2CO -39600千卡
H2O+C─→H2+CO -29730千卡
所以从全过程看，可认为是由碳素直接还原氧化铁生成CO和铁：
FeO+C─→Fe+CO -36350千卡
这种高温还原叫做直接还原。因为直接还原比间接还原耗热大得多，所以在高炉内应尽可能提高中温区的间接还原率，以降低焦比和燃料比。
影响还原速度的因素气体还原铁矿石的速度受到许多因素的影响：矿石的性质（例如粒度，气孔度，气孔表面积）,是难还原的磁铁矿还是易还原的褐铁矿,煤气的成分和流速以及还原温度等。气－固还原过程包括以下基本环节：①还原气体通过矿粒表面的气膜向矿石表面扩散；②还原气体通过已还原金属层向矿石内部扩散；③金属铁－浮氏体两相界面上的化学反应；④还原气体产物通过已还原金属层向外扩散；
⑤还原气体通过附面气膜向外扩散。
还原模式有两种：当矿石结构致密，还原金属层是自外表逐步向矿粒中心扩展，中心未反应的核心部分逐步缩小，可称为“未反应核”还原模式；如果矿石多孔疏松，内扩散十分容易，且粒径不大，则还原过程将同时在整个矿石内部环绕每一个氧化铁微晶进行氧化铁的气固还原反应，这是另一种模式。
整个反应速度决定于化学反应速度和扩散速度。如果化学反应慢，称为反应处于“化学控制”；如果扩散慢，则称反应处于“扩散控制”。温度提高，化学反应速度加快，气体的扩散速度也会增加，但增加的幅度较小。一般说，温度低，矿石粒度小或气孔度大，气流速度高，还原趋向于化学控制范围；相反，温度高，矿石粒度大或者气孔度小，则趋向于扩散控制范围。如果能出现扩散与化学反应的速度彼此较接近的情况，称还原处于“混合控制”。还有一种情况，矿石的软熔温度低，当温度升高到使矿石软熔后，矿石的气孔度减小，还原速度反而可能减慢。因为H2的扩散速度比CO高，H2的还原速度也高于CO。当煤气中存在CO2或H2O分子时,CO和H2的有效浓度降低，将减慢CO和H2的还原速度。从铁矿石的还原条件来看,应在矿石不软化的条件下,尽量保持高一些的还原温度，以加快还原速度。对矿石则要求气孔度大，使还原过程不受扩散的限制；致密的铁矿石应适当减小粒度，这样不仅能使内扩散距离缩短，而且会使气－固相接触总面积增大，有利于还原过程（见冶金过程动力学）。
高炉中其他元素的还原进入高炉的矿石的脉石和焦炭灰分还含有其他一些氧化物(SiO2、Al2O3、CaO、MgO等)、硫化物(FeS2)和磷酸盐[Ca3(PO4)2]。一些共生铁矿还含有锰、钛、铬、钒、铜、钴、镍、铌、砷、钾、钠等的含氧化合物和少量硫化物。各种氧化物因化学稳定性不同，有的在高炉内全部还原，有的部分还原，有的完全不能还原，不还原的氧化物就进入炉渣。
硅的还原硅比铁难还原，要到高温区才能被碳还原出来，熔于铁水：
(SiO2)+2[C]→[Si]+2CO -151696千卡
耗热比铁的直接还原大得多。式中圆括弧表示炉渣中的氧化物；方括弧表示铁水中的有关元素。
大部分生铁中的硅是焦炭灰分或渣中的SiO2，通过风口附近高温区（1700℃以上）时，先被还原生成气态SiO，SiO在上升过程中再被还原成硅并熔于铁水。冶炼高硅生铁时，有一部分 SiO随煤气逸出炉外。含硅愈高，挥发愈多；SiO冷却后又被氧化成极细的SiO2粉末,除增加能耗外，还会恶化炉料透气性和堵塞煤气管道。为了炼得含硅较高的生铁或合金,宜配用碱度较低的炉渣,以利于酸性SiO2的还原。由于反应热耗大，必须维持较高的炉温，生铁含硅愈多，燃料消耗（焦比）和成本也愈大。
锰的还原锰矿中的化合物MnO2、Mn3O4、Mn2O3、MnCO3等都很容易被CO还原成MnO，但MnO只能从炉渣中被碳直接还原并熔于铁水：(MnO)+[C]→[Mn]+CO -68640千卡
其单位耗热低于硅,但高于铁的直接还原。MnO是弱碱性，冶炼含锰高的铁，宜采用碱性较高的炉渣，以提高渣中MnO活度，加快还原。由于需维持较高的炉温,反应热耗又多，生产高锰生铁的燃料消耗和成本也比较高。
其他元素的还原以3CaO2P2O5或3FeO2P2O5形态进入高炉的磷，以及以氧化物或硫化物形态存在的铜、镍、钴、砷、铅等全部被还原。钒、铌、铬等的氧化物一般可被还原75～80％。二氧化钛在高炉内只有少量被还原。
钾、钠、锌等金属的沸点低，其化合物在高炉下部高温区被还原成金属后立即挥发，一部分随煤气逸出炉外，一部分又被氧化后沉积在上部炉料表面，随炉料再下降到高温区。再还原，再挥发，再沉积,循环积累,造成以下严重危害：破坏矿石和焦炭的强度和炉料的透气性；沉积在炉衬中破坏耐火材料，引起结瘤。因此，对高炉原料中这些元素的含量要有一定的限制,必要时,可以定期降低炉渣碱度,使K2O和Na2O 更多地进入炉渣，排出炉外,减轻危害。包头铁矿石含K2O、Na2O和CaF2较多，影响炉况顺行，现已找到解决途径。
钒、铜、镍、钴、铌等是宝贵的合金元素，它们在铁矿石中如达到一定含量，应考虑回收利用。中国攀枝花的钒钛磁铁矿和包头的含铌铁矿石，在炼铁过程中得到含钒和含铌的生铁,在进一步处理和回收钒、铌上,取得良好的成果。
铁水中的碳因为在高炉内还会出现还原和渗碳到Fe3C的反应：
3Fe+2CO→Fe3C+CO2
土木工程专业（本科）课程教学大纲 土木工程概论 编写单位：土木建筑工程学院 编写日期：2014年7月
《土木工程概论》课程教学大纲（16学时） （理论课程） 一课程说明 （一）课程概况 课程中文名称：《土木工程概论》 课程英文名称：Generality of Civil Engineering 课程编码：4210172108 开课学院：土木建筑工程学院 适用专业/开课学期：土木工程/第一学期 学分/周学时：1/2 《土木工程概论》是为土木工程专业学生的专业发展课程，且为必修课程，其课程内容是学习土木工程各专业方向的本科生必须了解的。通过本课程的学习，使本科生知道什么是土木工程、土木工程学习那些内容，与自己所学专业有关的课程都有那些，各门课程之间有什么相关性，土木工程建设在我国现代化建设中的地位和作用等等。从而激发学生的学习热情，在本科学习阶段就将自己的人生目标和事业与祖国的建设事业联系在一起，从而为我国基本建设的主力军—土木工程师的初期培养打下基础，使他们具备一些关于土木工程知识的基本素养。 在学习本课程时，为了使学生能看得见实实在在的土木工程建设项目，了解我国近些年来土木工程建设的发展，本课程采用的是全多媒体教学，从而使学生在学习土木工程概论的同时，也能看到实实在在的土木工程项目、了解我国的基本建设计划，进而了解祖国正在进行的现代化建设。使他们在学习的不知不觉中，将自己的事业和国家的建设事业定位在一起。 该课程为专业先修课程，重在培养学生对后续专业课程的学习兴趣及了解相关的土木工程常规知识。 （二）课程目标 通过本课程的学习要求学生了解土木工程、测量工程专业培养目标的人材素质要求；要求学生了解土木工程的发展历史及主要类型；要求学生了解土木工程中的一般知识，了解建筑工程、地下工程、桥梁工程和道路工程等基础知识，并对土木工程建设中的设计、施工和管理等一般概念及土木工程的新技术和发展趋势有一定的了解。
1. 某大厦建成后存在严重质量问题不得不爆破拆除这说明工程项目具有( D) 的特征 A.一次性 B.唯一性 C.不确定性 D.不可逆转性 2.工程项目管理难度最大的阶段是工程项目的(A ). A.实施阶段 B.策划阶段 C.竣工验收阶段 D.准备阶段 3.工程项目总控的核心是( D). A.质量控制 B.费用控制 C.进度控制 D.合同控制 4. 工程项目管理组织一般分为四个层次,按从上到下顺序第三个层次是(C ). A.决策层 B.操作层 C.执行层 D.协调层 5.选择余地大但成本高的项目团队人员获取方法是(D). A.公司内选拔 B.同有关部门商谈 C.预安排 D.公开招聘 6.工程招标人与中标人签署合同时,中标人需要提交(A ). A.履约担保 B.支付担保 C.投标担保 D.抵押担保 7.在建筑安装工程费用组成中,属于措施费的是工程(D). A.排污费 B.定额测定费 C.保险费 D.安全施工费 1.一个建设项目从计划到建成投产，一般要经过建设决策、建设实施和交付使用三个阶段。 2.FIFIC是国际组织国际咨询工程师联合会的简称。 3.工程建设项目管理的主体有业主_、承包单位、设计单位_、政府___。 4.第一位使管理从经验上升为科学的人是泰勒被人们誉为“科学管理之父“。 5.建筑业的工程管理任务可以概括为最优的实现项目的质量、投资/成本、工期、安全四大目标。 6.“建筑三要素“指 :建筑功能、物质技术条件和建筑形象。 7.政府部门的工程管理是通过审批、监督、备案等进方式进行，其中工程施工开始前必须审批的“三证“指_《建设用地规划许可证》、《建设工程规划许可证》和《乡村建设规划许可证》。 8.工程项目的经济性可以用差额表示法、比值表示法和差额—比值表示法等技术经济指标予以预测比较和分析。 9.建设法规体系的基本框架根据我国的立法权限分为五层，即_法律、法规、规章、地方性法规和地方性章程 10.我国一级建造师报考条件要求取得工程类或工程经济类大学专科学历者，必须工作满6年，取的本科学历需工作满4年，其中从事项目施工管理工作满_3_年方可报名。 1.工程： 工程是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，是以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。于是工程的概念就产生了。 2.工程管理： 工程管理的定义广义的工程管理既包括对重大建设工程实施（包括工程规划与论证、决策、工程勘察与设计、工程施工与运行）的管理，也包括对重要复杂的新产品、设备、装备在开发、制造、生产过程中的管理，还包括技术创新、技术改造、转型、转轨的管理，产业、工程和科技的发展布局与战略的研究与管理等。【1】狭义的工程管理就是我们常说的建筑工程管理，直接面向建筑行业，涉及建筑业管理与技术方面的研究与实践，包括建筑科学、建设管理、施工技术与工艺管理，也涉及建筑工程项目的运作模式，建筑工程相关各方的管理。 3.建筑业：
闻建龙主编的《工程流体力学》习题参考答案 第一章 绪论 1-1 物质是按什么原则分为固体和液体两大类的？ 解：从物质受力和运动的特性将物质分成两大类：不能抵抗切向力，在切向力作用下可以无限的变形（流动），这类物质称为流体。如空气、水等。而在同等条件下，固体则产生有限的变形。 因此，可以说：流体不管是液体还是气体，在无论多么小的剪应力（切向）作用下都能发生连续不断的变形。与此相反，固体的变形与作用的应力成比例，经一段时间变形后将达到平衡，而不会无限增加。 1-2 何谓连续介质假设？引入连续介质模型的目的是什么？在解决流动问题时，应用连续介质模型的条件是什么？ 解：1753年，欧拉首次采用连续介质作为流体宏观流动模型，即不考虑流体分子的存在，把真实的流体看成是由无限多流体质点组成的稠密而无间隙的连续介质，甚至在流体与固体边壁距离接近零的极限情况也认为如此，这个假设叫流体连续介质假设或稠密性假设。 流体连续性假设是流体力学中第一个根本性假设，将真实流体看成为连续介质，意味着流体的一切宏观物理量，如密度、压力、速度等，都可看成时间和空间位置的连续函数，使我们有可能用数学分析来讨论和解决流体力学问题。 在一些特定情况下，连续介质假设是不成立的，例如：航天器在高空稀薄气体中飞行，超声速气流中激波前后，血液在微血管（1μm ）内的流动。 1-3 底面积为2 5.1m 的薄板在液面上水平移动（图1-3），其移动速度为s m 16，液层 厚度为mm 4，当液体分别为C 020的水和C 0 20时密度为3 856m kg 的原油时，移动平板 所需的力各为多大？ 题1-3图 解：20℃ 水：s Pa ??=-3 10 1μ 20℃，3 /856m kg =ρ， 原油：s Pa ??='-3 102.7μ 水： 23 3 /410 416 101m N u =??=? =--δμτ N A F 65.14=?=?=τ
冶金工程概论心得 工程总承包(简称EPC,是英文Engineer procureconstruct 头字母缩写)是包括 设计、设备采购、施工、安装和调试,直至竣工验收并对承包工程的质量、安全、工期、造价全面负责的工程建设模式.在冶金工程总承包模式下,业主往往将工程 项目实施过程中可能会发生的成本、工期、安全等风险因素转移给承包商承担. 因此,承包商应该充分了解工程总承包模式下的风险因素,在项目实施过程中重点 加以防范. 1 冶金工程建设项目特点 复杂性程度高冶金企业大规模工程建设造价高,融资方式多,工艺、设备先进,参 和人数多,利益相关者多,对环境的依赖和影响都比较大,时间长,所以相对于其它 的项目而言,其复杂程度更高;项目进行中不确定性程度大冶金企业大规模工程建 设项目受外部环境影响大,如天气、原材料价格、政府法规变化、周边社会关系 等较容易影响项目进程;项目内部各利益相关者,如业主、监理、总包商、分包商、供应商、政府监管机构等各种变数较大;加之项目自身建设进度也在不断变更,其 不确定性程度高,管理过程应牢牢把握渐进明细的特点;冶金企业大规模工程建设 项目目标较易明确实行多目标管理,目标较稳定,建筑工程项目化管理己实行多年,积累了丰富的资料和经验,项目管理也多数采用目标式的责任承包管理;管理方式 转变冶金企业大规模工程建设项目管理方式正由粗放型向现代项目管理转变. 2 冶金工程总承包项目质量管理的基本要求 2.1 提高项目管理及参和人员的质量意识.加强项目建设所有参和人员的质量意 识培训,项目人员质量意识的提高对项目质量的影响是决定性的,特别是项目领导 班子成员的质量意识尤其要加强.质量意识培训可采取自培、委培、聘请专家讲 课等多种方式进行,要在公司、项目部、专业室各层面进行,并定期或不定期地检 查考核培训的效果. 2.2 建立和完善项目经理负责制.项目经理负责制,是现代项目管理的核心之一. 在该制度下,强调并突出项目经理的地位和作用,授予项目经理对项目的全面计划、组织、协调、控制的权利,并对项目目标的实现负总责.以设计为龙头的工程公司 在总承包项目管理沿用了其基本思路.在项目部组建阶段就应明确参和项目的人 员职责,形成相对独立的、以项目经理为团队的管理型队伍,这种管理是技术和行 政上的统一和协调,这样便于项目经理主动及时地协调相关项目资源、部门资源 甚至其它外部资源共同处理项目问题,从根本上保证了工程总承包项目经理负责 制的落实.
冶金工程的发展方向 摘要：随着能源问题日益严峻，钢铁冶炼耗能逐渐加大，面对钢铁企业的可持续发展，国内外钢铁企业不断开发应用新技术新工艺，推行钢铁冶金行业的清洁生产，在能源结构调整、冶金工艺优化以及废弃物综合利用方面收到了良好的效果，实现了经济效益、社会效益和环境效益协调统一.本文重点介绍了高炉废塑料喷吹、干熄焦、高炉煤气余压透平发电等一系列新技术新工艺的应用. 关键词：清洁生产；钢铁冶金；能源效率；综合利用 引言经济的高速发展和人类社会的不断进步，使人们的生活水平不断提高，各种基础设施不断完善，但面对日趋恶化的环境、日趋短缺的资源，我们不得不对过去的经济发展过程进行反思，彻底改变长期沿用的大量消耗资源和能源的粗放式发展模式，推行行业的清洁生产，才能实现可持续发展.钢铁冶金企业是高能耗、高污染的企业，推行清洁生产是实现环境保护和可持续发展的必由之路．在众多清洁生产的措施中，新技术和新工艺的开发应用是实现这种目的关键因素和有效途径．近年来，许多国家围绕着清洁生产不断地开发出了许多新技术和新工艺，带来的结果是能源结构的调整、工艺的优化革新和废弃物的综合利用，收到了可观的经济效益、社会效益和环境效益． 1能源结构调整 能源密集、能源消耗大是钢铁冶金生产的主要特点之一．推行清洁生产需要调整能源结构：一方面采用新技术工艺改革原有资源和能源的比例结构；另一方面开发应用替代能源． 1．1能源和资源比例结构调整 在钢铁联合企业中，在铁前系统的成本和能耗占企业成本和能耗的70％左右，作好这一环节的资源和能源比例结构调整有重要意义．对于这一环节，一切围绕高炉生产展开． 1.1.1铁前认真贯彻精料方针，不断优化炉料结构 实现人炉料“高、净、匀、稳”．提高高炉熟料比，保证高炉全精料人炉，改善高炉炉料结构，为高炉增产、节焦提供了物质基础．相应地，焦化厂提高焦碳
重 庆 能 源 职 业 学 院 教 案 课程名称：流体力学 授课时间 2013 年 3 月 授课教师： 年 月 日 授课对象 系 别 油气储运系 本次课学时 年级班次 章节题目 第三章 压力管路和孔口、管嘴的水力计算 目的要求（含技能要求） 掌握压力管路的分类、水力计算，掌握薄壁小孔出流的特征 本节重点 压力管路的水力计算及薄壁小孔出流 本节难点 压力管路的水力计算及薄壁小孔出流 教学方法 理论教学与实例举例相结合。 教学用具 PPT 。 问题引入 以实例引入。 如何突出重点 多次重复及字体区别。 难点与重点讲解方法 实例与课程内容相结合，加深印象。 内容与步骤 简单长管的水力计算 复杂长管的水力计算 沿程均匀泄流管路 短管的水力计算 定水头孔口和管嘴泄流 变水头泄流 压力管路中的水击 本次课小 节 课程小结 本章着重讨论运用流体运动的基本规律和水头损失的计算方法对实际工程管路进行水力计算，总结出实用的计算方法。 教后札记 讨论、思考题、 作业（含实训作业） 1、何为管路特性曲线，有何用途？ 2、串并联管路各有何特点？在输油管上有哪些应用？ 3、分支管路应如何进行水力计算？
重庆能源职业学院教案 教学内容 压力管路 介绍压力管路在工程实际中的主要应用。（10分钟） 压力管路的分类（10分钟） 长管的水力计算（20分钟） 复杂管路的水力计算（50分钟） 复杂管路的水力计算（60分钟） 短管的水力计算（30分钟） 孔口出流 介绍孔口出流在工程实际中的主要应用和研究方法。（10分钟） 孔口出流的分类 本节主要讨论孔口出流的一些基本概念：薄壁孔口、厚壁孔口、大孔口、小孔口、自由出流、淹没出流。重点介绍薄壁孔口和厚壁孔口的主要技术特征。（20分钟） 薄壁小孔口自由出流 分析推导薄壁小孔口自由出流时的各个特征参数计算公式。（60分钟） 水击现象 日常生活中，快速开关阀门、停泵或突然断电 一、水击的产生 1、水击现象（水锤） 在有压管路内，由于流速急剧变化，引起管内压强突然变化，并在整个管长范围传播的现象，称水击。 当急剧升降的压力波波阵面通过管路时，产生一种声音，犹如冲击钻工作时产生的声音或用锤子敲击管路时发出的噪音，称之谓水击，亦称水锤。 2、水击压力：突然变化的压力称为水击压力（管路中出现水击现象时所增加或降低的压力 ） 值p 3、发生水击现象的物理原因： （1）外因：管路中流速突然变化 （2）内因：液体具有惯性和压缩性。
第二章流体静力学学时数：6 1. 本章学习目标及基本要求: 掌握流体平衡的规律，静止时流体的应力特征，静力学基本方程，流体与它的边界之间的作用力，非惯性系中流体的相对平衡。理解流体静压强概念及其性质；掌握流体静力学基本方程及压力表达；了解相对平衡的问题；掌握静止流体对平壁和曲壁合力计算。 从工程应用的角度来看，在大多数情况下，忽略地球自转和公转的影响，而把地球作为惯性参照系是足够精确的。当流体相对于惯性坐标系（如地球）没有运动时，我们便说流体处于静止状态或平衡状态。当流体相对于非惯性坐标系没有运动时，我们便说流体处于相对静止状态或相对平衡状态。 无论是静止的流体还是相对静止的流体，流体之间没有相对运动，因而粘性作用表现不出来，故切应力为零。 2. 本章教学内容： §2.1 流体静压强特性 §2.2 流体静力学基本方程 §2.3 静止液体对壁面的作用力 §2.4 液体的相对平衡 小结： 作用于流体的力可以分为两类：质量力和表面力。
质量力是直接作用于流体质量（或体积）上的力，通常是指重力，研究电磁流体力学将会涉及电场力，磁场力。 表面力是通过接触作用于表面上的力，在研究粘性流体的动力学问题时，表面力相当复杂。但在流体静力学中，作用于单位面积上的表面力（即应力）特性简明：只存在法向应力，并且各向同性，这就是我们经常说的压力。当我们将身体潜入水中时，身体 表面承受的静水压力总是垂直于表面的。 流体静止平衡的基本方程就是要建立质量力和表面力之间的关系式。除了用分析流体微元受力的方法建立平衡方程外，我们还可用数学的手段直接导出该方程：对于任意流体团，其受的合力为零。 事实上，当同一种液体在同一容器中静止平衡时，同一水平高度上各点压力相等；此时
第二章流体静力学学时数: 6 1. 本章学习目标及基本要求: 掌握流体平衡的规律, 静止时流体的应力特征, 静力学基本方程, 流体与它的边界之间的作用力, 非惯性系中流体的相对平衡。理解流体静压强概念及其性质; 掌握流体静力学基本方程及压力表示; 了解相对平衡的问题; 掌握静止流体对平壁和曲壁合力计算。 从工程应用的角度来看, 在大多数情况下, 忽略地球自转和公转的影响, 而把地球作为惯性参照系是足够精确的。当流体相对于惯性坐标系( 如地球) 没有运动时, 我们便说流体处于静止状态或平衡状态。当流体相对于非惯性坐标系没有运动时, 我们便说流体处于相对静止状态或相对平衡状态。 无论是静止的流体还是相对静止的流体, 流体之间没有相对运动, 因而粘性作用表现不出来, 故切应力为零。 2. 本章教学内容: §2.1 流体静压强特性 §2.2 流体静力学基本方程 §2.3 静止液体对壁面的作用力 §2.4 液体的相对平衡 小结: 作用于流体的力能够分为两类: 质量力和表面力。 质量力是直接作用于流体质量( 或体积) 上的力, 一般是指重力, 研究电磁流体力学将会涉及电场力, 磁场力。 表面力是经过接触作用于表面上的力, 在研究粘性流体的动力学问题时, 表面力
相当复杂。但在流体静力学中, 作用于单位面积上的表面力( 即应力) 特性简明: 只存在法向应力, 而且各向同性, 这就是我们经常说的压力。当我们将身体潜入水中时, 身体表面承受的静水压力总是垂直于表面的。 流体静止平衡的基本方程就是要建立质量力和表面力之间的关系式。除了用分析流体微元受力的方法建立平衡方程外, 我们还可用数学的手段直接导出该方程: 对于任意流体团, 其受的合力为零。 事实上, 当同一种液体在同一容器中静止平衡时, 同一水平高度上各点压力相等; 此时容器内两点的压力之差等于两点高度差乘以, 相当于一个高度为ｈ的单位面积上的液柱重量。 这一原理广泛应用于各种Ｕ形压力计。 非惯性坐标系里液体的相对平衡问题, 其质量力除包含重力外, 还应有惯性力。
东北大学本科课程教学大纲 课程名称：冶金工程概论 开课单位：材料与冶金学院 制订时间：2004年3月 修订时间：2013年3月
《冶金工程概论》课程教学大纲一.课程基本信息
二.内容结构 基于《冶金工程概论》课程性质，依照东北大学冶金人才培养目标，设计《冶金工程概论》课程
内容，共6章、24学时（其中2学时“职业发展规划”内容，此处未列入），具体分配如下：第一章走进冶金行业（4学时），介绍冶金行业的特点及培养冶金人才知识结构，介绍钢铁生产的现状、最新前沿研究及热点问题，介绍冶金史、历史重要人物及事件。本章的主要内容结构为： 1.1 冶金专业的选择与设置 1.1.1我们为什么选择冶金专业 1.1.2 为何设置冶金专业 1.1.3 合格的冶金工程师是什么样 1.2 怎样走进冶金领域 1.2.1 我们怎样走进冶金领域 1.2.2 在冶金领域我们应该做什么 1.3 学习冶金的任务及目的 1.4 冶金史 1.4.1 冶金工艺的发展历史：过去、现在、将来 1.4.2 我国古代和当代钢铁冶金的地位 第二章钢铁冶金概述（5学时），介绍钢铁冶炼的基本原理、工艺流程、主要设备及新一代钢铁冶金流程。本章的主要内容结构为： 2.1 钢铁冶金流程概述 2.1.1 高炉炼铁-转炉炼钢流程 2.1.2 废钢电炉炼钢流程 2.1.3 非高炉-电炉炼钢流程 2.2 高炉炼铁 2.2.1 高炉炼铁基本任务 2.2.2 高炉炼铁系统 2.2.3 高炉内的主要物理化学过程 2.3 铁水预处理 2.3.1 铁水预处理基本任务 2.3.2 铁水预处理设备及处理剂 2.4 转炉炼钢 2.4.1 转炉炼钢基本任务 2.4.2 转炉内的主要物理化学过程 2.5 电炉炼钢
《土木工程概论》课程教学大纲 课程代码：1502212y020 适用专业：土木工程专业 学时：16 学分：1 一、课程的性质和目的 1.课程性质：《土木工程概论》是土木类学生新入校就开设的专业必修课。阐述土木工程的重要性和这一学科所含的大致内容，介绍国内外最新技术成就和信息，展望学科发展未来。为专业基础课，是一门知识面较宽、启发性较强的专业基础课，也是后继课程的基础。 2.教学目的：通过土木工程概论课程的学习，使学生一进校就了解土木工程的广阔领域，获得大量的信息及研究动向，从而产生强烈的求知欲，建立献身土木工程事业的信念，自觉地投入学习。旨在使学生通过本课程的学习，比较全面地了解自己所学专业要学习的主要课程，毕业后所能从事的主要技术工作范围，使学生树立牢固的专业思想，激发学生的学习本专业课程的积极性。 二、课程教学内容及课时 第一章综述（2学时） 建立起关于土木工程专业及土木工程范畴的基本概念，了解土木工程在国民经济中的地位和作用；了解土木工程的广阔领域与分类，明确土木工程专业的学习内容和特点。了解土木工程最新技术成就及发展总趋势。 1．主要内容： 第一节土木工程的重要性 第二节土木工程的建设与使用 第三节土木工程的现状和我国现阶段达到的水平，发展总趋势 第四节历史简述，土木工程专业与未来 第五节土木工程专业的学习内容和特点。 2．本章重点： 土木工程专业及土木工程范畴的基本概念。 3．本章难点: 土木工程专业的学习内容和特点。 4．本章作业: 任课教师根据需要拟定 第二章土木工程材料（1学时） 了解土木工程使用的各类材料及其应用概况，了解工程结构材料的基本概念。 1．主要内容： 第一节土木工程使用的各类材料及其应用概况 第二节工程结构与材料发展的关系 第三节材料工业的新发展及展望 2．本章重点：
工程管理概论的感想 10装潢二班 24号刘超 我认为这是文科与工科的完美结合，可以让我学习我擅长的理工科的同时学习我感兴趣的经济学，而且还有对数学的大量运用让我觉得自己会在此门课程上如鱼得水。然而上了大学尤其是上了工程管理概论这门课后，我才发现我所知道的其实很狭隘。 工程管理专业是新兴的工程技术与管理交叉复合性学科。工程管理专业是20世纪80年代初改革开放之后，应社会主义建设的需求设立的。近年来，随着全球一体化的发展，尤其是中国入世以后，国际工程项目管理成为热点。该专业对学生进行经济工程师和经济师的双重素质教育，培养学生具有管理学、经济学、土木工程技术、计算机管理和外语的综合知识，能在国内外工程建设领域，从事项目决策和全过程管理的复合型、外向型、开拓型的高级管理人才。由于工程管理责任重大，除具有相应的专业知识外，还要有良好的身体素质和心理素质。 现代社会有个奇怪的发展趋势，就是社会分工越来越明确，社会生产越来越精细，专业隔离越来越明显，隔行如隔山的情形越来越普遍；而另一方面，现代社会生产却越来越要求复合型的人才，即常说的T型人才。单纯的具有管理技能，或者是单纯的具有工程技术的人才，已经不能适应社会的发展。工程管理专业出来的同学，正是T型人才的典范，他们懂技术，又懂得管理，恰好适合社会所需。 有不少同学认为工程管理就是一种单纯的管理学科，这是不正确的。工程管理需要学习的不仅仅是一种管理的思想，同时还要求有一定的工程背景和数学知识。在这门专业的学习中，我们应明白一个基本的等式就是“工程管理＝工程技术＋经济管理”，当然决不是简单的相加，而应当掌握几个基本的技能：1．掌握以土木工程技术为主的理论知识和实践技能；2．掌握相关的管理理论和方法；3．掌握相关的经济理论；4．掌握相关的法律、法规；5．具有从事工程管理的理论知识和实践能力；6．具有阅读工程管理专业外语文献的能力；7．具有运用计算机辅助解决工程管理问题的能力；8．具有较强的科学研究能力。总的来说，工程管理还是偏重于管理科学，适合那些人际交往能力强，又善于用理性去思考问题的考生报考。 工程管理专业的学科教育是在管理工程专业、涉外建筑工程营造与管理专业、国际工程专业、房地产经营管理专业以及其他相关专业教育的基础之上逐渐发展形成的。其主要课程有：管理学、经济学、应用统计学、运筹学、会计学、财务管理、工程经济学、组织行为学、市场学、计算机应用、经济法、工程项目管理、工程估价、合同管理、房地产开发与经营、工程项目融资、土木工程概论、工程力学、工程结构等。
重庆科技学院 《冶金工程概论》课程论文 题目：对冶金工程的认识 专业班级：机设16-2 姓名：刘涛 学号：2016441920 成绩：（五级制） 教师签名： 2017年12月12日
对冶金工程的认识 一·我眼中的冶金 所谓的冶金就是从矿物中提取金属或者金属化合物，用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金。 火法冶金：火法冶金是在高温条件下进行的冶金过程。矿石或精矿中的部分 或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要提取的金属与脉石及其它杂质分离的目的。实现火法冶金过程所需热能，通常是依靠燃料燃烧来供给，也有依靠过程中的化学反应来供给的，比如，硫化矿的氧化焙烧和熔炼就无需由燃料供热；金属热还原过程也是自热进行的。 火法冶金包括：干燥、焙解、焙烧、熔炼、精炼、蒸馏等过程。 湿法冶金：湿法冶金是在溶液中进行的冶金过程。湿法冶金温度不高，一般 低于100℃，现代湿法冶金中的高温高压过程，温度也不过200℃左右，极个别情况温度可达300℃。湿法冶金包括：浸出、净化、制备金属等过程。浸出用适当的溶剂处理矿石或精矿，使要提取的金属成某种离子（阳离子或络阴离子）形态进入溶液，而脉石及其它杂质则不溶解，这样的过程叫浸出。浸出后经沉清和过滤，得到含金属（离子）的浸出液和由脉石矿物绢成的不溶残渣（浸出渣）。对某些难浸出的矿石或精矿，在浸出前常常需要进行预备处理，使被提取的金属转变为易于浸出的某种化合物或盐类。例如，转变为可溶性的硫酸盐而进行的硫酸化焙烧等，都是常用的预备处理方法。 净化在浸出过程中，常常有部分金属或非金属杂质与被提取金属一道进入溶液，从溶液中除去这些杂质的过程叫做净化。 制备金属用置换、还原、电积等方法从净化液中将金属提取出来的过程。 电冶金：电冶金是利用电能提取金属的方法。根据利用电能效应的不同，电冶 金又分为电热冶金和电化冶金。电热冶金是利用电能转变为热能进行冶炼的方法。在电热冶金的过程中，按其物理化学变化的实质来说，与火法冶金过程差别不大，两者的主要区别只饲冶炼时热能来源不同。 二·冶金现状 从近几年冶金设备行业的发展趋势来看，尽管受到全球金融危机的不利影响，但行业仍然处于稳步发展的时期，规模以上企业数量不断增加，行业内从业人员数量上涨，行业规模在不断扩大。2015年，我国冶金设备制造行业呈现良好的发展态势，资产和收入规模均有所扩大。 2014年我国冶金设备行业销售收入达到1468.24亿元，相比2013年增长14.71%，2015年是"十二五"收官之年，黑色金属行业发展增长快，带动我国冶金设备行业发展，2015年我国冶金设备行业销售收入达到1600亿元，同比2014年增长率达到8.97%，"十二五"期间我国冶金设备行业销售收入平均增长率达到
土木工程专业（本科）课程教学大纲土木工程概论
编写单位：土木建筑工程学院 编写日期：2014年7月 《土木工程概论》课程教学大纲（16学时） （理论课程） 一课程说明 （一）课程概况 课程中文名称：《土木工程概论》 课程英文名称：Generality of Civil Engineering 课程编码：4210172108 开课学院：土木建筑工程学院 适用专业/开课学期：土木工程/第一学期 学分/周学时：1/2 《土木工程概论》是为土木工程专业学生的专业发展课程，且为必修课程，其课程内容是学习土木工程各专业方向的本科生必须了解的。通过本课程的学习，使本科生知道什么是土木工程、土木工程学习那些内容，与自己所学专业有关的课程都有那些，各门课程之间有什么相关性，土木工程建设在我国现代化建设中的地位和作用等等。从而激发学生的学习热情，在本科学习阶段就将自己的人生目标和事业与祖国的建设事业联系在一起，从而为我国基本建设的主力军—土木工程师的初期培养打下基础，使他们具备一些关于土木工程知识的基本素养。 在学习本课程时，为了使学生能看得见实实在在的土木工程建设项目，了解我国近些年来土木工程建设的发展，本课程采用的是全多媒体教学，从而使学生在学习土木工程概论的同时，也能看到实实在在的土木工程项目、了解我国的基本建设计划，进而了解祖国正在进行的现代化建设。使他们在学习的不知不觉中，将自己的事业和国家的建设事业定位在一起。 该课程为专业先修课程，重在培养学生对后续专业课程的学习兴趣及了解相关的土木工程常规知识。 （二）课程目标 通过本课程的学习要求学生了解土木工程、测量工程专业培养目标的人材素质要求；要求学生了解土木工程的发展历史及主要类型；要求学生了解土木工程中的一般知识，了解建筑工程、地下工程、桥梁工程和道路工程等基础知识，并对土木工程建设中的设计、施工和管理等一般概念及土木工程的新技术和发展趋势有一定的了解。
重庆能源职业学院教案 课程名称：流体力学授课时间2013 年 3 月 日
重 庆 能 源 职 业 学 院 教 案 教学内容 第四章 流动阻力和水头损失 主要内容 阻力产生的原因及分类 两种流态 实际流体运动微分方程式（N －S 方程） 因次分析方法、相似原理 水头损失的计算方法 第一节 流动阻力产生的原因及分类 一、基本概念 1、 湿周：管子断面上流体与固体壁接触的边界周长。以 χ 表示。 单位：米 2、水力半径：断面面积和湿周之比。 χA R = 单位：米 例： 圆管： 44 2 d d d R = =ππ 正方： 442a a a R == 圆环流： 明渠流： ()() ()4 4 2 2 d D d D d D R -= +-= ππ 42212a a a R = =
3、绝对粗糙度：壁面上粗糙突起的高度。 4、平均粗糙度：壁面上粗糙颗粒的平均高度或突起高度的平均值。以Δ表示。 5、相对粗糙度：Δ/D （D——管径）。 二、阻力产生的原因 1、外因： （a）管子的几何形状与几何尺寸。 面积：A1＝a2 A2＝a2 A3＝3a2/4 湿周： a4 1 = χa5 2 = χa4 3 = χ 水力半径：R1＝0.25a > R2＝0.2a > R3＝0.1875a 实验结论：阻力1 < 阻力2 < 阻力3 水力半径R，与阻力成反比。R↑，阻力↓ （b）管壁的粗糙度。Δ↑，阻力↑ （c）管长。与h f 成正比。L↑，阻力↑ 2、内因： 流体在流动中永远存在质点的摩擦和撞击现象，流体质点由于相互摩擦所表现出的粘性，以及质点撞击引起速度变化所表现出的惯性，才是流动阻力产生的根本原因。 沿程阻力：粘性造成的摩擦阻力和惯性造成的能量消耗。 局部阻力：液流中流速重新分布，旋涡中粘性力做功和质点碰撞产生动量交换。 三、阻力的分类 1、沿程阻力与沿程水头损失 （1）沿程阻力：沿着管路直管段所产生的阻力（管路直径不变，计算公式不变）（2）沿程水头损失：克服沿程阻力所消耗的能量∑h f＝h f1+ h f2+ h f3 2、局部阻力与局部阻力损失 （1）局部阻力：液流流经局部装置时所产生的阻力。 （2）局部水头损失：∑h j＝h j1+ h j2+ h j3 3、总水头损失：h w＝∑h f+∑h j
《冶金工程概论》思考题 1．什么是冶金？有哪几种冶金方法？说明各种方法的特点。 答：冶金就是从矿石中提取金属或金属化合物，用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金。 火法冶金：利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程。此过程没有水溶液 参加，故又称为干法冶金。 湿法冶金：湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。 2．冶金分几类？简述黑色冶金的主要工序。 答：冶金分为火法冶金和湿法冶金 火法冶金（黑色冶金）用燃料、电能或其他能源产生高温，在高温下，从矿石中提取和精炼金属或其化合物。火法冶金一般分矿石准备、冶炼、精炼和烟气处理等步骤。 3．简述新中国钢铁工业的发展的几个主要阶段。 答：新中国现代钢铁工业的崛起、壮大，大体经历了改革开放之前的高度集中的计划经济时期(1949～1978年)、改革开放初期(1978～1992年，计划经济向市场经济的过渡期)、社会主义市场经济初期(1993～2000年)和深化改革扩大开放国民经济高速增长时期(2001年以来)四个发展阶段。 4.简述钢铁工业的发展趋势。 答：高效化及大型化、连续化、自动化 节约资源能源降低制造成本、发展高新技术所需的新材料、连铸技术，发展近终成型毛坯技术制备信技术中国的钢铁制造业产能过剩，无缝彩钢和特种钢应该还有市场，任何行业当同质量产品的竞争达到一定限度的时候必然会逼迫整个行业的技术含量有所提高。 5．简述有色金属工业的发展趋势。 答：按照“十一五”规划，未来发电、电网、运输设备（汽车、火车、地铁等）制造、机械、电子、航空航天、建筑、武器装备制造等行业对有色金属的需求将持续增长。其中发电、电网、建筑等行业对铜、铝的需求强劲；运输设备制造对铝的用量将越来越多；机械、电子等待业需要铜、铝、镍、锡、锌、钨、钽等多种金属；而航空航天、武器装备等行业需要钛、铬、稀土金属等战略性金属作为基本的原村料。按照规划“十一五”期间GDP平均复合年增长率将超过5.7%，有色金属作为重要的基础原材料工业，不仅没有边缘化的危险，
《土木工程概论》教学计划 课程性质：专业基础课 适用专业：双证书自考本科（工程管理） 学时分配：授课学时：28学时。课外学时：4学时。 教材：《土木工程概论》，张立伟主编，机械工业出版社。 参考书目：《土木工程概论》，丁大钧、蒋永生编著，中国建筑工业出版社。 《钢筋混凝土与砌体结构》，汪霖祥主编，机械工业出版社。 《建筑结构》，龚伟、郭继武编著，中国建筑工业出版社。 《混凝土结构设计》，周克荣等编著，同济大学出版社。 《土木工程（专业）概论》，罗福午主编，武汉工业大学出版社。 《公路工程概论》，王立东主编，水利电力出版社。 《建筑施工技术（上册）》，卢循主编，中国建筑工业出版社。 一、课程性质与目的 《土木工程概论》是双证书自考本科（工程管理）专业入门性质的课程，又是建立大土木工程基本概念、基本内容、基本知识的基础课。本课程主要使学生入学开始就较全面地了解土木工程所涉及领域的内容、方法、成就和发展情况，从学科概论的视角了解土木工程的综合性、社会性及其在技术、经济与管理方面的统一性，初步构建专业基础；为学生提供一个清晰和逻辑的工程学科的基本概念和方法，在进行工程教育的过程中，初步树立专业思想和工程方法。通过本课程的学习，使学生了解土木工程专业的入门知识，为今后学习专业课程打下基础。 本课程的目的是培养学生认识土木工程的专业范畴；初步建立解决问题的工程方法；从工科结合管理、经济、法律法规各角度掌握各类土木建筑工
程的基本概念、基本理论和基本方法，为学习相关的后继课程打好必要的基础；能应用土木工程的理论和方法对一些简单的工程实际问题进行定性分析。培养学生具备土木工程相关知识，具有从事进行土木工程以及其他有关工程实践的能力，为学生在毕业后从事有关的工程施工与管理工作奠定坚实的基础。 二、课程的基本要求 1.了解土木工程的历史、现状和未来发展趋势。 2.熟悉土木工程所涉及的工程范围。 3.掌握土木工程包含的主要类型和运用的主要材料。 4.掌握土木工程的构件和基本结构体系。 5.掌握土木工程建设的程序、设计、施工及使用。 6.了解建筑施工企业项目管理产生、发展，管理的内容、方法。 三、课程教学内容 第一章绪论 1.该章的基本要求与基本知识点 土木工程的含义，土木工程的重要性，土木工程的基本属性，土木工程的发展过程，现代土木工程的特点 2.教学重点与难点 土木工程的内涵，土木工程基本属性，土木工程的发展历史和未来发展方向 3.课外安排：无 第二章土木工程主要类型 1.该章的基本要求与基本知识点 土木工程的主要类别，建筑物的构造组成，单层房屋和多高层房屋结构形式的不同，桥梁工程的类别，不同类别桥梁的基本形式和构造，道路工程的类型和应用，公路及城市道路的特点与发展 2.教学重点与难点
工程管理概论课程学习感想标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
工程管理概论的感想 10装潢二班 24号刘超 我认为这是文科与工科的完美结合，可以让我学习我擅长的理工科的同时学习我感兴趣的经济学，而且还有对数学的大量运用让我觉得自己会在此门课程上如鱼得水。然而上了大学尤其是上了工程管理概论这门课后，我才发现我所知道的其实很狭隘。 工程管理专业是新兴的工程技术与管理交叉复合性学科。工程管理专业是20世纪80年代初改革开放之后，应社会主义建设的需求设立的。近年来，随着全球一体化的发展，尤其是中国入世以后，国际工程项目管理成为热点。该专业对学生进行经济工程师和经济师的双重素质教育，培养学生具有管理学、经济学、土木工程技术、计算机管理和外语的综合知识，能在国内外工程建设领域，从事项目决策和全过程管理的复合型、外向型、开拓型的高级管理人才。由于工程管理责任重大，除具有相应的专业知识外，还要有良好的身体素质和心理素质。 现代社会有个奇怪的发展趋势，就是社会分工越来越明确，社会生产越来越精细，专业隔离越来越明显，隔行如隔山的情形越来越普遍；而另一方面，现代社会生产却越来越要求复合型的人才，即常说的T型人才。单纯的具有管理技能，或者是单纯的具有工程技术的人才，已经不能适应社会的发展。工程管理专业出来的同学，正是T型人才的典范，他们懂技术，又懂得管理，恰好适合社会所需。 有不少同学认为工程管理就是一种单纯的管理学科，这是不正确的。工程管理需要学习的不仅仅是一种管理的思想，同时还要求有一定的工程背景和数学知识。在这门专业的学习中，我们应明白一个基本的等式就是“工程管理＝工程技术＋经济管理”，当然决不是简单的相加，而应当掌握几个基本的技能：1．掌握以土木工程技术为主的理论知识和实践技能；2．掌握相关的管理理论和方法；3．掌握相关的经济理论；4．掌握相关的法律、法规；5．具有从事工程管理的理论知识和实践能力；6．具有阅读工程管理专业外语文献的能力；7．具有运用计算机辅助解决工程管理问题的能力；8．具有较强的科学研究能力。总的来说，工程管理还是偏重于管理科学，适合那些人际交往能力强，又善于用理性去思考问题的考生报考。 工程管理专业的学科教育是在管理工程专业、涉外建筑工程营造与管理专业、国际工程专业、房地产经营管理专业以及其他相关专业教育的基础之上逐渐发展形成的。其主要课程有：管理学、经济学、应用统计学、运筹学、会计学、财务管理、工程经济学、组织行为学、市场学、计算机应用、经济法、工程项目管理、工程估价、合同管理、房地产开发与经营、工程项目融资、土木工程概论、工程力学、工程结构等。
选课课号：(2011-2012-2)-BG11191-320105-1课程类别：公选课 《冶金工程概论》课程考核 （课程论文） 题目：冶金企业生产流程及电气自动化技术在冶金行业中的应用 作者：XXX 学号：XXX 授课教师：XXX 班级：XXX 重庆科技学院冶金与材料工程学院 XX年XX月中国重庆
摘要：21世纪以来，中国经济高速发展，由于市场需求，冶金行业蓬勃发展，因此冶金技术也在不断提高。冶金是一门研究如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或其化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。冶金学因此发展而来，其研究领域分为提取冶金和物理冶金两门学科。现代工业上习惯把金属分为黑色金属和有色金属两大类，铁，锰，铬属黑色金属，其他的为有色金属。因此，冶金工业按照金属的两大类别通常分为黑色金属冶金工业和有色金属冶金工业两大类。前者包括铁，钢及铁合金的生产，故又称钢铁冶金。后者包括各种有色金属的生产，统称为有色金属冶金。本文主要论述钢铁冶金联合企业主要有那些生产环节？每一个生产环节的主要过程、主要设备、生产方法及特点。并浅谈电气自动化技术在冶金行业的应用。 关键词：冶金，电气技术应用 简介钢铁冶金联合企业生产流程及设备 “没有金刚钻别揽瓷器活”。要想生产出产品，没有各种冶金设备是不行的。现在，就简略介绍一下生产过程中需要的设备。通过设备的介绍，串起钢铁冶金联合企业的生产流程。 1.烧结机：对应生产流程为烧结。在烧结车间中，制备铁矿石。铁矿石被压碎碾成标准化的颗粒，被烧结或粘合在一起。烧结的铁矿石随后被压碎，并按一层焦炭、一层矿石的交替方式，被加入高炉中。焦炭是是从富炭煤蒸馏出的固体残渣，极易燃烧。 2.高炉：此为一竖立的炉体。通过高炉进行炼铁，其过程发生在高炉本体封闭体系。矿石，焦炭从炉顶装入，在炉内热风下燃烧成煤气流加热下降的炉料，吸水蒸发，被加热到800-1000摄氏度。铁矿石被CO还原，进入1000°以上高温区，在1200-1400摄氏度高温下进一步还原。得到铁。然后融化为铁水，积存于炉缸后排出。 3.焦炉：对应炼焦炉工序。将配好的煤料装入炼焦炉炭化室，在隔绝空气条件下，通过两侧燃烧室加热干馏，经过一段时间，形成焦炭。 4.转炉：在转炉中，生铁转换成钢铁。熔化的生铁会被倒在一层铁屑上。碳和残渣等不需要的物质都会通过注入纯净的氧气燃烧掉，从而生产出粗钢。然后，残渣或者炉渣就会被撇去。粗钢然后倒入桶内。 5.电炉：对应工序为电弧熔炉。将达到标准的废铁在电炉中融化，变为钢水。整个过程由电弧驱动。
学会站在管理者的角度思考问题 在我国，工程管理专业是1998年国家教委对高等教育专业进行调整时成立的专业，代替了原来的建筑经济与管理、房地产开发与经营等专业。工程管理就是对工程或者说工程建设进行管理，这里的工程指的是指土木建筑工程。工程管理是对一个工程从概念设想到正式运营的全过程（具体工作包括：投资机会研究、初步可行性研究、最终可行性研究、勘察设计、招标、采购、施工、试运行等）进行管理。而随着改革开放的深入发展，我国国际工程事业取得了令人瞩目的业绩。通过《国际工程管理概论》的学习，使我们熟悉国际工程项目建设方针、政策和法规；熟悉本行业的业务知识和国际上的发展动态、对新事物敏感、敢于和善于开拓市场，主动寻找机会，善于抓住机遇；具有从事国际工程项目于全过程管理的基本能力；而通过回忆这门课程的学习过程，我认为最深刻的体会是——要学会站在一个管理者的角度思考问题。 当前随着我国对外承包工程的快速发展，项目经理对于国际工程管理成功的重要性毋庸置疑，充分发挥项目经理国际工程管理活动中的领导力作用，有利于进一步提高中国承包商对于国际工程的管理水平。 1、项目经理必须承担领导重任 领导是“通过开发未来愿景而确定前进的方向，把这种愿景与他人进行交流，并激励他人克服障碍实现这一目标。”国际工程的项目经理通过确定工期，质量，进度，成本和安全等目标，行成项目经理部的共同愿景，通过跨文化沟通和鼓励，率领项目团队完成上述目标。领导和管理是两个很容易混淆的概念。 2、项目经理领导力是门权变的艺术。 管理权变理论，所谓权变，就是因事制宜、因人制宜、因势制宜，根据条件变化，随机应变。权变管理则是指管理者根据组织的内部条件和外部环境来确定其管理思想和管理方法，以实现有效管理。在国际工程项目管理活动中，项目经理必须深入了解自我和项目团队实际，不断深化对项目管理环境的认识，运用权变管理技巧，行成符合自己个性并且有利于项目团队建设和目标完成的领导风格。 第一，必须用系统的方法来培养和完善自我的领导力。作为项目管理者，以项目管理中对施工进度的管理这个例子来说，对本项目所制定的每一份计划、施工计划的每一个控制节点、资源配置等都要深入细致地进行研究，并紧密掌握施工现场的实际情况和存在的困难，制定能够切实可行的施工计划，而不是盲目根据合同工期和工程量随便进行分解。只有我们在认清了工作所赋予我们的责任时，我们才能够以一个正确的心态、热情的工作态度来担负这个责任，而不会从各个方面去找借口来推脱需要自己去完成的一项工作。 第二，只有勤奋的工作才能实现对祖国的报答和对企业的感恩以及对自己负责。作为项目负责任，尤其是国际工程项目的负责任，对待自己的工作一定要勤奋、认真、负责，“管理出效益”是一个管理人员应坚信的信念，自己如果不认真研究项目的重点、难点，不到工地深入了解现场实际，不清楚现场存在的困难，怎么到现场指导施工？管理者自身业务素质的高低直接影响着团队的整体素质。 第三，项目经理要成为有效的领导者，不仅要成为很好的决策者，在重大决策时候承担风险和责任，而且必须充当一个执行者，不时承担具体的任务，以赢得下属的忠诚和尊重。不同的项目周期使用不同的领导方法。“没有绝对最好的东西，一切随条件而定。”有效的领导方法在不同的项目生命周期阶段是动态变化的，而非静止刻板的。