2025年, 第35卷, 第7期　刊出日期：2025-07-15

  

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  序言

  干勇

  中国冶金. 2025, 35(7): 0-0.

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低碳路径与策略
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  基于钢化联产的高炉-转炉长流程极限碳排分析

  朱荣, 屠明伟, 冯超

  中国冶金. 2025, 35(7): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250182

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  为了应对中国钢铁行业高碳排放的挑战，推动绿色低碳转型，系统梳理了钢化联产技术框架下长流程炼钢工艺的碳减排路径、技术突破与实证成果，揭示了其实现近零碳排放的潜力与挑战。在工艺优化层面，钢化联产通过转炉煤气(CO)的定向利用，将传统燃烧排放的碳资源转化为甲酸、乙二醇等化工产品，实现“以用代排”的碳循环模式，吨钢水在钢铁行业最多可降低碳排放79.68 kg，在化工行业最多可降低碳排放259.16 kg。同时，铁水生产环节通过氢基直接还原铁(DRI)、铁焦技术及高比例球团矿冶炼的协同应用，吨铁水碳排放可从1.7 t降至0.8 t，而转炉工序通过低碳原料、能源替代与低碳冶炼技术，工序碳水排放可从159.60 kg/t削减至-165.95 kg/t。此外，基于碳流分析的动态模型表明，通过钢化联产、CCUS(碳捕集、利用与封存)和废钢比优化的多路径协同，高炉-转炉长流程吨钢水碳排放(以钢水计)可从当前的1 625.35 kg降至287.73 kg，而电弧炉短流程虽具备64 kg/t的超低碳潜力，但长流程仍将在2035年前担任减碳主力角色。
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  中国钢铁行业碳排放演变：驱动因素分解与路径预测

  张少峰, 李佳怡

  中国冶金. 2025, 35(7): 12-22,31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250112

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  基于2014—2023 年公开数据，采用广义迪式指数分解法(GDIM)分析了11 种影响钢铁行业碳排放驱动因素，识别出行业产值、能源强度、能源消费碳强度、粗钢产量和投资强度5 种主要驱动因素对碳排放的影响。研究发现，钢铁行业碳排放经历了从快速增长到平台期再到下降的3个阶段，生产扩张是碳排放增长的核心驱动力，而能源效率提升和技术进步成为抑制碳排放的关键因素。通过构建积分动态模型与复杂交互项模型量化驱动因素的累积及协同效应，揭示了技术进步与能源结构优化在减排中的重要作用。基于多情景预测模型，评估了2019—2035 年基准情景、低碳情景和可持续情景下的碳排放趋势。结果表明，基准情景难以满足“双碳”目标，而低碳情景和可持续情景可通过政策引导与技术革新，于2035 年将钢铁行业碳排放量分别降至12.39亿t和10.50亿t。为此，提出了优化碳减排管理体系、加快技术创新、调整能源结构和深化国际合作的政策建议，为钢铁行业的低碳转型提供了科学依据和实践路径。
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  中国发展电炉流程的区域布局与发展潜力分析

  张琦, 李星宇, 田硕硕, 沈佳林

  中国冶金. 2025, 35(7): 23-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250180

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  在中国钢铁行业低碳转型背景下，电炉短流程发展面临资源、能源等多重约束。为了分析发展电炉流程的区域资源、能源约束与发展潜力，基于省域视角，构建了一个涵盖废钢供给、能源供应、经济性等20项指标的综合评价体系，通过采用层次分析法(AHP)和熵权法(EWM)的组合权重，并运用TOPSIS模型进行电炉流程发展潜力评估。评估结果显示，河北省、广东省、山东省等省份短流程炼钢的发展潜力较高，西藏自治区、北京市和海南省的发展潜力较低；在资源维度上，广东省和河北省凭借废钢供应链的成熟度和庞大的消费市场占据领先地位；在经济性方面，西北、华北及西南地区则依靠电力保障和成本优势表现出色；而在制度保障上，沿海及西南地区通过实施产能置换补贴等政策形成了强有力的支撑。未来中国电炉短流程发展应实施区域差异化策略，精准施策，推动电炉短流程炼钢规模化发展以实现行业深度脱碳目标。
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  钢铁工业典型难处理固废资源化利用：现状、挑战与突破路径

  魏汝飞, 龙红明, 丁冉, 王延军, 夏晶晶

  中国冶金. 2025, 35(7): 32-52,76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250144

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  在推动国家工业化进程和构筑现代产业体系的征途上，钢铁工业扮演着举足轻重的角色。然而，这一过程也伴随着大量固体废弃物的产生，对中国的生态环境构成了严峻挑战。全面分析了钢铁工业典型的难处理固废钢渣、含锌尘泥和烟气治理衍生固废的物化特性、利用现状及潜在价值。钢渣在建筑材料等领域的应用前景广阔，但其资源化利用率低，仅30%，亟待开发高效利用技术和拓展应用途径。钢渣的显热回收和固碳潜力也未得到充分利用，提出未来研究应综合考虑这些因素，推动其绿色高效利用。含锌尘泥的处理目前主要依赖火法工艺，但高昂的能耗和成本问题突出，需要技术创新来降低处理成本并提高回收效率。对于烟气衍生固废，资源化利用技术的应用已在建筑材料和贵金属回收等领域取得了一定的成效，但仍面临经济价值较低和工业化进程缓慢的挑战。综上，通过技术创新和资源综合利用，不仅可以提升钢铁工业的环境友好性，还能促进经济效益与环境保护的协调发展，为中国钢铁工业的可持续发展提供有力支撑。
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  全球竞争格局下中国钢铁企业碳交易策略研究及建议

  赵禹程, 李阳阳, 周为, 李昊霖, 聂耀昱

  中国冶金. 2025, 35(7): 53-64,82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250104

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  中国钢铁行业正步入结构性调整的关键时期，面临着市场、环保和能源碳排放等多重约束，同时在全球气候治理背景下，如何综合性应对国内外涉碳约束，成为钢铁企业必须正视且积极面对的话题。为此系统梳理了中国碳市场的发展历程，分析了强制碳市场与自愿减排市场的运行现状及趋势，并针对钢铁企业面临的碳排放约束提出碳交易策略建议。研究表明，钢铁行业在以欧美为主导构建的涉碳贸易壁垒框架下将面临出口成本攀升问题，控碳能力弱的钢铁企业进入全国碳市场后将于2026年产生配额缺口。通过构建最优履约模型，并对比分析不同碳交易策略的经济性，发现提前和超额购买配额的策略能够显著降低企业的长期履约成本。通过参数敏感性分析，得到免费配额、粗钢产量、排放强度是高度敏感参数，微小变化会导致总履约成本剧烈波动。中国碳市场建设需在应对国际规则竞争与保障产业竞争力之间寻求动态平衡，综合建议钢铁企业应尽快建立碳资产管理体系、设立专职碳资产管理部门、制定动态交易策略、探索碳金融工具、加速低碳技术研发和绿色转型，并建立智能化碳资产管控平台以应对市场变化。
低碳炼铁
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  中国钢研纯氢冶金技术开发与实践应用

  周和敏, 郝晓东, 张少明, 沈朋飞, 武兵强

  中国冶金. 2025, 35(7): 65-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250157

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  铁前二氧化碳排放量占钢铁工业总排放的70%以上，铁前工序减碳是实现钢铁行业“碳达峰”“碳中和”的关键。概述了现有氢冶金技术的发展现状，描述了中国钢研科技集团有限公司提出的纯氢竖炉还原工艺路线。中国钢研通过对纯氢竖炉还原工艺技术和装备进行开发，建成全球首条纯氢竖炉还原示范线；通过优化各种工艺参数，实现连续通氢运行，取得金属化率97.0%~99.4%的优良效果。开展井室炉、电弧炉和真空感应炉熔分纯氢竖炉无碳海绵铁试验，结果表明，电弧炉熔分冷压球和冷压块熔分周期较短，真空感应炉熔分气体含量明显下降，真空感应炉熔分得到的高纯铁纯度(质量分数)达到99.9%。中国钢研纯氢冶金技术为将来中国实现绿氢冶金二氧化碳低排放或零排放提供了解决方案，可预期未来氢冶金会比碳冶金更具有竞争力。
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  提升高炉富氢冶炼减碳效果研究

  许海法, 左海滨

  中国冶金. 2025, 35(7): 77-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250151

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  氢气(H₂)作为优质的还原剂和清洁能源，是替代碳基还原剂的理想选择。然而，目前对富氢冶炼的H₂利用率和减碳效果仍然存在争议。因此，首先对H₂和CO在不同温度下的还原特征进行了对比分析，然后从实验研究和工业试验的角度对高炉富氢冶炼的H₂利用率进行了描述。结果表明，工业试验时的H₂利用率在43.15%~43.9%之间，高于实验研究值。最后，分析了高炉富氢冶炼的限制因素，并计算了在不同操作策略下的减碳效果。结果表明，若通过富氧维持理论燃烧温度不变，则喷吹H₂的量有限，且减碳效果不明显；而H₂加热后能够有效缓解高炉富氢冶炼时理论燃烧温度过低的问题，实现高炉大量喷吹H₂，且减碳效果显著。
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  低碳炼铁工艺发展现状探讨与展望

  唐珏, 秦纪乐, 储满生, 李峰, 田宏宇

  中国冶金. 2025, 35(7): 83-95,120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250319

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  在“双碳”战略目标驱动下，钢铁工业作为重点碳排放领域，低碳炼铁化技术革新已成为实现碳中和的关键路径。由此研发了熔剂性球团与高炉大球团比冶炼、复合铁焦、富氢碳循环高炉、氢基竖炉短流程等关键技术。其中,使用熔剂性球团及高炉大球团比冶炼可优化高炉炉料结构，以球团部分替代烧结矿；复合铁焦作为高反应性铁焦可代替部分焦炭；高炉富氢喷吹低碳炼铁技术核心为将氢气或富氢还原气从风口注入高炉，替代部分传统碳基燃料；而氢基竖炉短流程是一种以氢气为还原剂的非高炉冶炼工艺，具有高效、环保和节能的特点。以上低碳炼铁工艺均可降低碳排放。未来应进一步系统研究低碳炼铁技术体系，通过深化改革高炉炼铁工艺以及研发攻关非高炉炼铁技术，从中选择合适的低碳炼铁技术路线，有望实现中国钢铁行业碳中和目标。
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  烧结优化配矿研究现状

  章新宇, 潘从元, 袁溢, 申远, 谢蒙, 余正伟, 龙红明, 唐银华, 陈良军

  中国冶金. 2025, 35(7): 96-108.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250149

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  烧结优化配矿作为钢铁冶金生产的关键环节，旨在通过多矿种协同配比实现资源高效利用、成本控制与冶炼性能优化，对提高资源利用率、改善烧结矿质量、降低生产成本与能耗有重要意义。然而，随着优质铁矿资源日益紧缺和原料结构复杂化，传统配矿方法因依赖静态线性模型与经验决策，难以应对矿石成分波动、多目标优化、多工序动态耦合及非线性指标约束等挑战，尤其在处理化学成分、成本、冶金性能的协同优化时存在显著局限。以遗传算法、粒子群优化为代表的智能算法通过融合数据驱动与机理模型，可显著提升多目标优化能力，为突破多目标动态优化瓶颈提供了新路径。系统梳理了烧结优化配矿的研究进展，对比传统方法与智能算法的适用边界，并针对动态响应、跨工序协同及数据-机理融合等核心问题，提出构建智能低碳配矿体系的技术方向，为钢铁行业实现资源集约化利用与智能化转型提供理论支撑与实践参考。
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  烧结烟气CO减排研究现状与展望

  李杰, 许蕊, 张纹郗, 杨爱民, 张遵乾

  中国冶金. 2025, 35(7): 109-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250135

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  烧结工序是钢铁行业CO排放的重要源头之一，在钢铁行业的总排放量中占比40%~50%。系统总结归纳了烧结烟气中CO的生成机理、排放规律及减排路径。CO主要源于固体燃料的不完全燃烧及高温还原反应，其排放呈现阶段性特征，即从初始阶段低温低氧低CO逐渐到低温低氧高CO，最后呈现高温高氧低CO。从源头减排、过程控制、末端治理以及协同处理4个角度总结了现有CO减排策略以及研究结果，并进行展望。在系统梳理现有CO减排策略的基础上，提出将数据驱动方法引入烧结烟气治理领域，利用烧结烟气中CO的生成与变化的特征图谱，根据不同钢厂构建相应的大数据模型，进而实现烧结工艺参数的在线优化与预判式调控，提前进行工艺调整，在整理与总结的基础上为烧结烟气CO减排提供了新的研究方法。
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  高品位赤铁矿氧化球团富氢还原行为

  郭正启, 赵富康, 李博华, 朱德庆, 宋清诗, 王伟, 潘建

  中国冶金. 2025, 35(7): 121-131.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250152

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  富氢直接还原技术中，还原工艺参数的调整直接影响最终产品直接还原铁(DRI)的质量。明晰还原温度、还原气体流量及还原气体比例(φ(H₂)/φ(CO))对球团还原行为的影响规律，对于优化富氢还原工艺、改善产品质量具有重要意义。以某全铁质量分数为66.67%的赤铁矿为含铁原料，制备了碱度为0.3的球团，参考Midrex法气基直接还原标准，将球团在不同还原条件下进行气基直接还原，系统研究了其金属化率、粉化率、还原膨胀率、还原后抗压强度和物相变化。研究表明，当还原温度从750 ℃升高至900 ℃时，金属化率由86.63%显著提高至96.66%；在900 ℃时，球团内部生成大量铁晶须，使球团出现异常膨胀，膨胀率超过25%。低还原气体流量(10 L/min)使球团还原速率降低且球团内部结构不均匀，粉化和膨胀均加剧；适当提高气体流量，各项指标明显改善。还原气体中氢气比例的提高可显著改善球团的还原性能。在纯氢(φ(H₂)=100%)气氛下，还原球团的金属化率和抗压强度分别高达96.83%和615 N/P，粉化率和还原膨胀率分别仅为0.11%和4.11%。XRD和SEM分析表明，纯氢气氛下还原球团的铁晶粒均匀且结晶度好，金属铁以层状析出，球团结构更加稳定。研究结果为富氢直接还原工艺的优化提供了理论支撑。
低碳炼钢
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  低碳型多元固废-铁矿粉冷固结球团研究进展

  郑锡瀚, 陈铁军, 万军营, 周仙霖, 刘佳文, 邓宇

  中国冶金. 2025, 35(7): 132-142,179.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250147

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  烧结-高炉炼铁工序作为钢铁行业碳排放最高工序，其低碳发展对实现钢铁行业“双碳”目标至关重要。近年来冷固结球团技术生产低碳高炉炉料受到广泛关注。综述了常用铁矿粉与含铁固废为原料制备低碳冷固结球团的研究进展，发现铁矿粉冷固结球团主要用于回转窑、转底炉、转炉等低强度要求的炼铁炉窑。为了使铁矿粉冷固结球团符合高炉低碳生产要求，重点探讨了固废作为辅助原料对提高冷固结球团强度指标的强化作用。同时，对冷固结球团技术配合不同炼铁设备生产过程的能耗和碳排进行了系统分析。结果表明，冷固结球团技术可显著降低高炉炼铁的能耗与碳排放，并且有效消纳含铁固废资源，具有显著的环保效益。基于此，对低碳型多元固废-铁矿粉冷固结球团的开发与发展进行了展望，以期为烧结-高炉炼铁工序的绿色低碳发展提供参考。
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  连铸坯凝固末端压下过程应变分布实时预测

  徐华敏, 祭程, 朱苗勇

  中国冶金. 2025, 35(7): 143-154,270.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250212

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  在连铸生产流程中，铸坯容易形成角部裂纹、表面纵横裂纹、内部偏析和鼓肚变形等质量缺陷。此类缺陷的分析与控制对提升产品合格率至关重要，且一直是学术界与工业界长期关注的核心研究议题。在这些缺陷中，应变场分布数据作为裂纹与损伤预测的核心依据，凸显了铸坯截面应变监测研究的学术价值与工程意义。针对连铸过程应变监测的挑战与精度需求，提出了一种基于自注意力条件生成对抗网络(SACGAN)的创新解决方法。该模型以实时工况参数生成的温度场为输入，以铸坯截面应变场为输出，旨在探索其作为传统有限元分析(FEA)方法高效替代方案的可行性。研究结果表明，该方法能够有效弥合物理机制分析与模型设计之间的差距，为连铸工艺提供了高效、精准的应变预测能力。此外，深度学习框架在处理更广泛的材料力学问题时也展现出了相较于传统有限元法更显著的优势与更广阔的应用前景。
智能化冶金
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  高品质板材电炉冶炼磷含量控制技术研究进展

  史亚彤, 冯梦龙, 胡砚斌, 何赛, 林路

  中国冶金. 2025, 35(7): 155-168.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250190

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  在“双碳”目标驱动与国际碳关税压力下，中国钢铁行业加速推进电炉短流程冶炼高品质板材的绿色转型。当前钢铁企业通过氢基直接还原铁、绿电耦合及工艺智能化升级开展示范项目探索，但仍需突破碳-磷-氧反应调控、残余元素净化及全流程动态协同等关键技术难题。相较于转炉冶炼，电炉受入炉原料、熔池形状以及热、动力学条件等因素制约，脱磷效果不甚理想。其中，碳氧反应对高废钢比电炉脱磷动力学条件影响较大，由于原料碳含量低，引发反应强度不足与熔池搅拌弱化的难题，致使脱磷反应不够彻底。为解决这些问题，一方面需优化温度控制、熔池搅拌并加强模型应用，协同改善炉型结构，以实现电炉高效脱磷与高品质钢生产的平衡；另一方面，注重脱磷炉渣成分与性能的协同调控，开发低熔点、高磷容量渣系，并通过优化工艺参数，提升渣金间磷分配比，提高脱磷稳定性。然而，炼钢脱磷受多变量、非线性及随机干扰，尤其在电炉短流程高废钢比冶炼时，原料波动、电极加热扰动及脱磷动力学条件差异，建立脱磷模型实现精准过程控制仍面临挑战。未来研究应聚焦电炉冶炼多相反应机理研究、渣系与工艺协同设计、全流程动态优化及智能化控制技术开发，以推动高废钢比电炉短流程在高品质钢规模化生产中的工业应用，助力中国钢铁工业绿色低碳转型与国际竞争力提升。
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  基于协同感知的中厚板热处理区域高精度集约化生产技术

  蔺凤琴, 贾瑞哲, 钱智贤, 郭金, 李擎, 宋勇, 荆丰伟, 邵健

  中国冶金. 2025, 35(7): 169-179.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250189

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  碳达峰、碳中和是国家的重大战略决策，在新发展理念的全面贯彻下，传统工业正加速向绿色低碳转型。中厚板热处理区域对产品的最终性能起着决定性作用，但生产过程涉及多道工序，传统生产模式控制环节分散、操作人员配置密集，工序间协同不足，难以满足冶金工业智能化发展以及对多品种、小批量、定制化生产模式的需求。同时，中厚板热处理也是高能耗、高排放的工艺环节，其智能化升级是实现低碳生产的重要途径。针对上述问题，开发了炉况健康状态评估模型、中厚板钢印识别系统和基于物理信息神经网络(PINN)的物料温度预测模型，形成基于协同感知的高精度集约化生产技术，打破各工序间的信息孤岛，实现热处理区域的全流程跟踪与优化控制，提升了生产的自动化与智能化水平。生产实际表明，应用该生产技术后，能耗同比下降18.38%，产量同比提高9.24%，热处理性能合格率同比提升1.95%，人员数量同比下降10%，达到了减员增效、节能降耗、提升产品质量的目标。
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  基于相关性分析与CatBoost算法的球团性能预测与反馈

  韩英泽, 田宏宇, 王茗玉, 储满生, 唐珏

  中国冶金. 2025, 35(7): 180-188,215.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250105

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  球团矿的力学强度是评估其质量的关键指标，同时也是球团生产过程中需要重点控制的目标。由于检测周期较长且控制反应滞后，因此对球团矿性能进行实时准确的预测，对于优化球团生产过程至关重要。提出一种基于Pearson与Spearman算法的高效梯度提升决策树模型(GBDT)预测球团矿性能，并联合机器学习(CatBoost算法)构建球团优化配矿模型。采用现场生产数据和实验室基础性能数据对模型进行训练与测试。预测结果表明，该模型对生球抗压强度和落下强度预测精度高，预测生球抗压强度的平均绝对误差(MAE)为0.163 7 N，决定系数(R²)为0.921 2；预测生球落下强度的MAE为0.170 6 N，R²为0.912 8；预测氧化球团抗压强度的MAE为24.812 3 N，R²为0.863 5。经试验验证，模型预测结合优化配矿模型得出的配矿优化案例中95%的方案对球团生产过程有提升效果。
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  基于SHAP可解释性分析与多特征融合的焦粉水分识别模型

  袁溢, 潘从元, 章新宇, 申远, 陆伟文, 龙红明, 陈良军, 张旭, 余正伟

  中国冶金. 2025, 35(7): 189-201.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250148

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  针对当前焦粉水分检测方法实时性差、抗干扰弱等瓶颈问题，通过融合SHAP可解释性分析与多类异质图像特征提取技术，构建了基于SHAP可解释性分析与多特征融合的焦粉水分识别模型。该模型通过亮度校正算法消除亮度对纹理特征提取的干扰，结合小波变换提取焦粉图像的亮度、纹理等42维多尺度特征，利用极限梯度提升算法(XGBoost)建立全特征水分预测基准模型。再基于沙普利加和解释算法(SHAP)分析得到焦粉水含量与其图像亮度呈现显著负相关关系、与表征纹理粗糙度呈现明显正相关关系，揭示焦粉图像均值、亮度对比度及小波标准差等为关键水分敏感参数，并采用特征递归消除算法筛选出10维最优特征子集，构建水分预测模型，预测精度指标平均绝对误差(MAE)0.219、均方误差(MSE)0.12、平均绝对百分比误差(MAPE)3.235×10^-2，显著提高了预测速度和准确度，促进焦粉水分精准控制，保障了烧结燃烧效率与烧结矿质量。
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  基于规则库与工艺优化的高炉铁水硅含量调控模型

  张玉洁, 刘然, 刘小杰, 段一凡, 孙艳芹, 吕庆

  中国冶金. 2025, 35(7): 202-215.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250139

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  高炉铁水硅含量是评价高炉操作效率和产品质量的重要指标，精准预测与控制铁水硅含量对炼铁工艺的优化至关重要。仅仅依赖经验模型和操作人员的专业知识，在复杂生产环境中难以满足高精度和高适应性要求。随着大数据和人工智能技术的发展，基于数据驱动的机器学习方法为铁水硅含量预测提供了新思路。构建了一套基于深度学习与强化学习的智能决策系统，用于高炉铁水硅含量的精准预测与智能调控。利用CNN-Informer融合模型进行预测，决定系数达91%。通过SHAP方法分析模型可解释性，明确主要影响因素，为调控策略提供依据。结合专家经验和历史数据，构建自学习和持续优化的规则库，利用置信度评估量化规则有效性，并引入Q-learning强化学习算法实现规则库动态优化。系统根据实时数据和模型预测结果，自动生成最优调控建议，操作工人按照提示微调关键参数，即可精准控制铁水硅含量。系统实施后，铁水硅含量波动显著减少，稳定率超80%，利用系数达2.73 t/(m³·d)，生产稳定性提升，设备故障率降低，经济效益显著提高。
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  基于YOLO-SNBP的密集小目标废钢料型精准识别

  肖鹏程, 尹纪虎, 王超, 刘晓雨, 朱立光

  中国冶金. 2025, 35(7): 216-227.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250183

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  废钢作为一种可循环利用的绿色资源，是钢铁工业重要低碳属性原料，对促进钢铁行业可持续发展发挥着关键作用。废钢的品级关系到生产成本及质量，其精准分类和评级对废钢回收至关重要。现有废钢分类的研究普遍存在小目标废钢检测效果不佳及背景干扰等问题，影响废钢分类的精准度。为此，提出一种基于YOLOv5改进的密集小目标废钢识别算法YOLO-SNBP。首先，通过增加小目标检测层以提升模型在验收场景下密集小目标废钢的识别效果；其次，引入BiFormer注意力机制来加强模型在复杂背景中对小目标特征的提取能力；最后，采用Soft-NMS(Soft Non-Maximum Suppression)算法替代传统NMS(Non-Maximum Suppression)以减少因重叠导致废钢漏检问题。在自建废钢数据集上对YOLO-SNBP模型进行训练和验证，并不同检测算法进行对比分析。试验结果表明，相比基础模型，YOLO-SNBP模型P(Precision)、R(Recall)和P_mA(mean Average Precision)值分别提高2.8%、7.2%和7.4%，与前人算法相比P_mA值分别提升29.0%、18.2%和18.8%，在废钢料型精准识别中展现出显著优势，为验收时的高效评级提供了有效支撑。
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  基于数据驱动的镀锌线光整机轧制模型技术

  高淑峰, 郭薇, 陈彪, 闫洪伟, 于孟, 林海海

  中国冶金. 2025, 35(7): 228-236.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250129

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  镀锌线光整机轧制力预设定值的准确性直接关系着产品性能与表面质量是否满足客户需求。基于冷轧镀锌线实际生产数据，采用机器学习算法，对轧制力预设定值进行了预测，通过对比多个机器学习模型，得到预测效果最优的轻度提升向量机算法(LightGBM)。针对LightGBM算法待优化超参数维度多、参数之间存在相互耦合等问题，采用北方苍鹰优化算法(NGO)对其进行超参数优化，得到预测效果更优的NGO-LGBM算法，预测效果为决定系数R²=0.826、平均绝对百分比误差 E_MAP=9.47%、均方根误差E_RMS=452 kN。采用自学习模型对轧制力预测模型进行修正，弥补数据模型对小样本数据预测能力不足，以及贴合轧制设备和实时工况变化的特点。试验结果表明，经自学习修正后，轧制力预测E_MAP从9.47%减小到6.65%，R²增大到0.913，效果显著，尤其是对预测误差较大的小样本数据有了明显的拟合优化，大大缩减了模型预测的平均误差。
固废资源高效利用
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  多变量非线性耦合系统在钢铁低碳智能制造中的优化算法

  刘佳伟, 蔡恒君, 王弢, 宋速萍, 陈百红, 伊占博

  中国冶金. 2025, 35(7): 237-244.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250124

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  钢铁工业是能源消耗和碳排放的主要来源之一，在推进低碳智能制造的背景下，如何通过优化算法实现多变量非线性耦合系统的高效控制成为关键问题。为此，基于多变量非线性耦合系统的理论模型，提出了一种基于动态权重的多目标强化学习优化算法(DW-MORL)，在马尔可夫决策过程(MDP)框架下定义状态、动作与奖励函数，采用策略梯度法进行多目标学习。算法中引入动态权重分配机制，根据各目标的历史表现动态调整奖励融合比例，并在每次更新后进行归一化处理。试验结果表明，所提DW-MORL算法相较传统PID控制和粒子群优化方法，在典型钢铁加热炉多目标调控中表现优异，单位能耗降低8.7%、出口温差波动减小12.3%、产能提升5.4%，验证了所提方法在多目标工业系统智能优化中的有效性与先进性。研究结果可为钢铁低碳智能制造实践提供技术支持和参考。
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  碳钢钢渣在休闲花卉无土栽培中应用的研究进展

  张浩, 周启航, 尹帅男, 陈煜, 陈慧杰, 张耀辉, 韩加友, 周统

  中国冶金. 2025, 35(7): 245-253.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250161

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  人类在面临一次资源日益枯竭的同时，又必须面对因一次资源消耗带来的固废难处理问题。因此，在充分考察碳钢钢渣特性基础上，分析碳钢钢渣的主要成分，利用碳钢钢渣的潜在营养元素，研发碳钢钢渣用于休闲花卉无土栽培技术，有望实现在非建材领域的大规模资源化利用，具有巨大经济价值与重要现实意义。碳钢钢渣用于休闲花卉无土栽培技术具有质地紧实、孔隙度优良、pH适宜以及潜在营养价值丰富等特点，在休闲花卉无土栽培领域具有广泛应用的潜力。首先对碳钢钢渣特性做了简单介绍；并就碳钢钢渣不同处理工艺的优缺点进行了探讨，明确了滚筒渣与热闷渣处理工艺满足在休闲花卉无土栽培中应用。然后验证了碳钢钢渣用于盆栽育苗和草坪建植的可行性，并就目前碳钢钢渣用于无土栽培的局限性进行详细评述。在此基础上，指出建立碳钢钢渣分类标准，完善钢渣分类管理，确立统一的无土栽培基质标准，是未来亟待解决的问题。
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  高炉渣基沸石分子筛的CO₂吸脱附动力学特性

  李博文, 段文军, 王钧涵, 李荣民

  中国冶金. 2025, 35(7): 254-263.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250026

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  在钢铁行业碳排放备受关注的背景下，碳捕集技术中吸附剂的开发至关重要。文章聚焦高炉渣基沸石分子筛，深入探究其CO₂吸脱附动力学机理。研究表明，Bangham模型适于描述CO₂吸附过程，表观活化能为-4.085 8 kJ/mol，即该过程为CO₂分子与吸附剂表面之间通过范德华力等弱相互作用力结合的物理过程。采用等转化率法(Starink法和Tang法)和主曲线法确定脱附过程符合Avrami-Eroféev模型，并揭示表观活化能随转化率的增加呈现先增加后逐渐减小的趋势。这是因为反应速率最初由CO₂在沸石分子筛表面的扩散所控制；随着反应的推进，温度升高致使CO₂扩散阻力下降进而使表观活化能增大；最终脱附驱动力随着转化率的提高而逐渐减弱，表观活化能逐渐降低。文章旨在明晰沸石分子筛CO₂吸脱附的反应机理，为该材料实际应用提供理论基础。
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  沙钢转炉废钢分流调控及二次污泥资源化利用实践

  姚海威, 毛瑞, 王飞, 苏航

  中国冶金. 2025, 35(7): 264-270.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250159

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  为了研究转炉二次污泥锌的质量分数波动大、资源化利用效率低的问题，基于锌元素平衡分析，提出废钢分类分流与污泥梯度利用协同调控策略。通过分析沙钢转炉车间废钢锌的质量分数特性，明确普通废钢、粉碎料和优质废钢/清洁废钢锌的质量分数分别为0.51%、1.14%和2.20%。据此设计废钢定向分流方案，转炉一车间以普通废钢和其他废钢替代高锌废钢，使二次污泥锌的质量分数从5.53%降至3.20%；高锌废钢集中分配至二车间，其污泥锌的质量分数上升至12.2%；中锌粉碎料调配至四车间，污泥锌的质量分数增至6.72%。方案实施后一车间产出低锌污泥用于烧结，可使烧结矿锌负荷降低42.09%，对应高炉锌负荷下降33.67%；高锌污泥经转底炉处理，混合料锌负荷提升至5.7%，氧化锌粉产量提高30%左右。通过“分类-分流-梯级利用”实现锌元素闭环管控，为钢铁固废资源化提供了高效解决方案。
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  基于碳酸化钢渣的沥青混合料性能优化与低碳技术

  马俊杰, 毛瑞, 朱祚峤, 姚海威

  中国冶金. 2025, 35(7): 271-279.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20250156

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  针对钢铁工业高碳排放与钢渣固废利用率低的双重挑战，提出“钢渣碳化-路用转化”协同技术，通过烟气CO₂碳酸化钢渣并应用于排水沥青混合料，实现钢渣的高值化利用。通过高温低压碳酸化工艺，在600 ℃、0.5 MPa、2.5 h、水蒸气和CO₂流速9 L/h条件下，其游离氧化钙质量分数由3.20%降至1.15%，满足道路材料规范要求。将50%碳酸化钢渣掺入OGFC-10沥青混合料中，通过配合比设计并系统开展路用性能测试，结果表明碳酸化钢渣混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、排水性和抗滑性能分别提升11.34%、10.89%、9.30%、10.81%、3.90%，浸水膨胀率降低66.93%。同时，减排机制分析表明，每吨钢渣可直接固定约16.10 kg CO₂，从替代天然骨料、延长道路寿命和减少重铺施工方面分别减排11.69、7.28、59.65 kg/t(以CO₂计)，实现显著的碳减排效益。研究成果为冶金固废高值化利用和道路工程低碳发展提供了技术支撑，助力钢铁行业绿色转型。