冶金工程与土木工程
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《冶金工程概论》小论文
题目:冶金工程及其在建筑中的应用
姓 名:古 城
专业班级:土木工程2011级1班
学 号:2011442658
2012.11.30
摘要:在高速发展的当今世界,许多工业都离不开钢铁。本文主要结合钢铁的生
产过程,简单介绍了冶金生产中的主要生产工序,并简单的介绍它在土木工程行
业中的一些应用。作为冶金工业高速发展的钢结构,它对土木工程行业的发展起
着重要作用。
关键词: 冶金 钢铁 土木 用钢量
1.冶金工程生产工序
1.1 选矿
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。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。尾矿水可回收再用。不合排放标
准的废水须经净化处理。旧尾矿场地要进行植被、复田。
1.2 炼铁
炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程,其中,高炉冶炼在钢铁工业中
占有重要地位。具体的炼铁过程为:(1)炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石
灰石);(2)从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气;(3)在高温下焦炭
(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;(4)
炼出的铁水从铁口放出;(5)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;(6)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。其特点有:无料钟炉顶,炉顶压力0.1—0.15Mpa,或双
钟单室炉顶结构,炉顶压力为0.05MPa及以上;有主要参数的检测装置,高炉配
料、上料、炉顶布料及热风炉操作等采用PLC等作自动控制;热风炉能保证热风
温度在1000℃以上,热风炉一代寿命≥1倍高炉炉体寿命;有煤粉喷吹设施,煤
比≥120kg/t—p;出铁场、原料系统有较完备的除尘设施,粉尘排放浓度≤100mg
/m3。
1.3炼钢
炼钢,就是通过冶炼来降低生铁中的碳和去除有害杂质,再根据对钢性能的
要求加入适量的合金元素,使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。
主要方法有三种,第一种为氧气转炉炼,用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉
炼钢方法。自50年代初投入工业生产以来,在世界范围内得到迅速推广,逐步
取代空气转炉法和平炉炼钢法,成为现代炼钢的主要方法。转炉炼钢法同其他炼
钢法主要区别在于他不借助外加能源,仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各
种元素的放热氧化反应完成脱碳和脱除杂质的任务,并将钢液加热到出钢
(1600℃或更高)温度。第二种是电弧炉冶炼,电炉熔炼工艺包括:(1)装料;
(2)熔化期:占一半以上冶炼时间,耗电达三分之二,包括起弧、穿井、电极
回升、熔清、吹氧助熔;(3)氧化期:脱碳、脱磷、升温;(4)、还原期:造还
原渣,以碳硅为主要还原剂,脱出钢中氧、硫,调整成分和温度;(5)、出钢:
当钢水成份温度合格,脱氧良好,炉渣变白,流动性好,即可向炉内加入终脱氧
剂,然后出钢。出钢温度比液相线高出70-120℃。第三种为平炉炼钢,从外部
供给热量因平炉炉体庞大,冶炼时间长,炉墙散热损失和高温废气带走的热量大,
除钢铁原料中各元素氧化产生热量外,必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧
燃料,方能保持炼钢时需要的热量。
2.钢铁与建筑的关系
2.1冶金工业对土木工程的影响
冶金工业的发展对土木工程的影响是显而易见的,上世纪以来飞速发展的钢
筋混凝土建筑无疑是得益于冶金技术的发展,冶金技术的发展不仅使得钢铁在土
木工程中的需求力量得到满足,它生产的更高性能的金属更是为水电站、高层建
筑、大跨度桥梁的发展铺垫了坚固的基石。
2.2钢铁在建筑中的应用
2.2.1钢铁在建筑中的地位
如果把建筑比作人,那么钢铁就是脊梁。目前在土木工程领域广为应用的钢
结构与冶金工业有着密不可分的联系。钢产品和建筑钢材品种的增加为钢结构的
发展打下了良好的基础。我国从1996年钢产量突破1亿吨,已成为世界的钢铁
大国,随着国家二十一世纪狠抓冶金科技进步,提高我国钢铁工业的技术水平和
装配水平,到2020年前后我国有望成为世界的钢铁强国。过去长期不能生产的
H型钢,现在已可以在“马钢”、“莱钢”和鞍山第一轧钢厂生产了。 H型钢的最
大截面已达700mm,年产能力可达140万吨,轻钢结构用的彩色钢板目前年生产
能力已达70—90万吨,冷弯型钢年生产能力约120万吨,这为钢结构建筑的发
展奠定了基础。“十五”期间建筑钢结构的发展目标,是争取达到每年建筑钢结
构用钢材占全国钢材总产量的3%。2015年建筑钢结构的发展目标,是争取每年
全国建筑钢结构的用钢量达到钢材总量的6%。由此可见,我国建筑钢结构的发
展将上一个新台阶。高效的焊接工艺和新的焊接、切割设备的应用。如各种反面
衬垫方法的双面成型单丝和多丝埋弧焊、龙门架工字梁双侧双丝快速焊接生产
线、各种数控火焰机和激光切割机,为钢结构高效制作和生产高质量产品创造了
良好条件。高效焊接材料的使用,如气体保护焊和自保焊药芯焊丝以及各种高效
焊条,到2005年要占焊接材料总产量的40%左右;摩擦型强力螺栓和采用扭力
自动控制方法以及防腐、防火等新工艺、新材料的开发等都为深入发展钢结构工
程创造了良好的条件。
2.2.2建筑的用钢量具体事例
中央电视台新台址,钢结构用钢量约12.2万吨。中国最大单体用钢量建筑。
上海环球金融中心,本工程地下3层,地上101层,净高492米,建筑面积37.73
万平方米,钢结构用钢量约6.2万吨。武汉客运专线WAZF1标工程:总建筑面积
37万平方米,站房建筑面积11.46万平方米;共有16条到发线和11座站台,钢
结构用钢量约5.4万吨.广州歌剧院:位于广州市珠江新城金融商务区,建筑面积
7.08万平方米,钢结构用钢量约1万吨.由大剧场、多功能剧场和其它建筑物三
部分组成,是中国第三大剧院。广州珠江新城西塔:主体由主塔楼与套间式办公
楼两部分组成,主塔楼103层,结构高度432米,总建筑面积约45.2万平方米,
钢结构用钢量约3.8万吨。单根X型节点柱最完4.3米,长13米,重达68.9吨。
中国平安金融大厦:主楼结构为钢框架支撑结构体系,外围为劲性框架结构,中
部为钢管混凝土柱框架支撑结构,钢结构用钢量约2.2万吨。武汉天河机场:钢
结构总用钢量约7200吨。深圳电视塔:建筑面积8283平方米,总用钢量约3200
吨,为热镀锌钢结构。澳门威尼斯人钢结构工程:位于澳门特别行政区氹仔岛,
建筑总高度约42.3m,总建筑面积为120000㎡。其结构形式为钢筋混凝土结构+
钢结构,其中L6层运河屋顶为钢桁架、L2层和L5层为夹层钢结构,钢结构建
筑面积为73000㎡,共6000余件钢构件,钢结构总量为6400T。L2、L5层夹层
铺设“2W”型、1.2㎜厚、波高51mm压型钢板,压型钢板量55000㎡,栓钉量
200000颗,高强螺栓数量120000套,桁架为大跨度、重钢结构。河南省广播电
视发射塔:总建筑面积5.8万平方,钢结构总量约16000吨。塔身为全钢结构,
采用巨型结构体系,由内筒、外筒及底部五个梅花叶片斜向支撑构成,外筒为格
构式巨型空间钢架,内筒为竖向空间桁架构成的巨型柱,总高度388米。塔楼设
置有空中花园、旋转餐厅、观光平台等。建成后将成为世界上最高的全钢结构电
视塔。
3.结束语
冶金是一个国家的支柱行业之一。冶金让人联想到的是整天和冰冷的钢铁打
交道,显得枯燥无味,但是它的重要性是不容忽视的也是不容替代的。在当今社
会很难想象如果没有冶金行业这会是怎样的一个世界,建筑行业、汽车工业、军
工行业、航空航天事业、机械生产,可以说没有任何一个行业可以离开钢铁、离
开冶金。
【参考文献】
[1]薛正良.钢铁冶金概论[M].北京:冶金工业出版社, 2008-8-1;
[2]王筱留.钢铁冶金学(第二版)[M].北京:冶金工业出版社,2006-7-1;
[3]日本钢结构协会.钢结构技术总览(建筑篇)[M]. 北京:中国建筑工业出版社,
2003-10-01.