冶金学发展介绍PPT

冶金学的发展(6)
冶金学家族的八个分支
（8）冶金系统工程 冶金系统工程是应用系统工程的观点、原理和方法来研究、
阐述和处理冶金工程。冶金工程本身是一类客观存在的工程 实体，是一类过程系统。这样的体系具有众多的变量，变量 之间的关系又非常复杂，无论是用化学的方法、物理化学的 方法，或物理的方法都实在难以给出恰当的描述，而采用系 统工程的方法可能更能接近其本来的面目。实际上，在冶金 工程中人们一直在大量地、经常地使用着系统工程的观念和 方法，只是尚未提炼和归纳给出明确的理论体系。
比如合理的工艺流程是冶金工作者始终关心着的一个根本 性问题，这实际上是一个系统设计问题。如下图给出的20年 来典型的粗钢生产工艺流程的变化：原料和产Biblioteka Baidu都无明显差 异，工艺流程却发生了很大的变化，结果系统的品质大大提 高。
20年来典型的钢铁生产工艺流程的变化 （a）以往的工艺流程；（b）现代工艺流程
冶金学的发展(3)
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（4）传输原理 传输现象是指动量、热量和质量的传输，又称为三传。关
于对传输现象的认识和描述的理论称之为传输原理，传输原 理现在已是冶金学的重要基础。 （5）宏观反应动力学
这里讲的是狭义的宏观反应动力学，以便与反应工程学相 区别。
若一个化学反应的速度不仅与反应本身有关，还须考虑质 量在空间上的传递过程，这就是宏观反应动力学。
冶金学的发展(2)
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（2）冶金反应热力学 是将物理化学中的化学热力学原理来讨论冶金过程，也可
以说是狭义的冶金过程热力学，是冶金学中最成熟的部分， 应用也最广泛。 （3）冶金反应动力学
是将物理化学中的化学动力学原理来讨论冶金过程，也可 以说是狭义的冶金过程动力学，也是冶金学中多年来经常讨 论的内容。
钢铁冶金过程主要是火法冶金过程，多为高温、多相反应， 在绝大多数的情况下，化学反应速度是很快的，与之相比传 质速度较慢，常是限制性的环节。在化工过程中也有类似的 现象。
冶金学的发展(4)
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（6）冶金反应工程学 狭义的宏观反应动力学单独存在的时间很短，几乎同时出
现了化学反应工程的定义。1957年在荷兰阿姆斯特丹召开了 第一届欧洲化学反应工程会议，此后化学反应工程发展迅速， 成效卓著，化学工程逐渐形成了以“三传一反”为核心的现 代格局。
三十年代，化工界已认识到在许多不同的工业生产过程中有 着共同的加工步骤，其中以物理过程为主的被称为单元操作， 单元操作的认识和研究在历史上对化工和其他工业的发展曾 起了积极的推动作用。
与此相类似，化工中将以化学变化为主的作业称之为单元 程序。
根据这种观点，可将化工过程视为一连串的单元操作和单 元程序的协调配合，原料经此而转化为产品。这种观点用于 对冶金过程的认识显然也非常富有启发性：将复杂的冶金工 程问题归纳成若干个有共性的单元过程或单元操作来讨论， 国内已有这方面的译著和专著。
一、是系统由若干单元所组成； 二、是系统内各单元之间具有某种关系。也
就是说，系统是由组成系统的各个部分 以及这些部分的关系所构成的，即单元 和结构。系统内部的结构往往很复杂， 并存在不确定性、竞争等。而从外部来 看，系统具有特定的功能。
系统的含义的理解可以通过与其反义的两个词 来理解：一是单元(Element)或部分(Component)； 另一是混乱或无序(Chaos)。
冶金反应工程的特点是在宏观动力学的基础上更多地考虑 操作条件和反应器，主要内容有：
①反应器内的基本现象； ②反应器的比拟放大设计； ③过程的最优化； ④反应器动态特性； ⑤冶金过程的数学、物理模拟。
冶金学的发展(5)
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（7）冶金单元（操作）设计 单元操作的概念首先出现于化学工程领域，在本世纪二、
在许多情况下，系统这个词是指一种概念，一 种整体的综合的思考方法。相互的系统概念自古 已有，将系统作为一项重要的科学概念而予以研 究，是美藉奥地利理论生物学家冯·贝塔朗菲 (Ludwing Von Bertalantfy)于1937年在芝加哥 大学第一次提出来的。
冶金工程系统的构成
过程系统－－将进行物质变换而由原料加工成产 品的工业生产过程。
（1）系统(system) 系统这个词具有各种各样的广泛的含义，根据使
用的领域和目的常有不同的理解。按照一般性的 理解，系统的含义是有组织的或是组织化了的总 体；是构成结合起来的总体的各种概念、各种原 理的综合；是有规则的相互作用或相互依赖的形 式结合起来的对象的集合等。
从工程的角度来理解，系统包括两个内涵：
冶金学的发展
冶金学的发展(1)
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（1）化学冶金 申克以前的冶金学，可称为是化学冶金或冶金化学，其中尚未
引入物理化学原理。 化学所揭示的原理是冶金学的基本信条。人们认为冶金过程是
一类特殊的化学工程，这种观点在于强调冶金与化工之间的共性。 从特殊性的角度来讨论，冶金与化工之间又有明确的不同。首先， 冶金生产特别是钢铁冶金已形成了巨大的生产规模，足以和整个 化学工业的规模相比较；其次，以钢铁冶金为代表的冶金过程中， 火法冶金占了主导地位，反应温度高达1000～1800℃，远远高 于一般化工过程；第三，钢铁冶金生产中已形成了一些独特的、 有很高生产效率的冶炼工序或设备，如高炉、氧气转炉等，这些 设备明显地有别于化工装置，而形成了特有的冶金单元；第四， 用户对钢铁材料的要求，以及钢铁材料的加工、制品等都形成了 不同于化工产品的独特的体系。
冶金材料的生产过程是一个典型的过程系统。所 谓过程系统是一个具有下述特征的人造有目的的系统 ：
（1）系统的功能（目的）是实现工业生产过程中 物质和能量的转换；
（2）系统的元素为进行物质及能量的转换、输送 与储存的单元装置或单元装置组；
冶金学发展的四条纵线： （1）物理的渗入； （2）数学方法的近代化； （3）变量个数的增多； （4）从微观走向宏观。
冶金学的划分： 第一个时代：初期的冶金学，即早期的化学冶金； 第二个时代：经典的冶金学，化学的冶金学； 第三个时代：近代的冶金学； 第四个时代：未来的冶金学，系统的冶金学。
系统和系统工程