欧盟碳边境调节机制（Carbon Border Adjustment Mechanism,CBAM）正式发布,引起了社会各界广泛而持续的关注。在其覆盖的6大类产品中,钢铁产品因碳排放量高、出口量大,受影响最大,因此,定量分析CBAM可能对中国钢材出口的影响并探讨应对策略极为迫切。2020—2023年,中国钢铁产品出口全球呈现量增价减的趋势,出口目的地主要分布在东盟、南美与欧盟。2023年中国直接出口欧盟的钢铁产品总量同比增长不如预期,表明CBAM或已对中国钢铁出口欧盟产生负面影响。中国钢铁制品有经东南亚间接出口至欧盟的情况,因此,CBAM对中国钢铁出口的综合性影响需同步考虑间接出口。中国钢材出口欧盟的主要目地国为意大利、比利时和德国,2023年,中国对3国出口总量和总额均同比大幅下跌,下降程度远超过钢材出口欧盟整体情况,表明欧盟从中国采购钢铁产品的主要进口国在逐步发生变化。此外,因中国出口德国与法国的钢铁产品单价高,整体出口额稳定,表明高附加值钢铁产品在欧盟具有很强的竞争力。最后,分析了CBAM实施对中国钢铁出口的影响,提出从积极适应碳市场、紧跟国际涉碳政策、持续工艺优化减碳、构建全流程绿色供应链这4个方向开展应对工作,旨在助力中国钢铁行业全面应对国际涉碳贸易壁垒,为行业高质量和可持续发展提供参考和支撑。

钢铁工业在经济社会发展过程中占有十分重要的地位。随着中国钢铁产量的持续增长,钢渣的后续处理问题日益突出。由于钢渣稳定性差、耐磨性高和胶凝性低等问题,钢渣的处理和资源化利用受到限制,大量钢渣被堆放处理,不仅占用土地资源,而且可能对周围环境造成危害。在“绿色可持续发展”和“碳中和”背景下,为满足现代钢企对环保和资源再利用的迫切需求,发展钢渣的处理和资源化利用技术势在必行。综述了钢渣处理技术和资源化利用的研究进展,总结了目前主流的钢渣处理工艺,包括预处理工艺、钢渣改性工艺和湿法处理工艺。详细阐述了不同处理工艺的技术特点、资源回收及产品潜在的应用途径,分析对比了不同处理工艺的技术优势。此外,还讨论分析了钢渣应用于环境修复领域的探索和研究进展,指出了钢渣在该领域的应用潜能和未来的研究方向。中国钢渣资源化利用仍面临着预处理和高质化应用领域拓展技术突破等诸多问题。旨在通过对钢渣处理技术以及资源化利用的综述分析,提出未来钢渣研究在关注显热的充分利用、铁等有价资源回收的同时,更应着重关注和加强钢渣成分和物相演变调控等基础研究。在此基础上,应锚定环境修复、新材料及高值化产品的制备等方向开发新技术,拓展钢渣高质化利用,提高钢渣综合利用率。

在“双碳”目标的推动下,废钢凭借其绿色低碳特性,在全球钢铁产业中的地位日益凸显。提升废钢的循环利用水平,已成为钢铁产业转型升级的关键策略。然而,目前研究多集中于废钢使用对钢铁工业减排的贡献,但对废钢产业的自身发展态势及其生产过程中碳排放问题的研究尚显不足。采用“排放因子法”定量分析了废钢回收加工过程的碳排放水平,综合考虑能源效率、成本效益及环境影响（尤其是碳排放）3方面因素,建立了以企业利润最大化为目标的废钢回收加工过程优化模型,分析了废钢市场价格、碳交易价格、设备能耗和可再生能源应用对企业利润和碳排放量的影响。结果表明,将碳排放指标纳入生产规划时,碳排放量可降低12.23%。随着全国碳交易市场体系的快速建设,废钢企业可通过出售碳排放限额指标来增加利润,而钢铁企业则需要购买额外指标,其中采用短流程炼钢的企业碳交易成本可比长流程企业降低55.6%;增加光伏发电比例可实现较佳碳减排效果,当光伏发电比例增至71.3%时,与当前方案相比可减少碳排放量51.51%,并降低外购电费63.2%。由于废钢企业毛料收购成本占总成本的70%以上,所以市场价格波动对企业利润的影响远大于能耗成本或碳排放收益的增减。当废钢的收购和出售价格同步上升时,废钢企业利润将随着废钢收购价格的增长而增加。研究旨在为废钢企业在“双碳”背景下优化生产计划提供指导,以实现经济效益与环境效益的双赢。

针对热连轧传统冷却模式常见的轧辊温度分布不均、热辊型波动频繁及局部热点等问题,为定量调整轧辊的瞬态温度梯度和在线热辊型,更好地控制产品横向厚差精度,基于在线轧辊的动态热传导特性,沿轧辊横向施加不同强度的冷却水流量,建立热连轧工作辊分段冷却有限差分模型。首先通过接触式测温仪沿工作辊横向快速测温,逆向反算在线温度场对流换热系数,结合实际工况参数,对轧制过程温度场进行模拟,通过模拟结果与现场实测数据的对比,验证了模型的可靠性。随后综合考虑开启水量、带宽、轧制时间等关键因素,深入分析热连轧过程中轧辊温度及热凸度的动态变化规律。结果表明,总冷却水开启比例增加20个百分点后,轧辊温度降低6.5 ℃,热凸度减小32.0 μm;轧制时间减少10 s,轧辊温度降低5.1 ℃,热凸度减小24.3 μm,而宽带钢的热膨胀量均匀性更好。通过对比3种典型的横向分段冷却模式,得出冷却水量横向分布在线调整时,轧辊温度及热凸度随之动态变化,根据工况需求选择合适分段冷却模式,可将整体辊温、横向温差精准调整至设定范围内。为热连轧多机架的分段冷却模式选择及板形板凸度综合优化提供重要依据,并且为设计高效率热轧冷却装置及多工况耦合分段冷却系统奠定理论基础。

钢铁行业中化石能源的消耗加剧了对环境的压力,铁前工序是整个钢铁行业节能减排的重要环节,在中国“碳达峰”和“碳中和”的目标下,寻求和使用可代替化石能源的绿色可再生能源是钢铁工业发展的必经之路。生物质作为绿色的碳中性资源,具有分布广泛、低污染性和可再生等特点。生物质能源应用于炼铁生产可以有力地发挥出其节能减排的作用,对钢铁行业碳消耗具有重要意义。在讨论生物质资源分布、预处理方式、生物质利用方法以及生物质能理化性质的基础上,系统论述了天然生物质、生物质炭和生物质衍生物在直接还原铁、高炉喷吹、生物质焦炭、生物质球团、生物质烧结等方面的研究现状。首先,生物质可作为反应物直接添加到球团中进行生物质铁矿球团的还原,也可利用生物质热解气化产生的合成气对铁矿石进行还原。其次,未来可进一步改进生物质的处理手段来优化生物质烧结矿和生物质球团矿的质量,通过改善原料粒度和原料配比等来优化生物质用于高炉喷吹或现有炉料制备工艺。基于生物质自身的理化特性,其作为铁前工序能源应用时还需要进一步开展相关基础性研究工作,针对大型高炉开发的生物质复合造块铁矿原料的破碎强度和冶金性能需要进一步探索,同时,加强行业间合作开发出高强度、高反应性的符合高炉生产的生物质复合炉料是未来的研究方向之一。

烧结烟气循环技术已经成为烧结机提高产量、降低CO、减少漏风、降低固体燃耗的重要技术措施。在钢铁工业减污降碳政策驱动下,提高烟气循环率可进一步强化污染物减排和余热利用效果。因此,烧结烟气高比例循环是未来技术发展的重要趋势。系统总结了国内外烟气循环技术发展历程及应用现状,认为烧结烟气循环技术已基本完善,主流技术路线应为高低温烟气组合的烟气内循环方案,根据烧结生产需求不同,在风箱选取数量、位置和布风方案上略有差异。此外,在工艺优化方面,随着烟气循环率提高,应重点关注循环烟气氧气体积分数降低、水体积分数升高和风量热量平衡等问题;在技术应用过程中,应重点关注取气可靠性、管道积灰、风机匹配性、烟气分配和密封罩流场均匀性等工程问题。在对烧结烟气循环技术研究与应用分析的基础上,重点以河钢集团应用的高比例烟气循环工程为例,详细介绍了高比例烟气循环的工艺设计理念。通过循环工艺创新、核心装备突破和运行参数优化,河钢邯钢和唐钢新区稳定实现了30%以上高比例烟气循环,并在46台套烧结机上实现工程推广,为实现烧结机高比例烟气循环技术提供理论依据和实践经验,对大力推动烧结烟气循环技术的推广应用、加快实现钢铁工业减污降碳进程具有重要意义。

球团与烧结生产相比更节能、更环保,采用高比例球团炉料结构是高炉实现低碳绿色炼铁的有效途径。高炉进行高比例球团冶炼,实现熔剂性球团的工业化生产是关键,带式焙烧机生产熔剂性球团具有很大的工艺优势。唐钢新区3座3 000 m³级高炉设计采用50%~70%球团的炉料结构,并配套建设了2台624 m²大型带式焙烧机。为了打破国外对大型带式焙烧机的长期技术垄断,唐钢对带式焙烧机工艺技术及装备进行了全面研发。通过精粉预处理、配矿及焙烧工艺技术的开发,掌握了中高硅熔剂性球团生产技术;通过装备国产化的设计制造与应用研究,实现了大型带式焙烧机核心装备的国产化,打破了国外的长期垄断;通过智能化技术开发与应用,实现了球团产线的高效协同,显著提高了带式焙烧机的生产效率;通过低能耗低排放技术的开发与应用,大大降低了球团工序能耗和污染物排放量,实现了低碳绿色生产。大型带式焙烧机的开发应用首次实现了全自主研发设计及装备的国产化,为带式焙烧机的推广应用打开了新局面。唐钢已成熟掌握熔剂性球团生产技术和高炉高比例球团冶炼技术,其对高炉炉料结构的探索和实践为中国高比例球团炉料结构的推广应用起到很好的引领示范作用。

近年来,推动中国钢铁行业高质量发展和助力实现“双碳”目标是中国钢铁产业发展的总体思路,在此背景下,中国钢铁工业特征发生了显著变化。描述了当前钢铁工业的主要特征,分析了2000—2023年间中国钢铁粗钢产量和年度粗钢增长率,结合发达国家粗钢产量的演变模式,预测中国钢铁产量所处的发展阶段。以2000—2023年间中国不同钢铁制造流程所占比例为依据,测算各年钢铁制造全流程CO₂排放值,论述中国实现“双碳”目标的紧迫性和必要性。选取主要产钢国钢铁制造流程演化进程及现状为研究对象,重点阐述了美国、日本和中国以确保钢铁产品质量最佳和钢铁制造效率最优为需求的钢铁制造流程特点,理清当前不同钢铁制造流程的作用和效果。结合上述分析,以工程哲学的视野和全局性战略思维对中国钢铁制造流程结构调整的应对策略进行研究,并且提出了适应新特征下的“BF-BOF”长流程、“全废钢-电炉（EAF）”短流程和“100%氢基还原DRI-EAF”流程的结构调整方案。研讨了钢铁制造流程调整过程中的三大关键问题,包括实现电炉炼钢需要的废钢基准保障数量、能源脱碳化进程中的钢铁全流程电力消耗量以及消除废钢电炉冶炼过程残余元素富集所造成的钢材品质缺陷的新思路,解决好这些关键问题将有助于中国钢铁制造流程的结构优化调整和高质量发展。

差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）是1种能够定量捕获材料在热变化过程中的热物性变化和热转变信息的精密技术,兼具精度高、测试速度快且所需样品少等优点。DSC技术的发展极大地扩宽了钢铁及合金领域材料性质的测试范围,推动了对材料热转变过程中热力学和动力学的深入研究。以DSC的基础理论为出发点,概述了DSC的分类和信号构成,全面回顾了DSC在钢铁及合金领域的应用现状,阐述了DSC在这些应用中的优势和局限性,包括在钢铁及合金材料的比热容、相变、第二相析出与分解以及非晶合金的玻璃化转变等研究中的应用。同时,探讨了DSC与其他技术的联合应用现状。此外,还总结了利用DSC获取的热分析信息进行动力学研究的现状,包括在合金相变动力学参数中活化能及转变机理的研究,以及合金转变动力学曲线的建立。利用DSC综合分析钢铁和合金的热物性参数,深入理解合金相转变的热力学和动力学,有望为合金材料的开发、生产和应用提供强有力的理论支持。

在当前“双碳”背景下,冶金流程典型大宗固废及其他大宗工业固废的高值化利用已成为行业亟待解决的问题。冶金流程大宗固废中的高炉渣、除尘灰与其他大宗工业固废中的粉煤灰与煤矸石中均含有较丰富的硅、铝等有效资源,通过相应调质、配比处理,可以将上述固废制成具有良好隔热耐火性能的无机纤维材料,进而实现冶金流程大宗固废及其他大宗工业固废的高值化利用。总结了以调质高炉渣作为原料制备矿棉纤维、以除尘灰协同粉煤灰或煤矸石作为原料制备硅-铝系陶瓷纤维材料的研究进展;从基本原理、试验研究及生产实践3个方面分析了喷吹法与离心法制备无机纤维的研究进展。分别开展了以调质高炉渣为原料通过喷吹法与离心法制备矿棉纤维的中试试验研究,结果表明,喷吹压力对纤维渣球含量的影响较显著,对纤维平均直径的影响较小,当喷吹压力从0.20 MPa升高至0.38 MPa时纤维渣球质量分数从25%下降至16%,纤维直径基本无变化;辊轮转速对纤维渣球含量基本无影响,对纤维直径的影响较为显著,随着辊轮转速升高,纤维平均直径从3.17 μm下降至2.73 μm;对比了2种方法制得矿棉纤维在纤维直径、纤维渣球含量及纤维抗压强度3个方面的差异。另外,概括了以冶金流程大宗固废协同其他大宗工业固废为原料制备的硅-铝系无机纤维材料在建筑、工业、气凝胶及光催化材料方面的应用前景;在现有的研究基础上提出了冶金流程大宗固废制备无机纤维材料的研究方向,以进一步推动行业实现变废为宝,节能降碳。

某企业6流偏流浇注中间包曾使用2种湍流抑制器,即圆柱型湍流抑制器和冲击垫,为评价2种中间包在换包过程的冶金效果,通过工厂取样、物理模拟和数值模拟的方法,研究2种结构中间包的流场分布、换包过程水模型中卷渣情况,应用粒子图像测速技术（PIV）测量流场分布以及水油界面速度变化,通过工厂取样及扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）探究换包过程2种结构中间包中夹杂物形貌、尺寸和成分的变化规律。结果表明,中间包内速度空间分布不均匀,冲击区速度较大,边流处速度较小,圆柱型湍流抑制器中间包存在向上的折返流。正常浇注速度（2.65 t/min）时,2种类型中间包水油界面处流体的最大速度均为50 mm/s左右,水油界面相对稳定。换包后快速注流（5 t/min）时,圆柱型湍流抑制器中间包中注流区靠近壁面处形成环流,远离壁面处形成平行于液面流向出口的强烈水平流,水油界面最大速度为285.16 mm/s,渣眼面积为735.42 cm²,冲击区卷入大量大尺寸油滴。冲击垫型中间包注流区形成沿着壁面处向上的流场,水油界面最大速度为186.54 mm/s,渣眼面积为399.27 cm²,冲击区有卷入的小油滴形成水油混合物。换包前后中间包取样结果表明,浇注末期2种类型中间包内均未发现大尺寸（≥50 μm）夹杂物,当液位重新上升至正常工作液位时,圆柱型湍流抑制器中间包发现尺寸为240.32 μm的大型夹杂物,夹杂物平均尺寸由13.18 μm增加到29.88 μm,大尺寸（≥50 μm）夹杂物所占比例为24%,夹杂物中CaO质量分数明显增加;冲击垫型中间包内未发现大于100 μm夹杂物,夹杂物平均尺寸基本不变,大尺寸（≥50 μm）夹杂物所占比例为6.7%。整体上冲击垫的冶金效果在一定程度上优于圆柱型湍流抑制器。

近年来随着钢铁行业节能减排压力的提升,超低温高锰钢生产采用的“转炉/电炉→精炼→连铸”流程工艺具有高效、节能、低成本的优势,成为许多钢铁企业的发展方向。然而,高锰钢由于锰、碳质量分数较高,钢水导热性差,凝固坯壳线膨胀系数大,冷却过程中容易产生较大的热应力,极易产生漏钢风险。加上浇铸过程结晶器钢渣界面不可避免地发生反应[Mn]+（SiO₂）→[Si]+（MnO）,造成熔渣成分和性能改变,恶化保护渣正常的润滑和控制传热功能。前期调研发现国内钢厂采用连铸工艺生产高锰钢均存在不顺行的情况,铸坯容易出现纵裂纹且漏钢事故频发,有的甚至单炉浇铸都非常困难。连铸坯表面缺陷和漏钢事故频发已严重阻碍了超低温高锰钢的规模化生产,保护渣技术作为连铸工艺的关键技术之一,对保障连铸顺行和铸坯表面质量具有重要的影响。当前高锰钢研究主要集中在成分设计、轧制热处理、焊接技术等方面,但是在保护渣专用渣系的研究与开发方面还未见系统报道。为此,着重对含锰钢渣金反应性研究、MnO对熔渣流变特性以及渣膜传热控制影响方面进行相关综述,明确了CaO-SiO₂-MnO基低反应性渣系的研究重点。超低温高锰钢低反应性连铸保护渣的开发,对拓展和深化难浇钢种连铸保护渣传热与润滑协调控制理论,以及促进无缺陷铸坯高效、绿色、低碳生产具有重要意义,也是未来专用渣系的发展方向。

转炉提钒吹炼各阶段冶炼任务不同,且熔池成分和温度不断变化,使得冶炼不同阶段下的供氧枪位、流量等工况条件发生变化,导致吹炼不同阶段熔池的搅拌特性有所差异。建立了转炉熔池搅拌能模型,研究了不同吹炼阶段温度、供氧流量及底吹变化对熔池搅拌能的影响。发现转炉提钒过程各阶段顶吹搅拌能量密度均明显小于底吹搅拌,化学反应产生的CO气泡搅拌能仅占熔池搅拌能的0.41%~1.74%。随着冶炼的进行,顶吹搅拌能密度由165.30 W/t先降低至144.63 W/t,后逐渐升高至192.84 W/t;CO气泡产生的搅拌能密度最高为15.21 W/t;底吹氮气产生的搅拌能密度由786.92 W/t逐步升高至865.57 W/t。冶炼过程中,通过改变不同阶段顶吹枪位与底吹流量,合理增大了熔池搅拌能,并可有效降低碳损失。在此基础上,利用1∶3水模型试验研究了不同马赫数、供氧流量、枪位及底吹强度对熔池冲击特性和混匀时间的影响。随着吹炼的进行,马赫数为1.97时熔池冲击深度为61~90 mm,占熔池深度的19.93%~29.41%,冲击直径变化为37.41%~42.54%,混匀时间最长为54 s,最短为39 s,优化了转炉提钒工艺制度。此外,当底吹强度大于0.09 m³/（min·t）后,熔池混匀时间显著降低,底吹供气强度达到0.12 m³/（min·t）时,熔池搅拌强度增幅降低,当底吹流量增加至0.15 m³/（min·t）时,熔池混匀时间达到最小值27 s。为了减少熔池混匀时间,可适当增大底吹强度,提高提钒效率。通过调整提钒吹炼不同阶段枪位与供气强度,合理控制熔池的搅拌特性,有利于实现转炉提钒保碳。

随着高炉生产工艺日益复杂,冷却壁在极端高温高压环境下的热传导特性要求日趋严格,传统热传导模型已无法满足精确预测的需求。为此,分数阶热传导模型作为一种有效描述复杂介质与多尺度热传输现象的工具,逐渐受到广泛关注。综述了基于分数阶热传导模型的高炉冷却壁传热研究,旨在为高炉冷却壁的热管理与延长使用寿命提供理论依据。首先,介绍了分数阶热传导模型的数学基础及其相关方程,并分析了分数阶方程的特点与常用求解方法。然后,详细探讨了高炉冷却壁在高温高压等极端条件下的热传导机理,提出了三维分数阶热传导方程的建立方法,并结合数值模拟与试验验证探讨了热传递过程的分析框架。最后,分析了分数阶模型在高炉冷却壁研究中的应用现状与挑战,展望了该模型在冷却壁材料与结构设计中的应用前景,并提出了未来研究方向,包括模型精度提升、计算方法优化及实际工程应用推广。这些研究为高炉冷却壁的热管理与优化设计提供了有价值的理论支持与技术参考。

为了探讨氨气（NH₃）还原赤铁矿（Fe₂O₃）的热力学特性、反应机理以及在还原过程中温度和时间的影响,通过HSC Chemistry 6.0软件计算了Fe₂O₃和Fe₂SiO₄与NH₃、H₂和CO之间的还原反应标准吉布斯自由能,评估了NH₃作为还原剂的可行性。使用卧式高温电炉对赤铁矿进行加热还原处理,通过不同温度和时间条件下的NH₃还原试验探究了还原效果。试验结果表明,NH₃在温度为290℃时即可有效还原Fe₂O₃,而H₂需要在温度为542 ℃时才可有效还原Fe₂O₃,说明了NH₃在较低温度下具有还原优势。NH₃还原Fe₂SiO₄的热力学反应温度为480 ℃,相比之下,CO和H₂在这一温度下的反应不是自发的,这表明NH₃在还原Fe₂SiO₄时具有热力学优势。随着温度的升高,赤铁矿的失重率和还原率增加,900 ℃时赤铁矿可以被体积分数为30%的NH₃完全还原。还原时间的增加也导致失重率和还原率的增加,还原时间为60 min时还原率达到90%,还原时间为180 min时还原率达到100%。利用XRD、SEM和OM对还原后的样品进行表征,发现Fe₂O₃首先转化为Fe₃O₄,然后迅速转化为FeO,最后FeO转化为单质铁。EDS能谱分析显示,随着反应的进行,氧原子含量减少而铁原子含量增加,最终Fe₂O₃被完全还原为单质铁。在NH₃还原Fe₂O₃的过程中,氮原子的数量先增加后减少,这表明铁被NH₃氮化生成Fe₄N,随后Fe₄N在高温下分解产生铁和N₂。NH₃在还原赤铁矿的过程中显示出显著的热力学优势,且还原过程可以分为初期缓慢转化阶段、中期快速反应阶段以及后期由于产物覆盖导致的反应速率下降阶段。整个过程在30 min内完成,最终实现了Fe₂O₃到单质铁的完全转化。这为工业上利用NH₃还原赤铁矿提供了理论依据和试验数据支持。

低温还原粉化指数（I_{RD>3.15 mm}）是衡量烧结矿质量的重要指标,但目前测试方法复杂、设备要求高、测试时间长。为了寻找简单、绿色、高效的测试方法,借助偏光显微镜、热电系数测试仪等测试手段,对河北省内5种典型的高碱度烧结矿进行了热电系数的系统测定,分析了烧结矿热电性与I_{RD>3.15 mm}之间的关系。结果表明,5种高碱度烧结矿均具有明显的热电性,热电系数主要分布在60~270 μV/℃,且其热电系数与I_{RD>3.15 mm}之间存在明显的负相关性。因烧结矿结构不均匀,同一样品不同区域的热电性也不同,原生粒状赤铁矿集中分布的区域不具备热电性;由铁酸钙与磁铁矿构成的交织/熔蚀结构区域,热电系数主要分布在60~160 μV/℃,热电系数平均值为114.77 μV/℃;定向排列集中分布的次生骸晶赤铁矿区域,热电系数明显增大,主要分布在190~270 μV/℃,热电系数平均值为221.81 μV/℃;次生骸晶赤铁矿含量是决定烧结矿热电系数平均值大小的关键因素,随着次生骸晶赤铁矿含量的增加,烧结矿热电系数平均值随之增大,I_{RD>3.15 mm}随之变小。烧结矿的热电系数平均值、次生骸晶赤铁矿含量、低温还原粉化指数I_{RD>3.15 mm}三者之间存在明显相关性,该成果为烧结矿低温还原粉化性能评价提供了一个新思路,这对矿物热电性特征在冶金领域的应用具有指导意义。

钢渣尾渣是炼钢过程中产生的主要固废,随着钢铁产量的增加,钢渣尾渣的堆存量逐年递增,对环境造成巨大影响。钢渣尾渣中CaO等碱性氧化物含量较高,最重要的一个利用方式是将其代替部分烧结熔剂返回烧结,但并不能确定钢渣尾渣是否参与烧结成矿,钢渣尾渣对烧结成矿的影响机制不明。因此,借助高温烧结基础特性试验方法研究利用钢渣尾渣与Ca（OH）₂试剂调节碱度对烧结高温基础特性的影响,并进行烧结杯试验,验证钢渣尾渣配入烧结中是否参与烧结成矿反应。通过X射线衍射和金相显微镜对烧结矿进行了工艺矿物学分析,揭示了钢渣尾渣参与成矿的相关机理。结果表明,配加钢渣尾渣的烧结原料,同化性温度降低,液相流动性指数增大,其主要因素是钢渣尾渣含有SiO₂,其含量增加时,橄榄石类的低熔点化合物相应增加,会促进硅酸盐低熔点体系的形成,从而液相量增加,黏结相强度增强,同时钢渣尾渣中的Al₂O₃会促使复合铁酸钙生成,有利于得到最优质的黏结相,铁酸钙生成量明显增多;以钢渣尾渣为熔剂时,在碱度为1.82时,烧结矿的转鼓强度达到65.5%,成品率达到82.8%,烧结矿显微结构中赤铁矿和磁铁矿多为斑状结构,铁酸钙多为针状;硅酸二钙多为柳叶状,铁酸钙与磁铁矿呈交织熔蚀嵌布结构,这说明在烧结中配入钢渣尾渣,能够促进烧结成矿反应。

高效回收和利用转炉烟气余能对于降低钢铁生产碳排放具有重要意义。基于Gibbs自由能最小化原理,利用Aspen Plus建立了转炉汽化冷却烟道喷吹含碳原料以气化制备高品质合成气的热力学模型,探讨了煤粉、生物质以及废旧轮胎粉的含水率、加入量,烟气温度以及烟气组分等工艺参数对烟道内含碳原料-CO₂气化的影响规律。结果表明,在加入条件相同时,喷吹煤粉对提高气体CO体积分数和气化合成气体的低位热值效果最为显著,其次是废旧轮胎粉、生物质;而生物质的碳转化率高于煤粉、废旧轮胎粉。从合成气产率和H₂含量方面,废旧轮胎粉的合成气产率高于煤粉、生物质。适当增加原料加入量可以显著提高CO和H₂含量及气化合成气体的低位热值,尤其以煤粉最为明显;但当原料加入量过大时,合成气产率和碳转化率会逐渐下降。当原料含水率增加至20%时,可以小幅度促进H₂的生成,但会抑制CO的生成,并导致气化合成气体的低位热值、碳转化率和合成气产率的降低。烟气温度的升高能够有效提高产物中CO、H₂含量以及碳转化率,但是过高的温度会导致产物中H₂含量下降。通过相关性分析得出,原料加入量和烟气成分是影响气化过程的重要因素,烟气温度对碳转化率和合成气产率有较大影响,而原料含水率的影响则相对较小。总体而言,在1 400 ℃,生物质加入量M/G（单位体积转炉烟气喷入的含碳原料质量）=0.09 kg/m³、煤粉加入量M/G=0.06 kg/m³、废旧轮胎粉加入量M/G=0.05 kg/m³,原料含水率小于1%,烟气成分（体积分数比）中φ（CO）/φ（CO₂）=3的工况下,转炉汽化烟道喷吹含碳原料气化工艺能够实现最佳的气化性能。结果为提升转炉烟气资源利用效率、推动钢铁行业绿色低碳转型发展提供了有力的技术支持。

为实现钢渣的高效处理与资源化利用,研究利用高炉渣作为“改性剂”来调质改性高碱度钢渣,改善钢渣的物理性能,优化钢渣的矿物组成,揭示熔渣微观结构对黏度的影响机制。使用高温物性测定仪、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM-EDS）和拉曼光谱（Raman）对试验原料和改性渣分析。结果表明,随着混合渣碱度（1.6~2.4）的升高,其熔化温度先降低后升高。碱度为2.0时,高温物性最佳,此时高炉渣比例为35.19%（质量分数）、熔化温度为1 383.30 ℃、熔化时间为1.05 s,黏度（温度超过1 405 ℃时）低于0.25 Pa·s;均质反应效果良好,各矿物结构清晰,分布均匀,主要物相由钙铝黄长石（Ca₂Al₂SiO₇）、镁蔷薇辉石（Ca₃MgSi₂O₈）以及胶凝性矿物硅酸二钙（Ca₂SiO₄）和铝酸三钙（Ca₃Al₂O₆）等组成,实现了稳钙改质和胶凝材料富集。此外,碱度由1.6升高至2.0,熔渣微观结构中高聚合度单元发生解聚反应,低聚合度单元QSi0相对含量增多,简化了微观结构,聚合度参数n（BO/T）_e（网络结构中每个四面体平均拥有的桥氧数）降低至最低值0.87;碱度由2.0升高至2.4,[AlO4]参与网络构建的作用增强,高聚合度单元QAl3和QAl4增多,n（BO/T）_e值增加至1.69,熔渣聚合度的计算值与黏度试验结果吻合度较高。该研究可为高炉渣调质钢渣的黏度、优化钢渣的物相组成及结构的相关研究提供参考,有望促进钢铁固废（高炉渣、钢渣）的资源化利用。

为了研究精炼过程中精炼渣w（（CaO））/w（（Al₂O₃））对钢液脱硫效果的影响,通过工业试验调整LF炉精炼渣中的w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））,并分析钢中硫含量变化规律,发现与w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为1.6的精炼渣脱硫效果相比较,w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为2.0精炼渣的脱硫效果更好。计算了不同w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））的精炼渣的熔化温度、固相分数、黏度和硫容量,发现在1 873 K下,当精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））大于1.8时,精炼渣由完全液相开始向半液相转变,并且精炼渣的固相分数在持续升高。此外,在硫容量C_S的基础上考虑黏度对精炼渣脱硫能力的影响,提出用1个无量纲的脱硫指数（S_index）表示精炼渣脱硫的能力。随着精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））的增加,精炼渣的黏度呈现先降低后升高的趋势,当w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为1.8时,黏度η处于最低位置;随着渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））的增加,C_S值逐渐增加;随着精炼渣中w（（CaO））/ w（（Al₂O₃）） 的增加,S_index值呈现先升高后降低的趋势,当w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））为2.0时,脱硫指数S_index处于最高位置,因此将渣的w（（CaO））/ w（（Al₂O₃））控制在1.8~2.0更有利于提高渣的脱硫效率。最后,通过对1 600 ℃下CaO-Al₂O₃-SiO₂-5.68%MgO四元系精炼渣的脱硫指数进行计算,在精炼渣为液相的前提下,精炼渣中w（（CaO））/w（（Al₂O₃））越高,渣的脱硫指数S_index越大,钢液的脱硫效果越好。

聚光太阳能发电站通常采用NaNO₃-KNO₃混合熔盐作为储热系统的传热流体,用于储热系统结构材料的304奥氏体不锈钢在该熔盐环境下的抗高温腐蚀性能尤为重要。微合金元素Nb在钢中的影响作用主要体现在细化晶粒、促进沉淀强化及提高强韧性等方面,其对304奥氏体不锈钢在太阳盐中的高温腐蚀机理尚不清楚,值得深入研究。采用恒温熔盐浸泡方法对含0.49Nb和0Nb的2组试验钢在565 ℃下进行了0~200 h的熔盐腐蚀试验,测定了腐蚀质量损失并计算了腐蚀速率;借助扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）等手段对材料腐蚀层和基体组织进行了表征。研究结果表明,当腐蚀时间为200 h时,0Nb和0.49Nb的腐蚀速率分别为178.1、133.9 μm/a,这表明添加Nb元素后抗熔盐腐蚀性能更优;2组试样在表面均形成了双层腐蚀产物层,内层主要为FeCr₂O₄,外层则为Fe₂O₃和Fe₃O₄。Fe氧化物产生的内应力容易在腐蚀层内部产生缺陷或使腐蚀层剥落,引起熔盐中的氧化性离子侵入发生内氧化,导致Fe氧化物层的保护性变差。Nb在腐蚀层中含量较低,会在钢基体内部形成均匀弥散分布的NbC,并抑制晶界处Cr碳化物的析出,晶界处析出的Cr碳化物易导致晶间腐蚀,且晶间腐蚀会在腐蚀层中引入更多应力;不含Nb钢试样的腐蚀层更厚,内部会存在更多裂纹,这表明Nb元素的加入会提升304奥氏体不锈钢在熔盐中的抗高温腐蚀性能。

针对国内某钢厂不锈钢板坯连铸生产过程中存在的宽面边部纵裂纹缺陷,通过实验室检测分析、连铸坯边部应力模拟等,揭示连铸坯宽面边部纵裂纹的形成机理。连铸坯边部纵裂纹附近晶粒粗大,原始奥氏体晶界处存在1层厚度从几十到上百微米的先析铁素体,裂纹主要沿着膜状先析铁素体开裂。连铸坯宽面边部纵裂纹内部检测到结晶器保护渣的特征元素Na,因此判定边部纵裂纹在结晶器内产生。距离弯月面大于0.2 m时,连铸坯宽面表面的应力值随着距边部距离的增加而增加,并在边部附近达到极大值,随后应力值逐渐降低并趋于稳定。连铸坯角部受到二维冷却产生较大凝固收缩导致间隙出现,使得角部冷却强度减弱,宽面侧靠近角部出现坯壳最薄点。由于凝固收缩使得靠近连铸坯边部附近存在应力的极大值,当结晶器锥度不能与凝固收缩完全匹配时,导致连铸坯宽面边部坯壳最薄处出现凹陷或裂纹。研究结果揭示了不锈钢连铸坯宽面边部纵裂纹的形成机理,为连铸坯表面缺陷控制提供理论依据。

钢铁行业作为高碳排放领域,其绿色低碳转型对实现“双碳”目标具有重大战略意义。氢能与钢铁流程的深度融合,尤其是氢冶金技术,通过以“氢”代“碳”还原,从根本上减少对碳元素的依赖,成为未来炼铁技术革新的重要方向。系统阐述了当前主流的氢冶金工艺技术及其实施路径,从原料获取与制备、核心反应机理、关键设备运用到工艺流程构建等多个维度进行归纳总结,全面评估了各工艺技术的特点、优势及局限性。重点聚焦河钢集团焦炉煤气零重整氢冶金示范项目（HyMEX）,详细介绍了其工艺技术创新与运行实践。HyMEX项目成功将“焦炉煤气零重整直接还原技术”工程化应用,突破国际上采用天然气制备还原工艺气体的常规手段,成为目前工业化生产中含氢比例最高的气基竖炉直接还原工艺,为氢冶金技术的工业化应用树立了标杆。结合中国产业政策导向和资源禀赋特点,深入探讨了中国竖炉氢冶金的发展前景及可持续发展技术路径。作为全球最大的钢铁生产国,中国拥有丰富的焦炉煤气资源,这为氢冶金技术的规模化推广提供了独特的资源优势。未来,随着氢能产业链的不断完善和成本下降,氢冶金技术有望在中国实现大规模商业化应用,从而推动钢铁行业向绿色低碳方向加速转型,为实现“双碳”目标提供强有力的技术支撑。

浸入式水口堵塞是稀土合金化钢连铸过程的重要限制性环节,严重制约连铸生产效率。对稀土微合金化石油套管钢连铸试验的水口堵塞行为开展研究,采用SEM-EDS和XRD等手段分析浸入式水口内部结瘤物的化学组成、物相、形貌特征。结果表明,浸入式水口不同部位堵塞物的组成不同,上部为凝固钢、镁铝尖晶石、CaO·Al₂O₃（CA）和Ca-RE-Al-O系夹杂物;中部为部分凝固钢以及少量镁铝尖晶石和CA;下部为CA和CA₂的混合物、凝固钢、硅酸盐和Ca-RE-Al-O系夹杂物。浸入式水口下部结瘤最严重,其横截面通道面积减小约66%,造成这种现象的原因主要是浸入式水口下部受到空腔影响形成局部旋涡,这种流动形态加快了夹杂物向水口内壁沉积,导致下部结瘤严重。本次稀土微合金化石油套管钢连铸生产过程中,未添加稀土浇注时,浸入式水口预热脱碳后产生的SiO和CO气体与Al₂O₃和CA发生反应,生成液态硅酸盐相,同时这种硅酸盐相又会与钢液中的MgO和尖晶石相形成CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃夹杂物,黏附在水口内壁,此时浸入式水口结瘤物主要为CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃相、钙铝酸盐（CA、CA₂、CA₆）、冷凝钢和镁铝尖晶石,换浇稀土钢后,Ca-Al-O系夹杂物被稀土元素改性成Ca-RE-Al-O系夹杂物,同原始夹杂物一起附着在上述结瘤物表面,结瘤物厚度进一步增加。

合理操作炉型是高炉长寿、稳定顺行和获得良好经济技术指标的关键。基于某钢厂高炉生产数据,探究高炉炉型优化方法,为高炉操作提供科学指导。首先采用孤独森林法和箱型图法对数据进行噪声识别和处理,并基于主成分分析（PCA）进行降维,消除噪声和数据冗余,为后续聚类分析提供高质量的数据基础。随后,对比了K-means和DBSCAN 2种聚类算法的应用效果。K-means算法在聚类簇数为14时得到最佳轮廓系数,表明高炉炉型可分为14类;DBSCAN算法在邻域半径E_ps和最小邻域样本数min_samples为6.25和2时表现出更低的戴维森堡丁指数,聚类效果最佳,并能有效识别任意形状的聚类,尤其适合处理高炉生产数据的复杂性和非线性特征。为了评估不同炉型的优劣,建立了基于生产指标综合评分的操作炉型评价方法,选取焦比、燃料比、产量和铁损作为关键绩效指标,并赋予不同的权重。结果表明,第4类炉型在高炉操作指标方面表现最优,可作为合理炉型的操作目标。为了实现高炉炉型优化,利用随机森林法探究了高炉操作参数与炉型之间的隐式关系,确定了影响炉型的关键特征参数,包括布料矩阵参数、透气性指数、煤气利用率和标准风速等。通过分析炉型演变过程和高炉参数变化趋势,发现炉型恶化主要与透气性下降有关,进而导致气流分布不均、煤气利用率降低和压差上升。建立了优化高炉炉型管理的新方法,可为现场人员提供有价值的数据分析和操作指导,有助于提高高炉操作水平,降低能耗和成本,实现高炉长寿、稳定顺行和高效生产。

IF钢以其优异的深冲性能广泛应用于汽车面板、家电面板制造等方面。因此,对其表面质量有着严苛的要求,而由大尺寸夹杂物引起的表面质量缺陷仍然是生产过程中不可避免的问题。根据IF钢中大尺寸夹杂物尺寸及分布规律,针对不同位置、不同尺寸大尺寸夹杂物在轧制过程中的变形特点展开相关研究。通过铸坯预制夹杂物的方法进行了实验室热轧试验,并建立了相应的有限元模型,通过试验验证了模型的正确性。同时根据现场轧制工艺,建立了IF钢板坯表层大尺寸夹杂物轧制过程演变模型。分析了直径为0.1、0.5、1.0 mm 3个尺寸距表层不同深度夹杂物的变形规律。研究发现,距表层越近,夹杂物沿轧制方向长度变化越大。距表层5、10、15 mm直径为0.1 mm夹杂物变形率分别为11.353、9.884、7.859,直径为0.5 mm夹杂物变形率分别为9.124、8.016、7.411,直径为1.0 mm夹杂物变形率分别为7.906、7.156、6.830。通过比较不同直径相同位置夹杂物变形规律可以发现,相同深度夹杂物直径越大,变形率越小。直径为0.1、0.5、1.0 mm夹杂物距表层5 mm变形率分别为11.353、9.124、7.906,距表层10 mm夹杂物变形率分别为9.884、8.016、7.156,距表层15 mm夹杂物变形率分别为7.859、7.411、6.830。同时发现,轧制初期总压下率低于30%时夹杂物变形不明显,而随着轧件厚度的减薄压下率增加,夹杂物沿轧制方向明显伸长。

目前常用经典的K-M（Koistinen-Marburger）模型描述钢的马氏体相变动力学,但模型的准确性与钢种成分密切相关。基于不同冷却速率的淬火试验,采用膨胀法、金相法研究了常见中碳高硅淬火-配分（Q&P）钢的马氏体相变动力学规律,并基于传统K-M模型建立了适用于中碳高硅Q&P钢的改进马氏体相变动力学模型,并对其进行了验证。结果表明,不同冷却速率下,中碳高硅Q&P钢的马氏体相变动力学曲线呈“S”形,而不是“C”形,相变过程可分为开始相变的加速期、中间相变的高速期和最后相变的减速期,这可能是马氏体的自回火现象引起的。此外,靠近马氏体相变开始温度形成的马氏体较为粗大,此时温度较高,碳从过饱和马氏体板条扩散到周围未转化的奥氏体中,奥氏体碳富集增加了残余奥氏体的稳定性,使得过冷度需要进一步增加才能继续发生马氏体相变,从而降低了残余奥氏体的马氏体相变开始温度。马氏体相变动力学方程指数β为1~2的常数。β值对淬火温度的敏感性取决于钢的碳含量。碳含量升高时,β值对淬火温度的敏感性显著降低,基本可以忽略。速率参数α为淬火温度的3次多项式函数,随着冷却速率的增加,速率参数α逐渐降低,这表明马氏体相变可能是一个与时间有关的相变;而方程指数β逐渐增加,这与奥氏体塑性调节对马氏体相变的抑制作用有关。改进K-M模型考虑了马氏体相变的瞬时动力学特性,与试验数据的匹配度较传统K-M模型更好。

RIST A从最初的的实验室研究到后来的理论研究均贯穿着高炉的非理想操作线研究。他认为非理想操作线是由于炉料在炉内的停留时间t_s太短、达不到理想还原状态的临界停留时间t_s^*,使得Rist线图中的操作线被包络线推离炉身效率R点的缘故。首先,从数理关系上将从高炉炼铁的基本理论以及高炉生产实践中总结出的评价高炉生产效率的5个参数与Rist线图联系起来。用煤气在炉内的停留时间t_g替换炉料在炉内的停留时间t_s,并推导出t_g与炉腹煤气量指数χ_BG、炉腹煤气量V_BG以及吨铁炉腹煤气量v_BG的关系。煤气停留时间t_g与R点的关系比较复杂,需要大量高炉炉内过程的实际测量数据并通过数学模型计算机计算才能确定。可是在这方面的研究还很少,在生产实际中应用尚存在诸多困难。其次,为了方便、快捷地解决实际非理想状态中出现的操作问题,又提出了根据高炉生产操作数据计算包络线的方法。由于R点与煤气利用率η_CO关系密切,可以用η_CO的水平来确定R点的位置。在高炉现场计算中,经常用煤气利用率η_CO与吨铁风口耗氧量$v_{\mathrm{O}_{2}}$决定Rist操作线,因此用统计生产数据的方法得到随着吨铁风口耗氧量$v_{\mathrm{O}_{2}}$变化引起煤气利用率η_CO的变化规律,即为操作线的变化规律,由此得出Rist线图中包络线的特性和变化规律,从中求得Rist模型中的重要参数在实际生产中的变化,从而预测高炉炉况的变化。

向钢中引入不可逆氢陷阱是提高结构钢抗氢脆能力的常用方法,为揭示以α-Fe为基体的高强钢中TiN析出相界面的氢陷阱特性,在TiN/α-Fe 界面的微观分析基础上,利用热脱附质谱对具有不同TiN/α-Fe 界面错配度的0.21Ti-0.08N-Fe（质量分数,%）材料的氢陷阱特性进行表征,并使用第一性原理模拟计算TiN/α-Fe界面上氢陷阱的氢吸附强度,探究界面上氢束缚位点吸附氢的机制。试验结果表明,包含不同TiN/α-Fe 界面的4种样品的低温脱附峰特征非常相近,中温峰的高低与样品中半共格界面的含量正相关,高温峰的高低与样品中共格TiN/α-Fe界面含量正相关。共格TiN/α-Fe界面最多的样品具有最多的不可逆陷阱,不同界面对氢原子的束缚能力顺序为共格界面>半共格界面>非共格界面。模拟计算结果表明,在具有B-N位向关系的共格TiN/α-Fe界面上,八面体间隙、混合四面体间隙和纯铁四面体间隙都是有效的束缚氢原子位点,八面体间隙的氢束缚能最低（-0.10 eV）,更靠近界面的混合四面体间隙的氢束缚能（-0.04 eV）,低于纯铁四面体间隙（-0.01 eV）。氢原子溶入前后间隙周围原子间距变化以及电荷密度分布变化显示,界面处α-Fe一侧的晶格错配产生的应力场能够促进这3种间隙特别是八面体间隙对氢原子的束缚,可以有效阻碍氢在钢中的扩散。通过适当的热处理调控钢中TiN/α-Fe 界面的性质,增加不可逆氢陷阱含量,降低氢扩散系数,有利于提高微合金化结构钢的抗氢脆能力。

氢能是21世纪最具潜力的清洁能源之一,低温液态储氢作为一种高效储氢方式已被业内采用,TAS31608-LH是太钢不锈钢股份有限公司专门研发生产的液氢储罐用材。该材料在超低温（-253 ℃）工况使用,对其组织及综合性能要求极高,因此对直接影响材料微观组织的热变形行为开展研究非常有必要。研究试料取自工业化生产的连铸坯,进行了变形温度为950~1 200 ℃、应变速率为0.01~10 s^-1的热压缩试验;依据真应力-应变曲线研究了材料的热变形行为,并建立了变形参数与流变应力关系的Arrihenius及BP神经网络本构模型;基于动态材料模型构建了热加工图,并结合微观组织分析确定材料的最佳热加工区间。研究表明,TAS31608-LH的流变应力随温度升高及应变速率降低而减小,变形温度对材料软化机制影响较大,低于1 050 ℃时真应力-应变曲线主要为动态回复型,而当温度高于1 050 ℃时,曲线逐渐转化为动态再结晶型。构建的BP神经网络本构模型训练样本更多,预测范围更广,比经应变补偿的Arrihenius模型的预测精度更高。依据构建的热加工图,分析研究了不同变形条件下的微观组织,验证了热加工图的可靠性,并确定TAS31608-LH的最佳变形条件为热加工区间1 150~1 200 ℃、应变速率10 s^-1。另外,研究发现连铸坯凝固残留的δ-铁素体对热变形过程奥氏体的动态再结晶具有激发作用,会导致整体微观组织尺寸及分布出现不均匀现象。

轴承是各类机械装备转动部位最关键的基础件之一,工作部位多处于主机的心脏和关节等要害处,因此轴承的质量和疲劳寿命对于主体装备的性能和可靠性至关重要。随着轴承钢总氧含量的降低,钢中氧化物夹杂的尺寸和数量得到了有效控制,TiN夹杂对轴承钢疲劳寿命的影响开始凸显,因而轴承钢对钛含量有着严格的控制要求。相比于原料和合金中钛含量控制,精炼过程渣-钢反应实现轴承钢钛含量控制更具成本优势。基于CaO-SiO₂-Al₂O₃-0.05%TiO₂-5%MgO（质量分数）精炼渣与轴承钢反应的热力学计算和渣的液相线温度范围进行了轴承钢超低钛含量控制的精炼渣成分设计。通过渣-钢反应考察了精炼渣碱度和渣中Al₂O₃含量对钢中钛和铝含量、TiN尺寸分布和钢液洁净度的影响。结果表明,精炼渣碱度为2~4,Al₂O₃质量分数控制为25%~58%,可以有效地控制钢中钛和铝含量[w（[Ti]）<0.001 2%、w（[Al]）<0.015 0%]。随着精炼渣碱度的降低,钢中钛和铝含量降低,碱度为3的精炼渣处理的钢中钛和铝含量均满足预期要求,TiN的长大时间短,低碱度精炼渣有利于钢中TiN夹杂的控制,证明了渣系设计的可行性。随着精炼渣碱度增加、Al₂O₃含量的降低,钢中夹杂物数量密度和平均尺寸均减小,这与钢中氧含量的变化趋势一致。相同碱度的精炼渣,随着钢中Al₂O₃含量的降低,炉渣吸收固体夹杂物的能力提高,钢液具有更高的洁净度。48.71%CaO-16.24%SiO₂-30%Al₂O₃-0.05%TiO₂-5%MgO（质量分数）精炼渣能够有效地实现钢中低Ti含量和TiN夹杂物的控制,且处理后的钢液具有更高的洁净度。。

目前,中国高附加值的高级别耐磨钢仍依赖进口以弥补市场需求,从而导致维修和替换的维护成本和时间成本提高以及存在技术支持限制等问题。因此,从节省能源、提高经济效益的角度出发,亟需开发低成本高耐磨新型耐磨钢。通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射分析、拉伸试验、冲击试验和滑动磨损等试验研究了新开发的HB500低合金高强耐磨钢的组织和性能,并与商用Hardox450钢进行对比分析,从成分和性能上评估HB500钢替代Hardox450钢在滑动磨损工况下应用的可能性。结果表明,从化学成分来看,HB500钢合金含量较低;从力学性能指标来看,HB500钢的抗拉强度为Hardox450钢的1.25倍,低温冲击吸收功为Hardox450钢的66%;从磨损性能来看,对比Hardox450钢,HB500钢在10、50、90 N下的相对磨损程度分别为89.7%、90.8%和99.0%,这表明HB500钢在较低载荷下更耐磨,而在高载荷下的磨损程度与Hardox450钢相当。因此,从成分和性能2方面考虑,HB500钢能够替代商用Hardox450钢。此外,不同于已报道的研究结果,本研究中当载荷从10 N增加至50 N时,质量损失随之显著增加,而随着载荷进一步增加至90 N时,磨损失重却少于50 N载荷下的失重。另外,摩擦因数随着载荷的增加和材料硬度的增加均呈下降趋势,但相较于硬度,摩擦因数对载荷的敏感性更高。研究结果为开发低成本、高耐磨的可替代商用Hardox450钢的新型耐磨钢提供了参考。

在高品质板带钢生产中,热轧高强度带钢在宽向上存在性能差异的现象对其在冷轧过程中的质量稳定性控制具有较大负面影响,是目前制约该类产品板形控制精度的主要原因之一,也是制约该类板带钢进一步薄规格化的瓶颈之一。针对此类问题,以某1 780 mm带钢冷连轧机为原型,基于弹塑性有限元法建立了考虑轧件宽向性能分布差异的高强钢三维冷轧仿真模型,宽向厚度分布计算值与实测厚度分布高度一致,稳定轧制阶段轧制压力计算值与实测值相对误差控制在±6%以内,轧后带钢中心厚度计算值与实测值相对误差控制在±0.2%以内。通过宽向性能差异化数值仿真,分析了轧件原始宽向性能差异对金属三维变形、轧制压力分布及板形调控的影响规律,描述了此类差异对板凸度及板形的影响情况。结果表明,在接触变形区内工作辊和带钢接触轧制压力三维分布与轧件原始力学性能分布趋势高度相似,而均质模型的轧制压力在整个带钢宽度范围内的数值接近一致,宽向性能的固有差异导致板形执行机构对带钢板凸度及平直度的调节影响是非对称的,板形调控随着带钢中部和边部变形抗力差的增大变得更具挑战性,且随着带钢宽向平均变形抗力的增加愈加困难。在相同设备工艺下,板形执行机构对宽向性能存在原始差异的带钢形状调节能力弱于均质带钢,最终导致板形调节偏差的产生。

冷轧低合金高强钢（HSLA）是近年来汽车高强钢开发最成功的钢种之一,顺应汽车轻量化及安全性发展需求,各钢厂积极开发更高级别牌号钢种,其中典型代表钢种H800L广泛应用于座椅滑轨、门槛件及防撞梁等结构件。针对冷轧低合金高强钢H800L工业生产中出现的批量性能偏低问题,回溯至热轧卷下线后的冷却工艺,从不同冷却方式这一变量出发,通过显微组织的演变规律解释性能差异性原因。利用光学显微镜（OM）、透射电镜（TEM）、能谱（EDS）等研究了热轧卷下线冷却方式对热板及连退板显微组织的影响,辅以酸轧轧制力对比分析,重点通过微合金第二相析出物的种类、尺寸、分布来阐述差异性机理,揭示连退产品性能偏低的根本原因。挡风墙内缓冷使得微合金第二相析出物NbTiC熟化对相变铁素体晶界的钉扎作用减弱,促使热板铁素体晶粒长大;同时在半退火过程中大颗粒熟化NbTiC对冷轧铁素体纤维状组织再结晶过程无明显抑制作用,出现大量多边形铁素体是导致连退板性能不合格的根本原因;库区自然冷却模式第二相析出物更加细小弥散,细化热板显微组织,对冷轧铁素体纤维组织的半退火再结晶行为具有抑制作用,获得具有大量畸变能、形变位错的半退火组织是保证高强度的关键。

在钢铁行业铁矿石资源“卡脖子”和亟需降本增效的当下,如何通过优化铁矿资源配置实现钢铁工业安全、低碳和高质量发展是十分重要的课题。采用实验室试验研究、大数据分析、构建数学模型等研究手段,进行了基于炼铁多目标系统优化的一体化配矿技术研究,旨在开发打通配矿-烧结-高炉全流程的一体化配矿技术,实现炼铁系统跨工序协同优化,为钢铁企业降本增效提供有效保障。结果表明,基于矿粉基础试验研究构建矿粉性能大数据库,并根据模型预测结果优选采用神经网络构建了烧结矿性能预测模型,通过模型可对烧结矿转鼓指数、低温还原粉化指数和化学成分等进行预测,模型预测拟合效果较好。建立了基于RBF神经网络的高炉炉况指标预测模型和误差追溯模型,通过误差追溯和参数寻优模型,能够精确地计算出操作参数对燃料比波动的具体贡献率,并基于寻优模型得到的参数标准值进行替换,可对引起高炉核心经济指标波动的瓶颈因素进行精准调控。建立了贯穿配矿-烧结-高炉工序的跨工序耦合一体化配矿模型,在A钢厂的应用表明,通过一体化配矿模型的计算获取更具优势的替代方案,相较原方案高炉燃料比降低1.6~15.8 kg/t,吨铁碳排放降低5~45 kg,吨铁效益为10~50元。

高强铁素体-马氏体双相钢通常面临伸长率和断裂应变较低的问题。为解决这一问题,设计了1种含钛低碳双相（DP）钢,旨在通过缩小铁素体与马氏体之间的强度差以及细化晶粒,制备出具有优异伸长率和断裂应变的980 MPa级DP钢。基于该设计钢,进一步研究了退火温度（760、780、800 ℃）对其微观组织和力学性能的影响。研究表明,随着退火温度从760 °C提高至800 °C,试验钢的铁素体体积分数从57%降低至32%,铁素体晶粒尺寸从2.1 μm降低至1.6 μm。对于力学性能,随着退火温度从760 °C提高至800 °C,试验钢抗拉强度从983 MPa提高至1 081 MPa,总伸长率从17.6%降低至13.9%,断裂应变从0.41增加至0.62。提高退火温度增加了马氏体体积分数,降低了马氏体碳含量,从而降低了铁素体与马氏体的强度差,促进了两相协调变形能力,最终抑制了两相界面脱粘。此外,马氏体碳含量降低也提高了马氏体韧性,抑制了马氏体断裂。这2个因素的共同作用是随着退火温度升高试验钢断裂应变提高的主要原因。与报道的DP钢相比,800 ℃退火试验钢在相同抗拉强度下展现出更高的断裂应变,其归结于3个原因。首先,TiC粒子降低了铁素体与马氏体的强度差,促进了两相协调变形能力,抑制了两相界面脱粘现象。其次,低碳含量和高马氏体体积分数降低了马氏体碳含量,提高了马氏体韧性,抑制了马氏体开裂现象。最后,TiC粒子细化了晶粒,进一步提高了基体韧性。

在“双碳”背景下,高温氧化球团的余热回收成为钢铁生产的一个节能潜力点。采用氢气将氧化球团进行预还原和冷却,可提高球团的质量,同时降低后续冶炼工序的能量需求。采用基于热力学第二定律的有效能分析方法,对氢气预还原冷却氧化球团新工艺能量利用进行定量评价,考察了冷却气中氢气含量、氧化球团温度对新工艺有效能利用效率的影响。在此基础上,采用氢气冷却预还原氧化球团开展了热态试验。研究结果表明,在氢气体积分数为100%、氧化球团温度为1 000 ℃条件下,预还原球团金属化率最高可达到32%,入炉氢气需求量为866.53 m³/t,氢气利用率、热量利用效率、普遍有效能利用率和目的有效能利用率分别为25.55%、25.46%、92.03%和22.11%; 当冷却气中氢气体积分数由100%降至60%时,冷却气需求量减少315.77 m³,但普遍有效能利用率降低6.54%,炉顶煤气温度升高,氢气体积分数不宜低于70%; 当氧化球团温度由950 ℃升至1 150 ℃,氢气需求量增加140.95 m³;预还原球团金属化率由30.50%提高至38.51%,但氢气利用率降低,普遍有效能和目的有效能利用率降低; 采用100%氢气（体积分数）对温度为1 000 ℃、品位为67.79%的氧化球团进行预还原冷却,预还原球团的金属化率达到34.77%,抗压强度和转鼓指数分别为1 902 N/个和98.21%,满足后续工艺的生产要求。

数字化与智能化技术正作为新质生产力助力中国高炉炼铁的智能化转型升级。目前,以通用大模型（universal large language models, U-LLMs）作为基础框架,利用领域语料库进行2次训练构建行业垂直大模型（vertical large language models, V-LLMs）指导工业生产已成为新态势。尽管已涌现出面向钢铁生产全流程的V-LLMs用于生产,但面向高炉工序构建V-LLMs的针对性研究尚处于初步阶段。通过梳理高炉炼铁智能化技术在近年来的演进升级路线,提出了以大模型驱动其范式重构与融合的新思路。将高炉V-LLMs的任务场景分为调度与决策2类,提出并设计了“数据层→应用层→感知层”的高炉V-LLMs渗透与应用路径,同时针对其未来的性能评估与优化提出5维评价体系,即工艺理解、安全可靠、知识迁移、实时性能与持续学习。随后,探讨了高炉V-LLMs驱动的3种智能升级新范式,包括高炉工况表征、高炉工况元宇宙,以及多场景融合,提出以高炉V-LLMs为核心的“物理↔虚拟↔感知”三维协同深度表征架构与“高炉画像”新概念,对高炉工况元宇宙的构建路线及多场景融合方针进行了梳理与讨论。最后,分析了高炉V-LLMs在未来发展与应用过程中面临的主要问题及可参考的解决方案。重点在于梳理高炉V-LLMs在构建、应用、评价中的可行性路线,结合行业发展现状对高炉V-LLMs驱动的炼铁智能化范式重构进行讨论,旨在为V-LLMs在中国高炉炼铁领域未来的深度应用提供理论指导,进一步推动中国高炉炼铁智能化的转型升级与发展。

随着海洋资源开发逐渐向深海及极寒区域延伸,海洋工程用钢需在极端环境中兼具高强度、高韧性和优异耐腐蚀性能。非金属夹杂物作为钢中固有缺陷,其成分、尺寸、形态及分布等特性对海洋工程用钢的抗氢致开裂性能、抗点蚀性能及力学性能具有决定性影响。通过钙处理、镁处理、稀土改性及氧化物冶金等技术,可优化夹杂物形态、尺寸及分布,平衡其“缺陷”与“功能”。为此,系统综述了夹杂物特性对海洋工程用钢不同性能的影响规律和机制,并分别对改善抗氢致开裂性能、抗点蚀性能以及力学性能的夹杂物调控关键策略进行了全面总结和归纳,进而提出了海洋工程用钢中夹杂物调控技术的未来发展趋势。旨在为开发兼具“高强、高韧、耐蚀”特性的新一代海洋工程用钢提供理论依据与技术路径。