DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.209
0 前言
国际经济与贸易发展迅猛，我国各行各业也越来越朝着国际化方向发展和前进，作为我国重要产业之一的钢铁行业发展的现代化程度也不断提升，与此同时，钢铁企业对专业人才需求数量逐年提升，对人才质量要求也日益严格，不仅要求毕业生有扎实的专业知识，更要求他们能够在一线工作基础上沉下心学习和锻炼，充分发挥自身优势，逐步提升自己的专业实践技能。在传统教学中，对工科类学生培养缺乏特色，教育同质化现象严重，很多学生难以适应激烈的人才竞争环境，而出现就业难的问题。因此，对钢铁类专业传统教学进行分析和研究，寻找更好的优化策略就显得非常重要。
1 《高炉炼铁生产》在传统教学中的现状
《高炉炼铁生产》是高校教学中非常重要的一门学科，为国家炼铁事业的发展培养人才。但是，就当前的教学实际来看，我国高校普遍认为冶金专业学生培养方向为炼铁、炼钢，但是不是很重视造块知识讲授和造块技能的培养，因此很多学生毕业后难以满足企业需求。加上当前很多院校在实践操作方面的局限性，也让学生难以真正走进一线进行体验和实操，这就造成了学生缺乏一线工作的经验的缺陷，需要在走上社会以后在进行学习。院校在进行专业分类上面也不尽合理，专门的分矿造块专业生源少，院校对于此类课程的设置还有很大的提升空间，所培养人才难以满足钢铁企业的需求。随着高教改革的进程，该专业的业务范围也转变为高铝炼铁与铁矿粉造块双方面，其逐渐受到了现代化企业的普遍认可，已经依照市场经济对人才需求进行逐渐转变。
2 提升《高炉炼铁生产》教学质量的措施
2.1 传统教学向现代教学转变
随着时代的发展，传统教学模式已经难以适应现代化人才培养需求，高校课堂越来越重视多媒体教学技术的应用，丰富教学手段，将“单向讲授式教学”转变为“师生互动教学”。《高炉炼铁生产》专业性较强，如果仅仅依靠教材和黑板讲授，学生很难清晰的理解课程内容。因此，教师应当用计算机投影代替黑板演示，用丰富多样的文字、图片、动画、音视频等方式来引导学生主动思考，营造良好的师生、生生互动氛围。比如在对炼铁生产流程进行讲授时，教师一方面可以通过教材中的流程图配以文字，给学生进行概括的讲解，然后还应当选择合适的时间，把握多媒体教学时间，利用多媒体动画演示或者通过观看生产实际视频来帮助学生直观的认识和了解生产过程，并加深学生的记忆。
2.2 突出教学重点
《高炉炼铁生产》理论性较强，根据笔者教学经验，对该课程内容进行了分析、归纳、总结和筛选，并认为应当从以下几个方面来把握好教学重难点，帮助学生循序渐进的理解相关知识：首先，炼铁的原料和造块部分。高炉炼铁的核心环节就是在高温环境下把铁矿石冶炼成铁水的过程，这是后续工作开展的前提。优质的炼铁原料非常重要，对于精料的要求应当符合“高、熟、净、匀、小、稳”等标准。在炼铁过程中需要烧结与球团原理、烧结与球团工艺和设备的支撑。笔者在实际讲课时，给学生提出问题：为什么要烧结矿和球团矿？然后带着问题寻找其原理，了解热传递，并学会计算出两者质量与产量，分析其冶金性能及其影响因素。其次，炼铁原理是学习该课程所需要掌握的核心原理，更是重中之重。高炉炼铁是一个较为复杂的过程，也需要多个环节才能实现高价铁的还原，应当以“还原”为主线，帮助学生熟练掌握炉渣与生铁的形成过程、煤气与炉料的运动趋势、炼铁工艺计算等。
2.3 课堂与现场教学结合
工科专业需要学生有较强的实践动手能力，《高炉炼铁生产》也需要通过现场教学方式来帮助学生理解高炉炼铁生产相关操作，更重要的是要通过学生到生产一线的实践活动来帮助学生“身临其境”，更为直观的认识真实的生产作业流程，加深对理论的理解，促进理论的实际应用。教师应当根据教学计划，循序渐进的安排现场教学活动，通过岗位认知、顶岗实习等模式，引导学生对该课程有更为深入的理解，最终达到学以致用的效果。比如在实习过程中，针对炉渣的形成教学内容有高炉内成渣、熔融炉渣结构、脱硫三方面。教学目的是让学生认识炉渣形成过程，并学会采取措施减少对高铝冶炼的影响；生铁中铁氧化物与其他氧化物还原反应原理等；炉料与料柱之间的作用关系；炼铁工艺计算方式等。这些原理和知识内容对于学生而言，学习、理解、掌握、应用都比较困难，因此，通过到生产企业中进行情景教学，将这些抽象的内容通过形象生动的方式展现给学生，帮助学生理解并掌握。
3 结语
高校作为培养祖国人才的重地，需要在教学内容和教学方法上进行研究和反思，不断探索更好的教学方式，提升学生学习的积极性。尤其对于《高炉炼铁生产》教学来说，其作为培养国家炼铁事业的人才，更加需要对传统教学进行改革，让更加现代化的教学方法融入其中，让更多的学生学习到专业的知识，培养其实践的技能，让学生在走上社会之后能够更好的地面对工作的需要，能够满足社会现代化的需求。
参考文献：
[1]李克江，张建良，张亚鹏，刘征建，姜曦.基于节能减排思想分析炼铁工艺的发展[J].过程工程学报，2014（01）：162-172.
[2]李维国.中国炼铁技术的发展和当前值得探讨的技术问题[J]. 宝钢技术，2014（02）：1-17.
2．常识性介绍几种常见的金属及合金的应用。
3．了解生铁和钢的成分和机械性能的主要差别。
4．掌握含杂质物质的化学方程式的计算。
能力目标
在生铁的种类及特性的教学中，可以启发学生用辩证的观点来认识生铁的共性，不同种类生铁的个性及它们之间的区别。培养学生科学的思维方法；通过我国古代的成就，使学生增强民族自信心和自豪感，增强学生的爱国主义激情。
通过几种金属的介绍和实物展示，使学生认识到金属单质色彩丰富。由于金属具有良好的延展性，所以金属材料的造型众多，应用广泛，从而向学生渗透物质美，物质用途美。
情感目标
培养学生的自学能力和化学计算技能。
教学建议
关于生铁和钢的教材分析
生铁和钢的一些物理性质有很大差异，但是它们的化学成分又极为相近，所以二者关系密切。本节教材指出，生铁和钢都是铁合金。由于初中学生所学的金属知识较少，目前很难理解合金的概念。教材只简介了几种具体的铁合金（白口铁、灰口铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢）的成分和性质上的差异，以及它们的用途。因此教学中对合金概念不必做过高要求。教材中生铁的概念是从合金的角度来定义的：生铁是含碳量在2%～4.3%之间的铁合金。这样的定义，事实是讲生铁是含碳量的幅度较宽的一组铁合金。含碳量在定义范围之内的所有铁合金，都具有相类似的特性，例如硬度高、机械性能差、性脆、不易机械加工等等，这类铁合金统称之为生铁。为了使学生了解各种不同种类生铁的差异性，除了应该使学生了解铁合金的共性之外，还应引导学生了解影响合金性质的其他因素。例如，铁合金中含碳量的多少、含其他杂质元素的不同以及碳元素在合金中存在的形态的不同等，都会对生铁的性质造成很大的影响。教材把生铁分为白口铁。灰口铁和球墨铸铁的分法，就是以铁合金中碳元素存在形态不同为依据来加以区分的。启发学生用辩证的观点来认识生铁的共性和不同种类生铁的个性及它们之间的区别，对培养学生科学的思维方法是必要的。
生铁的具体分类及它们的主要用途，教材都写得比较具体，便于学生阅读。
对上述知识学生是比较陌生的，既缺少感性认识又缺乏对诸如碳元素的存在形态等概念的理解。因此教师要形象地讲解，结合实际积极引导学生去想象各类生铁内部的微观结构，并跟它们的宏观性质结合起来，有条件的还可以准备一些标本，让学生观察比较，以丰富感性知识。
生铁的冶炼是一个很大的课题，知识性，技术性都很强。但在初中阶段的化学课里，仅做了一些最简单的介绍，只要求学生了解铁矿石还原成铁的反应就可以了。教师在组织上述内容教学时，可采取多种不同的方法，可详可略。但对于大多数学校应根据大纲的要求，不宜扩展过多内容。
关于几种常见的金属的教材分析
在介绍了铁的性质的知识以后，本节教材又对人们最为熟悉并且与日常生活和工农业生产最密切相关的钢铁的知识做了介绍，并简单介绍了几种常见金属。生铁和钢是在生活中和生产上使用最为普遍的金属材料。自从人类进入铁器时代以来，钢铁工业是否发达，一直是衡量世界各国经济实力的一个重要标志。我们伟大祖国是很早就掌握冶铁技术并且是首先使用铸铁和生铁炼钢的文明古国，钢铁生产曾在世界范围内长期处于领先地位，直到近代才停滞不前。随着新中国的建立，钢铁工业又以崭新的姿态迅速崛起，在短短几十年内，钢的年产能力从解放初的15.8万吨，发展到1989年的6000多万吨，1994年产量已达9000万吨，成为年产量居世界第四位的钢铁大国。初中学生通过化学课的学习，简要地了解一些钢铁方面的知识，了解祖国钢铁工业的发展和现状，（当然在这个问题上，时刻也不要忘记我国的人口多，从人均占有量来说，我们的钢铁工业还是甚感不足的，借以激励学生为祖国的繁荣昌盛而努力学习。）对他们今后的成长和发展具有重要意义。
本节教材的内容相当丰富，涉及到黑色金属和有色金属的分类，生铁和钢的成分、性质、种类以及冶炼，铝、铜、锌、钛等金属的性质和用途等知识。但是从学生的实际情况来看，尽管他们很熟悉司空见惯了的钢、铁、铜，也知道一些钢和铁不相同的事实，假若进一步追问其中的道理，他们就可能讲不清楚了。因此，对这一节教材如果教师处理得好，很容易引起学生的兴趣，激发起学习的积极性。
教材在内容安排上，可以分成生铁和钢以及几种常见的金属两部分，其中包含了含有一定量杂质的化学方程式计算。
关于含杂质物质的化学方程式的计算的教材分析
本节教材还有一部分是化学方程式的计算中有关不纯物的计算。这段教材可以单独处理。
含杂质物质的化学方程式的计算，是在第四章已所学习过的纯物质的化学方程式计算的基础上进行学习的。当学生对于化学方程式意义缺乏深刻理解时，处理这一类型的计算一定会感到困难。困难的集中点就在于不能很好地把含杂质或不含杂质跟化学方程式的意义联系起来考虑。为了帮助学生解决这一类的困难，教师首先要帮助学生理解（1）化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系；各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量关系。（2）在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的，或多或少都含杂质。当利用化学方程式计算的时候，所含的杂质并不遵守该化学方程式所遵循的规律。因此当参与反应的物质含有杂质时，先要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量，再用纯物质的质量进行计算。
教材第二节中给出了一个例题。在分析例题之前可以让学生先做一两个不必用化学反应方程式为依据的算术应用题。例如：赤铁矿能用于炼铁的主要成分是，其余都是杂质，某地产赤铁矿含杂质35%，问5000吨矿石中含杂质多少吨？能用于炼铁的成分占多少吨？
这样的问题，初三学生能毫不犹豫地给出答案：
该赤铁矿含为5000吨×65%=3250吨
含杂质为5000吨×35%=1750吨
又例如，今有含氯化钠95%的食盐250克，问其中纯氯化钠的质量是多少？
当学生有了这些概念，也懂得在什么情况下应该关心这类问题的时候，再分析课本上给出的例题，实际上就不会再有什么困难了。
关于含杂质的化学方程式的计算的教学建议
含杂质的化学方程式的计算是本节的重点和难点。这部分教学应以学生学过的纯物质的化学方程式的计算为基础。教师首先带着学生真正弄懂化学方程式的意义，然后让学生通过教师搭的小阶梯，自己完成学习任务。例如，教师可以把教材的例题分解成简单的根据化学方程式的纯量计算题和不用依据化学方程式就能计算的有关质量分数的计算题，让学生在自己做题的基础上，学会含杂质的化学方程式的计算。
关于几种重要的金属的教学建议
从铁的物理性质受杂质的影响引入本课，然后简单介绍合金的含义。从铁碳合金含碳量的区别导入生铁和钢在机械性能上的差异。让学生通过阅读教材，列表比较，自己得出结论。对于几种常见金属的教学，由于内容简单，又密切联系生活实际，可以采取先指导学生阅读，然后由教师小结的方法。含杂质的化学方程式的计算以学生学过的纯物质的化学方程式的计算为基础。教师先带着学生真正弄懂化学方程式的意义，然后让学生通过教师搭的小阶梯，自己完成学习任务，最后学会含杂质的化学方程式的计算。
关于炼钢和炼铁反应原理的教学建议
学生往往认为炼钢和炼铁的反应原理是相同的原因是：它们都是在高温下利用氧化一还原反应。这时有必要教师对它们的主要原理分析：炼钢的主要反应原理是在高温下，使用氧化剂（如氧气或铁的氧化物）将生铁中所含过量的碳及其杂质变成气体或炉渣除去，而炼铁的主要反应原理是在高温下用还原剂（如一氧化碳）将铁从它的氧化物中还原出来。所以炼钢和炼铁的反应原理不同。
教学设计方案1
重点：含杂质的化学方程式的计算。
难点：含杂质的化学方程式的计算。
教学过程：
1．复习提问：铁有哪些物理性质？
根据学生的回答，教师设问：前面我们学习了纯铁的一些性能，想一下与我们日常生活用的铁制品性能完全相同吗？不完全相同。纯铁很软，不宜用来制造机械和其他用品。我们平时使用最多的是铁的合金。生铁和钢就是铁的合金。自从人类进入铁器时代以来，钢铁工业是否发达，一直是衡量世界各国经济实力的一个重要标志。我们伟大祖国是很早就掌握冶铁技术并且是首先使用铸铁和生铁炼钢的文明古国，钢铁生产曾在世界范围内长期处于领先地位，直到近代才停滞不前。随着新中国的建立，钢铁工业又以崭新的姿态迅速崛起，在短短的几十年内，钢的年产能力从解放初的15.8万吨，发展到1989年的6000多万吨，1994年产量已达9000万吨，成为年产量居世界第四位的钢铁大国。当然在这个问题上，时刻也不要忘记我国的人口多，从人均占有量来说，我们的钢铁工业还是甚感不足的，因此每位学生都要为祖国的繁荣昌盛而努力学习。
（1）生铁都有哪几种，每种都有什么性能及用途？
（2）钢有哪几种，每种都有什么性能？
（3）炼铁和炼钢的主要原理是什么？
（4）生铁和钢有什么区别？
通过学生阅读教材，回答上述问题，然后师生共同小结。
2．铁是我们常见的金属外，日常生活和生产中，我们还要用到一些金属。
请同学们阅读教材，教师引导学生总结。
3．教师复习提问：（1）化学方程式都可以表示哪些意义？
（2）根据化学方程式计算的依据是什么？
根据学生的回答情况，教师进一步讲解：化学方程式所表示的都是纯净物质发生化学变化时相互关系；各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量关系。但在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的，或多或少都含杂质。当利用化学方程式计算的时候，所含的杂质并不遵守该化学方程式所遵循的规律。那么我们如何解决这类问题呢？下面做几道这方面的练习题：
①赤铁矿能用炼铁的主要成分是三氧化二铁，其余都是杂质，某地产赤铁矿含杂质35%，问5000吨矿石中含杂质多少吨？能用于炼铁的三氧化二铁占多少吨？
2、教法分析
本单元“从自然界获取铁和铜”的教学，可从人类认识利用金属的历史引人，通过对铁、铜的存在、发现、获取的分析、比较，了解它们的性质的差异。如铁、铜的冶炼可以运用比较的方法展开，比较铁、铜的冶炼的相似和相异的方面，比较的内容可以由学生来确定（如原理、反应条件、还原剂的选择等），以提高学生比较、分析和解决问题的能力。
3、学法分析
从学生熟悉的铁、铜及其化合物在生产、生活中的应用事例着手，引发学生对“它们在自然界如何存在，人类如何获取这些物质”的思考，通过图片、视频等媒体帮助学生掌握铁和铜的冶炼的内容，同时培养学生运用化学知识为生活服务的意识。
4、教学目标
知识与技能
1.了解自然界中铁、铜的存在；工业上铁、铜的冶炼
2.了解铁、铜的物理性质及用途
过程与方法
通过铁、铜制品及其资料的收集和课堂表述使学生初步学会运用归纳、概括等方法对获取的信息进行加工，并能准确表述有关信息，培养学生主动参与的意识和总结归纳的能力。
情感、态度与价值观
通过问题讨论的过程，使学生能主动与他人进行交流，清楚地表达自己的观点，培养学生合作的精神。
5、教学重难点
重点：铁、铜的物理性质；工业上铁、铜的冶炼
难点：工业上铁、铜的冶炼
6、教学准备
学生学习准备：做好预习工作；
教师教学准备：收集大量图片资料，做好教学媒体课件
7、教学过程
[创设情景，导入新课]
[多媒体展示]漂亮的流星雨
[教师]多媒体上展示的是一些流星雨的图片，相信很多同学都跟老师一样对这美丽的流星雨总有一种按耐不住的喜爱。那么同学们知道，流星体坠落到地面的残留部分是什么吗？
[学生]陨石（陨铁）
[教师]没错，流星体坠落到地面的残留部分就是陨石，陨铁是陨石的一种，含铁80%以上。这陨铁在古代的贡献可不小，人类最早利用的单质铁就是这个从天而降的陨铁中得来，所以古人称铁为“天石”。为何人们要从陨铁中获取单质铁呢？难道地球上不存在单质铁吗？而古人利用的铜却又为何可以来自地球上存在的单质铜呢？这还得从这两种金属元素的性质说起。
[合作交流，探究新知]
[教师]请同学们回忆金属活动性顺序――铁排在锌之后，是一种比较活泼的金属，所以自然界中几乎不存在单质铁，古人就只能利用这天外来物――陨铁来获得单质铁。但是铜在金属活动性顺序表中列于铁之后，比铁稳定，属于不太活泼的金属，古人利用的铜来自于地球上存在的少量单质铜。
[教师]但毕竟在自然界中铁和铜以游离态的形式存在的很少，他们在自然界中的主要存在形式是什么呢？
[学生]化合态
[教师]没错，铁、铜在自然界中主要以化合态形式存在，因此，我们来看看常见的铁矿石和铜矿石有哪些。
[多媒体展示]自然界存在的铁矿石、铜矿石
[教师]除了天然存在的单质铁、铜外，常见的铁矿有赤铁矿，主要成分是Fe2O3，磁铁矿，主要成分是Fe3O4；常见的铜矿有黄铜矿，主要成分是CuFeS2（硫化亚铁铜），孔雀石主要成分是CuCO3・Cu（OH）2[Cu2（OH）2CO3]（碱式碳酸铜，铜绿主要成分也是碱式碳酸铜，它是铜在空气中生成铜锈的主要的成分）
[提问]同学们再来回忆一下，我们日常生活中见到过那些金属制品是含铁和铜的？
[学生]剪刀、铁丝、钉子、刀子、油轮、铜线等
[教师]我们的生活中有那么多东西都是含有铁和铜，古人对铁、铜的利用相对较少所以他们从自然界直接获取铁、铜单质以及足够满足需求了，但是自然界中单质铁、铜的含量毕竟少，随着铁铜在我们生活中应用日益增多，已经满足不了人类需求了，怎么办呢？铁和铜在自然界中主要存在形式是化合态的矿石，那么我们怎么从铁、铜的矿石中采用人工获取的方法得到铁、铜单质呢？解决这个问题首先要解决如何将铁、铜从“化合态”转化为“游离态”。课前我已经让同学查阅相关资料来解决这一问题了，现在请同学们将你们找到的方法的化学反应方程式写下来，写完之后四人小组之间相互讨论、交流。
[学生]小组讨论，交流。
[教师]要将铁、铜从“化合态”转化为“游离态”，显然是要发生氧化还原反应，铁、铜在这个过程中要被还原，那么大家在书写化学方程式的时候，都采用了哪些还原剂呢？
[学生]活泼金属、H2、C、CO
[师生互动]请指定同学到黑板上写出方程式，从书写规范上加以分析。
[多媒体展示]生成铁、铜的主要化学反应方程式，学生参考对照。
[教师]我们有那么多方法可以从化合态的铁铜来获得单质金属，而实际工业上则需要从多方面因素考虑来选择还原剂，下面我们就以高炉炼铁为例学习工业上是如何炼铁的。
[展示]高炉炼铁，顾名思义，其主要设备是高炉。这高炉长啥样呢？请大家看大屏幕，这就是高炉炼铁所用的高炉。
[提问]从生产成本、安全、环保、节能等多方面考虑，请同学们选择工业炼铁的还原剂。
[学生小结]1、活泼金属比较贵，由于比铁活泼，在自然界也是以化合态存在，作为还原剂成本太高。
2、H2成本高，作为可燃性气体安全系数不高。
3、C虽然成本低，但是用它作还原试剂生产出的生铁质量低，由于其是固态在生产中反应不充分。
4、CO虽然在自然界存在很少，却可以用廉价的焦碳制取。所以是最佳的。
[教师]所以工业炼铁的原理就是在高温下，用还原剂――主要是CO把铁从铁矿石还原出来。请同学写出反应方程式。
[知识回顾，联系生活]
今天我们学习了从自然界中获取铁和铜的工业方法，都是综合了生产成本、安全、环保、节能等多方面综合考虑的，在提倡低碳环保的今天，我们尤其在追求经济利益的同时不能忽略环境保护。
8、知识结构
9、反思与探讨
随着我国高等教育事业的不断发展和高校的扩招改革,大学生人数呈井喷式增长,每年700万左右的毕业生涌入社会,毕业生就业难的问题一直受到社会各界的广泛关注,各大高校对工科类学生的培养也越来越注重在使学生掌握了较为扎实的理论知识基础上再进行学生实践能力的提升,以期培养出复合型、技能型、应用型人才,满足社会对新世纪人才的需求。《高炉炼铁生产》是冶金专业课程之一,也亟待进行积极的改革和创新,不断深化学生的专业知识,提升其专业技能水平,达到“一专多能”的效果,帮助学生在激烈的人才竞争中更好地生存发展。因此,探究《高炉炼铁生产》课程改革的方案,提升学生教学质量，对于学生的学习以及未来的实践来说都影响深远。
1理论体系突出专业性
《高炉炼铁生产》的理论部分教学的核心内容主要包括高炉炼铁及铁矿粉造块两方面。第一,高炉炼铁重难点在于冶金过程的物理化学反应、热工基础、高炉炼铁流程、生产设备等内容,而这些知识的学习需要有基础数学理论、机械制图技能、力学、电子技术、计算机实操等做辅助,在实际的理论体系构建中要将这些与核心内容进行整合,而且要突出其专业性和实际应用性,为学生今后岗位操作做铺垫。第二,以铁矿粉造块理论与实践为核心的课程模块,除了最基本的物理化学原理和冶金炉热理论外,更需要注重对炼铁原料、烧结所需设备的教学,并突出矿岩专业优势,为冶金专业做好专业服务,不断拓宽学生的知识广度,提升其综合素质。另外,还可以给学生提供与专业相关的选修课程,主次分明,比如《耐火材料》《铸造工艺》《冶金炼铁环保》,既能增加学生学习兴趣,还能彰显冶金专业特色。另外,该课程理论体系的构建是为学生的实践打基础,因此,理论知识一定要“够用”,但是要杜绝内容交叉过度和内容不完善这两种极端。所以教师要鼓励学生通过自我学习的方式,阅读相关的专业课程书籍或者期刊文献,制定出个性化的学习计划,不断提升自身的专业素质水平,通过课外知识的填充让自身知识体系更加完善。
2强化实践教学体系构建
首先,应当重视实践教学课程设置,逐步增加实践课程课时,这样才能强化学生的实践动手能力。比如某高校在对《高炉炼铁生产》课程进行改革后,将原有的实践课增加了一半,使得实践教学课程总量达到该专业课程教学比例的40%,符合我国对工科专业实践教学的要求。改革实施以来,学生对实践课兴趣更浓了,而且能够将所学知识应用到实际生产中,学生也比较有成就感。实践教学环节的增加有助于学生深化现有的专业知识,在与实践实训相结合的环境下,其综合素质水平和岗位操作水平更强,促进了应用型人才的培养。其次,提升岗位实践所需的基础性技能操作训练度。对于冶金专业学生来讲,基础技能应当涉及计算机操作与应用、数学建模、实验技能、金属加工、机械设计与制图等。每一个基础操作技能对于学生专业综合技能来讲都是十分重要的,在课程设置时应当确保各类课程设置均衡、协调、统一,能够将相关的知识与《高炉炼铁生产》教学联系在一起。最后是对冶金专业学生毕业设计的改革。现阶段很多大学生的毕业设计都是通过搜索相关文献,过分借鉴甚至抄袭而做出来的,毕业设计质量普遍不高。一些高校也会让学生选择将高炉炼铁相关工艺模拟作为论文设计思路,结果造成了学生毕业设计同质化,没有创新和特点。笔者认为,毕业设计可以分为两个层面,即对烧结团的毕业设计与最后的毕业设计大论文。这样一来,学生能够对《高炉炼铁生产》课程两个核心部分都做出总结和提炼,加上自己的设计思路,做出符合生产实际的毕业设计,提升了学生对知识的综合运用能力,也有助于为解决生产实际问题提供新的思路。
3依托实习基地培养学生学习自主能力
一方面,各高校应当积极开展与专业相关企业的合作,通过校企合作共同育人。高校领导应当对校外实习基地进行多次实地走访和考察,并选出专业对口、环境安全、与学校人才培养理念相符的优质合作企业,并循序渐进地通过岗位参观、见习、顶岗实习或工学结合等方式,给冶金类专业学生提供真实的生产学习环境,并积极融入相关的岗位教学课程,通过情景教学、师傅带徒弟等方式,为学生创造较为合适的工程训练环境。比如某大专院校已经与当地钢铁公司开展了多年的合作,建立了良好的伙伴关系,而且仍在不断开发更优质的企业来作为卫生产学结合的实习基地,不断提升学生的专业水平,理论与实践相结合,使得学生学以致用,提高了其动手能力和独立自主处理问题的能力。而且将校外实习作为专业教学计划的一个重要部分,与企业相关工程师共同研发专业教材，制定学生实习期间的教学大纲和考核标准,实现了冶金专业的应用性改革,拓宽了高校的人才培养和课程改革思路。另一方面,高校还应当邀请经验丰富的实习基地工程师来校通过讲座或者培训的方式,与学生进行面对面的交流与分享,尤其是给学生们讲解实际高炉钢铁生产过程中宝贵的生产经验,引导学生注重实践操作技能的提升,使学生不断学习相关的专业知识,并主动思考,再结合在实习期间所遇到的问题,提升自身分析和处理问题的能力。另外,应当在每一个学期选派优秀教师到钢铁公司生产一线挂职锻炼和学习,并总结企业中的问题和经验,发挥教师的引导性,使专业教师在课程教学时能够更具针对性,而且也能够潜移默化地培养学生踏实肯干和服务一线的意识,并为其今后职业发展做出合理规划,帮助学生在未来的工作实践中获得更好的发展。
4结语
《高炉炼铁生产》教学改革并非一朝一夕可以完成的,其还有很长的路需要走,需要教师和学校,甚至社会的不断努力与探索。因此,教师要深入到工作的第一线,从中获取具有实践性、指导性的经验和理论知识,将其纳入到课程改革方案中来,从而提升教学质量和效率,制订出具有实用性的课程教改方案,让学生能够更好地适应社会的需要,更好地满足企业发展和建设的需要。
参考文献
[1]张玉柱,邢宏伟,郝素菊,等.炼铁工艺课程的教学改革与探索[J].河北联合大学学报：社会科学版,2012(3):69-71.
[2]曹季林,韩阳.炼铁工艺课程教学思考[J].中国冶金教育,2013(3):47-48.
[3]袁晓丽,万新,张明远,等.仿真技术在冶金实践教学中的应用——基于冶金卓越工程师培养[J].重庆科技学院学报：社会科学版,2013(9):194-196.
关键词：炼铁工艺;优劣势分析;发展趋势;问题探究
在现代化工业技术发展的过程中，应该通过工业化建筑事业的建立，优化现代化经济发展的核心性内容，与此同时，钢铁事业中炼铁工艺的形成也逐渐成为国家经济发展中最重要的组成部分，从而在根本意义上提高技术应用的理念。但是，随着现代化科学技术的逐渐发展，对于钢铁生产率的应用也逐渐广泛，其核心性的竞争力也逐渐增强。而且，在工艺技术发展的过程中，炼铁工艺中的材料在一定程度上得到了广泛性的应用，从而导致原有的利润空间逐渐缩短。因此，在现阶段钢铁行业的建立及发展的过程中，应该逐渐提高系统应用的合理性，合理分析发展的优势性，从而为整个炼铁工艺技术的发展提供充分性的保证[1]。
1 炼铁工艺发展的基本现状
1.1 炼铁工艺发展中取得的成就
随着我国炼铁事业的逐渐发展，在一定程度上取得了较为广泛的成就。在我国现阶段锅炉炼铁技术的应用过程中，其核心性的工艺设备应该得到充分性的完善，对于燃煤毒害的烟气应该得到合理性的控制，从而为整个系统内容的设计提供充分性的保证。在含硫烟气的处理过程中，我核心性的技术理念应该主要包括气基以及煤基两个部分，其中的气基是直接应用在竖炉以及固定的床罐式炉的系统应用过程中，通过天然性裂化产物逐渐生产出来的H2以及CO2作为还原剂，将铁矿中氧化还原铁还原成海绵铁，从而逐渐缩短了与发达国家之间的差距性。随着炼铁技术的逐渐发展，基本的工艺技术逐渐提高，直到2010年，我国的生铁总产量已经逐渐超过五亿吨，而且，也逐渐将炼铁的绿色环保型作为核心性的技术发展形式，从而为实际生产的技术应用提供充分性的保证[2]。
1.2 炼铁工艺中存在的限制性因素
在钢铁事业的建立及发展的过程中，单位产出能耗比是炼铁工艺技术发展过程中最核心性的任务形式，但是，在整个工艺技术应用的过程中，炼铁工艺的废弃物以及毒害气体的排放时环保技术处理过程中最重要的问题，但是，其基本的技术形式正处于发展阶段，而且，在实际的技术操作过程中，其基本的工艺理念以及材料内容的管理逐渐出现了限制性的因素。对于低碳量高品质的生铁生产量处在着严重的不足现象，为企业核心竞争力的提高造成了严重的制约性。因此，在现阶段炼铁事业逐渐发展的过程中，应该优化基本的工艺处理形式，通过对产品事业的技术革新，优化基本的工艺处理理念，从而为整个炼铁工艺技术的建立及优化提供充分性的保证，为整个社会经济的发展营造良好的发展空间。
2 炼铁工艺技术优化发展的基本方向
2.1 建立健全的炼铁技术管理机制
在国家、企业建立及发展的过程中，对于炼铁工艺的发展而言，应该制定科学化的指导理念，将行业信息进行合理化的管理，优化细节内容的处理，从而为整个炼铁事业的建立及发展提供充分性的保证[3]。通过对现阶段炼铁事业工作现状的分析可以发现，基本炼铁工艺的发展可以为生产质量的控制、原材料的供应以及废弃物的控制提供合理化的处理依据。对于企业内部的管理部门而言，在工艺技术优化的过程中，应该通过对产品生产质量的控制，进行内容的合理化分析，通过对员工技术、科研院校以及国际发展水平等内容的充分性考虑，优化关键性炼铁技术的处理，通过对工艺指标内容的分析进行合理化制度内容的改进。在原材料内容控制的过程中，应该从原材料在市场中的基本动态进行分析，优化原材料供应的控制，从而规范新型炼铁技术的施工理念。对于管理企业而言，在市场分析的过程中，应该制定针对性的调研技术，从而为整个炼铁技术的优化提供合理性的保证。
2.2 逐渐提高炉料的整体材质
炼铁工艺技术的应用过程中，为了保证生铁成品的质量性以及适应性需求，在生产时会准备不同种类的冶炼原材料，当使用过量的矿粉时，就会出现烧结的现象。因此，在炼铁工艺技术应用的过程中，应该以矿点作为单品内容的堆积理念，将相关的矿粉进行二次混配，这种技术理念的应用主要是为了提高烧结矿中的碱度，从而在根本意义上提高生铁的生成品质。对于焦炭而言，主要是炼铁工艺中经常使用的物质内容，通过对焦炭用度以及种类内容的分析，实现对新产品的推行，减少对旧产品的应用，从而在根本意义上保证焦炭使用的精确度。对于关键性的酸性料的使用而言，在炼铁的过程中一定要严格控制炉内出现烧结矿的现象，注意要实现分级的内容处理，通过对矿料的筛选，提高炼铁技术的合理化应用[4]。
2.3 优化焦炭炼焦的工艺应用
在焦炭炼铁工艺技术的应用过程中，应该对主要的原材料进行合理化的分析及利用，从而合理的控制炼铁成本的消耗。因此，在现阶段焦炭炼焦工艺优化的过程中，将焦炭集中的使用在炼铁工艺之中，为我国钢铁企业的经济化发展营造良好的发展空间。在我国现阶段炼铁工艺优化的过程中欧，应该集中在干熄焦炭以及捣固焦炭技术应用的过程中，所以，在中小型炼铁技术优化的过程中，可以为焦炭热效应的发展提供有效性的发展空间，从而为实际性炼铁工艺的技术优化提供充分性的保证。随着炼铁事业的逐渐发展，应该降低燃料中焦煤比例的合理化应用，在实践的过程中，应该逐渐优化捣固炼焦技术的应用，这一项目的使用主要是为了提高显著性的应用理念，对于焦化厂而言，捣固炼焦技术的使用会逐渐造成焦煤产量的下降，与之相反的，如果没有合理的利用捣固炼焦技术，就会使生铁的产量逐渐下降。因此，就应该在实际炼铁工艺技术应用的过程中，应该建立多样化的技术应用理念，实现科学性、有效性炼铁工艺的应用，提高对指标内容的检测，同时也为综合性炼铁技术的优营造良好的发展空间，从而优化基本的炼铁工艺流程[5]。 （下转第19页）
（上接第16页）
3 结束语
钢铁产业是现阶段社会发展过程中基础性经济组成形式，同时也是工业化发展中最核心性的产物。对于炼铁行业而言，是整个钢铁产业建立过程中最重要的组成环节，因此，在现阶段经济产业的建立及发展的过程中，要想在根本意义上实现炼铁事业的科学性发展，就应该建立健全的技术管理理念，强化核心性的工艺实施内容，提高冶炼工艺施工中专业性技术人员的素质，使整个炼铁工艺得到合理性技术的优化，从而为整个炼铁行业的发展建立新的发展方向[6]。
参考文献：
[1]周渝生，钱晖，张友平，李肇毅，范建峰.现有主要炼铁工艺的优缺点和研发方向[J]. 钢铁，2009（02）：1-10.
[2]高昊.宝钢非高炉炼铁工艺发展战略的研究[D].上海交通大学，2012.
[3]宋瀚源.炼铁工艺优化问题探究[J].科技传播，2014（11）：79-80.
[4]郑忠，陈红生，吴凯，龙建宇，呼万哲.流态化还原的非高炉炼铁工艺及气固两相流研究进展[A].中国金属学会.第九届中国钢铁年会论文集[C].中国金属学会，2013：7.
知识目标
1．常识性介绍我国钢铁工业的发展。
2．常识性介绍几种常见的金属及合金的应用。
3．了解生铁和钢的成分和机械性能的主要差别。
4．掌握含杂质物质的化学方程式的计算。
能力目标
在生铁的种类及特性的教学中，可以启发学生用辩证的观点来认识生铁的共性，不同种类生铁的个性及它们之间的区别。培养学生科学的思维方法；通过我国古代的成就，使学生增强民族自信心和自豪感，增强学生的爱国主义激情。
通过几种金属的介绍和实物展示，使学生认识到金属单质色彩丰富。由于金属具有良好的延展性，所以金属材料的造型众多，应用广泛，从而向学生渗透物质美，物质用途美。
情感目标
培养学生的自学能力和化学计算技能。
教学建议
关于生铁和钢的教材分析
生铁和钢的一些物理性质有很大差异，但是它们的化学成分又极为相近，所以二者关系密切。本节教材指出，生铁和钢都是铁合金。由于初中学生所学的金属知识较少，目前很难理解合金的概念。教材只简介了几种具体的铁合金（白口铁、灰口铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢）的成分和性质上的差异，以及它们的用途。因此教学中对合金概念不必做过高要求。教材中生铁的概念是从合金的角度来定义的：生铁是含碳量在2%～4.3%之间的铁合金。这样的定义，事实是讲生铁是含碳量的幅度较宽的一组铁合金。含碳量在定义范围之内的所有铁合金，都具有相类似的特性，例如硬度高、机械性能差、性脆、不易机械加工等等，这类铁合金统称之为生铁。为了使学生了解各种不同种类生铁的差异性，除了应该使学生了解铁合金的共性之外，还应引导学生了解影响合金性质的其他因素。例如，铁合金中含碳量的多少、含其他杂质元素的不同以及碳元素在合金中存在的形态的不同等，都会对生铁的性质造成很大的影响。教材把生铁分为白口铁。灰口铁和球墨铸铁的分法，就是以铁合金中碳元素存在形态不同为依据来加以区分的。启发学生用辩证的观点来认识生铁的共性和不同种类生铁的个性及它们之间的区别，对培养学生科学的思维方法是必要的。
生铁的具体分类及它们的主要用途，教材都写得比较具体，便于学生阅读。
对上述知识学生是比较陌生的，既缺少感性认识又缺乏对诸如碳元素的存在形态等概念的理解。因此教师要形象地讲解，结合实际积极引导学生去想象各类生铁内部的微观结构，并跟它们的宏观性质结合起来，有条件的还可以准备一些标本，让学生观察比较，以丰富感性知识。
生铁的冶炼是一个很大的课题，知识性，技术性都很强。但在初中阶段的化学课里，仅做了一些最简单的介绍，只要求学生了解铁矿石还原成铁的反应就可以了。教师在组织上述内容教学时，可采取多种不同的方法，可详可略。但对于大多数学校应根据大纲的要求，不宜扩展过多内容。
关于几种常见的金属的教材分析
在介绍了铁的性质的知识以后，本节教材又对人们最为熟悉并且与日常生活和工农业生产最密切相关的钢铁的知识做了介绍，并简单介绍了几种常见金属。生铁和钢是在生活中和生产上使用最为普遍的金属材料。自从人类进入铁器时代以来，钢铁工业是否发达，一直是衡量世界各国经济实力的一个重要标志。我们伟大祖国是很早就掌握冶铁技术并且是首先使用铸铁和生铁炼钢的文明古国，钢铁生产曾在世界范围内长期处于领先地位，直到近代才停滞不前。随着新中国的建立，钢铁工业又以崭新的姿态迅速崛起，在短短几十年内，钢的年产能力从解放初的15.8万吨，发展到1989年的6000多万吨，1994年产量已达9000万吨，成为年产量居世界第四位的钢铁大国。初中学生通过化学课的学习，简要地了解一些钢铁方面的知识，了解祖国钢铁工业的发展和现状，（当然在这个问题上，时刻也不要忘记我国的人口多，从人均占有量来说，我们的钢铁工业还是甚感不足的，借以激励学生为祖国的繁荣昌盛而努力学习。）对他们今后的成长和发展具有重要意义。
本节教材的内容相当丰富，涉及到黑色金属和有色金属的分类，生铁和钢的成分、性质、种类以及冶炼，铝、铜、锌、钛等金属的性质和用途等知识。但是从学生的实际情况来看，尽管他们很熟悉司空见惯了的钢、铁、铜，也知道一些钢和铁不相同的事实，假若进一步追问其中的道理，他们就可能讲不清楚了。因此，对这一节教材如果教师处理得好，很容易引起学生的兴趣，激发起学习的积极性。
教材在内容安排上，可以分成生铁和钢以及几种常见的金属两部分，其中包含了含有一定量杂质的化学方程式计算。
关于含杂质物质的化学方程式的计算的教材分析
本节教材还有一部分是化学方程式的计算中有关不纯物的计算。这段教材可以单独处理。
含杂质物质的化学方程式的计算，是在第四章已所学习过的纯物质的化学方程式计算的基础上进行学习的。当学生对于化学方程式意义缺乏深刻理解时，处理这一类型的计算一定会感到困难。困难的集中点就在于不能很好地把含杂质或不含杂质跟化学方程式的意义联系起来考虑。为了帮助学生解决这一类的困难，教师首先要帮助学生理解（1）化学方程式所表达的都是纯净物质发生化学变化时的相互关系；各化学式所规定的化学量，反映的是纯净物之间的数量关系。（2）在现实生活中绝对纯净或理想纯净的物质是不存在的，或多或少都含杂质。当利用化学方程式计算的时候，所含的杂质并不遵守该化学方程式所遵循的规律。因此当参与反应的物质含有杂质时，先要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量，再用纯物质的质量进行计算。
教材第二节中给出了一个例题。在分析例题之前可以让学生先做一两个不必用化学反应方程式为依据的算术应用题。例如：赤铁矿能用于炼铁的主要成分是，其余都是杂质，某地产赤铁矿含杂质35%，问5000吨矿石中含杂质多少吨？能用于炼铁的成分占多少吨？
这样的问题，初三学生能毫不犹豫地给出答案：
该赤铁矿含为5000吨×65%=3250吨
含杂质为5000吨×35%=1750吨
又例如，今有含氯化钠95%的食盐250克，问其中纯氯化钠的质量是多少？
当学生有了这些概念，也懂得在什么情况下应该关心这类问题的时候，再分析课本上给出的例题，实际上就不会再有什么困难了。
关于含杂质的化学方程式的计算的教学建议
含杂质的化学方程式的计算是本节的重点和难点。这部分教学应以学生学过的纯物质的化学方程式的计算为基础。教师首先带着学生真正弄懂化学方程式的意义，然后让学生通过教师搭的小阶梯，自己完成学习任务。例如，教师可以把教材的例题分解成简单的根据化学方程式的纯量计算题和不用依据化学方程式就能计算的有关质量分数的计算题，让学生在自己做题的基础上，学会含杂质的化学方程式的计算。
关于几种重要的金属的教学建议
从铁的物理性质受杂质的影响引入本课，然后简单介绍合金的含义。从铁碳合金含碳量的区别导入生铁和钢在机械性能上的差异。让学生通过阅读教材，列表比较，自己得出结论。对于几种常见金属的教学，由于内容简单，又密切联系生活实际，可以采取先指导学生阅读，然后由教师小结的方法。含杂质的化学方程式的计算以学生学过的纯物质的化学方程式的计算为基础。教师先带着学生真正弄懂化学方程式的意义，然后让学生通过教师搭的小阶梯，自己完成学习任务，最后学会含杂质的化学方程式的计算。
1.1 转炉炼钢检测技术
转炉炼钢检测技术主要分为废气分析检测技术和副枪监测技术两部分。在转炉炼钢过程中，它们主要通过检测仪表对熔钢温度、液面高度、熔钢成分等参数的记录，并进行及时分析，为炼钢过程中的温度控制、添加原料等提供有利的数据支持。
（1）转炉炼钢废气分析检测技术。转炉炼钢技术在炼钢过程中主要产生的废气有一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、氧气等。转炉炼钢废气检测主要使用炉气定碳法和副枪技术相结合，以副枪测定为主，结合废气分析计算脱碳速度，通过炼钢过程中排除的废气成分和流量，为计算转炉内瞬时钢液残留碳的含量提供信息，从而确定转炉中的含碳量。
转炉气副枪法的实施，不仅使转炉内含碳量的测量精度大大提高，而且为自动化检测技术提供了有利的数据，避免了传统人工工作模式，提高了工作效率和产出钢的质量。
（2）转炉炼钢副枪检测技术。转炉炼钢副枪自动化的使用是现代钢铁企业先进性的标志和发展趋势。国际上大部分钢铁企业在转炉上都配有副枪。副枪检测方法不但可以保持对钢水较高的碳含量和温度的控制，同时减少了石灰、铁合金等原料的消耗，无需钢水的补吹，且炉衬浸蚀明显降低，实现了完全的自动化，大大提高了转炉炼钢的产量。
1.2 转炉炼钢自动化技术
转炉炼钢自动化技术主要包括控制技术、人工智能技术以及对炼钢模型的研究。它们主要是指转炉炼钢过程中以计算机技术为媒介对检测技术所显示炼钢生产过程中转炉内原料不足、废气过多、温度不准等原因进行自动化调整。
（1）转炉炼钢的控制技术包括动态控制模型和反馈计算模型，主要是根据控制系统对吹炼终点和含碳量的检测数据进行控制的。动态控制模型主要是对炼钢过程中氧气的需求量和冷却剂量进行检测，并根据所测得含碳量、温度以及氧气量的数值计算出钢水实际温度以及钢水的实际含碳量，方便钢水温度和含碳量的调整；反馈计算模型主要是针对对动态模型所测量数据进行重新计算，按误差大小调整规划，补充转炉内的原料所需。
（2）转炉炼钢中人工智能技术的应用。人工智能技术是基于计算机科学技术通过模拟、延伸和扩展人的智能方法的一门新的技术。转炉炼钢过程中人工智能主要是针对炼钢过程中需要人为处理的工作，通过计算机科学技术模拟进行，从而减少劳动力，提高生产效率和产品质量，实现钢铁企业智能化的进程。
（3）转炉炼钢中的模型研究。在转炉炼钢过程中，无论是人工智能技术还是控制技术都是以模型为基础的。目前，所使用的人工智能技术主要是以计算机科学技术为基础，以人为模型进行模拟工作；而控制技术中动态控制模型，也是根据热平衡原理和化学反应为基础的。所以模型研究在转炉炼钢过程中必不可少，不但可以提高钢材质量和生产效率，同时可以针对钢铁企业存在问题科学、合理的进行解决规划。
1.3 转炉炼钢自动化控制技术的应用价值
我国转炉炼钢自动化控制技术的目标是：在提高钢铁的质量和生产效率的前提下，最大限度的降低成本、节约能源、科学环保，使我国钢铁市场在国际钢铁市场竞争中利于不败之地。在自动化控制技术的前提下提高炼钢的终点命中率、改善钢水质量、降低生产成本和提高能源利用率，从而提高钢铁的生产效率和钢材质量。
自动化转炉炼钢技术采用动态控制转炉气体连续分析系统和副枪测温系统相互结合，增加了转炉气体和温度达到终点的几率，从而大幅度的提高终点控制命中效率。为了提高钢水质量，在气体补吹过程中应尽量减少氧气含量，避免钢水氧化，提高钢的纯度。通过提高终点命中率和降低补吹率，从而缩短了冶炼时间，增加了钢液温度和成分的稳定性，为连续铸钢创造了条件；同时，在自动化转炉炼钢技术的支持下，取消了一次性副枪确定氧含量及定碳头的能源消耗，降低钢中的含氧量，减少了炉渣中铁合金的含量，从而提高了原料的利用率，降低了炼钢生产成本。
2 转炉炼钢自动化系统的功能
自动化系统在转炉炼钢的应用中主要可以对废钢、铁水的质量进行称量、对电气控制进行指示以及对仪表监视控制作用等。以下是对转炉炼钢自动化系统功能的简要分析。
2.1 转炉炼钢自动化系统对废钢、铁水质量的称量
由转炉炼钢工作环境恶劣，废钢、铁水的称重必须由天车主钩吊装废钢料槽和铁水炉缸进行装料。装料过程主要通过多个压式重量传感器读出废钢或者铁水的重量，并由补偿接线盒显示重量数据，并及时进行记录。
2.2 转炉炼钢自动化系统对电气控制的指示分析
在转炉炼钢过程中考虑到有些电气操作是应急处理操作，关系到自动化系统的安全性和可靠性，因此，电气控制指示必须独立构成。
自动化转炉炼钢共有六个散装料料仓，主要是铁矿石、白云石、白石灰以及铁皮球料仓。在散料质量测量过程中，主要是通过料仓四角处的压式称重传感器通过监测画面在仪表器中显示。
2.3 转炉炼钢系统对仪表监视的控制分析
在转炉炼钢过程中，仪表监视控制部分是通过计算机技术，利用网络服务器和主机相连，监测仪表PLC的工作。计算机主机和从机相互合作，一旦有异常情况发生，做到主从机可相互代替工作的目的。这样可确保系统能够有一个相对完整的数据库，增加了系统的可靠性，便于系统的维护工作。
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.001
高碳钢广泛用铸造各种精密工具、刀具、机械，在工业生产体系中有着不可或缺的位置。所谓高碳钢，是指碳含量约为0.60%到1.70%的特种钢材。高碳钢不仅坚硬，还有良好的淬火和回火性能。日常生活中的大锤、撬棒就属于高碳钢铸造工具的一种，钻头、铰刀等切割工具也是由高碳钢铸造而成。所不同的是，前者碳含量约为0.75%，后者含碳量约为1%。
作为高碳钢生产大国，国内的大部分钢铁企业都把高碳钢的质量控制放在首位，尤其是连铸技术出现以后，如果在智能化、自动化、机械化的生产过程中实现质量控制更是炼钢工艺的重中之重。本文首先对高碳钢的成分进行详述，在把握高碳钢成分的基础上对炼钢过程的质量控制进行分析，以钢铁制造企业有一定的参考意义。
1 高碳钢添加成分综述
在炼钢过程中，加入适量的碳元素固体而基本不加其他化合金属，经过热处理与冷拔之后，经过硬化而成形的钢坯就是高碳钢。这种钢材无论是硬度还是强度都强于一般钢种，且弹性较好，磨损及切口极限很高，还具有一定的削切性能，因此，被大范围使用。要确保高碳钢的质量，首先须从高碳钢的化学添加成分入手，各化学元素在高碳钢中起到的性能俱不相同，常用添加化学元素具体性能如下：碳元素C（提高强度）、硅元素Si（提高强度）、锰元素Mn（提高强度）、硫元素S（增大脆性、降低韧性、热脆性）、磷元素P（增大脆性、降低韧性、冷脆性）。
炼钢过程是一系列物理反应、化学反应的综合，因此，炼钢过程中，除了要注意各种化学元素的配比，还要注意空气中的主要气体元素对高碳钢性能的影响。空气中主要气体在炼钢过程中的来源、存在形式及相应的影响如下：氢元素（电离水可得，氢气溶解于表皮，表面气孔、增大脆性）、氮元素（电离空气可得，氮化物溶解于钢水，内部晶核、增大脆性）、氧元素（电离、还原可得，氧化物溶解与钢水、表皮，内部气孔、降低韧性）。
综上分析可得，各种化学元素通过主动或被动添加与炼钢过程中，都会对高碳钢的性能有所影响，因此，高碳钢质量的控制首先是添加化学元素的控制，这就需要机械操作人员在实际工作过程中根据实际情况而定，不可盲目操作。
2 高碳钢连铸过程的质量控制
钢丝是四大钢材中的一种，应用极为广泛。作为高碳钢的一种，本文以钢丝连铸过程为例，简述连铸过程的质量控制。
20世纪70年代，钢丝铸造技术以模铸生产方式为主，这种方式操作较为简单，但是生产效率不高；80年代后，钢水预处理工艺开始逐步应用，使得炼钢效率大为提升。此后，连铸小方坯技术逐渐问世，成熟的高碳钢丝质量也大为提高。
2.1 钢水预处理质量控制
钢水成分对钢丝质量影响巨大，对铁水进行预处理就是为了提高成品钢丝质量。钢水预处理工作的核心为脱硫，提高钢丝韧性。当前企业广泛采用的脱硫方法为喷吹法，通过严格喷水而后的钢水质量极高，可使含硫量降低至0.01%以下。
2.2 转炉冶炼质量控制
转炉冶炼过程其实就是炼钢过程的主体，目前国内企业主要通过以下两种方法进行该过程质量控制。
（1）高拉碳补吹法。这种方法主要对钢丝中的碳元素和硫元素、磷元素进行控制，从而取得最佳的炼钢效果。生产过程的前期材料可用高纯度铁水或者铁水与专业废钢的结合物，主要注意吹炼过程中的碳含量。碳含量的多寡通过道炉测温进行取样而判断，为了使碳含量的配比最为科学化，需要进行多次倒炉多次取样。值得注意的是，这种方法虽然可以保证碳含量科学化，却因为多次倒炉导致温度损失很大，提高了生产成本。另外，在多次倒炉后不利于温度控制，且氧化铁含量低，使出炉后的精炼工序开展困难。
（2）低拉碳增碳法。相比于高拉碳控制过程，低拉碳过程较为简单。低拉碳增碳法放碳过程只有两次，即在钢水注入前一次性加入所需碳量，一般约为0.07%-0.15%，连铸后再次加入碳粉。这种方法操作简单，要求炉温较高，脱磷效果较好，且对后期的精炼有较大的促进作用。不足的是这种方法是成品刚韧性受到影响，所以要求操作人员有极高的操作水平、观测水平。
2.3 脱氧过程质量控制
钢水凝固后，钢水中经过电离反应产生的氧元素会以氧化铁的形式分布在成品晶界上，使陈品高碳钢的可塑性受到影响。此外，氧化铁和伴生物硫化铁共同作用于成品高碳钢会发生热脆现象，因此，脱氧过程也是高碳钢连铸工艺质量控制必不可少的步骤。
一般钢铁企业都通过化学方式进行脱氧，所不同的是有铝脱氧和无铝脱氧。有铝脱氧是指通过硅铁，锰铁，和少量铝热剂进行反应，达到脱氧效果。无铝脱氧是指只用硅铁和锰铁进行反应，达到脱氧效果。在具体操作过程中，究竟用那种方式脱氧还需视具体情况而定。
2.4 精炼过程质量控制
精炼是高碳钢连铸过程的最后一步，通过精炼，高碳钢的性能进一步优化并固定，此过程进行质量控制同样必不可少。
一般的精炼或者二次精炼都才用钢包吹炉法，目的在于控制炉渣碱度。一般的低碱度数值为1，高碱度数值为2-3，主要依据为检测炉渣中氧化钙、二氧化锌等碱性物质的含碱度。
2钢铁冶炼系统的节能现状
我国钢铁冶炼系统节能方面，出现了两类现象。第一是我国在钢铁冶炼系统节能方面，已经取得了明显的成绩，钢铁冶金行业中，积极强调节能减排，全面落实节能减排技术，在钢铁冶炼系统中制定节能指标，科学合理的管控钢铁冶炼系统的运行，强化各项资源的分配和利用，实现能源节约，钢铁冶炼系统中，利用数据参数，反馈节能减排的实际效果，逐步增加了节能建设方面的投资，给与一定程度的资金支持，改善钢铁冶炼系统的节能现状；第二是钢铁冶炼系统中的节能技术，与国外先进的节能技术相比，存在着差距，我国钢铁冶炼系统运行时，节能效果明显，环保方面有待加强，节能环保的共同作用方面，存在欠缺，由此我国还要积极的引进国外的节能环保技术，在钢铁冶炼方面，既要实现节能，又要实现环保，以便取得双向效益，表明钢铁冶炼系统对节能环保的需求。
3钢铁冶炼系统的节能技术
（1）负能炼钢。负能炼钢方法，是指利用转炉，降低钢铁冶炼系统的能源消耗，尽量避免氧气损耗。负能炼钢的过程中，回收了转炉中的煤气与蒸汽，注重供氧强度的提升。供氧强度在转炉的负能炼钢中，较容易受到造渣、炉容比的干扰，所以在转炉期间，要积极提高成渣的速率，辅助提升供氧强度[2]。负能炼钢在节能方面，还要优化配置复吹工艺，便于延长能量回收的时间，提高回收量。负能炼钢在节能方面的应用，引入了计算机控制，通过计算机，提高炼钢的准确性，促使转炉稳定的实现负能炼钢。（2）加热炉技术。加热炉技术，即：蓄热式轧钢加热炉技术，其在钢铁冶炼行业中的应用很广泛，既可以实现余热回收，又可以减少环境污染，在氮氧化合物排放方面，起到高效的抑制作用[3]。蓄热式加热炉技术，其在炉内结构中，温度不会有太大的差距，而且加热炉本身科学技术含量高，降低了维修的频率，起到节约的作用。此类加热炉技术，与普通加热技术相比，燃烧温度得到了很大的提高，增强燃烧的效率，提升了资源的利用效率，表明加热率的节能效果，加热率在工作时，燃烧噪声低，有利于改善钢铁冶炼的环境。（3）干熄焦技术。干熄焦技术在钢铁冶炼系统中，采用的是稀有气体，取代了水资源的应用，实现了水源节能。稀有气体的化学性质稳定，其在钢铁冶炼系统内，不会产生有害物质，原有的湿熄焦技术中，水的参与，很容易发生化学反应，在最终的排放物中出现硫化物、氰化物等，改用稀有气体，不仅是水源节能，而且具有环境保护的作用。稀有气体参与的干熄焦技术，焦炭质量高，提升燃烧的效率，提升燃烧热能的转化率。（4）余热技术。钢铁冶炼系统的烧结余热资源，属于一类可回收的资源。烧结余热已经能够应用到余热方面，充分利用好余热资源，以免资源发生浪费。近几年，我国钢铁冶炼系统中，深入研究烧结余热，致力于应用到钢铁冶炼系统的发电环节中。烧结余热，一直是钢铁冶炼系统节能研究的主要方向，目的是节约冶炼时的电能资源。（5）回收发电。钢铁冶炼系统的节能方面，专门安装了回收装置，如：高炉煤气余压透明发电装置，把高炉炉顶煤气产生的压力，转化成电能，此类回收发电的方法，一方面表明了节能作用，另外一方面降低了冶炼过程中的环境污染，还可以在高炉运行的过程中，稳定炉顶的实际压力。为了提高回收发电的效率，钢铁冶炼系统在高炉煤气余压透明发电装置中，增设了干法除尘装备，强化回收发电。（6）建设能源中心。能源中心是钢铁冶炼系统节能的发展方向，能源中心是钢铁冶炼工业的中心，专门控制冶炼系统中的能源消耗，管理好能源，预防发生浪费[4]。能源中心的建设，强调了钢铁冶炼系统的节能特征，在建设的过程中，还要引入自动化技术，全面的分析钢铁冶炼系统中的能源数据，优化冶炼的生产流程，配合能源中心的数据库技术，预测出钢铁冶炼系统的产能，保证冶炼的最大效益，发挥能源中心的节约效益。
4结束语
钢铁冶炼系统的运行，增加了能耗的支出，而且钢铁冶炼，已经成为社会公认的高消耗项目，根据钢铁冶炼系统的节能现状和出现的问题，科学合理的规划节能技术，促使节能技术能够改善钢铁冶炼系统的运行现状，逐步降低钢铁冶炼系中的能耗，发挥节能技术在钢铁冶炼系统中的作用。
作者:钟斌 单位:华菱衡阳钢管集团有限公司炼钢分厂
参考文献：
[1]黄帆.探讨钢铁冶炼节能技术实践应用[J].建材与装饰,2016(10):186-187.
学习目标是教学的出发点和归宿，是评价学习成效和教学质量的依据。教学目标也称行为目标，它包括两个方面：行为和内容。 既要指出使学生养成的那种行为，又要言明这种行为在其中运用的领域和内容，这样才能明确指出教育的内容是什么。目标决定着教学内容的选择和方法、手段的取舍。“课堂教学”目标设计的适切与有效是完成教学任务的关键。在本节课目标的制定中明显的目标是：（1）了解从铁矿石中将铁还原出来的方法；（2）知道一些常见金属矿物的主要成分；（3）认识工业炼铁的主要原料及设备。根据课本中的“交流讨论”，其中还隐含了一个重要的目标――混合物、纯净物、元素质量之间的计算。所以在导学案的编排中要有意识地出现这类计算。
二、整合教材内容，顺畅教学流程
化学教科书是化学课程资源的核心，在化学教学中处于最基础的地位。化学教师所持的教材观、处理教材的能力、处理教材的方式等，都将直接影响课堂教学的效果。这就意味着，教师过去翻开教材就开始讲，严格按照教材的编排顺序、面面俱到地教学的情况已成过去；新的化学课程改革给化学教师带来的严峻挑战之一，就是真正摆脱“教教材”的模式，思考怎样去依据课标、依托教材，大胆合理地对教材内容在宏观上进行整合和整体设计。在本节的内容整合上，笔者做了一些调整：学生通过讨论如何使Fe2O3变成Fe，得到的结果是两种方法，一种是通过分解反应，在一定条件下，使Fe2O3失去氧元素变为铁；另一种是利用某种物质与Fe2O3中的氧元素结合，主动夺取Fe2O3中的氧元素，使Fe2O3变为铁；他们没有得出用CO来炼铁。此时可以作适当的调整，要求学生自主学习教材中拓展视野的内容，使他们顺理成章地认识用CO还原铁的氧化物得到铁的知识。
三、设计课堂提问，构建高效课堂
问题是探索的起点，思维的开端。只有问题的提出，才有问题的解决；没有问题，也就没有创新。提问是教学过程中教师和学生之间常用的一种相互交流的教学技能，是通过师生相互作用，来检查学习、促进思维、巩固和运用知识、实现教学目标的一种教学行为方式。因此，教师要高效地完成课堂教学任务，就必须注重对课堂提问的研究。所提的问题必须是有价值的、有启发性的、有一定难度的，整个课堂的问题设计必须遵循循序渐进的原则。本节课的特点就是利用问题来进行导学的。如：“现在我们以氧化铁为原料，考虑一下有什么办法使Fe2O3变成Fe？”得出炼铁原理；“1.该实验需要使用一氧化碳，实验前我们应该怎样检查装置的气密性呢？2.实验开始时，我们是先通一氧化碳，还是先加热？3.实验结束时，我们应该先停止通一氧化碳，还是先停止加热？该装置还存在哪些缺陷？”得出装置及装置的改进、实验的操作步骤；“1.工业炼铁的原料有哪些？2.各种原料的作用是什么？3.工业炼铁的产品是什么？”结合视频得出工业炼铁的相关知识。这样可以让学生在较短的时间内掌握实验室炼铁与工业炼铁的相关知识，大大提高了课堂效率。
四、注重教学细节，提高课堂效率
一、前言
制造业物流管理主要包括采购物流、生产物流、销售物流、回收物流、废弃物流等。由于钢铁企业生产周期相当长,从原燃料入库到成品出厂的整个生产组织过程至少在60天以上,故钢铁企业的生产物流管理的优劣将直接影响到产品的交货周期、在制品库存、生产运行成本等企业生产经营的各个方面。因此,在全球钢铁行业产能严重过剩的状况下,随着全球经济一体化的不断深入,钢铁产品的市场竞争日趋激烈,依照钢铁企业供应、生产、销售等固有的业务特点,构筑高效的企业生产物流管理体系,适应市场竞争的需要,就显得格外重要。关于企业生产管理,特别是物流的概念、物流活动的基本构成及物流管理的内容详细介绍。
鉴于钢铁企业的生产是化学加工和物理加工相混合的长流程生产模式,它的生产物流管理具有很强的行业特点,一般论著涉及不多;在管理方式上,它与传统的基于MRP/BOM展开的物流管理策略有很大的不同。故本文将按照钢铁企业物流管理的具体特点,结合宝钢多年的物流管理经验,就钢铁企业的生产物流管理模式作些探讨。
二、钢铁企业生产物流管理要点
2.1钢铁企业的生产运行特点
要了解钢铁企业生产物流管理的要点,首先要搞清楚钢铁企业的生产运行特点。现代大型钢铁联合企业的工厂布置都是按钢铁生产的工艺流程来设置的,一般的生产流程,如图1所示。如图1所示,从工艺流程上看,钢铁企业属于典型的、流程型的生产类型制造企业,因此只有大量大批的生产才能使企业获得较好的经济效益。但随着客户需求的日趋多层次、多样化、个性化,致使对产品的要求已是多品种、小批量,要解决大量大批生产与需求要求多品种、小批量的尖锐矛盾,有必要对钢铁企业的生产过程进行细分。按照钢铁企业各工序的工艺特点和管理特点,可将钢铁企业的生产流程分为两大部分,见图1中的虚框1和虚框2。
虚框1是高炉冶炼区。生产任务是向下道的炼钢工序提供合格的铁水。由于高炉炼铁所固有的工艺特性,并且追求的是高产、稳产和低成本,因此,高炉炼铁是按标准铁水成分生产单一的产品,这一生产过程属于典型的连续的流程型生产类型。虚框2是炼钢、轧钢、成品生产区。合格的钢铁产品包括内在质量(理化性能)和外在质量(表面及外观),内在质量的关键部分是由炼钢工序决定的(化学成分),产品的其他质量属性是在轧钢和再处理工序形成的。因此,要生产满足客户需求的钢铁产品,炼钢及以后的各道工序必须采用按客户订单组织生产的方式,也可部分依对市场需求的预测以存货生产方式组织生产。
2.2钢铁企业生产物流管理要点
介绍了生产类型的概念和分类方法,而通过对钢铁企业生产运行特点的具体分析,可以看出钢铁企业内部存在有不同的、甚至是混合型的生产类型,对于不同的生产工序需要采用不同的管理方式。如图2所示,对于不同的生产工序,其管理对象是不同的,因此,不同工序对应的管理要点、管理项目也不一样。面向生产流程的管理,是生产过程的日常管理,它的管理对象是各种不同的物料,它们可能是散货状的矿石、煤炭;也可能是高温的液体铁水、钢水;或者是单件管理的钢坯、钢板。显然,不同的实物对应不同的运输、加工、仓储方式,它们的计划管理、物流控制的要点也就各不相同,但其管理实质是相同的,即通过生产计划管理和质量管理强化对物流的控制。通过对生产过程的严格管制,从而确保物流的畅通,最大限度地实现各主体生产线的连续一体化作业,获得最大的规模效益。这对于高炉冶炼区域的管理尤为重要。钢铁企业存在的理由就是要能提供满足市场需求的钢铁产品。围绕这一目的,为满足用户需求,换一个角度,从业务的角度来看,企业的主业务流程管理内容与面向生产流程的管理有很大的不同,其要点及管理项目。面向主业务流程的管理,它的管理对象是客户订单、以及对应于订单的实际材料(材料与订单的关系),物流管理的目标就是向客户按时交付产品,满足客户的需求。因此,按客户订单生产的经营思想在炼钢工序就要充分体现。综合图2和图3也可以看出,面向生产流程的物流管理与面向主业务流程的物流管理,其交叉点是从炼钢工序开始的按客户订单生产(或部分产品依对客户需求的预测进行生产)。
三、钢铁企业生产物流管理的关键问题
由上述分析知道,可以将钢铁企业生产物流的管理模式分为两种类型,即一种是以高炉炼铁区域的面向生产流程的物流管理;另一种是从炼钢开始到成品发货为止的面向订单的物流管理,它采用面向生产流程与主业务流程相结合的物流管理模式。由于在流程的不同环节,其管理对象不同,致使管理的要点和管理项目也不完全相同,这也就决定了在钢铁企业生产物流管理中,需要采用不同的管理策略和方法。
3.1高炉炼铁区域:面向生产流程的物流管理该生产区域连续一贯性的生产特点、管理对象、管理要点和管理项目,决定了其物流管理的本质是实施对物流的严格控制。由于高炉炼铁是采用按标准铁水成分法生产单一产品的生产方式,因此,该区域的物流管理需重点解决的问题有以下2个方面。
(1)矿石及煤炭配比优化技术、全球的优质铁矿石主要分布在澳大利亚和巴西等地,为实现高炉炼铁的高产、稳产和低成本,象日本的新日铁、韩国的浦项和我国的宝钢以及台湾省中钢等,都采用不同地区、不同品种的铁矿石进行生产。低成本及稳定优质的铁水取决于铁矿石的质量、价格及配比结构,同时,矿石的配比还受高炉的寿命、操作条件等限制。因此经济合理的矿石配比成为高炉炼铁的一项核心技术(简称“配矿技术”)。同样,煤炭配比优化技术(简称“配煤技术”)也具有同等重要作用。各钢铁企业根据自身的生产实践经验,在不同时期,依全球的矿石和煤炭的资源供应、运输等条件的变化来调整和优化配矿和配煤方案,一般多采用专家智能分析与支持系统。配矿、配煤方案是钢铁企业编制原燃料采购清单的重要依据,是形成采购供应方案的基础。由于矿石、煤炭等是钢铁生产的主要原料,因此对这一类的物料供应需要进行战略性规划,要与供应商建立长期合作关系,以构筑相对稳定的物流管理。
(2)原料输入、输出及料场的优化。原料的输入、输出管理是对配煤、配矿方案实施的过程管理。原料的输出系统是企业内部的运输系统,依散货的特点,一般都采用皮带运输,管理的重点是从不同的料场所输出原料的配比与批次。输入有水运和陆运两种方式,对于主要依靠进口原料生产的企业,如新日铁、浦项、宝钢以及台湾省中钢等,平衡船舶、码头和港机的能力是物流管理的一项重要内容。因此,结合企业内料场的分布和存量,上述企业都不同程度地建有料场智能化管理系统和输入、输出系统决策支持模型。
3.2炼钢、轧钢、成品区域:面向生产流程与主业务流程相结合的物流管理该区域的生产特点是实施连续化的大生产,在满足用户需求的同时,最大限度地发挥生产能力,取得企业效益最大化。大规模定制是这个区域生产组织的基本思想,因此钢铁企业在炼钢—轧钢区域的生产必须采用内部主业务流程与生产流程相结合的物流管理模式,其管理模型如图4所示。为构筑高效的钢铁企业内部物流管理,如图4所示,需要解决的关键问题如下。(1)需求管理功能①需求预测模块:管理和预测客户需求、规划战略性客户等;②销售计划模块:价格管理、销售计划、产品组合优化、利润预测等。(2)订单谈判及签订功能包括客户询单/订单管理、动态产能管理、交货期应答及承诺等。(3)订单排程功能包括订单优化组批模块、订单优化排序模块、材料匹配模块、动态产能优化模块等。(4)生产制造控制①连铸—热轧一体化计划:关键是制订炼钢的出钢、精炼、浇铸及热轧轧制一体化生产的“火车时刻表”,并使物流按“时刻表”移动;②材料的组批生产:在炼钢及以后各工序的生产中,材料是按客户订单进行加工的,为增加加工批量,需要对材料进行组批生产,以取得最大的经济效益。(5)成品发货管理根据储存和运输的能力以及客户订单的交货期、运输方式、产品交付地点等,对发货成品进行优化组批,建立成品的物流运输模型,实现经济批量运输。
3.3其他
(1)铁水调度优化在钢铁企业的生产流程中,如图1中虚框1与虚框2所示,其交接点是高温的液态铁水,高温物流的特点是连续的不可间断性。为确保炼钢的正常生产,铁水的优化调度和铁钢的优化对应非常重要。
(2)实时的物流跟踪技术钢铁企业生产的另一个特点是大规模的物流,物流的信息量非常庞大,必须依靠现代的信息技术才能支持高速的物流,实现信息流与物流的同步。因此,建立制造执行系统(MES)是实现钢铁企业内部高效物流管理的基础。
(3)生产事故应急处理钢铁企业在日常生产中,总会出现各种各样的事故,对应各种事故要有应急对策,依长期实践经验建立企业的专家决策支持应急处理系统。
四、结语
钢铁企业生产物流管理系统是一个复杂的系统,衡量生产物流管理是否高效,关键看能否充分适应包括外部市场的要求。各企业依其所处的内外部环境构筑各自的物流管理体系,针对不同的管理要点和所需解决的问题,选择不同的物流管理解决方案。从我国宝钢等部分钢铁企业的成功经验也可以看出,依据钢铁企业生产运行的特点和管理要点,设计完善的生产物流管理体系,并借助于信息技术,实现物流、信息流、资金流的同步,这对于改造传统企业、提高传统制造业的市场竞争力具有非常重要的意义。
