钒钛磁铁矿是中国特色战略金属资源。国内外现有主流高炉炼铁-转炉提钒工艺碳排放高、钒钛回收率低, 含钛高炉渣累计堆存上亿吨, 不仅浪费资源, 也显著增加了环保压力。介绍了非高炉冶炼工艺, 包括直接还原技术和熔融还原技术, 概述了其工艺流程和应用现状; 总结了国内外含钛炉渣的提钛途径, 如改性富集、碳化-氯化和湿法浸出等工艺的原理、应用现状和优缺点, 评价了其资源化利用前景; 认为钒钛磁铁矿氢基竖炉还原-电炉熔分-钛渣综合利用全流程技术极具发展前景, 可有力支撑中国钒钛钢铁产业实现"双碳"目标实现。

镓是一种重要的稀有金属矿产, 镓和镓化合物广泛应用于太阳能、半导体、生物、化工和合金等领域。随着镓需求量的不断增长, 镓资源已成为一种重要的战略资源。镓以极为稀少的含量分散于铝土矿、磷灰石、霞石和明矾石等矿物中, 世界90%以上的原生镓来自于氧化铝生产的副产品。目前, 从拜耳母液回收镓的方法有沉淀法、电化学法、萃取法和树脂吸附法等, 然而提升镓的回收效率和降低其回收成本仍是业内关注的重点。阐述了铝土矿镓的赋存形式、镓在拜耳循环过程中的迁移规律、镓的分离提取方法和回收工艺的研究成果, 重点介绍了铝土矿中镓资源回收现状, 总结了现有技术的优缺点, 并展望了从铝土矿中提镓的研究发展方向。

钢铁行业是国家经济发展的重要建设基础和工业化支撑，直接影响国民生活水平和国家安全。为积极响应中国的“碳达峰、碳中和”与可持续发展政策，中国钢铁行业未来的转型方向将聚焦于高质量发展、绿色生产、智能制造和提升国际竞争力，以实现碳减排和可持续发展的目标。作为钢铁生产的重要一环，高炉炼铁领域已基本具备完整的自动化系统，产生了大量的生产数据。为了将这些数据服务于高炉炼铁智能化，推动高炉炼铁可持续发展，围绕高炉智能化方向。通过数据治理技术对数据进行清洗，可以提高数据质量，为后续分析提供可靠基础。基于生产过程中的重要参数，利用大数据分析及人工智能技术，建立关键变量的数字孪生模型。可以在冶炼过程中针对多个目标进行实时监测、分析和预测，结合智能化的控制策略和优化算法，实现多目标的协同优化，从而可以在确保生产安全的前提下提高生产效率、降低成本。利用数据中台对高炉炼铁产生的数据进行整合、分析、应用、共享等，可以提升高炉炼铁的智能化水平和生产效率。最后，总结了高炉炼铁智能化方向存在的问题，并在结论中探讨了解决方案，希望能够为高炉炼铁行业的智能化转型升级提供指导，推动钢铁行业的可持续发展。

高牌号薄规格硅钢冷轧时易边裂、难变形、板形控制难度大, 因而一直采用单机架20辊轧机可逆轧制生产，导致生产效率与效益相对较低。近年来，国内外均开始探索高牌号薄规格硅钢的冷连轧生产工艺基本设备，国内也率先改造或新建成基于6辊轧机的4机架、5机架、6机架的硅钢专用冷连轧生产线，其辊形、辊径、辊系结构都各不相同，为新的同类工程设计带来困惑。为研究适用于高牌号硅钢冷连轧机的具体轧机结构，开展以下工作。首先，取样35WD1900热轧硅钢板并通过模拟连轧试验与常温拉伸试验得到了硅钢的应力-应变曲线。然后，针对1 500 mm UCMW轧机，基于Abaqus平台建立轧件辊系一体化单机架轧制与模拟连轧的有限元仿真模型。并通过大量工况仿真比较，确定出连轧机门户机架工作辊最优辊径范围为320~360 mm，中间机架工作辊最优辊径范围为300~340 mm，成品机架工作辊最优辊径范围为300~340 mm。同时，在冷连轧工艺中，5机架连轧一直是主流选择，通过深入对比5机架、6机架和7机架连轧对轧后带钢凸度遗传与演变的影响规律，并综合考虑经济成本，认为6机架是较优机架数选择。最后，针对高牌号硅钢的连轧生产优化设计对应的中间辊与工作辊辊形。研究结果对高牌号薄规格硅钢冷连轧机的设计有参考价值，为硅钢连轧工艺的改进和优化提供了指导方向。

为了给不锈钢复合板焊接工艺优化和质量控制提供理论依据，综述了其结构特点、制备技术和焊接工艺。首先，分析了不锈钢复合板的层状结构特征，介绍了复合板的常见制备方法与过程。然后，分析了不锈钢复合板的焊接特性和工艺难点，从不锈钢复合板焊接接头结构设计入手，讨论了焊接方法、焊接材料、焊接坡口、焊接顺序以及焊接前/后处理等有关因素对焊接接头组织性能的影响，研究了焊接过程组织演变规律及其与焊接接头各项性能的关系，总结了不锈钢复合板焊接性能调控的研究现状。进一步地，根据焊接技术发展，探讨了不锈钢复合板焊接采用的新方法、新材料，阐述了焊接工艺研究的数值模拟方法及应用。最后，对不锈钢复合板的焊接工艺方法和性能控制措施进行了展望。

轻量化是解决汽车行业大气污染, 实现“碳达峰”“碳中和”的重要途径。锰质量分数为3%~12%的中锰Fe-Mn-Al-C钢因密度低、力学性能优良, 且具备显著的低成本和生产加工优势, 在汽车结构材料领域具有广阔应用前景。基于国内外研究现状系统介绍了中锰Fe-Mn-Al-C低密度钢的强化机制, 总结了不同热处理工艺条件对中锰低密度钢力学性能和变形过程中残余奥氏体稳定性的影响和作用机理。结合研究现状指出目前中锰低密度钢力学性能较传统汽车用钢仍有差距, 尚难满足整车应用需求。聚焦发展历史和研究现状归纳了淬火-配分工艺的特点, 分析了淬火-配分钢的强化机制, 从加热温度、淬火温度、配分温度、配分时间的角度探讨了影响中锰钢力学性能的因素。基于当前中锰Fe-Mn-Al-C低密度钢性能提升的需求并结合其元素组成和微观组织形貌特性, 指出通过淬火-配分工艺可增加中锰Fe-Mn-Al-C低密度钢中残余奥氏体体积分数和稳定性, 进而实现力学性能提升。未来需要关注的研究方向, 一是如何设计合理的Q&P工艺参数避免钢中粗大的κ-碳化物析出, 二是需探究中锰低密度钢中κ-碳化物强化与TRIP效应之间是否存在多元强化机制的协同作用, 三是查清Q&P处理是否会通过影响原始奥氏体晶粒尺寸大小等进而改变相变过程中马氏体组织的不均匀性, 以及不同马氏体亚结构特性对残余奥氏体形核位点和形貌特征的作用规律, 以为该工艺在生产中的普及和优化改进提供参考。

钢铁制造流程是由多工序耦合集成的制造系统,其物理本质是铁素物质流在能量流的驱动和作用下,经过一系列复杂的物理及化学的转化或转变,制造出钢铁产品的过程。物质流、能量流和信息流在流程中相互耦合、协同运行,动态运行是流程最主要的特征。钢铁制造过程是远离平衡态、非线性耦合、开放的不可逆过程,也是物质和能量的耗散过程。钢铁冶金工程设计以钢铁厂设计为对象,以钢铁冶金基础科学、技术科学、工程科学的研究成果为理论基础,将钢铁冶金工程技术进行系统集成和设计优化,并实现工程化。现代钢铁冶金工程设计是在工程哲学和冶金流程工程学理论的指导下,通过对钢铁冶金工艺流程和技术装备的合理选择及系统集成,建构出流程合理、结构先进、功能优化、运行高效并有竞争力的工程实体。现代钢铁冶金工程设计的核心要旨是实现工程整体的系统化、结构化、功能化、高效化、绿色化、智能化等集成目标,追求钢铁制造流程的结构、功能、效率以及流程动态运行过程中的多目标优化。研究讨论了新一代钢铁厂工程概念设计、顶层设计和动态精准设计的内涵和方法,论述了首钢京唐厂工程设计创新和运行实践效果。

回顾分析了中国粗钢年产量、2023-2024年粗钢月度日均产量和月末螺纹钢价格以及钢材直接出口量、钢铁制品间接出口量、CO₂排放量等的变化, 认为中国粗钢产量总体呈现供大于求的态势, 钢铁行业已经进入减量化波动下行阶段; 在粗钢产量不明显增加的前提下, 可以说中国钢铁行业已开始步入CO₂排放稳定期。从未来粗钢产量的预测、供给侧结构性改革、进出口政策调整等方面探讨了中国粗钢产出总量控制的目标和措施; 结合未来粗钢产量和废钢资源量的预测, 提出了在"双碳"背景下, 未来钢铁行业将逐步形成3类典型的钢铁制造流程, 即高炉-转炉长流程、全废钢电炉流程和氢还原-电炉流程, 并对3类流程的交替演变过程进行讨论, 指出中国钢铁工业也应该借助"双碳"大背景, 引导废钢资源尽可能流向电炉流程, 进而逐步调整全行业的铁素资源结构、产品结构和流程结构的布局; 从界面技术优化、动态精准设计与全流程智能化等方面来探讨钢铁制造全流程的连续性提升的路径。最后, 通过钢铁行业"双碳"分析模型的构建与分析, 提出控制并削减粗钢产量是最有效的降碳措施, 同样重要的是钢厂流程结构优化。

钢铁工业是国民经济的重要基础产业,传统工程设计理论在推动钢铁工业高质量发展方面面临着重要挑战。冶金流程工程学是引导新时期钢铁工业实现高质量发展的重要理论依据。介绍了钢铁联合企业在设计过程中运用冶金流程工程学理论,通过深入研究制造流程物理系统,优化物理系统的参数,采用绿色“界面技术”,确定物理系统的稳态优化目标所构建静态系统,为实现物质流、能量流和信息流的动态-有序、协同-连续、稳定-高效运行提供基础。运用冶金流程工程学设计理论,打造了邯钢新区项目“紧凑型”钢铁制造流程,确定了极致设计对生产运行、效率、节能、减污降碳等方面的影响。邯钢新区吨钢占地0.42 m²,吨钢综合能耗(以标准煤计)低于546 kg,吨钢新水耗量2.5 t,吨钢CO₂排放小于1.57 t,成为钢铁行业节能降碳的典范。基于冶金流程工程学理论的钢铁联合企业极致设计为企业打造“高效化、绿色化、智能化 ”的世界一流工厂奠定了基础。

河钢唐钢新区是河钢集团以“绿色化、智能化、品牌化”为建设目标,借助区位调整契机,按照高质量发展和绿色低碳转型设计建设的新一代流程钢厂。在唐钢新区的工程设计中,摒弃了传统的立足于各工序/装置的静态能力估算和不同富余系数假定的钢厂静态设计,而是以冶金流程工程学为指导,将钢厂动态精准设计用于构建唐钢新区的信息物理系统,为物理空间的静态结构框架以及动态运行的路径、轨迹和时-空边界优化打下坚实基础。为贯彻动态精准设计原则,采用一系列数字技术,在信息空间构建了工厂数据库平台以及一体化计划排程、全流程实时动态调度、全流程工艺数字化、设备智能运维和能源精细化管控系统。通过信息空间与物理空间中的人、机、料、法、环主要要素的相互映射、实时交互和高效协同,使信息物理系统内的资源配置和运行可以按需响应、快速迭代、动态优化,以解决生产制造和能源耗散过程中的复杂性和不确定性问题,实现唐钢新区物质流在长时间范围内动态-稳定-均衡地匹配、全流程整体运行时间最小化、能源耗散减少而使流程能耗最小化。唐钢新区为冶金行业的产业升级和新质生产力的发展贡献了一座绿色智能钢厂。

首钢京唐公司遵循冶金流程工程学理论,通过对生产过程中各单元生产工序冶金功能的解析与集成,构建了具有动态有序、连续紧凑和高效稳定生产的“新一代”可循环钢铁制造流程;采用先进的“高炉-转炉”(铁-钢)和“连铸-热轧”(钢-轧)界面技术及铁水预处理、炉机匹配、钢水精炼优化匹配、连铸高效化等共性技术,构建了高效率、低成本、稳定生产高品质钢的洁净钢平台。铁-钢界面通过持续完善调度模型,铁包周转次数从日均3.8次逐步提高至5.8次以上,铁水温降从108.3 ℃逐步降至85.7 ℃,铁水装准率(-0.5~0.5 t)稳定为98.5%以上;钢-轧界面基于产销一体化平台,通过辊期优化、降低板坯封锁率及板坯在线淬火技术,热连轧产线板坯热装率达到64.84%,中厚板产线板坯热装率达到62.9%;在专线化生产方面,通过合理优化工艺布置和差异化设备选型,形成了各具特色的专门化生产线。以汽车板、镀锡板品种为代表的产线,通过高效化生产、全流程低氧控制技术,KR、转炉、RH真空处理时间分别控制在32.2、35、20 min以内,包晶钢拉速提高至1.7 m/min,马口铁拉速达到2.0 m/min,基本实现炉机匹配,中间包钢水中总氧质量分数由0.002 8%降低至0.001 5%。MCCR铸轧一体化产线开发的超洁净钢水冶炼技术,实现全量钢水中硫质量分数不高于0.001 2%的超低硫控制;低碳品种实现低硅(硅质量分数不超过0.03%)、超低硫(硫质量分数不超过0.001 5%)、低碳(碳质量分数不超过0.01%)系列钢种及总氧质量分数不超过0.001%的超洁净钢高效稳定生产,酸洗后带钢表面质量达到冷轧FB级表面质量水平。以9Ni钢为代表的中厚板产线,开发了超高磷分配比极低磷冶炼渣系和高效深脱硫、氮、氧、氢及夹杂物控制技术,5大杂质元素(P+S+N+H+O)质量分数之和最低为0.004 01%,采用板坯大压下技术,实现300、400 mm厚板坯中心疏松不超过0.5级。首钢京唐公司充分发挥新一代流程的优势,以汽车板、镀锡板等战略产品为引领,多项产品技术实现首发,实现了“打造首屈一指的钢”的品牌理念。

在炼钢-连铸生产过程中会产生诸多扰动,导致很多时候调度不能按照原计划进行,需要采取实时的调度策略对炼钢-连铸生产过程进行动态调度。为了保证炼钢-连铸生产过程中的稳定性,提出了一种基于缓冲时间“柔性”可调方法与基于Flexsim作业倒推方法相结合的动态调整方法。通过加入天车规则、设备选择相关规则、钢包数量限制等约束,生成重调度作业计划。通过优化后的动态调度方案很好地消除了炼钢-连铸过程中扰动的影响。另外,将本研究方案与人工调度以设备利用率、连续化程度、生产周期等评价指标相对比,平均生产周期降低了7.9 min,连续化程度提高了8.8%。结果表明,本方法在基于规则和Flexsim的基础上,不但能动态生成具体的调度方案,并且过程的相关指标得到了显著改善,为今后Flexsim指导现场生产提供了理论依据。

烧结工序是高炉炼铁工艺中的一个重要环节，同时也伴随着大量污染物的产生。在超低排放背景下，钢铁企业亟须对脱硫脱硝工艺进行升级改造，以应对现有脱硫脱硝工艺在实际应用中存在的问题。结合目前钢铁企业烧结工艺烟气脱硫脱硝的总体情况，介绍了国内烧结烟气治理领域应用的主流脱硫脱硝工艺技术，并对各种组合的技术路线根据不同烟气特性及应用场景进行对比分析，同时对目前钢铁企业应用较为广泛的烧结烟气中二氧化硫和氮氧化物的脱除技术进行了展望。按照烟气特性选择技术成熟的脱硫脱硝工艺将成为钢铁行业完成超低排放改造的主要路径，半干法脱硫技术需积极研发脱硫灰的无害化和资源化技术，同时将自动化、智能化技术应用其中，以应对工况变化条件下的脱硫效率不稳定的问题；SCR脱硝方面的研究重点是低温SCR技术，尤其是开发具有抗水抗硫中毒能力的低温催化剂；活性焦同时脱硫脱硝工艺应在预防结晶堵塞、系统腐蚀以及标准化操作方面进行深入研究。

在钢铁制造流程中,氢冶金电炉流程具有实现近零碳排放钢铁生产的潜力,是钢铁行业实现绿色可持续发展的重要抓手。由于氢冶金提供的产物直接还原铁不是终端产品,需要通过电炉等熔炼设备才能得到理想的产品。电炉工序技术已经成熟,难点在于氢冶金工艺的技术突破,氢冶金工艺被世界广泛认为是前沿颠覆性技术。国内的氢冶金示范项目多处于工业化试验阶段,离实现真正的产业化还存在一定的差距。氢冶金工艺的技术成熟度评价有助于科学了解其发展进程,评估其发展现状,预期其未来发展趋势。基于技术成熟度标准和工艺分析,研究了适用于氢冶金工艺的技术成熟度评价标准和细则,对4种氢冶金工艺进行了技术成熟度评价与展望。结果表明,目前氢基竖炉直接还原工艺综合评价为7级,氢基流化床直接还原工艺为6级,富氢高炉炼铁工艺为7级,氢基熔融还原炼铁工艺为6级。氢冶金工艺整体上还处于不断探索和开发阶段,尚未有产品成熟商业化的厂家。最后,回顾了主要氢冶金工艺路线的历史发展过程,展望了未来氢冶金发展趋势与前景。在4种工艺中氢基竖炉直接还原工艺有望最早实现商业化,在冶金流程中实现以氢代碳,助力钢铁生产实现近零碳排放。

高铁三水铝石由于铝铁“同晶置换”形成了铝针铁矿，难以实现铝铁分离。以H₂作为还原剂，采用悬浮磁化焙烧的方式对典型高铁三水铝石进行预处理，经拜耳溶出分离，使铁富集于赤泥，从而实现铝铁的高效分离；考查焙烧条件对其物相结构、微观形貌、比表面积与溶出性能的影响，分析焙烧前后其磁性变化。结果表明，焙烧矿疏松多孔，比表面积大幅提升；铝矿物转变为γ-Al₂O₃，溶出活性良好，赤铁矿转变为磁铁矿，铝针铁矿转变为多孔的铝取代磁铁矿结构，铝元素未发生迁移；改善了铝铁分离效果，较佳焙烧条件为温度500 ℃、时间10 min、H₂体积分数20%、总气体流量500 mL/min；氧化铝相对溶出率达到96.47%，溶出赤泥中铝含量减少、铁含量增加，TFe质量分数达到60.56%，较原矿赤泥提升11.28个百分点；铁矿物仍然保持磁铁矿结构，饱和磁化强度为54.1 A·m²/kg。后续通过磁选进一步提升铁品位有利于实现赤泥减量化。

热轧带肋钢筋是中国钢材消费占比最大的钢种, 低成本、高强度、多功能、长寿命是其发展的趋势。微合金化技术作为钢筋性能强化的主要手段, 被国内钢铁企业应用于热轧带肋钢筋生产。大量研究表明微合金化元素的强化机理主要是固溶强化和碳氮化物的析出强化。V、Nb、Ti是常用的微合金强化元素, 随着强化机理的深入研究和生产设备的更新换代, 稀土以强化力学性能、耐腐蚀性能和焊接性能以及降低成本等作用成为抗震钢筋研制新方向。对抗震钢筋的微合金化研究现状进行介绍和评述, 以期为制备性能更加优异的微合金化抗震钢筋提供参考。

随着节能工作的开展,中国钢铁工业在传统的技术体系下节能难度越来越大,节能空间越来越小,在高质量发展叠加能耗双控向碳排放双控约束的新时期,钢铁工业进入能源高效转化、能量流智能调控和集成匹配优化的新阶段。能量流网络化运行与智能化调控是进一步挖掘节能潜力的重要手段。能量流网络建模是能源系统智能调控和集成匹配优化的基础。Petri网作为描述网系统的形式化模型,是描述有向网系统单元之间关系及其资源变化的建模工具。为描述“混杂系统”,将库所和变迁区分为连续的和离散的2种类型,以表征连续变量和离散事件,构成混杂Petri网。基于冶金流程工程学,分析钢铁制造流程及其能量流网络系统的本构性特征,从系统的角度解析钢铁制造流程能量流网络作为“有向网”所具有的系统结构及其动态运行特征。通过形式化抽象,基于混杂Petri网建模方法,构建了钢铁制造流程能量流网络模型。该模型可对能量流网系统内要素之间的关系进行定性和定量描述,从而形象、逼真地反映系统结构和动态行为特性。以典型钢厂为例建立了能源转换环节的Petri网模型,并基于一个样本日的生产实绩,以1 h时间步长用Matlab软件进行了仿真。仿真结果表明,模型与实际系统符合性较好。该方法可为钢铁制造流程能量流网络系统能源利用状况评测和能源调度动态优化提供技术支撑。

随着国内铜资源需求量不断增加, 精炼铜的生产量与消费量之间存在巨大缺口, 废杂铜的回收利用成为解决铜资源紧缺的必要途径。废杂铜按铜品位常分为高、中、低3类, 其中高品位废杂铜可通过直接利用或一段法等工艺进行回收, 中低品位废杂铜则主要采用两段法、浮选和湿法等工艺回收。通过论述不同类别废杂铜的回收工艺, 详细分析火法、湿法及浮选法处理废杂铜的实施案例, 归纳总结了各种工艺的原理与优缺点。基于中国废杂铜回收现状进行了展望, 若能完善废杂铜的分类标准和回收体系, 可有效提升废杂铜资源的综合利用水平。

GH4738合金是一种沉淀强化型镍基高温合金，因其卓越的抗疲劳蠕变能力和良好的强韧匹配性能，在航空、航天和石化等关键领域发挥着举足轻重的作用。系统梳理了GH4738合金在过去半个世纪(1973年至今)的基础研究进展，涵盖合金成分设计、冶炼工艺、均匀化处理、热变形行为、热处理和发展趋势等多个维度。详细阐述了协同增加Al和Ti含量、以W替代Mo等提升综合性能的策略，回顾了三联熔炼工艺的发展以及夹杂物和有害元素控制技术的进步，介绍了热变形本构方程和再结晶粒组织演变模型的建立及有限元数值模拟技术在大尺寸复杂锻件组织预测中的应用。同时，结合当前的研究现状，对GH4738合金的未来发展进行了展望，旨在满足新一代航空发动机对材料高性能、高可靠性和长寿命的迫切需求，并促进GH4738合金的进一步推广。

与天然气和纯氢气体相比，焦炉煤气是钢铁厂副产煤气，且产量稳定、成本低，是目前可用于高炉喷吹的最具有潜力的富氢还原气体。为了获得高炉喷吹焦炉煤气操作的基础理论数据，计算了焦炉煤气适宜的喷吹量、不同热量补偿方式下的操作条件，并对比分析了不同操作条件下高炉的碳素消耗情况。以某钢铁厂2 500 m³高炉生产用原燃料和操作条件为基础，建立了喷吹焦炉煤气高炉的质能平衡模型。根据有氢参与的高炉Rist操作线理论，循环迭代计算了铁的直接还原度，并将其用于物料和热平衡计算。建立了喷吹焦炉煤气高炉的全炉热平衡和高温区热平衡模型，计算了不同喷吹量和操作条件下高炉的能量利用系数和热能利用系数, 并讨论了相应的碳素消耗及减排情况。结果表明，单独喷吹焦炉煤气时，焦炉煤气喷吹量提高，使炉腹煤气量增加，导致高炉的理论燃烧温度降低；同时直接还原耗热降低、炉顶煤气温度升高, 使得热能和能量利用系数均降低。吨铁喷吹1 m³焦炉煤气可以使理论燃烧温度降低约0.9 ℃, 提高富氧率和风温是喷吹焦炉煤气高炉最有效的热量补偿手段。喷吹焦炉煤气可获得降低高炉燃料比、减少综合碳素消耗和碳排放的效果。在同样的焦炉煤气喷吹量下，要达到喷吹焦炉煤气前的理论燃烧温度，需要更高的富氧率。富氧率提高0.91%，对应的吨铁焦炉煤气喷吹量可以增加10 m³。风温提高，高炉可以接受的焦炉煤气喷吹量增加，且对高炉的热量和能量利用系数影响很小。计算条件下，当风温为1 250 ℃、焦炉煤气喷吹量为100 m³时，焦比降低55.4 kg/t，焦炉煤气与焦炭的置换比约为0.55 kg/m³。焦炉煤气喷吹量增加，高炉综合碳素消耗下降。选择适宜的喷吹焦炉煤气喷吹量要在保持高炉顺行的同时，考虑降本、增产带来的经济效益，以及节约能耗潜力和企业的供氧能力等因素。

受能源结构、资源禀赋约束，中国钢铁工业以传统高炉-转炉长流程为主的工艺结构短期内难以根本性改变。面向以煤气喷吹为核心的低碳高炉技术，构建了一种基于气固换热及反应动力学的理论模型，模型中考虑了气固换热、矿石还原、焦炭溶损、炉料软融、渣铁滴落等过程对炉内气固相间相互作用的影响。利用所建模型计算了国内某2 300 m³大型高炉的冶炼过程参数，得到的炉腹煤气量、炉顶温度等特征参数与生产数据一致。模型进一步被用于研究某2 300 m³高炉在富CO煤气喷吹工况下不同喷吹量对炉内煤气流分布及温度分布状态的影响规律，结果表明，煤气进入高炉后，有助于发展炉内间接还原，高炉上部煤气温度和炉料温度均随喷吹量的增加而升高，炉内压差略有下降。研究工作为后续低碳高炉技术的参数设计提供了理论依据。

为了研究CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂-CaF₂精炼渣在炉外精炼过程中针对高锰钢的脱硫行为, 对1 873 K下CaO-Al₂O₃-5%MgO-5%SiO₂-10%CaF₂(质量分数)精炼渣钙铝比(CaO/Al₂O₃质量比)对ZGMn13高锰钢脱硫效率的影响及脱硫过程的限制性环节进行了理论分析与试验。结果表明, 渣中CaO/Al₂O₃质量比为1.8时脱硫效率最高, 为97.9%, CaO/Al₂O₃质量比为0.2时的固/液两相精炼渣的脱硫效果最差; 硫在渣中的传质系数k_s为1.38×10^-7~1.99×10^-6 m/s之间, 硫在高锰钢中的传质系数k_m为7.85×10^-5 m/s。此外, 研究表明硫在高锰钢中总传质系数k_o随渣中CaO/Al₂O₃质量比的升高而升高并逐渐趋于平缓。渣中CaO/Al₂O₃质量比在1.2~1.8之间硫在高锰钢中总传质系数k_o变化不大(变化量为8.7×10-6 m/s), 说明在渣中CaO/Al₂O₃质量比低于1.2时脱硫限制条件为硫在渣中的传质, 而CaO/Al₂O₃质量比在1.2~1.8之间时脱硫反应的限制性环节为硫在钢中的传质。

随着“碳达峰”“碳中和”对节能减排的迫切需求和废钢产量的不断增长, 高废钢比炼钢技术已经成为转炉炼钢发展的重要方向。某大型钢铁企业将转炉废钢比逐步提高到27.01%, 吨钢废钢消耗达到361 kg, 在铁水资源不足的情况下大幅度提升了钢产量, 较高的废钢比也造成钢铁料消耗快速升高。为了研究高废钢比下钢铁料消耗升高的原因, 寻找解决措施, 有必要针对性开展炼钢工艺分析与研究。随着废钢比的升高, 转炉炉内热量不均衡, 炉内废钢不熔化; 转炉终点氧化性增强, 终渣全铁质量分数从14%升高至19%;冶炼前期低温喷溅率升高7.7个百分点。研究发现, 通过提升铁水目标[Si]质量分数至0.40%~0.50%、铁水罐废钢预热至800 ℃、转炉加增温剂增加转炉热量来源, 调整枪位控制模式、采取少渣冶炼优化转炉操作模式, 减小入炉废钢尺寸14.3%、优化装入制度、探索精炼加废钢多渠道促进废钢熔化, 回收利用炉下渣和连铸铸余减少金属料流失等措施, 遏制了钢铁料消耗升高的趋势, 钢铁料实物量消耗由1 094.5 kg/t降低并稳定在1 088 kg/t以下, 为企业在严峻的市场环境竞争中保持盈利打下了坚实的基础。

超高纯度(UHP) AISI 316L奥氏体不锈钢是半导体设备部件的关键材料, 采用真空感应熔炼(VIM)加真空自耗重熔(VAR)工艺生产的材料称为A料, 采用氩氧脱碳炉(AOD)加VAR工艺生产的材料称为B料。为了寻找国内生产与进口的超高纯316L不锈钢的质量差距, 选取了不同厂商生产的8种超高纯316L不锈钢A料和B料, 采用金相显微镜、扫描电子显微镜及配套能谱、Thermo-Calc热力学软件开展了夹杂物解析。结果表明, 国内甲厂B料夹杂物密度和面积分数最小, 洁净度最高, 其次为国内甲厂A料、日本进口A料、日本进口B料以及国内乙厂A料; 国内甲厂夹杂物控制水平达到国际先进水平, 采用稀土Ce改质夹杂物, 夹杂物主要为Ce₂S₃以及Ce₂O₂S, 日本进口A料和国内丙厂A料夹杂物主要为Al₂O₃, 美国进口A料较高的Mn含量导致夹杂物主要为MnO·Al₂O₃和MnS, 国内乙厂A料与日本进口B料采用Mg改质处理, 因此夹杂物主要为MgO·Al₂O₃和Al₂O₃, 国内乙厂B料夹杂物主要为大尺寸的Cr₂O₃和Al₂O₃。Thermo-Calc 2020b计算冷却过程中夹杂物演变结果与试验结果基本吻合。

单辊重压下作为重压下技术的实施方式之一，不是仅将重压下技术作为轻压下技术的补充或优化，而是作为区别于轻压下的独立压下技术来应用，很有必要对其工艺有效性进行验证，以及基于实践对其进行系统阐述。基于180 mm×180 mm方坯82B钢种单辊重压下的实践结果，在可靠的中心缩孔和中心偏析评价方法基础上，通过对不同压下位置进行单辊重压下改善效果分析，验证单辊重压下工艺独立改善铸坯质量的有效性，并结合实践给出单辊重压下工艺控制的机理方法及指导原则，最后说明单辊重压下工艺带来压下设备方案简化的优势。单辊重压下的实践及研究分析结果表明，连铸重压下改善中心缩孔最优的压下位置为补缩通道未关闭、缩孔未形成之前，而非在缩孔形成之后再进行焊合；重压下改善中心偏析最优位置也为补缩通道未关闭、缩孔未形成之前；中心疏松、缩孔和中心偏析的形成在机理上相互关联，通过在补缩通道未关闭、缩孔未形成的合适区域进行单辊重压下，可以同时改善中心缩孔和中心偏析，达到全面改善铸坯质量的效果；随着单辊压下量的增大，疏松、缩孔缺陷有向中心聚集的趋势，而伴随的中心偏析未见有明显增大趋势；82B钢种补缩通道结束的临界位置在中心固相率0.73左右。单辊重压下工艺会带来方坯压下设备的简化，大大降低方坯投用压下的成本。

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。

铸坯高温热塑性是表征铸坯性能质量的重要依据，传统试验方法是在不同温度下，以低应变速率缓慢拉伸圆柱试样，直至试样断裂，通过分析拉伸温度与断面收缩率的关系，对铸坯高温热塑性进行评定。但铸坯实际冷却过程较为复杂，且影响因素众多，若仅用单一变量对铸坯高温热塑性进行分析，得到的信息较为局限。为此，在常规高温拉伸试验的基础上，创新性地设计了铸坯冷却返温热塑性试验以及不同冷却速率热塑性试验，以含V微合金钢连铸坯为研究对象，分析了高温拉伸温度、冷却转折温度以及不同冷却速率对铸坯高温热塑性的影响，通过绘制连铸坯高温热塑性综合图，补充了铸坯边角位置冷却返温过程对热塑性的影响，实现了对铸坯高温热塑性更加系统、全面的表征，并为含V微合金钢边角开裂问题的技术攻关提供了有效的基础数据支撑；同时，通过绘制铸坯连续冷却热塑性图，实现了连铸冷却速率工艺控制的图形及数值表征，从而为制定最优连铸工艺路线提供了方法和依据。

为提高高炉球墨铸铁冷却壁的使用寿命，首先通过理论分析从相变破损、化学侵蚀、力学性能等多方面对其破损机理进行了讨论；其次通过数值模拟的方法，对球墨铸铁冷却壁进行了传热分析；最后根据理论分析并结合生产实践，给出长寿高炉铸铁冷却壁的管控措施，并提出铸铁冷却壁高炉的长寿理念和建议。研究和实践均证明，冷却壁壁体长期工作在400 ℃以上是球墨铸铁冷却壁破损最主要的原因；将优秀的设计与良好的操作相结合，合理控制边缘煤气流分布、减小冷却壁铸造水管气隙厚度、提高冷却壁承受热负荷能力，使冷却壁壁体温度长期工作在400 ℃以下，提高“湿区”冷却壁的挂渣能力，是球墨铸铁冷却壁实现长寿的关键。提出的球墨铸铁冷却壁长寿理念和建议，可为高炉设计、操作提供指导。

随着球团矿需求量的增大, 越来越多的劣质铁矿资源用于球团生产, 但其经过细磨深选后的铁精矿具有嵌布粒度微细、比表面积大等特点。采用典型的超细铁精矿, 开展了超细铁精矿制备氧化球团的试验研究, 并分析了球团的高温固结行为。结果表明, 对混合矿进行5次高压辊磨预处理, 添加质量分数为1%膨润土A的黏结剂, 在优化后的预热焙烧制度下, 生球落下强度、抗压强度和爆裂温度分别为5.2次、12.71 N和450 ℃; 预热球和焙烧球抗压强度分别为499 N和2 509 N。超细铁精矿球团干燥过程应保持在300 ℃, 此时生球干燥速率大, 球团完全干燥所需时间为3 min。超细铁精矿球团矿的主要矿物为赤铁矿和硅酸盐, 黏结方式以Fe₂O₃再结晶固结为主, Fe₂O₃晶粒发育优良, 晶粒间互联程度高, 晶粒互相交织成一个整体, 球团结构紧密均质。

在全球气候变暖和环境治理的大背景下, 针对烧结工序CO排放量大、减排压力紧迫的问题, 阐述了中国烧结CO排放和治理现状。探讨了铁矿烧结过程中CO的产生机理, 揭示了烧结过程中CO生成的主要途径, 包括碳的氧化反应、燃料的不完全燃烧等, 并分析了这些途径对CO排放量的影响。在此基础上, 提出富氢燃气喷加和富氧点火2项关键的CO减排技术, 采用数值模拟和烧结杯试验方法, 考察其对烧结过程CO减排的作用机理和作用效果, 并在中天钢铁烧结机上实施了这2项技术的工业应用。应用结果表明, 通过富氢燃气喷加技术, 可以实现烧结工序CO减排14.8%;通过富氧点火技术, 可以实现烧结工序CO减排5.8%。研究结果为烧结行业的CO减排提供了新的技术途径。

国内某钢厂采用BOF-LF-RH-CSP工艺生产SPHE钢，为控制钢液的洁净度，对SPHE钢精炼过程中夹杂物类型、数量和尺寸的变化规律进行了研究。结果表明，在整个精炼过程中，夹杂物实现了Al₂O₃→高Al₂O₃含量的MgO·Al₂O₃尖晶石→CaS·C₁₂A₇·MgO·Al₂O₃复合夹杂物(C₁₂A₇为12CaO·7Al₂O₃)的变质过程。夹杂物数量密度从LF进站的97个/mm²降低至RH出站的12个/mm²，平均尺寸由5.2 μm逐渐降低至1.5 μm，钢液洁净度显著提升。热力学计算结果表明，在1 873 K时，精炼过程中的[Al]质量分数为0.021 6%~0.053 3%时，生成MgO·Al₂O₃的稳定区间所对应的[Mg]质量分数为0.000 032 3%~0.001 800 0%；RH出站时[Al]质量分数为0.053 3%，当[Ca]质量分数为0.000 24%~0.000 87%时有利于生成液态的12CaO·7Al₂O₃(C₁₂A₇)；精炼过程中MgO·Al₂O₃的生成趋势强，其为复合夹杂物CaS·C₁₂A₇·MgO·Al₂O₃的形核核心。通过建立夹杂物演变的动力学模型，揭示了BOF-LF-RH-CSP工艺下精炼过程中夹杂物演变规律。研究结果为提高CSP工艺生产SPHE钢的可浇性提供了数据支撑。