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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

在“双碳”战略目标驱动下,冶金行业正在加快向绿色化与智能化发展的新阶段迈进。作为钢铁制造流程的核心环节,连铸过程的智能化水平决定着整个产业链的生产效率、能源利用率与产品质量。系统综述了人工智能（artificial intelligence,AI）在连铸工序中的研究进展与应用创新。首先,针对漏钢问题,分析其成因及影响,探讨AI预测模型在提高预警准确率、减少误报率方面的应用效果及其局限性。其次,围绕二冷动态配水控制,结合遗传算法优化参数搜索策略,引入深度神经网络构建多变量冷却控制模型,实现水量调节的智能响应与局部温度场的精细控制,有效降低铸坯热应力与裂纹风险。针对连铸坯表面缺陷识别难题,引入深度学习与机器视觉相结合的缺陷检测系统,借助卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）对缺陷进行自动识别与分类统计,提升缺陷识别的精度与效率。最后,针对高风险、高劳动强度的连铸作业,综述了作业机器人在结晶器更换、测温取样、自动加渣等工序中的最新研究与实践成果,展现出良好的智能操作潜力。连铸智能化转型仍面临数据采集标准不统一、AI模型在复杂边界条件下泛化能力不足,以及极端工况适应性弱等关键挑战。为此,亟须推动连铸大模型的研究,发展多模态感知技术,以实现连铸全过程的智能感知、预测与调控。研究结果可为钢铁行业实现“零缺陷、自适应、超低碳”的智能制造目标提供有力支撑。

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。

在高级别管线钢X80冶炼过程中,大型夹杂物的控制是确保其性能稳定与工程适用性的关键因素之一。通过在LF（ladle furnace）-VD（vacuum degasser）（钢包炉-真空脱气炉）精炼流程中密集取样和系统分析,发现管线钢X80的大型夹杂物集中出现在VD钙处理后,主要类型为C₁₂A₇（12CaO·7Al₂O₃）和CA₂（CaO·3Al₂O₃）,在软吹阶段未有效去除,大型夹杂物数量反而呈升高趋势,因此判断当前VD软吹工艺控制不合理,导致夹杂物因搅拌动力不足而聚集长大形成大型夹杂物。结合钢包设备参数和工艺控制标准,对管线钢VD软吹阶段进行了三维多物理场数值模拟,从流场分布、夹杂物迁移路径与钢液搅拌强度等方面进行全面分析,指出原软吹工艺在当前冶金反应条件下无法形成有效的夹杂物迁移通道;结合模拟结果,提出了新的VD软吹流量控制方案,软吹流量由50L/min增加至60L/min,在确保钢液温度均匀性的同时,显著增强了钢液内部对流强度和夹杂物上浮效率。经工业试验验证,实施优化后的软吹工艺后,软吹结束钢液中大型夹杂物数量密度由0.074个/mm²降低至0.020个/mm²,板坯中大型夹杂物数量密度由0.071个/mm²降低至0.040个/mm²,显著提高了板坯的钢液质量和探伤合格率。该研究成果为高级别管线钢X80在LF-VD精炼流程中实现夹杂物精细控制提供了有效技术路径,也为后续其他高端钢种的洁净冶炼工艺优化提供了借鉴。

钢铁行业烧结烟气的一氧化碳（CO）催化净化技术因其兼具节能环保的独特优势,近年来备受关注并成为研究的热点,然而受限于催化剂毒化与规模化生产等瓶颈,国内外至今尚无实际工程应用报道。报道了邯钢435 m²烧结机全烟气量（160 万m³/h,标况,湿态）CO催化净化工程案例,采用贵金属蜂窝催化剂填装至原脱硝（DeNO_x）塔备用层的方式,在无需外置设备的前提下实现了CO减排治理,同时回收CO氧化所释放的反应热,大幅节约了烟气升温（供催化脱硝用）所需的焦炉煤气用量。结果表明,工程运行至今4个月,整体性能保持稳定,CO催化效率达到76%~85%、CO排放质量浓度达到1 070~2 365 mg/m³（低于当前环保要求2 800 mg/m³）、烟气温升33~55 ℃、煤气节约率为63%~100%。基于连续运行监测数据,分析了烟气温度、流量及其他污染物含量对CO催化性能的影响规律;重点针对实际工程中特殊操作阶段（投运初期、中途停机、烟气循环开闭）下的运行情况进行了总结,发现当前系统可抵抗运行工况的波动,并具备同时实现CO达标排放与煤气全部节约的能力,折合烧结工序能耗（以标准煤计）降低3.4 kg/t。通过构建烧结烟气CO催化净化工程示范系统,为钢铁行业多污染物协同治理提供了工业化实践案例,并为推进烧结工序节能减排与清洁生产协同优化提供了技术支撑。

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。

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。

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。

稳态浇铸期间,中间包与结晶器内流场与温度场处于动态平衡,而开浇、更换钢包及浇铸结束等非稳态过程是客观存在的运行状态,流场的扰动会对夹杂物去除产生不利影响。随着高端钢材对洁净度的要求日益严格,连铸非稳态过程钢水洁净度及夹杂物的迁移行为成为制约产品质量的关键因素。在开浇、换包与浇铸结束等非稳态过程中,中间包与结晶器内钢液流场与温度场剧烈波动,导致二次氧化、卷渣及夹杂物上浮受阻等问题,使铸坯中夹杂物含量上升从而被降级甚至判废,显著增加了生产成本。系统综述了连铸非稳态过程典型冶金反应器内非金属夹杂物颗粒在钢液中的迁移行为研究进展,总结了非稳态阶段夹杂物的来源、迁移行为及其对铸坯洁净度的影响。通过整合数值模拟、物理试验及工业检测数据,系统揭示了夹杂物的三维分布规律,并提炼出关键控制技术,为精准界定非稳态铸坯的切割范围、降低降级率与报废率提供了理论支撑。现有控制技术可在一定程度上改善非稳态过程对钢液洁净度的影响,但仍存在模型精度不足、技术方案普适性差、实时监测与动态调控能力不足等问题,多物理场耦合机制与智能化控制技术的结合将是未来的技术发展趋势。

基于国内某钢厂180 mm×180 mm断面连铸机生产SWRH82B高碳钢生产实践,在同一连铸工况下,比较研究了末端单辊重压下及脉冲磁致振荡（PMO）技术对SWRH82B高碳钢小方坯碳宏观偏析和中心缩孔等缺陷的改善效果。分别在连铸坯横剖面及纵剖面上对元素分布、宏观组织、等轴晶率进行测量分析。结果表明,采用单辊重压下20 mm,SWRH82B高碳钢铸坯纵剖面中心处最大偏析指数由1.20以上降低至1.15以下,铸坯纵剖面低倍中心缩孔基本消除,等轴晶率变化不明显。经PMO处理,SWRH82B高碳钢铸坯纵剖面中心处最大偏析指数降低至1.12以下,平均等轴晶率由20.1%增加到31.2%,中心缩孔等级由1.5级降低至0.5级。对比研究表明,单辊重压下技术对改善凝固末端疏松和缩孔等体积亏损缺陷有明显优势,而PMO技术对提高等轴晶率和改善铸坯整体宏观偏析效果显著,且连铸机拉速越高,改善效果越好。但在连铸坯中心缩孔控制效果上,PMO技术虽有显著效果,但稍逊于单辊重压下技术。两者组合使用有望获得高等轴晶率、低偏析、无缩孔的铸坯。

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。

形变热处理作为经典的热机械加工工艺,可以有效细化贝氏体微观组织,为生产兼具高强度和高延展性的低碳无碳化物贝氏体（CFB）钢提供了有前景的解决方案。然而,现有关于低碳CFB钢在形变热处理温度、贝氏体相变动力学、组织特征及其对力学性能影响方面的系统研究仍较为缺乏。因此,在350 ℃等温贝氏体相变之前对低碳CFB钢进行不同温度（600、500、400 ℃）的形变热处理,并与常规的等温热处理相比较。采用DIL805A/D热膨胀相变仪、SEM、XRD、EBSD、TEM和热轧试验相结合的方法,研究了形变热处理温度对贝氏体相变动力学、组织演变和力学性能的影响。结果表明,与常规等温热处理相比,高温（600 ℃）变形对贝氏体的相变动力学影响不大,而中温（500 ℃）和低温（400 ℃）变形显著加速了贝氏体的相变动力学,且贝氏体的最大体积分数增加。同时,形变热处理温度改变了CFB钢的组织形貌。在600 ℃变形的微观组织中,粒状特征的贝氏体铁素体（BF）的体积分数增加,而在400 ℃变形的组织中,贝氏体的形态几乎全为板条状。另外,变形试样中二次冷却产生的马氏体/奥氏体（M/A）岛含量降低、尺寸减小。在与常规工艺维持同等强度级别的前提下,当变形温度为500 ℃时,均匀伸长率从6.8%提高至17.6%。这主要得益于在拉伸变形过程中组织中大量的残余奥氏体（RA）可以在较大应变范围发生渐进式的相变诱导塑性（TRIP）效应,提高了加工硬化能力。该研究为开发高强塑性低碳CFB钢提供了新方法,具有极大的工业应用潜力。

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。

奥氏体不锈钢中的残余铁素体对其使用性能有着重要影响,而残余铁素体特征主要与成分、冷却速率和凝固模式有关。研究了12.5%镍316L奥氏体不锈钢连铸方坯沿宽度方向的残余铁素体分布特征及析出相。使用金相分析、电子背散射衍射（electron back-scattered diffraction,EBSD）以及电子探针（electron probe microanalysis,EPMA）表征分析。根据残余铁素体形貌、Thermo-Calc热力学计算、铬镍当量经验公式以及高温激光共聚焦显微镜（high-temperature laser scanning confocal microscope,HT-CLSM）确定方坯凝固模式。研究表明,沿方坯宽度中心厚度方向铁素体体积分数呈“A”形分布,表面残余铁素体体积分数最低为4.14%,中心残余铁素体体积分数最高为8.99%,计算得出冷却速率从方坯表面7.60 ℃/s降低至中心0.38 ℃/s。残余铁素体形貌在表层细晶区（距表面不大于20 mm）以颗粒状和平行短棒状铁素体为主;柱状晶区[（20,60] mm]以骨骼状→板条状→网状铁素体演变;中心等轴晶区（距表面大于60 mm）主要为密集板条状及团簇网状结构。EBSD和EPMA结果显示,方坯表层δ-铁素体部分转变为σ/chi相,方坯中心区δ→σ+γ₂共析反应导致σ相在奥氏体晶内析出。Thermo-Calc热力学计算和通过铬镍当量经验公式计算结果均表明凝固模式为AF（奥氏体-铁素体）模式。HT-CLSM原位观察显示1 392.6 ℃优先析出骨骼状δ-铁素体,1 386.5 ℃奥氏体在枝晶间生长符合FA（铁素体-奥氏体）凝固模式（L→L+δ→L+δ+γ→δ+γ）。方坯铁素体包裹奥氏体、δ→σ+γ₂共析分解等为FA凝固模式特征。热力学计算和铬镍当量经验公式预测的凝固模式与实际观察的结果存在差异。以期对12.5%镍316L不锈钢连铸方坯生产过程中铁素体的控制提供理论指导。

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。

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。

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。

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。

基于热力学第一定律与第二定律,分别建立了高炉（blast furnace, BF）与竖炉（shaft furnace,SF）冶炼工艺的传统能量分析模型与灰箱㶲分析模型。同时采用热效率与㶲效率等评价指标,系统分析了高炉和竖炉冶炼过程的能量利用差异,并对比了其碳排放量及煤气利用率。研究结果表明,高炉的物料输入以铁矿石和鼓风为主,竖炉的物料输入则主要由入炉矿石和还原气构成。在能效方面,高炉冶炼的主要热源为风口前碳素燃烧和鼓风显热,其热效率为80.70%。高炉㶲效率为56.57%,冶炼过程中的㶲损失为4.25 GJ/t,其中外部㶲损失所占比例较高,约为27.71%（占㶲损失的63.80%）。竖炉冶炼主要热源为还原气,其热效率为74.55%。竖炉冶炼过程的㶲效率为41.61%,冶炼过程的㶲损失为5.462 GJ/t,占总㶲支出的比例为58.39%。通过对比发现,高炉热效率和㶲效率均高于竖炉的热效率和㶲效率,这表明高炉在热能转化与品质维持上具有优势。竖炉工艺采用富氢气体作为还原剂,其单位产品的碳排放量为322.42 kg/t,相比高炉的碳排放量（679.69 kg/t）降低了52.5%。同时,竖炉的煤气利用率（57.87%）和氢气利用率（59.77%）均高于高炉（分别为52.00%和41.35%）。

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。

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。

钢铁制造中,热轧计划的质量直接影响生产效率、成本及交货期。针对现有热轧批量计划模型存在目标覆盖不全及算法难以有效解决多目标冲突等问题,将热轧批量计划多目标编制问题建模为奖金收集车辆路径问题（prize-collecting vehicle routing problem, PCVRP）,并提出基于约束与路径优化改进的第3代非支配遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm III, NSGA-III）实现问题求解。模型以连铸计划产出的虚拟板坯和库存实体板坯为输入对象,综合考虑热轧计划相邻板坯属性变化、轧制单元长度和批量计划长度、热坯数所占比例等关键评价要素,并构建形成了3个核心评价值与综合评价值结合的优化评价体系。算法采用约束满足和路径近邻池随机策略初始化种群,在保证多样性的前提下提高初始解的质量;设计了融合模型约束和路径优化的交叉变异操作算子,提高算法收敛效率并避免陷入局部最优。通过上述模型与算法的协同设计,实现了对多目标冲突的有效平衡与问题的高效求解。最后,使用某钢厂的实际生产数据进行试验,结果表明,相较于MOEA/D（multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition）、NSGA-II和GA（genetic algorithm）,该优化算法综合评价值优化幅度分别提升2.3%、5.1%、35.4%。此外,在迭代过程中,所提方法将初始解的综合评价值提高了57.5%,这表明模型和算法能显著提高热轧批量计划的求解效率和质量。

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。

含碳球团的冷态强度是影响其转运效率和冶炼过程透气性的重要因素,直接关系到工业生产的稳定性与经济性。提锌尾渣作为含锌粉尘火法提锌后的次生固废,其资源化利用日渐成为行业研究热点课题,因此,提出以提锌尾渣、铁精粉、兰炭协同制备含碳球团的方法,以此降低冶炼成本、提升固废资源利用率。研究以球团生球的抗压强度为响应值,选取水分质量分数、黏结剂配比及成型压力作为关键工艺参数,基于响应曲面法（response surface methodology,RSM）对提锌尾渣含碳球团冷固结成型工艺进行优化设计与分析。结果表明,水分质量分数（A）与成型压力（C）对含碳球团抗压强度呈显著正效应,其中水分通过改善物料可塑性促进颗粒黏结,成型压力则通过增强颗粒接触密度提升结构稳定性;黏结剂配比（B）在单独作用时,其影响未达显著水平,但其与水分质量分数的交互项存在显著协同效应。基于试验分析结果构建了含碳球团抗压强度的二项式模型,预测含碳球团冷固结的最优工艺参数为水分质量分数4.67%、黏结剂配比5.51%、成型压力26.98 MPa,以此参数进行含碳球团抗压强度的验证试验,结果符合预期,得到的抗压强度与模型预测的结果误差小于2%,预测模型准确可靠。研究通过系统优化提锌尾渣含碳球团的冷固结成型工艺,为固废资源化制备高性能冶金原料提供了可靠的理论依据与指导。

针对冶金工业中燃料焦粉检测存在的复杂图像噪声、焦粉与背景分离度低、现场采集图像模糊等导致的粒径难以准确检测等问题,提出了基于改进RTDETR算法的焦粉检测模型ESGE-RTDETR（edge-sparse graph-enhanced efficient real-time detection transformer）,在焦粉检测场景能够对焦粉粒度进行高效准确检测。针对焦粉边缘特征提出MutiScaleEdge多尺度边缘卷积模块并结合ConvEdgeFusion边缘特征融合模块,得到不同维度信息的特征图,采用窗口化注意力和动态自适应稀疏注意力,优化计算复杂度,通过CSP-MSF（cross stage partial multi-scale fusion）融合模块进行颈部特征融合,最终输入检测头得出焦粉检测结果。为提升训练精度,融合PowerIoU和FocalerIoU的特点,提出了用FocalPowerIoU替换原有的GIoU,使得训练较快收敛且稳定,提高了模型的准确度。通过可视化模型所聚焦的特征提取点及区域,提升模型检测过程的可解释性。在实际生产过程中,检测预处理阶段经试验对比后选择采用自适应直方图均衡化（contrast limited adaptive histogram equalization,CLAHE）进行图像增强,突出焦粉边缘特征,为模型检测提供稳定输入,通过CLAHE图像增强提高了模型推理结果的全面性及准确性。在某钢铁厂焦粉图像数据集上的试验结果表明,ESGE-RTDETR模型相较于主流目标检测模型对焦粉多尺度粒度的识别精度有较好的提升作用,相较于原始RTDETR模型,平均精度均值（P_mA50）准确率提升20.6个百分点,召回率提升了14.1个百分点,相较于主流检测模型YOLOv8, P_mA50准确率提升了8.9个百分点,召回率提升了8.5个百分点,能够为现场生产及焦粉粒度工业闭环控制提供技术支持,经某钢厂实际生产验证,满足生产检测精度及速度要求。

某钢厂生产的20MnCrS5齿轮钢经过切削加工后,在一些齿轮坯表面发现明显的亮线缺陷,这种缺陷主要是由夹杂物导致的。利用扫描电镜和能谱分析明确缺陷处夹杂物的形貌和成分等基本特征,通过对20MnCrS5钢冶炼过程进行取样,分析不同阶段渣成分以及钢样中夹杂物的形貌和成分,结合热力学计算,分析冶炼过程夹杂物的演变,进而确定导致缺陷的夹杂物的形成机制。研究结果表明,齿轮坯缺陷处主要是大尺寸CaO-MgO-Al₂O₃类夹杂物,最大尺寸超过200 μm,其内部不含SiO₂,CaO和Al₂O₃分布较均匀,MgO只在局部比较集中,该类大尺寸夹杂物主要由大量小尺寸的CaO-MgO-Al₂O₃类夹杂物团聚形成。CaO-MgO-Al₂O₃类夹杂物是由钢液中原本存在的较多的Al₂O₃夹杂物在冶炼过程中与镁、钙发生反应形成的,此类夹杂物在高温时主要表现为液态而难以上浮去除,因此保留在钢液中。小尺寸CaO-MgO-Al₂O₃类夹杂物在随着钢液通过水口后,于后续温降及凝固过程逐渐析出固相,这些固相因腔桥力作用相互黏附,在接触后的短时间内完成烧结。此类小尺寸夹杂物通过该过程实现碰撞团聚,最终形成聚集状的大尺寸夹杂物。为减少此类大尺寸夹杂物的形成,需要进一步提高钢液洁净度,通过调节炉渣成分,增强其吸收钢液中Al₂O₃类夹杂物的能力;合理控制钙处理时钙线的喂入量,减少液态CaO-MgO-Al₂O₃类夹杂物的形成。研究结果对解决20MnCrS5齿轮坯表面缺陷问题并进一步提高20MnCrS5钢的产品质量有重要意义。

700L高强大梁钢作为承载车身质量和外部载荷的关键部件,须具备优良的产品性能,对钢水洁净度要求较高。钢中存在的Al₂O₃、Ca-（Mg）-Al-O等硬质夹杂物在轧制过程中不易变形,控制不当会造成钢板冲压、折弯开裂。以铈为代表的稀土元素活性高,能将钢中夹杂物变性为稀土夹杂物,减轻大尺寸球类夹杂物危害,且稀土夹杂物在钢中具有较低错配度,可作为异质形核核心细化铸坯凝固组织。结果表明,钢中稀土铈质量分数为0.001 3%时,球类夹杂物得到细化,单位面积数量由22个降低到11个,最大尺寸由11 μm降低到6 μm;TiN类夹杂物数量、尺寸变化不大。稀土铈将钢中Al₂O₃、Ca-（Mg）-Al-O类夹杂物变性为Ce-Al-O,变性程度取决于局部铈含量,变性后的Ce-Al-O继承钢中原始夹杂物的形貌特征;TiN析出形态发生改变,呈现易碎裂结构,有利于缓解应力集中。根据FactSage热力学计算可知,未添加稀土铈时钢液成分位于非理想相区（liquid+slag+CaAl₄O₇）,添加稀土铈后钢液进入liquid+slag+AlCeO₃相区,稀土将脱氧产物类和钙铝酸盐类夹杂物变性为Ce-Al-O夹杂物,这与扫描电镜（scanning electron microscopy,SEM）观测结果吻合。Ce-Al-O在铁素体钢中错配度小于8%,对钢的凝固形核有促进作用,铸坯等轴晶区扩大,枝晶得到细化,一次枝晶间距由426 μm缩小到280 μm。