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冶金物理化学的发展历程分析

摘要:结合国内几所高校冶金物理化学学科的具体实例,综述了国内外冶金物理化学学科的发展历程,阐述了冶金物理化学学科的发展对山西冶金工业的发展起到的重要指导作用。

关键词:冶金物理化学;发展历程;冶金工业;山西

冶金工业为人类提供资源和材料,是国民经济建设的基础,与一个国家的经济发展息息相关。我国一直十分重视冶金工业的发展,国家领导人多次倡导“发展冶金”,充分肯定了冶金工业在我国国民经济中的战略地位和重要作用。改革开放以来,我国的冶金工业发展迅速,1993年的钢铁产量跃居到世界第二位,首次超过了日本;1994年产量继续增长。目前钢产量为世界第二位,铁产量为世界第一位。同时,山西冶金工业也步入了新的发展时期,不断扩大产业规模,迅速提高生产能力,成为了山西经济发展的支柱产业之一。但是,山西的冶金产品结构和质量都存在不少问题,诸如生产技术水平低、资源利用效率低、产业发展的整体市场竞争能力不足,尤其是生态破坏与环境污染严重等问题相当突出。解决上述所有问题,都需冶金物理化学的研究提供科学依据。因此,结合山西冶金科技和生产的需要,研究我国冶金物理化学的发展战略具有重要的意义。

1国外冶金物理化学的发展历程

20世纪物理化学的概念开始应用到炼铁和炼钢方法上,并出现了专门研究冶金化学反应的“冶金过程物理化学”。1925年英国法拉第学会的炼钢物理化学会议,标志着人们开始应用物理化学,特别是用热力学原理及研究方法分析论证冶金过程。Schenck于1932年出版了《钢铁冶金物理化学导论》专著,是世界上第一部冶金物理化学专著,奠定了冶金物理化学的学科基础,使冶金物理化学成为一门独立的基础学科[1]。20世纪40年代后,冶金物理化学在钢铁冶金、有色冶金、真空冶金及半导体冶金等领域迅速发展,在冶金工业中得到了广泛的应用,对促进冶金工业的发展、提高冶金产品质量、增加品种、探索冶金新流程和新工艺、发展冶金新技术等方面起了极为重要的作用,使冶金物理化学发展成为一门成熟的学科[2]。1948年法拉第协会在英国伦敦召开了第一届国际冶金物化学术会议后,冶金物理化学进入朝气蓬勃发展的新阶段。1974年在西德召开的国际炼钢学术会议上,西德马普钢铁研究所所长Engell把“高炉动态动力学模型、钢铁中含硫形态的控制和固体电解质快速定氧电池”誉为冶金上的三大发明,标志着冶金物理化学的发展进入深入阶段。

2国内冶金物理化学的发展历程

中国的冶金物理化学起始于20世纪50年代,1956年北京钢铁学院成立了中国第一个冶金物理化学专业,魏寿昆是创始人之一。20世纪60年代,我国冶金物理化学的发展,基本上承袭了原苏联的培养模式与体系,这种教育模式一直延续到改革开放初期。20世纪70年代,出现了冶金上三大发明。20世纪80年代,科学技术迅速发展,新技术向冶金物理化学渗透,如低能核物理(金属离子束注入表面改性物化研究)、等离子体物理(等离子作用下冶金反应物化规律)、遗传工程(生物冶金基础研究)、激光技术(激光热处理相变规律的物化本质)、超声技术(超声波净化钢液,去除夹杂物机理研究)等,而计算机在冶金物理化学中的应用已成为冶金物理化学的重要领域[3]。冶金物理化学的发展需与我国冶金工业的发展相适应,从而去指导生产实践。然而,冶金物理化学的发展又必须高于或超于冶金生产,只有这样才能为冶金生产发展的未来储备技术。以下简要介绍国内几所代表性院校的冶金物理化学学科发展情况。(1)北京科技大学:1956年魏寿昆等人在物理化学系创建了第一个冶金物理化学专业,同年开始招收本科生、研究生,学制五年半。1960年冶金物理化学专业归属冶金系;1963年冶金物理化学专业重新调回物理化学系。在魏寿昆教授的带领下,冶金物理化学专业成立了偏重冶金物理化学理论研究的物理化学系冶金物理化学课程组和偏重应用研究的冶金系冶金原理课程组。1981年,经国务院批准,冶金物理化学专业成为首批博士、硕士学位授予专业;1987年冶金物理化学专业被评为全国唯一的冶金物理化学重点学科。专业主攻方向:冶金热力学及冶金动力学。魏寿昆在冶金热力学方面造诣较深,他的科研团队先后进行过钢铁脱硫、钢液脱磷、活度理论、选择性氧化、固体电解质电池定氧和冶金热力学在中国特有矿产综合提取金属中的应用等研究,取得了重要成果,并获得多项国家奖项。(2)中南大学:1959年,以陈新民为代表,在中南矿冶学院理学系组建冶金物理化学专业并担任教研室主任。1960年开始正式招收冶金物理化学专业本科生、研究生;1963年,冶金物理化学专业转入选冶系;在1971年底,选冶系撤销,恢复有色冶金系后,冶金物理化学专业归入有色金属冶金系;1979年,冶金物理化学专业转入化学系;1981年,经国务院批准,冶金物理化学专业成为首批博士、硕士学位授予专业;1994年设立博士后科研流动站;1994年,冶金物理化学教研室从化学系分出组建校直属研究所———冶金物理化学与化学新材料研究所;1999年,冶金物理化学与化学新材料研究所并入冶金科学与工程系;冶金物理化学专业本科生招生到1998级,从1999年起本科专业按冶金工程一级学科招生;2000年被评为湖南省重点学科;2006年再次被评定为湖南省重点学科[4]。专业主攻方向:有色金属资源高效分离与综合利用、新型化学电源与新能源材料等具有特色优势的研究方向。陈新民教授的科研团队研究了“金属—氧系热力学和动力学”“高温熔体物理化学性质”等课题,这些研究成果为中国有色金属的开发和综合利用提供了理论依据。(3)东北工学院:1958年9月,理学系设金属物理化学专业,同年开始招生,1959年学制改为五年半。1961年5月,由物理化学、冶金原理、普通化学教研室调出部分教师,正式成立冶金物理化学教研室。1963年6月,由王常珍等人共同制定统一的教学计划,确定专业名称为冶金物理化学,属于理工结合型的专业。1970年,理学系撤销后,划归有色系领导。1986年,经国务院批准,冶金物理化学专业成为第三批博士、硕士学位授予专业。专业主攻方向:研究材料及冶金生产过程中的物理化学规律及其应用,为国家培养冶金及材料(包括钢铁、有色金属及铁合金)生产过程中从事基础研究和应用研究及技术开发的科学技术人才。从这些高校的冶金物理化学专业发展的历程来看,冶金物理化学专业的成立与发展,为我国冶金工业输送了大批优秀的科研人员,为我国冶金工业的快速发展奠定了良好的基础。

3冶金物理化学对山西冶金工业的影响

冶金物理化学是冶金学科的基础,在发展冶金新技术、探索冶金新流程等方面起着重要的指导作用,它使冶金从一种“技艺”转变为一种“科学”。冶金物理化学对开拓新的冶金工业技术具有重要的科学指导作用。山西冶金工业的发展受资源、能源及冶金工业技术的影响,主要表现在两个方面:一方面,山西冶金工业受国际铁矿石原料价格的影响,使山西冶金工业的效益与国际铁矿石原料的价格出现反比趋势。2006年第一季度,山西钢产量完成332.5万t,同比增长18.6%,增速比2005年同期回落20.7个百分点,比2005年年底回落0.3个百分点[5]。2006年1—2月份,山西冶金行业实现销售收入179.9亿元,同比增长34.9%,实现利润9.7亿元,同比下降1.7%,经济效益也出现回落态势[6]。出现经济效益下滑的主要原因是矿产资源的综合开发利用程度低,资源浪费严重。另一方面,由于山西冶金工业技术落后,自然环境受到了冶金工业发展的巨大影响,如废气、废渣、废水的大量排放以及采矿造成的地质地貌破坏等消极影响。面对山西经济效益的下降和环境破坏严重的问题,山西冶金工业必须要做出相应的应对措施。山西的冶金工业要可持续发展,采取的唯一办法就是利用新技术减少冶金工业发展的负面影响。采用新兴节能降耗技术,减少资源浪费,提高矿产资源的综合开发利用率,主要体现在COREX熔融还原炼铁技术、高炉喷煤技术、电炉废钢预热技术等节能降耗技术的应用;采用重大环保技术,综合控制冶金生产活动的全过程及其对生态环境的影响,有效协调生产与环境之间的关系,达到既发展生产又创造良好环境的双赢目的。冶金工业技术的发展,能使冶金产品从普通钢材向优质钢乃至高级洁净钢方向发展,能克服能源和资源危机及环境污染等问题,这些新技术都需要冶金物理化学提供科学依据,进而为我国现代钢铁业的发展奠定深厚的理论基础。

4结语

冶金物理化学在认识冶金过程本质、发展冶金新技术、探索冶金新流程等方面发挥了重要的科学指导作用。20世纪90年代冶金物理化学的发展,在理论上,向深层次和综合性发展;在应用上,加强了对冶金过程和材料合成加工过程的科学指导。学科的创建与发展是一个长期的、具有创新的过程。“冶金物理化学”学科在中国现代从无到有、从弱到强的发展历程中,培育出了众多优秀的科研团队,为中国的冶金工业发展做出了巨大贡献,对山西冶金工业的可持续发展起到了重要的指导作用。

参考文献

[1]魏寿昆,李文超,张玉清,等.冶金物理化学发展趋势及优先研究方向[J].中国科学基金,1992(4):11-17.

[2]国家自然科学基金委员会.冶金与矿业科学[M].北京:科学出版社,1997.

[3]魏寿昆,李文超,徐采栋,等.冶金物化学科的发展设想[J].钢铁,1992(5):62-64;27.

[4]李劼,滕明琣.中南大学冶金工程学科发展史[M].长沙:中南大学出版社,2012.

[5]王俭平.山西冶金工业的影响因素及发展策略研究[J].沧桑,2006(5):45-46.

[6]山西省冶金行业受原料价格影响效益下滑[EB/OL].[2017-09-26].

作者:孙瑞鸿 单位:山西大学科学技术史研究中心

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