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高强度钢板因其优异的综合性能，在汽车、能源等领域应用广泛。然而，高强钢热连轧过程中，仍面临品规快速切换过渡材多、板形控制精度低、轧机振动剧烈等共性难题，严重制约其生产稳定性和质量一致性。综述了近年来高强钢热连轧过程智能稳定轧制关键技术以及全流程智能管控技术的最新进展。针对传统机理模型和统计学模型设定精度低的难题，“机理+数据”双驱动建模方法成为提升高强钢品规快速过渡和稳定轧制过程控制精度的有效途径。同时，面向薄规格高强钢的轧机振动抑制，控制方式已从单一设备的监管和参数优化模式转变为基于加热-除鳞-轧制全流程的“过程遗传学”视角的系统性治理模式，并通过结合数据驱动的自抗扰控制技术实现了高强钢轧制过程的精确振动抑制。为实现对复杂轧制状态的实时掌控，集成多源数据诊断、单卷/单元智能分析及产品质量智能评分的综合诊断分析技术应运而生。为了实现对复杂轧制状况的精准控制，研发了集成多源数据诊断、单卷/单元智能分析以及智能质量评分于一体的智能诊断分析技术。最后，通过构建品规快速过渡与稳定轧制的协同管控技术，实现了辊形优化配置、排产计划动态调整与板形模型分档优化技术，显著提升了高强钢热连轧生产过程的整体调控能力与高强钢生产占比。本文旨在阐明该领域的技术框架及发展趋势，为热连轧的未来智能化和绿色化发展提供理论参考。
在钢铁行业低碳转型与“双碳”目标背景下，探寻低碳清洁替代燃料、降低高炉炼铁碳排放已成为冶金领域重要研究课题。生物质作为典型碳中性可再生燃料，在高炉喷吹过程中具备良好减排效益，是钢铁行业发展低碳冶金的重要技术路径。但生物质存在碱金属含量偏高、可磨性差、能量密度差等问题，加之预处理工艺不完善、经济性不足，极大限制了其工业化大规模喷吹应用。本文以高炉喷吹用生物质为研究对象，系统剖析生物质喷吹面临的核心现实难题与内在作用机理，阐明生物质中钾、钠等碱金属在高炉高温体系内易发生气化迁移并形成富集循环，进而破坏焦炭微观结构、加剧焦炭冶金性能劣化；同时指出生物质组分构成的致密三维网络结构是其可磨性差的关键原因。针对上述技术瓶颈，本文系统梳理超声空化脱碱、烘焙预处理、蒸汽爆破、水热炭化等提质路径的工艺特点及应用局限，并提出了一种脱碱-助磨协同处理新技术，依托绿色可回收助剂，实现单一步骤同步完成碱金属深度脱除与可磨性同步提升。试验结果表明，该技术可将生物质碱金属总量控制在高炉喷吹标准范围内，粒度指标显著改善，相比传统工艺具备明显成本优势。研究证实，通过单一技术优化或多工艺耦合，可使生物质各项指标满足高炉喷吹工艺要求，具备大规模替代煤粉的应用潜力，为生物质高炉应用提供支撑。
中国胶磷矿资源丰富但禀赋较差，中低品位矿占比高，其中伴生稀土元素的平均质量分数约为0.046%，是重要的稀土资源。由于其“丰而不富”的特点，大量伴生稀土元素未得到有效利用，因此，实现胶磷矿中伴生稀土元素的高效回收，对提升胶磷矿综合利用率与保障中国稀土资源的供给安全具有重要战略意义。本文从预富集、浸出和分离3个核心环节综述了当前胶磷矿中稀土元素提取技术的研究现状和发展趋势。首先，选矿预富集是降低酸耗的关键，浮选法在脱除碳酸盐杂质并同步富集稀土方面表现优异，联合工艺则是处理细粒级难选胶磷矿的重要手段。在浸出阶段，详细分析了硫酸、硝酸、盐酸与磷酸等无机酸浸出工艺的优劣，指出传统硫酸法稀土浸出率偏低，仅为20%~65%，且伴生磷石膏污染严重，而硝酸、盐酸和磷酸法的稀土浸出率可达90%以上，但分别面临除杂难度大、设备腐蚀严重和浸出液浓度低等挑战。在分离与富集阶段，溶剂萃取法仍是工业化大规模应用的主流技术，而离子交换与膜分离等技术在处理低浓度稀土元素溶液和提升产品纯度方面展现出独特的优势。针对目前选、冶过程衔接不紧密、回收率低等瓶颈，未来研究应深化“浸出-分离”联合工艺，通过开发混酸/表面活性剂/外场辅助浸出技术和高容量功能化树脂、耐酸选择性萃取剂，推动胶磷矿中伴生稀土元素提取技术向更加清洁、高效、低碳的协同回收方向发展。
铁矿粉烧结工序是钢铁工业氮氧化物(NOx)的核心排放源, 所产生烟气具有低温、高湿、高硫等特征, 并富集碱金属、重金属等多种有毒物质, 对脱硝技术工况适配性与催化剂的综合性能提出了更高要求。现阶段非稀土基氨气选择性催化还原(NH3-SCR)脱硝催化剂普遍存在低温活性欠佳、抗毒化能力不足、工业运行稳定性差等问题, 难以长期满足烧结烟气NOx超低排放要求, 成为制约钢铁行业绿色低碳发展的关键瓶颈。中国拥有丰富的稀土资源, 稀土元素因独特的4f电子构型, 具备优异的氧化还原性能与表面酸性调控能力, 为选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂性能优化提供了有力支撑。本文系统梳理了钢铁烧结烟气的多组分污染特征与现有脱硝工业实际治理现状, 明确了传统脱硝技术在工业应用中的短板; 剖析了V-Ti基、Mn基、Cu基、Fe基等非稀土基催化剂的实验室性能与工业应用局限, 重点阐述了稀土改性各类非稀土基催化剂的技术路径、核心优势与作用机理, 并总结了稀土改性催化剂当前存在的固有劣势; 聚焦稀土基SCR催化剂的工业应用实践, 验证了其工业化应用价值与实际运行问题; 最后结合成本、规模化制备等实际因素并分析其应用前景, 以期为适配烧结烟气复杂工况的稀土基SCR催化剂规模化应用提供理论参考与实践指引, 助力钢铁行业NOx超低排放与"双碳"目标落地实施。
稀土元素是钢铁工业不可或缺的微量添加剂。通过精准调控钢中夹杂物的形貌、尺寸与分布, 稀土处理能够延长钢材寿命、降低缺陷率、提升环境友好性, 从而满足高强度低合金钢的高性能与可持续发展需求。为实现稀土的有效利用, 提升钢材的综合性能, 相关研究者围绕稀土元素改性钢中夹杂物开展了大量工作。首先, 基于热力学分析和第一性原理, 阐明了稀土改性夹杂物的自发驱动力和原子尺度机制。从单一稀土添加和复合稀土添加两方面分析了稀土添加对夹杂物形貌、尺寸及分布的改性机制和演变规律, 进一步分析了重稀土Y和轻稀土La与Ce等在原子尺度方面处理效果存在的差异。稀土元素能够将钢中粗大、不规则的Al2O3和MnS等夹杂物转变为细小、弥散、球状的Ce2O2S、LaAlO3等稀土氧硫化物, 显著提高钢的强度、韧性和塑性, 同时改善夹杂物的点蚀电位, 使其接近钢基体电位, 增强耐局部腐蚀性能。最后, 基于稀土改性钢中夹杂物技术的研究现状, 对未来稀土处理高强度低合金钢中夹杂物的发展趋势进行了展望。结合复合添加的协同优势, 提出了优化稀土配比和添加顺序的创新方向, 为稀土处理高强度低合金钢在桥梁建设、船舶制造、油气输送管线及建筑工程等领域的应用提供新思路, 推动钢铁行业的高性能和可持续发展。
锡作为重要的战略资源, 凭借优良的物理化学性能在众多领域中有不可替代的应用。易选锡资源日益枯竭, 而难处理锡矿回收率低, 导致锡资源供应压力日益凸显。提高含锡二次资源的综合回收利用率, 既可缓解锡资源供应压力, 也有助于减少其对环境的影响。本文聚焦于锡中矿和尾矿、废弃线路板、钨冶炼渣、锡合金废料、锡阳极泥等含锡二次资源, 分析全球锡资源分布、消费情况, 详细综述不同锡二次资源回收锡的工艺技术现状, 结合作用机理, 深入对比湿法、火法、微生物浸出、联合工艺等存在的优劣势, 以及在工业应用中的情况。研发短流程、高效回收锡的工艺方法, 为企业提升经济效益。在此基础上, 总结了当前锡行业在二次资源利用方面面临的主要技术难题, 如锡回收冶炼及精炼提纯工艺流程冗长、加工成本高等弊端, 这些因素制约了行业的可持续发展。未来开发锡二次资源的方向是制备高端价值化产品以及锡酸钠、硫化亚锡等高纯度产品, 提升废料的效益。本研究可为锡行业的良性循环发展提供参考借鉴。
在钢铁材料领域, 铌钛复合微合金化技术已成为提升材料强韧性能的核心手段。以白云鄂博铌精矿为原料, 通过铝热法还原富铌渣制备铌钛铁合金, 可有效缓解中国铌钛铁合金高度依赖进口的局面; 探明铌、钛元素在还原过程中的还原机制与分配行为, 是实现资源化利用的关键。本研究将FactSage热力学计算与试验相结合, 系统研究了铝添加量、反应温度、二元碱度w(CaO)/w(SiO2)及渣系SiO2含量对合金成分、微观组织及终渣矿相的影响。热力学优化和试验验证表明, 铝添加量(质量分数)为12.39%时, 铝热还原放热使体系温度升高200~300 ℃, 可保证反应在1 800 ℃以上进行。在碱度R为1.0并添加CaF2时, 熔渣流动性良好, 渣金分离效果达到最优; 当渣系中SiO2质量分数降低至20%时, 热力学计算结果表明, 合金中纯硅相(CRSI相)完全消失, 铌、钛含量显著提升, 合金整体品质得到提高。终渣主要由CaAl2Si2O8相、高熔点Al2O3相、CaTiO3相构成, 熔渣黏度增大是造成铌钛铁合金颗粒(MAPs)夹带损失的关键因素。本研究结果为铝热法还原富铌渣制备铌钛铁合金的工艺优化提供了热力学理论依据与试验支撑。
在钢铁行业绿色低碳转型与冶金固废高效资源化利用的迫切需求下, 铁矿粉冷压块作为低能耗、低排放的新型含铁炉料, 可消纳烧结返矿、冶金粉尘等二次含铁资源, 但其在高炉内的布料行为与炉料适配性研究仍存在明显空缺, 制约了其规模化工业应用。本文以国内某钢厂3 200 m3无料钟高炉的实际生产参数为基准, 采用离散单元法(DEM)构建涵盖称量料管、中心喉管、旋转溜槽及炉喉上部的全流程布料数值模型, 选用Hertz-Mindlin无滑移接触模型描述炉料颗粒间的碰撞、滑动及堆积相互作用, 通过与同工况工业实测数据对标验证了模型可靠性。在此基础上, 系统对比了冷压块形状、替代炉料种类及配加比例对炉料径向偏析及料层压降的影响规律。模拟结果显示, 高炉上部[1.8, 2.7)m中径区域是炉料布料的主要初始落点, 炉料堆积密度最高、孔隙率最低, 成为制约整体透气性的高压降区, 基准工况下该区域单位压降达15 000 Pa/m; 不同参数的冷压块均表现出"中心稀疏、边缘集中"的径向偏析特征, 随着配加比例从10%提升至20%, 其边缘富集程度逐渐减弱, 20%配加时径向分布均匀性最佳。椭球形冷压块在3种形状的压块中有着最低的压降; 替代烧结矿时对原有炉料分布扰动最小; 当配加比例超过20%后, 高压降区压降呈非线性急剧上升, 30%配加时单位压降飙升至40 000 Pa/m, 将严重恶化炉料透气性。本研究明确了冷压块高炉应用的最优参数组合, 提出工业生产中应优先采用椭球形冷压块、以替代烧结矿为主且配加比例控制在20%以内的技术建议, 可为冷压块的工业试生产及高炉炉料结构低碳调整提供数据支撑。后续将结合冷压块高温冶金性能开展全流程耦合模拟, 并推进工业高炉配加试验。
炉缸死料柱体积直接制约渣铁流动通道与炉缸有效容积, 是影响高炉顺行和炉缸长寿的关键因素。针对现有研究对死料柱形态和行为规律研究较多、但对其体积定量表征较为缺乏等问题, 本文基于高炉停炉解剖揭示的死料柱宏观形貌特征, 提出将炉缸死料柱等效为"正圆台+倒圆台"组合几何体, 并建立由设计参数、直接可调控参数、炉缸状态响应参数和边界等效参数共同确定的死料柱等效体积计算模型。以某2 580 m3高炉为研究对象, 确定了模型参数选取原则并计算了死料柱等效体积, 同时分析了铁口深度、铁口角度、风速、回旋区前端至死料柱边缘距离、死料柱拐角距铁口中心线垂直距离及倒圆台倾角等因素的影响规律。结果表明, 该高炉死料柱拐角处最大截面半径为3.826 m, 占炉缸半径的74.81%;死料柱等效体积为239.3 m3, 占炉缸体积的43.50%, 其中上部正圆台体积占比达92.08%。在各影响因素中, 铁口深度对死料柱等效体积的影响最为显著, 回旋区前端至死料柱边缘距离和风速次之, 死料柱拐角距铁口中心线垂直距离对体积表现为正向增大作用, 而铁口角度和倒圆台倾角影响相对较弱。研究表明, 该模型能够实现死料柱空间占据程度的定量表征, 可为炉缸状态诊断、铁口维护制度优化、送风制度调节及炉缸长寿控制提供定量依据。
高铁精矿配比烧结是提高国内自产铁精矿资源利用的重要途径。辽宁鞍本地区是中国最大的铁矿分布区, 鞍钢拟采用70%以上高铁精矿配比进行烧结生产, 但目前对于高铁精矿配比烧结相关理论研究匮乏。本文以鞍钢烧结厂实际原料为基础, 采用FactSage 8.1热力学软件, 针对铁精矿配比(质量分数, 下同)为50%~100%烧结生产, 系统研究了烧结体系的液相行为与相演变机制。结果表明, 随着铁精矿配比由50%提升至100%, 液相初始生成温度由1 150 ℃升高至1 200 ℃, 且低温区液相量呈递减趋势; 体系液相黏度随温度升高显著降低, 在1 100~1 200 ℃低温区达到最大值(0.06~0.10 Pa·s), 随铁精矿配比升高, 低温区液相黏度因FeO含量增加、硅酸盐网络聚合度降低而呈下降趋势。液相区面积随铁精矿配比增加呈现先扩大后收缩的变化规律, 80%铁精矿配比条件下液相区面积最大、液相初始生成温度最低, 具有最优的液相形成热力学条件; 当铁精矿配比大于80%时, 液相区明显收缩、尖晶石相区扩大, 影响铁酸钙液相生成和烧结成矿, 需通过调整原料结构和烧结工艺参数来调控烧结液相组成与黏结行为。等温截面相图分析进一步证实, 80%铁精矿配比在1 300 ℃时液相区显著扩大, 铁酸钙相发生熔融分解, 硅酸二钙相稳定存在并为烧结矿提供骨架支撑。本研究阐明了高铁精矿配比烧结中矿物相转变的热力学本质, 为优化高铁精矿配比烧结工艺参数提供了重要的理论依据。
在"双碳"和"循环经济"目标背景下, 铜渣高效绿色资源化利用对促进铜工业等冶金产业的可持续发展具有重要的实际意义。针对铜渣目前处理工艺存在能耗和碳排放较高、流程较长等不足, 采用"氢还原-熔化分离"工艺实现铜渣资源化利用。基于该工艺, 研究了二元碱度对铜渣球团强度和氢还原行为的影响, 分析了铜渣球团氧化和还原过程中物相组成和微观结构的演变规律。结果表明, 提高碱度可以改善铜渣生球和成品球质量。随着二元碱度的升高, 生球与成品球的强度均呈先升后降趋势, 碱度为0.79时生球落下强度(0.5 m)和抗压强度较高, 分别为37.0次和29.6 N, 而成品球团强度在碱度为0.28~0.45时较高。另外, 碱度的提高促进了铜渣中含铁矿物的氧化和连晶, 有利于改善铜渣球团的还原性, 在还原温度为1 000 ℃、还原时间为138 min的条件下, 二元碱度为0.11、0.45和0.79的铜渣球团, 其金属化率分别为29.33%、53.79%和83.67%。同时, 还原产物中形成了Fe-Cu合金相, 实现了铜渣中铁元素和铜元素的协同还原。综合考虑生球强度、成品球强度及还原效果, 铜渣球团适宜的二元碱度为0.79。本研究可为铜渣的低碳绿色资源化利用提供新思路和理论支撑。
目前异步轧制工艺参数与轧板弯曲行为间的研究结论存在矛盾且弯曲机理不明确, 本文以08Al钢板为对象, 结合有限元模拟与轧制试验, 系统研究了轧制参数对异步轧制钢板弯曲行为的影响规律与机理。基于ABAQUS软件建立轧制模型, 通过分析应力演化及应变率带分布特征揭示轧板弯曲及反转行为机理。结果表明, 变形区等效塑性应变率带呈"X"形分布, 且应变率带数量与压下率呈正相关, 与初始板厚呈负相关。异步轧制使上下表面中性点移动形成搓轧区, 为平衡搓轧区存在引发的力矩, 上下表面轧制压力错位分布形成反向力矩稳定轧制过程, 导致出口处应变率带分布不对称, 从而引发板材弯曲, 弯曲方向与前滑区应变率带数目相关。当前滑区仅存在1个"X"形应变率带时, 在异步效应主导下轧板向快速辊弯曲。在异速比较小时, 随着压下率的增大或初始板厚的降低, 前滑区应变率带增多, 此时异步效应减弱, 仅影响中性点附近应变率带分布, 出口前新增应变率带经动态调整后使轧板向慢速辊弯曲; 当异速比持续增大时, 异步效应增强, 轧板转而向快速辊弯曲。本研究可为异步轧制板形控制提供理论依据与实践指导。
为探究GCr18Mo高碳铬轴承钢在热加工过程中的显微组织演变规律并优化其热变形工艺参数, 利用Gleeble-3800热模拟试验机对GCr18Mo轴承钢开展了单道次热压缩试验, 测试并获取相应的真应力-真应变曲线, 在压下量为60%的变形条件下, 系统研究应变速率为0.01~10 s-1、温度为800~1 100 ℃下的动态再结晶行为。研究构建了动态再结晶的峰值应变(εp)与临界应变(εc)模型, 得出两者的线性比例关系为εc=0.55 εp, 预测值与试验值的相关性系数R2分别为0.97、0.98;计算了该试验钢的再结晶激活能为53.85 kJ/mol, 分析表明添加Mo元素所引起的溶质拖曳作用是增大再结晶阻力的主要原因。依据修正的Avrami方程, 计算确定了材料常数βd=0.63与kd=3.51。建立了用于描述动态再结晶过程的体积分数模型。此外, 导入了基于DEFORM-3D数值模拟软件的试验钢再结晶模型, 对试验钢热加工过程中的动态再结晶的程度进行预测与验证。结果对比显示, 在1 100 ℃、1 s-1条件下试样芯部实现100%完全再结晶, 在900 ℃、10 s-1下则未发生再结晶; 在1 000 ℃、1 s-1的典型部分再结晶条件下, 试样测得动态再结晶体积分数为42%, 模拟值为38%, 整体预测值与试验值的偏差均控制在5%以内。通过大量具体数据的比较, 该模型的精确性得到了充分验证, 为多工艺复杂热加工过程中动态再结晶行为的预测和显微组织调控提供了可靠的理论依据。
为探究Ni含量对固溶和时效处理后Fe-Mn-Al-C-Ni合金微观组织及力学性能的影响, 选取2种Ni质量分数(5%、10%)的奥氏体低密度钢(记为5Ni、10Ni), 结合扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、室温拉伸试验和相图计算等方法, 系统研究B2相的析出行为和力学性能。研究结果表明, 固溶态合金由奥氏体基体和沿晶界分布的微米级B2相组成。随Ni含量的增加, 沿晶界分布B2相的体积分数由5%增至22%, 对奥氏体晶界的钉扎效应增强, 导致基体的晶粒尺寸由11.5 μm细化至4.3 μm。时效处理后, 2种合金在奥氏体基体内均析出纳米针状B2相。增加Ni含量显著提高了B2相的形核率, 使其分布更均匀且尺寸更细小。2种合金塑性变形机制均以平面滑移为主, 且由于B2析出相的不可剪切性, 诱导Orowan绕过机制与位错发生交互作用, 使得时效态合金具有优异的加工硬化能力。尽管增加Ni含量能细化晶粒并促进针状B2相析出, 但10Ni合金中更多沿晶界分布的粗大B2相会显著降低其塑性。因此, 5Ni合金具有最佳的强塑性匹配, 抗拉强度约为1 220 MPa, 均匀伸长率约为36%。研究结果可为通过合金成分设计调控奥氏体低密度钢的组织性能提供理论依据。
MgNdGdZnZr双稀土耐热镁合金兼具高比强度与良好铸造性能, 是航空轻量化构件的关键材料, 但铸造缺陷易引发疲劳失效, 制约其工程应用, 因此为对比激光焊接(Laser Beam Welding, LBW)与搅拌摩擦焊(Fricition Stir Welding, FSW)对MgNdGdZnZr双稀土镁合金缺陷修复后的疲劳性能, 使用铸造态MgNdGdZnZr, 采用四点弯曲疲劳试验、升降法与成组法测试接头疲劳寿命及S-N曲线, 结合OM、EBSD、SEM、TEM表征微观组织与疲劳断口特征。结果表明, FSW焊缝为细小均匀等轴晶, 使材料发生了一定的塑性变形, 热影响区晶粒有所拉长, 第二相弥散分布, 无明显偏聚; LBW热影响区晶粒明显粗化, 稀土相出现偏聚。FSW接头疲劳极限为148 MPa, 略低于LBW的157.5 MPa, 离散系数为4.8%, 高于LBW的2.3%。高应力幅下疲劳由裂纹萌生控制, FSW易产生尖锐几何缺陷, 加速裂纹萌生; 低应力幅下疲劳由裂纹扩展控制, FSW细晶组织可显著阻碍扩展。LBW断口整体粗糙不平, 表面散布少量第二相粒子、氧化物夹杂与微孔洞; FSW断口具备典型疲劳断裂特征, 断面由多组平行的疲劳扩展平台构成, 平台间存在清晰的撕裂棱与裂纹台阶, 整体形貌较为平整, 且表面分布大量定向排列的疲劳辉纹。以经典Hall-Petch关系为基础, 引入析出相强化与晶界偏聚弱化效应, 经多元线性组合与无量纲化处理, 并基于微观组织差异、焊接缺陷特征及裂纹萌生与扩展机制的差异化规律, 构建并修正疲劳极限定量模型, 构建的多机制耦合疲劳极限模型拟合优度R2>0.98, 预测误差小于0.5%。研究可为航空用稀土镁合金构件焊接修复工艺优选提供数据支撑。
烧结工艺作为钢铁冶金的关键环节, 长期依赖专家经验, 面临多变量强耦合、动态响应滞后等挑战, 而现有数据驱动方法存在文本知识利用不足与可解释性差的问题。为此, 本研究面向烧结工艺智能化转型, 旨在构建一个能够深度融合领域知识与数据模型的智能问答系统, 以实现对专业问题的准确、可靠与可解释的自动解答, 为工艺优化与人员培训提供支持。本研究提出了一种融合低秩自适应(LoRA)高效微调与检索增强生成(RAG)的大语言模型解决方案。系统以DeepSeek-R1-Distill-Qwen-7B模型为基座, 首先使用包含35 019条高质量问答对的烧结领域数据集进行LoRA微调, 以低成本方式显著增强模型对专业术语与工艺逻辑的语义理解; 同时, 集成了RAG模块, 通过实时检索本地工艺知识库, 为生成过程提供准确的外部知识支持, 从而约束模型输出、缓解"幻觉"。试验结果表明, 经此联合框架训练后, 模型在烧结专业问题上的回答性能显著提升, 回答的逻辑性(满分3.0)从1.2提升至2.8, 正确性(满分7.0)从0.7大幅提升至6.5, 并且有效减少了事实性错误。研究表明, "领域微调+检索增强"的联合策略有效提升了大语言模型在垂直领域的实用性与可靠性, 为基于大语言模型的复杂工业过程智能化提供了可行的技术路径与实践范例。未来可在多模态信息融合与实时决策等方面进一步探索。
针对高炉炼铁过程中铁水温度呈现非线性、大滞后、强耦合的控制难点, 以及传统方法存在预测与调控割裂、规则设计主观性强、模型可解释性不足等行业痛点, 本文开展铁水温度智能可解释调控方法研究, 旨在构建高精度预测与科学调控一体化闭环架构, 提升铁水温度控制稳定性与目标命中率, 为高炉智能化、稳定化生产提供技术支撑。以某高炉2024年8月至2025年2月连续生产的22项工艺参数为研究对象, 采用DBSCAN+LOF二级异常值检测与随机森林缺失值填补完成数据预处理, 通过Spearman相关性分析+多方法融合特征选择确定10个兼顾时序关联与工艺耦合的核心特征; 构建TSMixer时序预测模型, 利用时间混合层与特征混合层分别捕捉长时序滞后特性与参数耦合关系; 基于SHAP可解释性分析量化特征贡献度, 筛选出富氧流量、燃料比、热风温度、鼓风动能4个可在线调控的核心变量; 以铁水温度偏差及其变化率为输入, 设计数据驱动模糊控制器, 输出4项控制量增量并施加工艺执行约束, 形成可现场执行的调控指令。试验结果表明, TSMixer模型拟合优度R2达88%, 单步推理耗时仅12 ms, 具有精度与实时性双重优势; 该调控架构使铁水温度调控目标命中率提升至92%, 温度波动幅度由-15~15 ℃收窄至-5~5 ℃以内, 调控稳定性显著优于比例-积分-微分(PID)控制与模型预测控制(MPC)。本文创新性地建立了预测-分析-调控闭环链路, 以SHAP可解释分析替代传统经验规则, 有效降低模糊控制主观性, 提升策略工程适配性与可解释性。该方法可为高炉铁水温度智能调控提供可推广方案, 未来可结合强化学习实现规则动态迭代, 拓展至多高炉跨工况应用。
为准确预测Ti-15Mo合金的Portevin-Le Chatelier(PLC)效应及其时空演化行为, 并解决McCormick(MC)本构模型参数繁多、传统标定方法精度低且效率差的问题, 本文提出一种融合粒子群优化神经网络(PSO-BP)智能优化算法与McCormick(MC)本构模型的三维有限元建模方法。首先, 通过UMAT用户子程序将MC本构模型嵌入ABAQUS软件中, 构建了Ti-15Mo合金单向拉伸有限元模型。其次, 采用PSO-BP混合智能优化算法对有限元模型中的7个关键参数进行高效标定, 并以决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)为评价指标, 验证了PSO-BP算法在预测应力水平(σs)、平均应力跌落幅值(Δσa)及应力跌落次数(Nd)方面的有效性与可靠性。最后, 结合Gleeble 3500试验机的试验数据对标定后的有限元模型进行验证, 并系统分析了Ti-15Mo合金PLC效应的时空行为演化规律。结果表明, PSO-BP算法在迭代43次后收敛, 对σs、Δσa及Nd的预测值与真实值高度吻合, 其R2均高于0.901 6, MAPE均低于10%, RMSE最低为0.7;模拟所得的应力-应变曲线与试验曲线均呈现典型锯齿波动, 且3个特征量的相对误差均小于9.67%;随着真实应变从0.01增至0.04, Δσa由9.63 MPa增至11.46 MPa, 应力跌落周期由0.76 s增至0.854 s, 这主要归因于应变累积过程中析出相对可动位错钉扎作用的增强; 此外, PLC带传播呈现"连续+跳跃"的混合模式, 带倾角稳定在约60°。
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