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连铸结晶器内的高温熔体多相流直接决定了铸坯的洁净度、均匀度与精细度, 是影响铸坯最终质量的核心因素之一。该体系以高度非稳态的湍流为主导, 钢液、气泡、熔渣及夹杂物等多相介质在结晶器内共存并相互作用, 同时耦合传热、传质、相变、电磁场等复杂物理化学过程, 形成典型的非线性非平衡态多物理场耦合系统, 呈现出高度的复杂性和显著的不确定性。受限于结晶器内高温熔体物性变化大、本构关系复杂、相界面影响因素多及边界物理量梯度大等特征, 高温熔体多相流动结构、凝固行为中的关键参数难以实现实时、精确监测, 导致传统的试验研究在机理解析深度和参数获取完整性方面存在明显局限。在此背景下, 计算流体力学方法凭借其在揭示复杂流动机制及内部演化机理方面的显著优势, 逐渐成为研究连铸结晶器内高温熔体多相流的关键技术手段。本文从多相流模型、湍流模型、群体平衡模型、多相体积平均凝固模型及电磁外场调控模型等角度出发, 系统回顾了计算流体力学方法在连铸结晶器中的应用进展与研究现状, 重点分析了不同模型在描述复杂多相流动及凝固过程等方面的优势与局限性, 最后结合高质化连铸坯制备的发展趋势, 展望了精细化建模、多尺度耦合及工程适用性等的未来发展方向。
转炉炼钢是通过向铁水中吹氧、利用氧化反应高效去除杂质以冶炼钢水的现代主流工艺, 发展转炉自动化炼钢技术, 对于实现终点精准控制、提升产品质量稳定性、降低原料与能耗成本以及推动钢铁制造智能化升级具有重要意义。本文阐述了转炉自动化炼钢体系架构及其控制原理, 深入分析了检测与传感技术在自动化炼钢中的关键作用, 重点探讨了副枪、烟气分析、光谱监测等手段在实现过程参数实时采集与动态调控中的应用。系统梳理了模型与算法在自动化炼钢中的核心地位, 详细分析了静态控制模型、动态控制模型以及基于机器学习的终点碳温预测模型的构建原理与应用成效, 指出机理模型与数据智能驱动模型的深度融合是提升控制精度的关键, 并指出当前研究在数据孤岛现象、模型泛化能力等方面仍存在不足。转炉自动化炼钢将朝着以工业互联网平台为依托, 深度融合数字孪生与人工智能技术的全流程、自适应智能控制方向发展, 最终实现冶金机理+数据驱动的智慧炼钢。
在新时代"双碳"目标下, 中国钢铁行业进入了绿色化发展的攻坚期。高比例球团技术采用碱性球团矿取代烧结矿, 是中国高炉低碳冶炼的重要技术方向之一。然而, 碱性球团矿在还原过程中存在异常膨胀问题, 将引起炉况失常等重大生产事故。为此, 本文对自然碱度及碱度为0.2~1.2的球团开展了还原膨胀率试验, 结果表明, 随着碱度的提高, 球团的膨胀率呈升高趋势, 当碱度达到0.8时, 膨胀率达到最大值, 随着碱度的进一步提高, 膨胀率出现明显下降。采用X射线衍射分析及光学显微镜, 对碱度为0.8和1.2的球团在还原过程的矿相变化进行了分析研究, 结果表明, 碱度为0.8的球团主要黏结相为钙铁硅酸盐矿物, 其还原性能差, 还原速度低于赤铁矿, 还原时两者产生的内应力不一致, 导致球团发生异常膨胀; 而碱度为1.2的球团主要黏结相为铁酸钙(SFCA), 其还原速度与赤铁矿基本一致, 还原时两者产生的内应力基本一致, 不会产生异常膨胀。因此, 建议工业生产碱度为1.0以上球团, 以降低球团的膨胀率。
康斯迪(Consteel)电弧炉是目前国内广泛使用的电炉炼钢设备, 其熔池搅拌工艺对冶炼具有重要的影响。绝大多数电炉配备了侧吹技术, 少数电炉匹配了底吹技术。侧吹氧枪(或烧嘴)除了切割废钢、消除冷点等作用以外, 对改善熔池均匀性具有关键作用。为提高钢液流动及混匀效率, 本文基于气液固三相流模拟了电炉侧吹工艺对熔池流场的影响。以某厂150 t康斯迪电弧炉及其侧吹氧枪为原型, 制作了相似比1∶8的水力学模型。基于流体力学相关理论, 提出了非均匀流量的侧吹布置方式。对不同侧吹条件下气液固三相流的运动行为及废钢模拟物的熔化现象进行了模拟试验。以平均混匀时间、流场运动情况及废钢模拟物熔化情况作为判据, 得到了优选的非均匀气量布置方案。结果表明, 模拟侧吹氧枪水平方向偏转10°是本试验的优选角度。在水平偏转10°的条件下, 侧吹气量越大越有利于混匀。但当气量较大时, 增大相同气量引起的平均混匀时间降低程度显著减小, 气体能量利用率降低。在一定的侧吹强度下, 当增大侧吹总气量时, 相对于均匀增加每支枪的气量, 集中增加某支侧吹的气量更有利于混匀。在本试验的S4条件下, 4号侧吹枪处于加料区和偏心炉底出钢区域(EBT区)2个冷区的交界, 相同气量下, 平均混匀时间最短, 气体利用率增大了15%。此时, 液相混匀和废钢运动速度更快。同时进入冷区的废钢数量有所减少, 堆积和黏结情况明显减轻。综合来看, 是优选的非均匀布置方式。本试验研究结果为电炉实际侧吹氧枪的位置调整和工艺参数优化提供了借鉴和指导作用。
为系统探究SWRH72A帘线钢精炼过程中底吹CO2工艺对钢液内关键元素反应行为的热力学规律, 明确CO2喷吹对元素含量的调控机制, 进而优化精炼工艺、实现钢液成分的精确控制, 本研究以澳森特钢SWRH72A钢为试验对象。通过系列高温热态试验, 系统对比不同CO2喷吹参数下关键元素的反应行为。试验结果表明, 纯CO2喷吹对C元素的脱除效果最为显著, 在纯CO2持续喷吹120 min条件下, C质量分数由0.57%降低至0.30%。混合喷吹试验进一步表明, 采用30%CO2 (体积分数)+ 70%Ar(体积分数)的配比, 可将C含量稳定控制在工艺内控要求范围内。在20 mL/min流量下喷吹120 min, Si质量分数由0.105%降低至0.042%。Si的氧化速率与CO2流量及其在混合气体中的占比呈正相关, 其中纯CO2条件下的脱Si幅度最大。脱Mn效果随CO2喷吹流量的增加而增强, 在纯CO220 mL/min流量下喷吹120 min, Mn质量分数由0.37%降低至0.19%;为满足帘线钢对Mn含量的严格内控要求, 适宜的工艺优化方案为采用10 mL/min的较低喷吹流量。此外, Al与CO2的反应极为迅速, 因初始含量较低, 喷吹开始后10 min内即被完全脱除, 其质量分数降低至0;120 min喷吹试验进一步证实, Al质量分数降至0, 实现深度脱除。本研究通过系统的高温热态试验, 阐明了SWRH72A帘线钢精炼过程中底吹CO2对C、Si、Mn、Al 4种关键元素的反应热力学规律。研究结果为CO2在冶炼过程钢液精炼成分精确控制中的应用提供了理论依据, 对提升高端帘线钢产品质量、开发绿色冶炼新技术具有重要参考价值。
为了研究CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2精炼渣对非金属夹杂物成分的影响, 重点研究了该精炼渣系中Al2O3含量对U71Mn高速轨钢中非金属夹杂物成分的影响, 开展了试验和理论分析。借助热力学计算软件FactSage, 确定了该精炼渣系达到最佳脱硫效果时的二元碱度R为1.8;最佳MgO、CaF2质量分数为7%、10%。基于此参数, 采用硅钼电阻炉和马弗炉配置了Al2O3质量分数分别为3%、10%、15%、20%的精炼渣后, 在1 873 K温度下利用国内某钢厂生产的U71Mn高速轨进站样品进行渣-钢反应试验, 通过扫描电子显微镜(SEM)和全自动夹杂物扫描系统分析非金属夹杂物的类型、成分及尺寸。结果表明, 未添加精炼渣时钢中夹杂物以MnO-SiO2-Al2O3为主, 添加精炼渣后, 夹杂物类型转变为Al2O3-SiO2-MnO与Al2O3-SiO2-CaO。随着精炼渣中Al2O3质量分数由3% 增加至20%, 夹杂物中Al2O3质量分数由70% 升高至93%, SiO2质量分数由25% 降低至4%, CaO与MnO含量基本保持稳定; 为解释精炼渣中Al2O3含量提高导致夹杂物中Al2O3含量升高的机理, 本研究提出了精炼渣-钢液-夹杂物三相体系耦合作用机制。理论分析表明, 夹杂物中Al2O3质量分数与精炼渣中Al2O3与SiO2活度比呈正相关, 且当精炼渣Al2O3质量分数小于30% 时两者近似呈线性关系; 精炼渣中Al2O3含量升高会提升自身活度, 降低CaO、MgO活度, 进而调控夹杂物成分演变。本研究明确了精炼渣中Al2O3含量对U71Mn重轨钢夹杂物的调控规律及机理。研究结果为工业生产中通过优化精炼渣Al2O3含量以控制夹杂物特性、提升重轨钢抗疲劳性能提供参考。
滑动水口控流因滑板不完全开启易诱发结晶器内偏流及凝固坯壳生长不均, 严重影响铸坯质量。电磁搅拌是调控结晶器流场的有效手段, 但在滑动水口控流条件下, 如何量化评估其对非对称流场及凝固行为的改善效果尚需深入研究。本文旨在揭示结晶器偏流机理, 并探究电磁搅拌对非对称流场及凝固行为的调控规律。针对某钢厂板坯结晶器, 建立包含电磁、流动及传热耦合的三维大涡模拟模型。引入"对称性指数"作为量化指标, 系统研究了搅拌电流和滑板开口度对流场结构及坯壳均匀性的影响。研究表明, 浸入式水口内部流场不对称是造成结晶器偏流的根本原因。无电磁搅拌时, 射流向内弧侧偏转, 导致内弧侧坯壳重熔严重; 施加电磁搅拌后, 形成的水平环流有效削弱了水口两侧速度差异, 显著改善流场对称性。增大搅拌电流, 平均对称性指数由0.62增加至0.71, 内弧侧坯壳重熔减轻; 但电流过大会加剧窄面坯壳冲刷。坯壳厚度标准差随电流增加呈先减小后增大趋势, 在电流为600 A时达到最小值(0.215 mm), 坯壳生长最均匀。此外, 滑板开口度的增加有助于提升流场对称性, 当线性开口度从50%增加至100%时, 平均对称性指数从0.64增加至0.75, 坯壳均匀性标准差降低至0.202 mm。电磁搅拌能有效抑制由滑动水口控流引起的非对称流动, 但需合理匹配搅拌强度以平衡流场对称性与坯壳冲刷之间的关系。综合考虑流场对称性与坯壳质量, 在滑板开口度为60%工况下, 最优搅拌电流为600 A。该研究结果可为板坯连铸工业现场优化电磁搅拌工艺参数、提升铸坯质量提供理论指导。
为了研究硫含量变化对20CrMnTi齿轮钢中MnS夹杂物形貌、尺寸等特征的影响, 本研究通过高温管式电阻炉对20CrMnTi齿轮钢进行高温试验。采用金相法和无损电解提取法对硫质量分数为0.018 1%和0.091 1%的MnS夹杂物特性进行分析。结果发现, 当20CrMnTi齿轮钢中硫质量分数为0.018 1%时, MnS夹杂物的尺寸较小, 形貌主要呈现球状、类球状或纺锤状; 当钢中硫质量分数为0.091 1%时, MnS夹杂物尺寸变大, 且分布更密集, 形貌主要呈现条块状、簇状及不规则状。通过MnS夹杂物形核动力学计算发现, MnS夹杂物的形核以晶界形核方式为主, 当温度小于1 728 K时, 存在部分MnS夹杂物通过均质形核方式析出, 但大量MnS夹杂物依然以晶界形核方式为主导析出。MnS夹杂物的析出热力学计算表明, 硫含量增加导致MnS夹杂物析出的固相率由0.986提前到炉冷条件下的0.831, 在水冷条件下固相率则为0.822。MnS夹杂物长大动力学计算表明, 硫含量的增加会造成MnS夹杂物尺寸的增大, 且冷却速率的增大会降低MnS夹杂物尺寸。采用FactSage热力学软件计算了MnS夹杂物在降温过程中析出质量分数的变化, 当温度为1 700 K时, MnS夹杂物的质量分数由硫质量分数为0.018 1%时的0.005 1%增加至硫质量分数为0.091 1%时的0.172 7%。研究结果可为20CrMnTi齿轮钢中MnS夹杂物生成机理的研究提供理论指导, 同时也为其在工业生产中的实际应用提供适当参考价值。
本文以45钢连铸坯为研究对象, 旨在探讨钢水中气体元素对其表面针孔缺陷形成的影响机制。通过分析连铸坯表面针孔特征、中间包钢水气体含量与针孔数量和深度的关系, 并结合气体分压理论计算, 系统研究了气体元素对针孔缺陷形成的影响。结果表明, 针孔在铸坯表面分布不均, 深度方向呈通道型、皮下空腔型、皮下链状及独立分布型等多种形貌。针孔数量及最大深度与氧含量呈正相关, 全氧质量分数不低于0.003%时, 针孔数量超过100个, 针孔深度范围为1.5~4.5 mm; 氢质量分数为0.000 3%时, 针孔数达280个, 且随氢含量增加呈上升趋势, 但与最大深度无关; 氮含量则与针孔参数无显著关联。理论计算表明, 在忽略溶解度变化与偏析、设定气泡逸出温度为液相线温度的条件下, 活度氧体积分数为0.004%时, 分压达101 325.00 Pa, 氢体积分数为0.001%时氢分压达17 225.25 Pa, 氮体积分数为0.009%时氮分压达4 053 Pa, 气体元素对应含量对气泡形成的影响程度为氧＞氢＞氮。考虑偏析后, 随着偏析的进行达到101 325.00 Pa CO分压所需活度氧含量降低。研究表明, 除原始气体含量外, 凝固过程中气体元素及碳元素偏析与溶解度变化也是气泡形成的关键影响因素。
稀土在耐候钢开发中的耐蚀作用日益显现, 特别是在含铜、磷等合金较多的耐候钢中得到较大的应用, 但对于稀土在合金含量较低的10号钢的耐蚀效果还鲜见报道。为探索开发低成本普通耐蚀钢, 本文通过周浸腐蚀试验、X射线衍射(XRD)锈层分析、电化学测试及夹杂物检测, 系统分析了复合稀土对含铝碳素10号钢耐大气腐蚀性能的影响。周浸腐蚀试验结果表明, 添加La-Ce复合稀土后, 尽管钢中稀土质量分数低于0.003 0%, 但仍使钢材腐蚀率显著降低, 腐蚀末期稀土钢腐蚀率平均降低8.11%, 腐蚀率与稀土含量呈现较好的对应关系, 表明钢的耐蚀能力与稀土含量显著相关。锈层分析及电化学测试结果表明, 稀土的存在使锈层中α-FeOOH生成速度加快、比例提高, 内锈层更加致密, 进而使锈层电阻和电荷转移电阻增加, 钢材自腐蚀电流密度降低, 自腐蚀电位提高。夹杂物检测表明, 钢中主要夹杂物转变为REAlO3、RE2O2S、RE2S3及未变性完全的Al2O3、CaS等的复合包裹体, 夹杂物数量增加69.0%、平均尺寸减小30.9%, 小于2 μm的夹杂物增加最为显著。在以上研究基础上, 结合金属腐蚀理论, 探讨了碳素钢大气腐蚀过程及稀土影响机理, 提出将碳素钢的腐蚀过程分为腐蚀孕育期、腐蚀初期、腐蚀加速期及腐蚀稳定期4个阶段。在腐蚀过程中, 复合稀土主要通过抑制点蚀发生、改变锈层成分、提高锈层致密性3个方面提高钢的耐腐蚀性。试验结果可为低成本稀土耐蚀钢的开发提供参考。
Cr12MoV冷作模具钢是一种高碳高铬的莱氏体钢, 具有较高的耐磨性、淬透性、淬硬性、尺寸稳定性以及较好的热稳定性和综合力学性能, 广泛应用于中国多个重要领域。随着高端制造领域对国产高品质模具钢的需求日益提升, 对高品质Cr12MoV模具钢的需求量也在逐渐增大, 但对其中夹杂物的行为控制始终是一个难题。因此, 本试验利用实验室MoSi2电阻炉对Cr12MoV模具钢进行微量钙处理与铈处理, 设计了3组试验, 分别为不添加钙和铈的空白组、只添加铈的对照组以及同时添加钙和铈的试验组。采用FactSage计算软件、氮氧分析仪以及扫描电镜等手段, 分析了钙和铈的添加对Cr12MoV模具钢脱氧及夹杂物行为演变和作用机理的影响。结果显示, 随着钙与铈加入量的增多, 钢的洁净度逐渐升高, 夹杂物逐渐被细化。钙和铈的协同加入使钢中的总氧(T[O])质量分数由0.002 8%降低到0.001 8%。未加入钙和铈的钢中夹杂物主要为Al2O3和镁铝尖晶石; 加入质量分数为0.03%的铈后, 夹杂物转变为以Ce-O-S为主; 加入质量分数为0.001%的钙后, 夹杂物被改性为以Ca-Al-O-S为主; 随后加入铈, 夹杂物进一步转变为以Ca-Ce-O-S为主以及少量含铝夹杂物。热力学计算结果表明, 一定量的铈能降低夹杂物尺寸及其面积占比。当钙和铈的质量分数分别为0.001%和0.020%时, 钢中夹杂物的改性效果最好。以上结论可为Cr12MoV模具钢生产过程中夹杂物的行为控制提供参考。
为解决短流程硅锰系吉帕级汽车用钢在工业生产中出现的红锈缺陷问题, 以取自实际MCCR(多模式全连续铸轧)产线板坯的0.2C-1.5Si-2.3Mn体系汽车用钢为研究对象, 对其在900~1 250 ℃高温条件下的氧化行为进行系统研究, 重点探讨Si、Mn合金元素对氧化铁皮结构、界面形貌及元素迁移的影响机制。研究结果表明, 氧化行为呈现明显的温度依赖性。在1 000 ℃以下, 氧化皮主要由Fe3O4和Fe2O3构成, 氧化层/基体界面处形成SiO2与Fe2SiO4颗粒富集层, 基体内氧化程度较低; 温度升至1 150 ℃时, 界面Fe2SiO4发生部分液化, 内氧化层中出现弥散分布的SiO2-MnO复合氧化物; 当温度达到1 200 ℃以上时, Mn元素向外扩散显著, 形成致密且脆性的(Fe, Mn)3O4尖晶石固溶体, 同时界面橄榄石相转变为(Fe, Mn)2SiO4, 并与SiO2形成网状共晶结构, 该共晶相沿FeO晶界渗透至氧化皮内侧并钉扎于钢基体, 与脆性尖晶石共同作用, 加剧除鳞残留与轧制碎裂风险。通过提高连铸坯拉速、优化隧道炉出炉温度及改进除鳞喷嘴结构, 有效抑制了有害氧化物相的形成, 红锈缺陷发生率显著降低。本研究为短流程高硅高锰钢表面质量控制提供了理论依据。
随着航空航天及新能源汽车等高端制造领域对冷轧板带质量要求的日益严苛, 冷轧同板差的精确控制已成为制约产品精度提升的关键技术瓶颈。基于辊形电磁调控技术(RPECT), 本研究提出了一种多层感应加热区结构的新型高效调控电磁棒, 较传统分段式电磁棒具有传热路径更多、热响应更迅速、接触区温升更均匀的优势, 旨在解决现有单机架和连轧机组在薄规格板带生产中存在的边降控制能力不足、工作辊辊形调控受限的问题。根据传热学与电磁学理论, 本研究建立了电磁-热-力多物理场耦合的数值仿真模型, 探究了新型电磁棒与传统分段式电磁棒在不同极限调控位置下的辊形调控规律。结果表明, 新型结构改善了感应加热区的温度分布与传热路径, 提升了接触区平均温升及均匀性, 在降低磁参量设定值的情况下也能够实现与传统结构相同的辊形调控能力, 验证了其高效调控优势。随着电磁棒位置靠近轧辊中部, 尽管其最大热力胀形能力呈微弱衰减趋势, 但衰减幅度在3 μm以内。此外, 边部辊形非对称度也随安装位置远离辊端而逐渐减小。本研究验证了多分区感应加热结构的可行性, 为现代板带轧机边降控制的多物理场执行元件设计提供了理论支撑与依据。
某1 800 mm短流程带钢生产线(CSP)轧机在轧制过程中容易产生边浪或碎边浪问题, 通过弯辊进行边浪调控时易导致边中复合浪形或高次浪形的产生, 严重影响板带质量和生产稳定性。辊形直接影响辊缝形状, 在基础辊形曲线上叠加局部修形曲线的方式可实现对轧辊局部辊形的修改, 以达到调整带钢局部板形的目的。本研究通过对某产线下游F5~F7机架连续可变凸度(CVC)辊形的边部进行局部修形, 在不影响中部板形调控的前提下, 实现对带钢边部板形的局部调控补偿。针对边部局部板形问题, 提出了一种通用的关于辊面中点对称的分段四次多项式形式的边部修形(ER)曲线设计方法, 并进一步拟合得到六次多项式形式的拟合边部修形(FER)曲线; 确定了在CVC辊形基础上叠加FER曲线、得到混合连续变凸度(MCVC)辊形的新型辊形设计方法。用设计的FER曲线对工作辊边部500 mm范围内辊形进行修形, 改进的MCVC辊形保持了原CVC辊形的凸度调控范围大小, 且MCVC辊形二次凸度基本随窜辊线性变化, 实现了1 000~1 600 mm轧制宽度下-3 μm到-43 μm的名义辊缝局部二次凸度调控范围的偏移; 在不影响带钢中部凸度调控特性的基础上, 减小了轧制宽度范围内的边部压下量, 且随带钢宽度增加, 对带钢边部处辊缝形状补偿效果增大。MCVC辊形在下游F5~F7机架的实际应用中, 显著缓解了边部浪形及在线调整板形过程中复杂浪形的产生问题。
采用Ansys Fluent仿真软件对真空感应熔炼惰性气体雾化法(VIGA)制备Al0.5CrFeNi2.5Six(x=0、0.25、0.50)高熵合金粉末的过程进行数值模拟, 分析相同Si含量下不同雾化压力、相同雾化压力下不同Si含量对粉末粒径分布的影响。分别采用流体体积法(VOF)多相流模型耦合标准k-epsilon湍流模型、VOF多相流模型耦合大涡模型(LES)、离散相模型(DPM)耦合泰勒类比破裂(TAB)模型, 对气雾化过程中的单相流场、一次雾化及二次雾化过程进行模拟, 并通过实际试验方法验证模拟结果。结果表明, 在单相气流场中, 雾化气压增大导致膨胀波面积逐渐扩大, 进而使马赫盘位置不断向下偏移。随着雾化压力由4 MPa逐渐升高至6 MPa, 气流速度持续增大, 最大速度分别为693、704、711 m/s。一次雾化中, 不同雾化压力(4、5、6 MPa)条件下, 随雾化压力增大, 气流对液膜的扰动强度显著增强、液膜的破碎频率明显提高, Al0.5CrFeNi2.5Si0.25高熵合金熔体液柱长度逐渐缩短; 当雾化压力恒定为5 MPa时, 随着Si含量逐步增加, 液膜更易从液柱剥离, 一次雾化破碎的效果更加显著, Al0.5CrFeNi2.5Six(x=0、0.25、0.50)熔体液柱长度也逐渐缩短。二次雾化中, 随雾化气压增大金属粉末中值粒径D50由35.30 μm减小至32.54 μm, 粒子下落时"伞"状范围没有明显变化; 相同雾化压力条件下, 随着Si含量增加, Al0.5CrFeNi2.5Six(x=0、0.25、0.50)合金粉末中值粒径D50由34.96 μm减小至31.77 μm, 粒子下落时"伞"状范围变化不大, 当Si质量分数由x=0.25时增加至x=0.50时, 中值粒径D50的下降幅度更为明显。数值模拟能够有效再现气雾化粉末制备过程, 且与实际结果相比误差较小, 能够为金属粉末制备工艺优化提供理论支撑。
在"双碳"战略目标背景下, 中国铁合金行业面临日益严峻的碳排放约束与结构性转型压力。现有研究多集中于宏观政策解读或单一技术分析, 缺乏对企业层面系统性转型路径的探讨。本文从技术经济视角出发, 系统分析行业在供需结构、区域布局与政策调控等维度下的转型压力, 阐明铁合金低碳转型的市场驱动因素及发展趋势。研究表明, 在政策法规、下游绿色供应链与新兴领域高品质需求的共同驱动下, 行业竞争模式正由单一成本竞争转向以低碳技术、智能化控制与资源循环利用为核心的综合能力竞争, 企业核心竞争力亦由外部政策合规转向以低碳技术为核心的内生驱动。在此基础上, 本文提出涵盖产业协同、装备升级、能源结构优化与技术创新的低碳转型路径, 探讨其内在逻辑与协同作用机制, 旨在为铁合金企业制定低碳发展战略提供理论依据与决策支持。
连退平整后带钢宽度直接影响其生产成本。为了解连退平整后带钢宽度的变化情况, 建立了一个基于卷积神经网络结合双向门控循环单元(CNN+BiGRU)神经网络连退平整后带钢宽度预测模型。首先, 分析了连退平整过程中宽度的变化机理, 在连退过程中, 带钢宽度主要受温度、张力和速度等因素影响; 在平整过程中, 则主要受轧制压力和前后张力等参数影响。其次, 进行了数据特征选择及预处理, 根据连退过程的颈缩量预测模型及采利科夫公式, 筛选出炉内不同工艺段的温度、张力以及平整段的17个工艺参数, 作为模型输入特征; 为保证预测准确性, 采用Min-Max归一化法对数据进行归一化处理, 之后使用Tukey's fences方法对数据降噪。接着, 建立了CNN与BiGRU结合的神经网络结构, 该结构包含2个卷积层和2个门控循环单元(GRU)层, 卷积过程采用ReLU作为激活函数, 2个GRU各包含4个门控单元并进行串联输出。然后, 进行了模型的训练与结果验证, 通过对比单独CNN、单独GRU、CNN+GRU、随机森林(RandomForest)以及轻量梯度提升机(LightGBM)等模型性能, 发现CNN+BiGRU结构在综合性能上优于其他模型。训练中CNN+BiGRU模型的决定系数R2为0.983 9、平均绝对误差EMA为3.492 66、均方根误差ERMS为11.616 7、平均绝对百分比误差EMAP为0.29%。对训练后的模型进行各特征参数的沙普利加性解释(SHAP)值计算, 发现轧制力是影响宽度的最重要特征, 其SHAP值接近7, 远高于其他参数, 均热段张力和炉内张力分别为第2和第3重要特征。这为宽度调节提供了以平整控制进行粗调、以连退过程进行精调的方案。最后, 将训练好的模型应用于现场, 并开发出自学习功能以实现模型的定期更新。通过收集不同钢种的预测精度, 发现预测值可控制在±3 mm以内。对比不同钢种的宽度变化发现, 对于强度较高的钢种, 应以连退过程作为宽度调节的主要手段; 对于强度较低的钢种, 则以平整调节为主要手段。研究结果实现了连退平整后带钢宽度的精准预测, 为宽度调节提供了有效方案, 具有较好的应用价值。
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