冶金物理化學的發(fā)展歷程分析

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摘要：結(jié)合國內(nèi)幾所高校冶金物理化學學科的具體實例，綜述了國內(nèi)外冶金物理化學學科的發(fā)展歷程，闡述了冶金物理化學學科的發(fā)展對山西冶金工業(yè)的發(fā)展起到的重要指導作用。

關(guān)鍵詞：冶金物理化學；發(fā)展歷程；冶金工業(yè)；山西

冶金工業(yè)為人類提供資源和材料，是國民經(jīng)濟建設(shè)的基礎(chǔ)，與一個國家的經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)。我國一直十分重視冶金工業(yè)的發(fā)展，國家領(lǐng)導人多次倡導“發(fā)展冶金”，充分肯定了冶金工業(yè)在我國國民經(jīng)濟中的戰(zhàn)略地位和重要作用。改革開放以來，我國的冶金工業(yè)發(fā)展迅速，1993年的鋼鐵產(chǎn)量躍居到世界第二位，首次超過了日本；1994年產(chǎn)量繼續(xù)增長。目前鋼產(chǎn)量為世界第二位，鐵產(chǎn)量為世界第一位。同時，山西冶金工業(yè)也步入了新的發(fā)展時期，不斷擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，迅速提高生產(chǎn)能力，成為了山西經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是，山西的冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量都存在不少問題，諸如生產(chǎn)技術(shù)水平低、資源利用效率低、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體市場競爭能力不足，尤其是生態(tài)破壞與環(huán)境污染嚴重等問題相當突出。解決上述所有問題，都需冶金物理化學的研究提供科學依據(jù)。因此，結(jié)合山西冶金科技和生產(chǎn)的需要，研究我國冶金物理化學的發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。

1國外冶金物理化學的發(fā)展歷程

20世紀物理化學的概念開始應(yīng)用到煉鐵和煉鋼方法上，并出現(xiàn)了專門研究冶金化學反應(yīng)的“冶金過程物理化學”。1925年英國法拉第學會的煉鋼物理化學會議，標志著人們開始應(yīng)用物理化學，特別是用熱力學原理及研究方法分析論證冶金過程。Schenck于1932年出版了《鋼鐵冶金物理化學導論》專著，是世界上第一部冶金物理化學專著，奠定了冶金物理化學的學科基礎(chǔ)，使冶金物理化學成為一門獨立的基礎(chǔ)學科［1］。20世紀40年代后，冶金物理化學在鋼鐵冶金、有色冶金、真空冶金及半導體冶金等領(lǐng)域迅速發(fā)展，在冶金工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，對促進冶金工業(yè)的發(fā)展、提高冶金產(chǎn)品質(zhì)量、增加品種、探索冶金新流程和新工藝、發(fā)展冶金新技術(shù)等方面起了極為重要的作用，使冶金物理化學發(fā)展成為一門成熟的學科［2］。1948年法拉第協(xié)會在英國倫敦召開了第一屆國際冶金物化學術(shù)會議后，冶金物理化學進入朝氣蓬勃發(fā)展的新階段。1974年在西德召開的國際煉鋼學術(shù)會議上，西德馬普鋼鐵研究所所長Engell把“高爐動態(tài)動力學模型、鋼鐵中含硫形態(tài)的控制和固體電解質(zhì)快速定氧電池”譽為冶金上的三大發(fā)明，標志著冶金物理化學的發(fā)展進入深入階段。

2國內(nèi)冶金物理化學的發(fā)展歷程

中國的冶金物理化學起始于20世紀50年代，1956年北京鋼鐵學院成立了中國第一個冶金物理化學專業(yè)，魏壽昆是創(chuàng)始人之一。20世紀60年代，我國冶金物理化學的發(fā)展，基本上承襲了原蘇聯(lián)的培養(yǎng)模式與體系，這種教育模式一直延續(xù)到改革開放初期。20世紀70年代，出現(xiàn)了冶金上三大發(fā)明。20世紀80年代，科學技術(shù)迅速發(fā)展，新技術(shù)向冶金物理化學滲透，如低能核物理（金屬離子束注入表面改性物化研究）、等離子體物理（等離子作用下冶金反應(yīng)物化規(guī)律）、遺傳工程（生物冶金基礎(chǔ)研究）、激光技術(shù)（激光熱處理相變規(guī)律的物化本質(zhì)）、超聲技術(shù)（超聲波凈化鋼液，去除夾雜物機理研究）等，而計算機在冶金物理化學中的應(yīng)用已成為冶金物理化學的重要領(lǐng)域［3］。冶金物理化學的發(fā)展需與我國冶金工業(yè)的發(fā)展相適應(yīng)，從而去指導生產(chǎn)實踐。然而，冶金物理化學的發(fā)展又必須高于或超于冶金生產(chǎn)，只有這樣才能為冶金生產(chǎn)發(fā)展的未來儲備技術(shù)。以下簡要介紹國內(nèi)幾所代表性院校的冶金物理化學學科發(fā)展情況。（1）北京科技大學：1956年魏壽昆等人在物理化學系創(chuàng)建了第一個冶金物理化學專業(yè)，同年開始招收本科生、研究生，學制五年半。1960年冶金物理化學專業(yè)歸屬冶金系；1963年冶金物理化學專業(yè)重新調(diào)回物理化學系。在魏壽昆教授的帶領(lǐng)下，冶金物理化學專業(yè)成立了偏重冶金物理化學理論研究的物理化學系冶金物理化學課程組和偏重應(yīng)用研究的冶金系冶金原理課程組。1981年，經(jīng)國務(wù)院批準，冶金物理化學專業(yè)成為首批博士、碩士學位授予專業(yè)；1987年冶金物理化學專業(yè)被評為全國唯一的冶金物理化學重點學科。專業(yè)主攻方向：冶金熱力學及冶金動力學。魏壽昆在冶金熱力學方面造詣較深，他的科研團隊先后進行過鋼鐵脫硫、鋼液脫磷、活度理論、選擇性氧化、固體電解質(zhì)電池定氧和冶金熱力學在中國特有礦產(chǎn)綜合提取金屬中的應(yīng)用等研究，取得了重要成果，并獲得多項國家獎項。（2）中南大學：1959年，以陳新民為代表，在中南礦冶學院理學系組建冶金物理化學專業(yè)并擔任教研室主任。1960年開始正式招收冶金物理化學專業(yè)本科生、研究生；1963年，冶金物理化學專業(yè)轉(zhuǎn)入選冶系；在1971年底，選冶系撤銷，恢復(fù)有色冶金系后，冶金物理化學專業(yè)歸入有色金屬冶金系；1979年，冶金物理化學專業(yè)轉(zhuǎn)入化學系；1981年，經(jīng)國務(wù)院批準，冶金物理化學專業(yè)成為首批博士、碩士學位授予專業(yè)；1994年設(shè)立博士后科研流動站；1994年，冶金物理化學教研室從化學系分出組建校直屬研究所———冶金物理化學與化學新材料研究所；1999年，冶金物理化學與化學新材料研究所并入冶金科學與工程系；冶金物理化學專業(yè)本科生招生到1998級，從1999年起本科專業(yè)按冶金工程一級學科招生；2000年被評為湖南省重點學科；2006年再次被評定為湖南省重點學科［4］。專業(yè)主攻方向：有色金屬資源高效分離與綜合利用、新型化學電源與新能源材料等具有特色優(yōu)勢的研究方向。陳新民教授的科研團隊研究了“金屬—氧系熱力學和動力學”“高溫熔體物理化學性質(zhì)”等課題，這些研究成果為中國有色金屬的開發(fā)和綜合利用提供了理論依據(jù)。（3）東北工學院：1958年9月，理學系設(shè)金屬物理化學專業(yè)，同年開始招生，1959年學制改為五年半。1961年5月，由物理化學、冶金原理、普通化學教研室調(diào)出部分教師，正式成立冶金物理化學教研室。1963年6月，由王常珍等人共同制定統(tǒng)一的教學計劃，確定專業(yè)名稱為冶金物理化學，屬于理工結(jié)合型的專業(yè)。1970年，理學系撤銷后，劃歸有色系領(lǐng)導。1986年，經(jīng)國務(wù)院批準，冶金物理化學專業(yè)成為第三批博士、碩士學位授予專業(yè)。專業(yè)主攻方向：研究材料及冶金生產(chǎn)過程中的物理化學規(guī)律及其應(yīng)用，為國家培養(yǎng)冶金及材料（包括鋼鐵、有色金屬及鐵合金）生產(chǎn)過程中從事基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究及技術(shù)開發(fā)的科學技術(shù)人才。從這些高校的冶金物理化學專業(yè)發(fā)展的歷程來看，冶金物理化學專業(yè)的成立與發(fā)展，為我國冶金工業(yè)輸送了大批優(yōu)秀的科研人員，為我國冶金工業(yè)的快速發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

3冶金物理化學對山西冶金工業(yè)的影響

冶金物理化學是冶金學科的基礎(chǔ)，在發(fā)展冶金新技術(shù)、探索冶金新流程等方面起著重要的指導作用，它使冶金從一種“技藝”轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“科學”。冶金物理化學對開拓新的冶金工業(yè)技術(shù)具有重要的科學指導作用。山西冶金工業(yè)的發(fā)展受資源、能源及冶金工業(yè)技術(shù)的影響，主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，山西冶金工業(yè)受國際鐵礦石原料價格的影響，使山西冶金工業(yè)的效益與國際鐵礦石原料的價格出現(xiàn)反比趨勢。2006年第一季度，山西鋼產(chǎn)量完成332.5萬t，同比增長18.6%，增速比2005年同期回落20.7個百分點，比2005年年底回落0.3個百分點［5］。2006年1—2月份，山西冶金行業(yè)實現(xiàn)銷售收入179.9億元，同比增長34.9%，實現(xiàn)利潤9.7億元，同比下降1.7%，經(jīng)濟效益也出現(xiàn)回落態(tài)勢［6］。出現(xiàn)經(jīng)濟效益下滑的主要原因是礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用程度低，資源浪費嚴重。另一方面，由于山西冶金工業(yè)技術(shù)落后，自然環(huán)境受到了冶金工業(yè)發(fā)展的巨大影響，如廢氣、廢渣、廢水的大量排放以及采礦造成的地質(zhì)地貌破壞等消極影響。面對山西經(jīng)濟效益的下降和環(huán)境破壞嚴重的問題，山西冶金工業(yè)必須要做出相應(yīng)的應(yīng)對措施。山西的冶金工業(yè)要可持續(xù)發(fā)展，采取的唯一辦法就是利用新技術(shù)減少冶金工業(yè)發(fā)展的負面影響。采用新興節(jié)能降耗技術(shù)，減少資源浪費，提高礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用率，主要體現(xiàn)在COREX熔融還原煉鐵技術(shù)、高爐噴煤技術(shù)、電爐廢鋼預(yù)熱技術(shù)等節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用；采用重大環(huán)保技術(shù)，綜合控制冶金生產(chǎn)活動的全過程及其對生態(tài)環(huán)境的影響，有效協(xié)調(diào)生產(chǎn)與環(huán)境之間的關(guān)系，達到既發(fā)展生產(chǎn)又創(chuàng)造良好環(huán)境的雙贏目的。冶金工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，能使冶金產(chǎn)品從普通鋼材向優(yōu)質(zhì)鋼乃至高級潔凈鋼方向發(fā)展，能克服能源和資源危機及環(huán)境污染等問題，這些新技術(shù)都需要冶金物理化學提供科學依據(jù)，進而為我國現(xiàn)代鋼鐵業(yè)的發(fā)展奠定深厚的理論基礎(chǔ)。

4結(jié)語

冶金物理化學在認識冶金過程本質(zhì)、發(fā)展冶金新技術(shù)、探索冶金新流程等方面發(fā)揮了重要的科學指導作用。20世紀90年代冶金物理化學的發(fā)展，在理論上，向深層次和綜合性發(fā)展；在應(yīng)用上，加強了對冶金過程和材料合成加工過程的科學指導。學科的創(chuàng)建與發(fā)展是一個長期的、具有創(chuàng)新的過程?！耙苯鹞锢砘瘜W”學科在中國現(xiàn)代從無到有、從弱到強的發(fā)展歷程中，培育出了眾多優(yōu)秀的科研團隊，為中國的冶金工業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻，對山西冶金工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了重要的指導作用。

參考文獻

［1］魏壽昆，李文超，張玉清，等.冶金物理化學發(fā)展趨勢及優(yōu)先研究方向［J］.中國科學基金，1992（4）：11-17.

［2］國家自然科學基金委員會.冶金與礦業(yè)科學［M］.北京：科學出版社，1997.

［3］魏壽昆，李文超，徐采棟，等.冶金物化學科的發(fā)展設(shè)想［J］.鋼鐵，1992（5）：62-64；27.

［4］李劼，滕明琣.中南大學冶金工程學科發(fā)展史［M］.長沙：中南大學出版社，2012.

［5］王儉平.山西冶金工業(yè)的影響因素及發(fā)展策略研究［J］.滄桑，2006（5）：45-46.

［6］山西省冶金行業(yè)受原料價格影響效益下滑［EB/OL］.［2017-09-26］.

作者:孫瑞鴻 單位:山西大學科學技術(shù)史研究中心