冶金物理化學(xué)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(xué)學(xué)科的具體實(shí)例，綜述了國內(nèi)外冶金物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷程，闡述了冶金物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展對山西冶金工業(yè)的發(fā)展起到的重要指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：冶金物理化學(xué)；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(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)，與一個國家的經(jīng)濟(jì)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(dǎo)人多次倡導(dǎo)“發(fā)展冶金”，充分肯定了冶金工業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)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(kuò)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(jì)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(yán)重等問題相當(dāng)突出。解決上述所有問題，都需冶金物理化學(xué)的研究提供科學(xué)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(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的意義。

1國外冶金物理化學(xué)的發(fā)展歷程

20世紀(jì)物理化學(xué)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(xué)反應(yīng)的“冶金過程物理化學(xué)”。1925年英國法拉第學(xué)會的煉鋼物理化學(xué)會議，標(biāo)志著人們開始應(yīng)用物理化學(xué)，特別是用熱力學(xué)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(xué)導(dǎo)論》專著，是世界上第一部冶金物理化學(xué)專著，奠定了冶金物理化學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)，使冶金物理化學(xué)成為一門獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)科［1］。20世紀(jì)40年代后，冶金物理化學(xué)在鋼鐵冶金、有色冶金、真空冶金及半導(dǎo)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(jìn)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(xué)發(fā)展成為一門成熟的學(xué)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(xué)術(shù)會議后，冶金物理化學(xué)進(jìn)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(xué)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(xué)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(yù)為冶金上的三大發(fā)明，標(biāo)志著冶金物理化學(xué)的發(fā)展進(jìn)入深入階段。

2國內(nèi)冶金物理化學(xué)的發(fā)展歷程

中國的冶金物理化學(xué)起始于20世紀(jì)50年代，1956年北京鋼鐵學(xué)院成立了中國第一個冶金物理化學(xué)專業(yè)，魏壽昆是創(chuàng)始人之一。20世紀(jì)60年代，我國冶金物理化學(xué)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(jì)70年代，出現(xiàn)了冶金上三大發(fā)明。20世紀(jì)80年代，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，新技術(shù)向冶金物理化學(xué)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(jī)理研究）等，而計(jì)算機(jī)在冶金物理化學(xué)中的應(yīng)用已成為冶金物理化學(xué)的重要領(lǐng)域［3］。冶金物理化學(xué)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(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。然而，冶金物理化學(xué)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(xué)學(xué)科發(fā)展情況。（1）北京科技大學(xué)：1956年魏壽昆等人在物理化學(xué)系創(chuàng)建了第一個冶金物理化學(xué)專業(yè)，同年開始招收本科生、研究生，學(xué)制五年半。1960年冶金物理化學(xué)專業(yè)歸屬冶金系；1963年冶金物理化學(xué)專業(yè)重新調(diào)回物理化學(xué)系。在魏壽昆教授的帶領(lǐng)下，冶金物理化學(xué)專業(yè)成立了偏重冶金物理化學(xué)理論研究的物理化學(xué)系冶金物理化學(xué)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(zhǔn)，冶金物理化學(xué)專業(yè)成為首批博士、碩士學(xué)位授予專業(yè)；1987年冶金物理化學(xué)專業(yè)被評為全國唯一的冶金物理化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科。專業(yè)主攻方向：冶金熱力學(xué)及冶金動力學(xué)。魏壽昆在冶金熱力學(xué)方面造詣較深，他的科研團(tuán)隊(duì)先后進(jìn)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(xué)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(xiàng)國家獎項(xiàng)。（2）中南大學(xué)：1959年，以陳新民為代表，在中南礦冶學(xué)院理學(xué)系組建冶金物理化學(xué)專業(yè)并擔(dān)任教研室主任。1960年開始正式招收冶金物理化學(xué)專業(yè)本科生、研究生；1963年，冶金物理化學(xué)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(xué)專業(yè)歸入有色金屬冶金系；1979年，冶金物理化學(xué)專業(yè)轉(zhuǎn)入化學(xué)系；1981年，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，冶金物理化學(xué)專業(yè)成為首批博士、碩士學(xué)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(xué)教研室從化學(xué)系分出組建校直屬研究所———冶金物理化學(xué)與化學(xué)新材料研究所；1999年，冶金物理化學(xué)與化學(xué)新材料研究所并入冶金科學(xué)與工程系；冶金物理化學(xué)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(xué)科招生；2000年被評為湖南省重點(diǎn)學(xué)科；2006年再次被評定為湖南省重點(diǎn)學(xué)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(xué)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(tuán)隊(duì)研究了“金屬—氧系熱力學(xué)和動力學(xué)”“高溫熔體物理化學(xué)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(xué)院：1958年9月，理學(xué)系設(shè)金屬物理化學(xué)專業(yè)，同年開始招生，1959年學(xué)制改為五年半。1961年5月，由物理化學(xué)、冶金原理、普通化學(xué)教研室調(diào)出部分教師，正式成立冶金物理化學(xué)教研室。1963年6月，由王常珍等人共同制定統(tǒng)一的教學(xué)計(jì)劃，確定專業(yè)名稱為冶金物理化學(xué)，屬于理工結(jié)合型的專業(yè)。1970年，理學(xué)系撤銷后，劃歸有色系領(lǐng)導(dǎo)。1986年，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，冶金物理化學(xué)專業(yè)成為第三批博士、碩士學(xué)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(xué)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(xué)技術(shù)人才。從這些高校的冶金物理化學(xué)專業(yè)發(fā)展的歷程來看，冶金物理化學(xué)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(xué)對山西冶金工業(yè)的影響

冶金物理化學(xué)是冶金學(xué)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(dǎo)作用，它使冶金從一種“技藝”轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“科學(xué)”。冶金物理化學(xué)對開拓新的冶金工業(yè)技術(shù)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)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(diǎn)，比2005年年底回落0.3個百分點(diǎn)［5］。2006年1—2月份，山西冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入179.9億元，同比增長34.9%，實(shí)現(xiàn)利潤9.7億元，同比下降1.7%，經(jīng)濟(jì)效益也出現(xiàn)回落態(tài)勢［6］。出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(fèi)嚴(yán)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(jì)效益的下降和環(huán)境破壞嚴(yán)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(fù)面影響。采用新興節(jié)能降耗技術(shù)，減少資源浪費(fèi)，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(dá)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(jī)及環(huán)境污染等問題，這些新技術(shù)都需要冶金物理化學(xué)提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)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(xué)在認(rèn)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(xué)指導(dǎo)作用。20世紀(jì)90年代冶金物理化學(xué)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(qiáng)了對冶金過程和材料合成加工過程的科學(xué)指導(dǎo)。學(xué)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(xué)”學(xué)科在中國現(xiàn)代從無到有、從弱到強(qiáng)的發(fā)展歷程中，培育出了眾多優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)，為中國的冶金工業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，對山西冶金工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了重要的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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

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［3］魏壽昆，李文超，徐采棟，等.冶金物化學(xué)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(xué)冶金工程學(xué)科發(fā)展史［M］.長沙：中南大學(xué)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(xué)科學(xué)技術(shù)史研究中心