氢能作为未来能源结构中的关键组成部分，其高效输运方式对能源转型至关重要。目前，管道运输因具安全性和经济性，成为氢气长距离输送的首选方式。然而，输氢管线钢的氢脆现象是影响运输安全的主要因素之一，其涉及氢原子行为、位错运动等多尺度机制，现有的表征技术难以全面揭示其机理。本文综述了输氢管线钢中几种常见的氢脆机理，主要介绍了氢增强脱聚、氢促进局部塑性变形、氢吸附诱导位错发射等理论及其之间的相互作用，从化学成分、微观组织、析出相、夹杂和偏析等角度探讨了氢脆的影响因素。同时，针对氢在输氢管线钢中的跨尺度行为，总结了从宏观力学测试到微观结构表征的多维度表征方法。随着能源转型的需要，提高输氢管线钢的抗氢脆性能已成为氢能规模化输送领域的关键和研究焦点，针对这一问题，介绍了机器学习和跨尺度研究在开发抗氢脆材料设计中的创新应用，这种逆向设计思路为开发高强韧抗氢脆输氢管线钢提供了解决方案。最后，结合输氢管线钢现阶段研究现状，对未来输氢管线钢研究的重点进行了总结和展望。

锌作为重要战略金属，被广泛应用于各行各业，冶炼产生的浸出渣含有银、锌、铁、锗及镓等金属资源，具有较高的综合利用价值。为此，详细介绍了锌冶炼工艺，对比火法中平罐炼锌、竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌及电炉炼锌和湿法中常规浸出、热酸浸出和氧压浸出等工艺的优劣势，研究其反应原理以及在工业生产中的应用情况。同时深入陈述锌冶炼中有价金属银、锌、铁、锗和镓等回收工艺，对比浮选、火法、湿法、联合工艺的回收效果，从原理的角度分析不同回收工艺的优缺点及其在工业应用中的现状。在此基础上，介绍了锌浸出渣在建筑材料、矿山填充材料、地质聚合物等方面的应用进展，并展望未来提高锌冶炼渣综合利用的研究方向。

综述了纯度5N以上高纯铜相较于普通3N或4N铜在导热、导电、耐疲劳等性能方面的优异性，以及其在半导体、显示面板、光伏、军工、高端制造、航空航天等领域的较广泛应用。同时，总结了电解法、区域熔炼法、真空蒸馏法、真空感应熔炼-定向凝固法、真空电子束熔炼-定向凝固法、阴离子交换法制备高纯铜的研究进展。初步展望认为，电解精炼法与区域熔炼法、真空蒸馏法等火法工艺相结合的湿法-火法联合工艺，是高纯铜材料制备技术的重要发展方向之一。此外，彻底排除高纯铜制备全流程的每个污染源，也是突破高纯铜精炼技术的关键研究内容。未来，随着对高纯铜性能要求的不断提高以及应用领域的持续拓展，制备技术将朝着更加高效、环保、低成本的方向发展，以满足日益增长的市场需求。

烧结作为钢铁工业主要的碳排放工序，其低碳化对实现中国“双碳”目标至关重要。天然气料面喷吹与烧结烟气循环是2种前景广阔的低碳技术，但其耦合应用面临流场干扰、混合效率低及安全风险等挑战。为此，研发了一种创新的“平板顶吹反弹式”天然气/烟气双介质耦合喷加装备及工艺。通过计算流体动力学(CFD)模拟对比分析，新方案利用平板反射板改变天然气流向，促使其与循环烟气近乎垂直碰撞并形成强化混合的涡流，显著提升了混合效率。模拟结果表明，与原直接喷吹方案相比，新方案将料面天然气峰值浓度降低了25.5%，浓度分布不均匀度(SMD指数)相对降低了约75.7%，并将可燃浓度区域有效抬升至距料面150 mm以上，显著降低了料面着火风险。该技术已成功应用于首钢股份3号(360 m²)烧结机。工业试验结果表明，在保证烧结矿质量稳定的前提下，采用新方案(天然气0.38 m³/(t·s)，烟气190 m³/(t·s))的单位烧结矿固体燃料消耗降低了2.08 kg/(t·s)，相较于原耦合方案，节约量提高了0.93 kg/(t·s)，展现出更优的节能降碳效益。本研究为烧结工序的深度低碳化提供了一种安全、高效的技术途径。

料面燃料分加技术可强化表层及上部料层热量供应，减少固体燃料消耗，但目前在料面燃料分加模式下，点火温度对烧结的影响机制尚不明确。在适宜料面燃料分加参数下研究了点火温度对烧结指标、料面红层、烧结负压及燃料燃烧效率的影响，结果表明，在适宜料面燃料分加模式下，点火温度可从1 050 ℃降低至900 ℃，点火强度与料面燃料燃烧放热强度匹配良好；成品率及转鼓强度从79.10%及69.76%增加至82.70%及70.10%，但烧结速度及利用系数从26.7 mm/min及1.49 t/(m²·h)降低至25.1 mm/min及1.48 t/(m²·h)；点火燃气消耗从3.52 m³/t降低至2.01 m³/t，当点火温度继续降低至850 ℃后，点火强度与燃料放热强度均较低，无法满足料面热量需求，不利于烧结指标提升。料面烧结矿致密程度、料层最高温度以及料层高温带保持时间都将影响烧结负压。此外，在料面燃料分加模式下，点火期间及点火后一段时间内一氧化碳(CO)排放浓度将增加；与1 050 ℃相比，点火温度降低至900 ℃后，烧结前期CO平均排放体积分数从0.70%增加至0.88%，燃料燃烧效率从89.40%降低至87.90%。综合来看，采用烧结料面燃料分加技术后，应同步适当降低点火温度，可以更大程度减少烧结燃耗，有助于烧结绿色化发展。

传统的钢渣处理方法不能物尽其用，热态精炼渣直接返回炼钢流程可以显著提高钢渣利用效率，但返回方式是否对钢液质量造成影响，目前研究相对较少。以热态精炼渣循环利用对钢水洁净度的影响为核心，通过工业试验研究了不同工艺路径(BOF-Ar-CC路径和BOF-LF-RH-CC路径)及返回方式(空包铸余与满包铸余)对钢水中氧氮含量及非金属夹杂物特性的影响。结果表明，在BOF-Ar-CC路径中，空包铸余工艺显著优化了夹杂物数量与尺寸，出站时全氧质量分数最低(0.003 08%)，且夹杂物数密度与平均尺寸优于满包铸余。BOF-LF-RH-CC路径中，空包铸余工艺在脱氧和控氮方面效果较好，与未铸余工艺相比，两者在夹杂物处理方面各有优劣，但差别较小，均符合工艺标准。综合分析表明，空包铸余工艺在2种路径中均表现出较为优异的洁净度控制能力，利用渣-钢反应动力学优势，延长了夹杂物吸收时间，为实际生产提供参考。

侧封板是保证薄带连铸工艺稳定性和产品质量的关键部件。为探究侧封板服役过程中的“掉块”及断裂问题，基于试验方法分析了侧封板的相组成、微观组织以及抗弯强度，采用有限元模拟方法研究了侧封板服役过程中不同磨损深度下温度-应力分布特征，并分析了侧封板在铸辊作用力下应力场变化规律。侧封板主要组分为BN-ZrO₂-SiC-Al₂O₃。浇铸时间从16 min增加到41 min，平行侧封板面方向抗弯强度由80.22 MPa增加到144.44 MPa，垂直方向抗弯强度由63.48 MPa降低到39.72 MPa，抗弯强度各向异性明显增加。侧封板被铸辊磨损后会形成一个磨损凸台，导致侧封板温度分布发生改变。在磨损深度内具有高温度梯度，厚度方向上每5 mm温差为100 ℃左右，而超出磨损深度部分，5 mm温差仅为10 ℃左右，使得侧封板在磨损形成的凸台边缘处具有较高的热应力；铸辊施加给侧封板的轴向力对侧封板影响不大，而侧向力增加使侧封板磨损凸台边缘处应力逐渐升高。由于侧封板抗弯强度的各向异性且铸辊侧向力作用在侧封板的垂直方向上，两者共同作用是导致侧封板“掉块”及断裂的重要原因。

在厚规格X80M管线钢的工业化生产中，通过成分体系优化与热机械控制轧制(TMCP)工艺调控实现高强度与低温韧性(特别是低温落锤撕裂试验DWTT性能)的良好匹配，是其生产技术开发及工程化应用亟须解决的关键技术难题。针对厚规格X80M管线钢的低温韧性控制问题，采用高温原位观察、中试轧钢试验以及金相组织分析等方法，系统研究了连铸坯加热制度对原始奥氏体晶粒尺寸的影响、粗轧变形工艺对再结晶奥氏体晶粒尺寸和低温韧性的影响，并通过热模拟试验分析了精轧后不同冷却速率对显微组织的影响。结果表明，厚规格X80M管线钢采用1 160~1 180 ℃加热温度(均热时间20~40 min)，粗轧阶段单道次变形量不低于22%，精轧后以20~30 ℃/s冷却速率控冷至320~400 ℃卷取时，可获得以针状铁素体为主以及少量弥散分布的马氏体/奥氏体(M/A)岛组成的显微组织。该组织特征使X80M管线钢实现了强韧性良好匹配，最终产品低温韧性优异，性能满足相关技术规范要求，服役安全性高，已成功应用于“川气东送二线”国家重大天然气管道工程，有力支撑了中国能源输送管网的高质量建设。研究结果为厚规格X80M管线钢低温韧性的优化提供了技术参考，具有较高的实际指导价值。

为了探明Nb-V-Mo-N微合金钢奥氏体中MX(M=Nb，V，Mo；X=C，N)碳氮化物的析出动力学，利用第二相理论计算与应力松弛试验对其沉淀析出的形核率-温度(NrT)曲线和析出-温度-时间(PTT)曲线等进行研究，并借助透射电镜分析碳氮化物的析出特征。结果表明，0Mo、0.26Mo和0.50Mo钢NrT曲线均呈反“C”形曲线，而PTT曲线均为“C”形曲线，随着形变储能从0增大至3 820 J/mol，试验钢的NrT曲线右移，最大形核率温度分别为920~950 ℃、970 ℃和950 ℃，PTT曲线向左上方移动，最快析出温度分别为960~980 ℃、960~980 ℃和940~950 ℃。相同形变储能条件下，0Mo和0.50Mo钢NrT曲线和PTT曲线十分接近甚至部分重合，但0.26Mo钢NrT曲线较两者明显向右上方移动，PTT曲线左移，这与试验所得0.26Mo钢PTT曲线最靠左、孕育期最短结果基本一致。此外，变形温度固定为960 ℃时，当钢中Mo元素的质量分数由0增加到0.26%和0.50%时，MX碳氮化物均以富Nb相为主，平均尺寸和数密度先增大后减小；固定Mo的质量分数为0.26%，随着变形温度从900 ℃升高至960和1 000 ℃，主要碳氮化物种类由富Nb相+富V相转变为富Nb相，对应的平均尺寸增大、数密度减小。

为探究低碳钢热轧带材表面翘皮缺陷与板坯表面质量的内在关系，利用光学显微镜、扫描电镜和电子能谱等手段分析了热轧带材常见表面翘皮缺陷和铸坯表面典型缺陷的特征。结果表明，热轧材表面翘皮缺陷以及铸坯表面裂纹内的异物组织成分均为结晶器保护渣或氧化铁；部分铸坯试样表面发现有皮下气泡，其内也有残留的结晶器保护渣夹杂。基于铸坯和热轧材表面缺陷特征可以得出，热轧材表面翘皮缺陷的形成与铸坯坯壳在结晶器内的行为密切相关。坯壳振痕处在结晶器内萌生裂纹，结晶器保护渣易浸入裂纹形成表面夹渣，最终演变为热轧带材表面夹杂型翘皮缺陷；铸坯表面的细裂纹在矫直与加热炉加热过程中内部氧化层会不断发展，除鳞时难以完全去除，由此形成氧化铁皮嵌入型翘皮缺陷。此外，结晶器钢水弯月面处初凝的低碳钢坯壳易捕获钢液中未能及时上浮的气泡，在轧制时将演变为封闭式翘皮缺陷。因此，可以通过提高铸坯表面质量减少铸坯表面裂纹夹渣等缺陷，从源头上降低轧材翘皮缺陷的发生率。研究结果可为从连铸源头上降低轧材翘皮缺陷发生率提供参考。

轧钢加热炉钢坯温度分布和断面温差直接决定热应力状态，进而影响轧制产品质量。然而，受炉内温度不均、波动剧烈及钢坯持续运动等因素制约，传统方法难以实现钢坯温度的连续精准测量。本文采用“黑匣子”测试技术，针对某钢厂6轧3线2号步进式蓄热式加热炉内大断面普碳钢坯开展研究，成功获取了钢坯在炉内不同位置的温度变化及分布情况。数据分析表明，钢坯两端温度高于中心，出炉断面最大温差控制在20 ℃以内；加热13 540 s时，钢坯中心部位温度突破550 ℃，最大热应力达242.69 MPa，且未超材料强度极限，验证了当前加热制度对温差和热应力的有效控制。研究成果为加热炉燃烧控制模型优化及工艺参数精准调控提供了关键数据支撑和理论依据。

在热连轧生产过程中，板形是重要的质量指标。残余应力的分布状态直接影响到热轧带钢的板形质量，仅通过优化轧制与冷却工艺消除带钢残余应力相当困难。实际生产中，仍需通过矫直工序进一步控制残余应力。辊式矫直机能够通过工艺调整对残余应力进行调控，提升产品板形质量。由于缺少残余应力检测仪表，无法对残余应力进行实时测量。为解决此问题，基于仿真软件ABAQUS进行子程序开发，在考虑初始应力分布状态的前提下，系统探讨矫直过程初始残余应力、带钢厚度、压下量与摩擦因数等工艺参数对矫直纵切过程残余应力的影响和演变规律。现场工业试验验证结果表明，矫直后的侧弯最大偏差量小于6.5%，偏差最大值为1.82 mm，证明了所建模型的有效性，可为生产过程中带钢残余应力均匀化控制提供工艺参考。

泡沫渣技术是超高功率电炉炼钢的核心工艺，对提升热效率、保护炉衬及优化钢水质量至关重要。以生物质炭为研究对象，系统分析了其作为发泡剂的性能及影响因素，并与传统化石类发泡剂(焦炭、石墨、无烟煤)进行对比。试验选用废木块炭、玉米秸秆炭、废竹子炭及工业木炭，结合化学配制的电炉渣，通过高温发泡试验与综合发泡指数(K)评价其发泡能力。结果表明，废木块炭因固定碳高、灰分低，展现出最优综合性能；玉米秸秆炭因灰分高及碱金属含量过高，显著降低炉渣黏度，导致发泡面积和持续时间均最差；废竹子炭虽固定碳最高，但灰分中高钾元素加剧了泡沫稳定性劣化，综合性能次于废木块炭。与化石类发泡剂相比，石墨的最大发泡面积和综合发泡指数最高，但工业木炭凭借较长的发泡时间和低碳环保特性，展现出替代潜力。研究进一步揭示了炉渣碱度、黏度及表面张力对发泡性能的协同影响，指出生物质炭灰分中的碱金属(如钾、钠)通过破坏硅氧网络降低黏度，但过量会缩短泡沫寿命。本研究契合“双碳”战略下绿色冶金的发展需求，为生物质炭在电炉炼钢中的规模化应用提供了理论依据。

烧结烟气成分复杂，其中CO、NO等气体对环境造成严重破坏。随着烧结矿产量的不断提高、环保治理力度的不断加大，烧结烟气治理成为必不可少的环节。从烧结工序节能环保考虑，充分探究了CO、NO在源头控制、过程消纳和末端吸收3个阶段不同的治理方式。CO主要通过料层厚度控制以及布料方式、制粒工艺、支撑烧结技术等实现源头控制，采用烟气循环方法实现过程消纳，利用吸收法和氧化法实现末端吸收。NO主要通过提高无烟煤的占比以及CaO、Fe₂O₃、焦炭优化配比实现源头控制，利用CaO等含钙化合物实现CO还原NO的催化反应来完成过程消纳，通过臭氧氧化-半干法吸收方法实现末端吸收。提出了一种烧结烟气深度氧化试验，对烧结烟气进行加热与充分氧化，同时实时检测各气体成分，研究温度变化对CO、NO等气体氧化过程的影响规律。从试验结果可知，当温度为680~760 ℃时，CO被充分氧化；当温度为650~750 ℃时，NO被充分氧化。为了降低CO和NO的排放，结合烧结生产工艺，将生产温度控制在680~750 ℃之间，有助于CO和NO的协同减排。

受限于知识推理模式的局限性，中国传统高炉专家系统在日益复杂的工况下逐渐表现出劣势，难以实现跨高炉场景的大规模推广。知识图谱是一种基于图结构数据的新型信息管理检索技术。首先，梳理了中国传统高炉专家系统的搭建机制，包括基于规则与逻辑、基于典型案例以及基于冶金数学模型3种知识推理模式，并深入分析了当前面临的痛点问题。其次，探索了高炉大数据背景下的知识图谱构建方法，并以先前工作为基础构建了以铁水钒含量为目标节点的知识图谱网络示例，绘制了相关的参数调控富集网络，验证了知识图谱在解耦多参数关联作用方面的优势。最后，总结了知识图谱技术在高炉专家系统中的应用方向，包括但不限于多模态数据的检索与管理、多参数关联作用的解耦、工艺的动态调控与优化、炉况的智能诊断、智能化决策的动态生成与推荐5个方面。知识图谱能够有效解决传统高炉专家系统规则复杂度高、单向检索、自适应能力不足等问题，促进传统基于规则的参数调控方法向全方位数据驱动的智能决策转变。知识图谱技术的高效利用是未来高炉专家系统转型与升级的重要方向。

针对RH精炼钢水终点合金成分预测问题，提出了将K均值(Kmeans)聚类算法、贝叶斯优化法(BO)与随机森林算法(RF)相结合的建模方法。首先通过Kmeans聚类对RH合金化相关炉况与生产数据进行分类，构建具有相似特征的数据子集；然后基于随机森林算法对每个子集分别建模，训练过程中利用贝叶斯优化法对随机森林算法的超参数进行优化，使随机森林算法在不同数据集下均有最好的预测效果；最后结合不同数据集的预测模型，实现对不同炉况与生产操作条件的预测。为测试模型精度，利用某钢铁企业实际生产数据，分别用基于多元线性回归法、随机森林及Kmeans-BO-RF方法建立的预测模型对RH精炼终点合金元素含量进行预测。结果表明，Kmeans-BO-RF的RH精炼钢水终点合金元素预测模型的精度远高于多元线性回归法和RF预测模型。

冷轧板带钢因其优异的表面质量、尺寸精度和力学性能，广泛应用于汽车、家电和建筑等高精度领域。随着对表面质量要求的不断提升，冷轧钢表面检测面临着越来越高的挑战。为了提高冷轧钢缺陷的检测精度和效率，本文提出了一种全新的高效轻量化模型——EffiNet。EffiNet模型引入了动态蛇形卷积，通过灵活的路径卷积方式有效增强了对线性细小缺陷的捕捉能力；为提升低对比度背景下的特征提取能力，模型融合了高效多尺度注意力机制，通过动态调整不同尺度特征的权重，使得模型能够精准关注关键特征信息；最后，通过引入Ghost卷积模块，有效减少了计算量和参数量，同时保持较高的检测精度。试验结果表明，EffiNet在检测精度、召回率及平均精度均值(mAP50)等指标上均超过了现有的YOLO系列模型，mAP50达到了0.879，精度和召回率分别为82.8%和85.9%。此外，EffiNet的参数量为4.56 M，每秒10亿次浮点运算(GFLOPS)为9.4，具有较低的计算开销和较快的推理速度，适合钢铁行业的缺陷自动检测。