板带轧制已具备较高水平的在线检测能力和自动化控制水平, 但在高端产品占比持续提升以及质量、成本、能耗等多重指标协同优化需求背景下, 传统机理建模方法和单工序、单业务轧制过程控制理念难以满足板带轧制的技术发展需求。围绕尺寸、性能、表面等核心质量指标以及效率、成本、能耗等生产经营指标, 数字化建模方法和面向多场多尺度、多工序、多业务的智能控制技术迅速发展。轧制过程多源异构数据的采集、特征提取及融合技术是实现轧制智能控制的前提, 过程判定、异常诊断由传统的阈值判定演进为综合判定和根因推断, 对诊断结论的可解释性、可追溯性与知识可复用性提出更高要求, 优化控制则需要在设备能力与工艺窗口约束下, 实现多执行机构协同调节下的多目标最优。因此, 本文以"数据采集与融合-质量预测建模-质量异常诊断-多目标协同优化"为主线, 系统梳理板带轧制数字化建模、过程判定与异常诊断、优化控制等方面的研究进展与工程实践, 为轧制智能化技术的发展提供参考。

为应对全球气候变化, 实现国家"双碳"目标, 钢铁工业作为碳排放的关键领域, 亟须清洁能源转型。氢基直接还原炼铁技术以绿氢替代焦炭, 是实现零碳炼铁的公认技术路径。然而, 氢气还原铁氧化物为强吸热反应, 其动力学速率受温度影响显著, 将氢气预热至1 000 ℃以上是提升反应效率、降低吨钢能耗的核心技术环节。本文聚焦纯氢竖炉的电加热氢气预热装置, 系统综述了主流加热方式的技术特点与应用现状, 并深入剖析了氢气加热过程中多物理场耦合数值模拟技术的研究进展。现有气体电加热仿真技术通过电磁-热-流体-结构的协同建模, 实现了对加热过程的精准控制、流动传热优化及热应力与氢脆风险的预测, 成为装置优化设计的关键工具。但当前技术仍面临多场耦合收敛性、高温氢脆动态建模、多尺度网格划分及绿电波动适应性等挑战。未来需聚焦高温电加热多物理场耦合的核心难题, 结合数值建模与试验验证的协同策略, 提升模拟精度与计算效率; 同时强化仿真与工艺系统的深度融合, 实现加热过程与制氢、冶金工艺的协同优化及与绿电波动的动态适配, 构建"高保真仿真-试验校准-工艺集成"的高效设计体系, 为钢铁行业清洁能源转型和氢能商业化应用提供核心技术支撑。

钢渣是炼钢过程产生的大宗固体废弃物, 产量巨大但综合利用率较低, 造成巨大的资源浪费和环境污染。随着社会对钢渣回收的广泛关注和相关技术的创新发展, 研究者围绕钢渣中有价元素分离回收和高值化、绿色化利用开展了大量研究, 理论研究与相关工艺技术均取得了显著进展。本文梳理了国内外近年来有关钢渣中磷、铁元素提取分离的研究成果, 首先介绍了钢渣中磷、铁的赋存形态与分布特征, 综述转炉钢渣中磷、铁分离提取与回用研究现状, 分析不同技术的原理、特性和适用范围, 同时探讨了温度、钢渣粒度等技术参数对分离回收效果的影响, 以及制约各种技术推广应用的关键问题。钢渣中磷提取方法主要分为化学浸出法、物理分离法(包括磁选法、浮选法)和生物浸出法; 铁提取方法分为磁选法和还原法。通过对回收利用技术的总结对比可知, 回收效率、成本管控与污染治理是当前制约钢渣中磷、铁资源化回收利用的核心问题。最后, 对相关技术的未来发展方向进行了展望, 为钢渣的全量回收和高值化利用提供理论和技术参考, 推动钢铁行业高质量可持续发展。

钢铁工业中炼铁工序因涉及高温、高压等复杂高危环境, 一线员工长期面临较高安全风险。在智能制造与产业数字化转型背景下, 构建面向炼铁过程的智能化安全监控体系已成为行业实现高质量发展的核心路径之一。本文系统回顾了炼铁安全监控从强制管理到智能预警的演进历程, 基于"人-机-物-环-工"5要素框架, 分析了人员、设备、工艺3大核心维度的研究进展与应用实践。当前相关技术在多源信息感知、风险智能识别、跨系统协同预警等方面已取得显著突破, 人员安全依托异构定位、视觉识别与生理状态监测融合, 可实现违章作业、疲劳上岗等典型风险的量化预警; 设备安全基于多源状态感知与混合智能模型, 初步构建关键设备全生命周期故障预测与健康管理体系; 工艺安全借助全域感知与数据融合技术, 智能诊断模型显著延长炉况异常预警窗口, 部分系统已实现跨工序协同调控。结合武钢、柳钢等企业的工程实践, 智能化安全监控体系在降低高炉休风率、提升劳动生产率、优化能源消耗等方面取得可量化效益, 但在规模化部署中仍面临数据孤岛、模型泛化能力不足、建设运维成本高、复合型人才短缺与标准缺失等瓶颈。面向未来, 构建本质安全、智能高效的炼铁生产环境, 需进一步发展嵌入冶金机理的混合驱动模型, 以提升模型解释性与工况适应性, 同时搭建安全导向的统一数据平台打通信息壁垒, 支撑跨系统协同预警与调控。

转炉炉口微差压的精准调控是提升转炉煤气回收效率、实现钢铁工业绿色低碳转型的关键。针对吹炼过程中氧气开闭及辅料加入等瞬态强扰动引发的传统比例-积分-微分控制(PID)响应迟滞、稳定性不足等问题, 本文系统梳理了微差压控制模型的研究进展, 分类评价了模糊逻辑、神经网络、粒子群优化(PSO)及机理-数据双驱动等模型的构建方法与应用效果。对比分析表明, 现有技术难以兼顾高控制精度与快速实时响应的需求, 传统PID控制虽响应迅速, 但缺乏工况自适应性; 以神经网络为代表的单一智能算法虽显著提升了非线性拟合精度, 却因算力负荷过高导致动态响应滞后; 机理-数据双驱动模型虽引入物理约束增强了模型在复杂场景下的适配性, 仍面临模型参数动态辨识难、系统复杂度激增以及底层数据传输时延等技术挑战。本文深入剖析了转炉煤气湿法净化回收系统(OG)与转炉煤气干法净化回收系统(LT)在控制逻辑上的本质差异, 揭示了LT因烟气温变剧烈、电-热-力多物理场耦合干扰及执行机构惯性滞后所导致的强非线性调控难题。据此提出, 未来研究应聚焦于研发自适应容错算法并构建数字孪生感知体系, 以实现LT下全流程动态特性的精准表征与控制瓶颈的突破。本文展望了微差压控制模型的发展趋势, 指出应致力于提升深度学习模型的机理可解释性、增强多目标协同进化能力及算法深度融合, 为转炉炼钢全过程的智能化与绿色化运行提供坚实的理论支撑与技术指引。

为应对"双碳"战略下钢铁工业绿色转型的迫切需求, 气基竖炉直接还原技术凭借其显著的减碳潜力已成为该领域重点发展方向, 其中高品质直接还原(DR)球团的制备是该技术核心环节。目前研究多集中于磁铁矿球团, 而针对赤铁矿基球团, 尤其是磁铁矿和赤铁矿混合配比制备球团的系统研究仍较为缺乏。本研究以高品位赤铁矿(H矿)与磁铁矿(M矿)为原料, 系统探究了适用于气基竖炉生产要求的直接还原球团制备工艺。设计了4种磁铁矿和赤铁矿混合配比方案(B1、B2、B3、B4), 通过造球与焙烧试验, 优化氧化球团制备的热工制度。研究结果表明, 在适宜的热工制度下, 各配比方案均能制备出抗压强度高于2 800 N/个、全铁品位(质量分数)超过67.5%、有害元素含量低、碱度为0.3的优质氧化球团。基于Midrex工艺的冶金性能测试显示, 所有配比的氧化球团还原指数达到85%~90%, 还原膨胀指数均低于11%, 低温还原粉化指数均小于2.5%, 金属化率均超过93%, 各项指标满足Midrex气基竖炉直接还原工艺要求。本研究证实采用磁铁矿和赤铁矿混合配比制备高品级DR球团的可行性, 不仅丰富了直接还原球团的原料体系, 还为降低气基竖炉原料成本、拓宽优质球团矿资源渠道提供了重要的技术支撑, 对推动气基竖炉直接还原技术的规模化应用具有积极意义。

为解决022Cr18Ti超纯铁素体不锈钢热轧酸洗钢带表面起皮缺陷问题, 探究缺陷成因并提出工艺优化措施, 以存在起皮缺陷的3.5 mm×1 245 mm规格钢带为试验材料, 采用光学显微镜、体视显微镜、场发射扫描电子显微镜及能谱仪, 对缺陷的宏观形貌、微观结构及成分特征进行系统分析。结果表明, 钢带表面起皮缺陷分为线性和纺锤形两类, 线性起皮缺陷主要分布在钢带宽度1/4或3/4区域, 纺锤形起皮缺陷表现为两头破损严重、中间轻微的凹坑状特征; 线性起皮缺陷的核心成因是连铸结晶器卷渣, 加热炉内焦炉煤气中H₂S含量异常引发的硫偏聚与高温腐蚀进一步加剧了缺陷发展, 纺锤形起皮缺陷则由未充分改性的Al₂O₃夹杂物和浇注过程中析出的TiN及其复合夹杂物共同诱发, 两类夹杂物均会在轧制过程中引发基体微裂纹并不断扩展, 最终导致表层金属剥离。针对缺陷成因, 从精炼、连铸、加热工序提出针对性工艺优化方案, 控制LF炉钙处理w([Ca])/w([Al])≥0.15、钢液w([N])≤0.010%, 优化连铸水口结构并采用专用保护渣, 将焦炉煤气中H₂S质量浓度控制在30 mg/m³以下。工艺优化后, 022Cr18Ti热轧酸洗钢带起皮缺陷发生率由0.67%降至0.29%, 有效提升了产品表面质量与生产效率, 为超纯铁素体不锈钢同类缺陷的防控提供了技术参考。

为探究基于薄带铸轧技术生产无取向硅钢时热轧压下率对全流程微观组织演变及最终力学性能、磁性能的影响规律, 本文以设计成分为Fe-3.35Si-1.37Mn(质量分数, %)的薄带铸轧无取向硅钢为研究对象, 开展不同压下率的单道次热轧试验, 随后统一冷轧至0.27 mm以保证总轧制压下率一致, 最后经脱碳退火完成成品制备, 并对其力学性能与磁性能进行了测试。研究结果表明, 热轧过程中柱状晶发生倾斜并在中部破碎, 随热轧压下率增加, 柱状晶占比逐渐降低直至全部转变为等轴晶; 热轧压下率进一步提高, 纤维组织数量逐渐增加, {111}取向织构占比持续上升, 对后续磁性能产生劣化作用。随热轧压下率增加, 冷轧压下率相应减小, 冷轧变形储能显著降低, 削弱了退火再结晶的驱动力, 导致晶粒异常长大; 同一总轧制压下率条件下, 退火温度越高, 不同取向晶粒的储能差异对再结晶晶粒长大过程的影响越小, 晶粒尺寸分布更加均匀。随热轧压下率增加, 磁感应强度(B₅₀)呈逐渐降低趋势, 低频铁损(P_1.5/50)与中频铁损(P_1.0/400)逐渐升高, 屈服强度与抗拉强度呈先升高后降低趋势。在本实验室条件下, 当热轧压下率为25.0%~37.5%、冷轧压下率为80%、退火制度为1 100 ℃/2 min时, 可制得兼具优异磁性能与良好力学性能的无取向硅钢。本研究阐明了在轧制压下率相同时热轧压下率对铸轧硅钢"热轧-冷轧-退火"全流程组织遗传与性能调控的作用规律, 为薄带铸轧工艺生产0.30 mm以下高牌号无取向硅钢提供了理论依据与工艺窗口。

00Cr12Ni10MoTi钢因其优异的强度、硬度、耐蚀性及高温性能, 广泛应用于航空航天、能源电力及高端轴承制造等领域。氮、氧含量对钢中夹杂物的数量、尺寸、形态与分布具有显著影响, 进而直接决定材料的力学性能。本研究对00Cr12Ni10MoTi钢中典型夹杂物的生成进行热力学分析, 结果表明, 1 873 K下Al₂O₃的实际溶度积大于其平衡溶度积, 能在钢液中优先析出, 且高氮、氧钢中Al₂O₃析出倾向更大; 而TiN和AlN的实际溶度积均小于其平衡溶度积, 在此温度下无法析出。结合Thermo-Calc模拟结果可知, TiN的析出主要发生在凝固末期, 其质量分数在1 150 K左右达到最大值, 与热力学分析结果一致。利用光学显微镜(OM)扫描电镜(SEM)结合能谱仪(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)对00Cr12Ni10MoTi钢中的夹杂物进行了微观组织观察与分析, 发现高氮氧钢中夹杂物的密度、平均尺寸和面积分数均高于低氮氧钢, 且高氮氧钢平均晶粒尺寸为7.9 μm, 相比低氮氧钢降低了9.5%。力学性能测试结果表明, 低氮氧钢的屈服强度、抗拉强度和冲击功分别为655 MPa、918 MPa和163 J, 而高氮氧钢的屈服强度、抗拉强度和冲击功分别为718 MPa、961 MPa和165.5 J。受氮氧化物弥散强化与氮元素细晶强化的协同作用, 高氮氧钢的力学性能显著优于低氮氧钢。本研究揭示了氮、氧含量对00Cr12Ni10MoTi钢夹杂物和力学性能的影响规律, 可为高强高韧马氏体不锈钢的稳定生产提供理论依据。

为深入研究镁对FH420海洋工程用钢性能的影响, 采用25 kg真空感应炉冶炼制备了未加镁与镁处理的2组FH420试验钢, 并使用了相同的控温轧制与冷却工艺。利用FactSage软件对夹杂物演变进行热力学计算, 并通过扫描电子显微镜、能谱仪及夹杂物自动分析系统对夹杂物的成分、尺寸与数密度进行了统计与表征。同时, 结合室温拉伸与-60 ℃夏比冲击试验评估力学性能, 并采用电子背散射衍射技术, 通过反极图、核平均取向差和晶粒取向扩展分析, 对样品的基体组织、有效晶粒尺寸及冲击断口下方的微观应变与裂纹扩展路径进行了分析。结果表明, 添加质量分数为0.001 2%的镁后, 钢中主要氧化物夹杂物由Ti-Al-O系转变为Ti-Al-Mg-O系, 夹杂物显著细化, 平均尺寸由2.47 μm降低至1.82 μm, 同时夹杂物数密度由54.01个/mm²提升至71.85个/mm²。镁处理后钢中组织由粗大的多边形铁素[JP2]体向细小交织的针状铁素体转变, 有效晶粒尺寸由6.31 μm降低至4.93 μm。[JP]镁处理对屈服强度影响较小, 但-60 ℃冲击吸收功从173 J提升至234 J, 裂纹起始与扩展能量均显著增加。此结果表明, 镁处理通过改性并细化钢中的夹杂物, 可有效诱导针状铁素体的生成, 进而使钢材的有效断裂单元细化, 一方面提高了基体参与塑性变形的能力, 另一方面迫使解理裂纹在扩展过程中频繁改变方向, 从而消耗了更多的断裂能, 提高了钢材的冲击韧性。本文系统研究了镁处理对FH420钢性能的影响, 为高强度低合金海洋工程用钢在极寒服役环境下的新一代产品研发与工业工艺优化提供了方向。

为了明确稀土钇(Y)对珠光体钢轨用钢夹杂物及组织性能的影响规律, 以添加稀土Y/不添加稀土Y的珠光体钢轨用钢为研究对象, 系统分析了夹杂物、显微组织及力学性能的变化规律。结果表明, 稀土Y的加入使1 000倍视场下MnS夹杂物的平均尺寸从9.3 μm细化至4.6 μm, 数量密度从每3个视场1个降低至每10个视场1个; TiN夹杂物的平均尺寸从4.1 μm细化至2.1 μm, 数量密度从每3个视场1个降低至每6个视场1个; 原钢中平均尺寸为6.7 μm(每5个视场1个)的Al₂O₃及11.7 μm(每8个视场1个)的Al₂O₃-MnS复合夹杂物均未检出, 但在钢中发现平均尺寸为1.3 μm、每视场2个的球形Y系氧化物与氧硫化物。稀土Y的加入使珠光体片层平均间距由0.202 μm细化至0.162 μm, 珠光体球团平均尺寸从12.63 μm细化至9.13 μm, 高角度晶界占比从18.6%增大至22.6%。添加稀土Y的试验钢, 其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率和室温冲击功分别达到1 248.7 MPa、837.3 MPa、15.8%、41.3%和15.0 J, 相较于未添加稀土Y的试验钢分别提高7.2%、10.9%、4.80%、4.84%和53.3%。珠光体片层间距的细化是试验钢强塑性提升的主要原因, 珠光体球团尺寸的减小显著促进了钢的韧性的提升。

钢渣尾渣作为钢铁冶炼过程中产生的主要固体废弃物, 其矿物组成复杂、稳定性差, 导致资源化利用效率长期偏低。针对传统浸出方法选择性差、浸出率低及产物利用受限等问题, 本文提出一种氯化铵-盐酸(NH₄Cl-HCl)协同浸出方法, 利用铵盐浸出的高选择性和盐酸浸出的高浸出率, 实现钢渣尾渣中钙、镁的高效浸出与铁的有效抑制。试验系统考察了盐酸浓度、氯化铵浓度、钢渣尾渣粒度、浸出温度、浸出时间及液固比等因素对钢渣尾渣中钙、镁和铁浸出行为的影响, 并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)等手段分析了浸出过程中矿物转化及微观结构演变特征。结果表明, 在盐酸浓度为0.35 mol/L、氯化铵浓度为2 mol/L、钢渣尾渣粒度小于75 μm(200目)占比约为45%、浸出温度为60 ℃、浸出时间为30 min及液固比为25.0 mL/g等条件下, 钙、镁浸出率分别达到61.20%和20.75%, 铁浸出率仅为1.45%。浸出机理分析表明, 单独用氯化铵溶液即可溶解钢渣尾渣中大部分活性钙、镁矿物, 而盐酸的引入进一步促进钙镁硅酸盐矿物的溶解; 同时, 氯化铵-盐酸体系通过协同调控浸出体系pH, 诱导铁离子发生水解沉积, 使铁主要富集于浸出渣中。浸出渣的SEM-EDS分析结果显示, 浸出后钢渣尾渣表面存在明显的多孔侵蚀结构, 活性钙硅酸盐矿物优先溶解, 而RO相及Ca₂(Fe, Al)₂O₅等铁矿物难以浸出。研究结果可为钢渣尾渣中钙、镁、铁的高效分离与回收提供理论依据和工艺指导, 同时为钢渣尾渣的低碳高效利用提供了新的技术思路。

针对2195 Al-Li合金在传统时效处理中强度与耐腐蚀性难以协同提升的难题, 本研究旨在探明预变形与非等温时效耦合工艺对其微观组织、力学性能及腐蚀行为的调控作用, 以寻求综合性能优异的高效热处理方案。对经固溶处理的2195 Al-Li合金试样分别施加4%、8%和10%预变形, 随后进行非等温时效处理(以20 ℃/h的速率升温至200 ℃, 再以40 ℃/h的速率冷却至100 ℃)。利用拉伸试验、扫描电镜(SEM)和光学显微镜等手段, 系统分析不同工艺下合金的力学性能、断口形貌、析出相特征及晶间腐蚀行为。研究表明, 预变形显著促进了T₁相(Al₂CuLi)的细密析出。所有合金均在冷却至160 ℃时达到强度峰值, 10%预变形试样屈服强度最高(535 MPa), 而8%预变形试样综合性能最优、强塑性积达到最大值。微观分析表明, 8%预变形试样晶界无析出带(PFZ)最窄, 断口呈现大量韧窝与撕裂脊, 表现为穿晶韧性断裂。非等温时效处理还显著提升了试样的耐腐蚀性, 8%预变形试样的晶间腐蚀深度仅为36.7 μm, 较传统峰时效态(91.8 μm)下降约60%, 这一结果归因于其细密的T₁相与狭窄的PFZ。预变形与非等温时效耦合作用可协同优化2195 Al-Li合金的强度、塑性及耐腐蚀性。其中, 最佳预变形量为8%, 该工艺不仅将峰值强度的时效时间从16 h大幅缩短至6 h、效率提升62.5%, 而且通过细化晶内析出相与窄化晶界无析出带, 实现了优良的综合性能匹配, 为航空航天构件热处理工艺开发提供了依据。

铜渣包缓冷过程中, 液固相变温度区的铜渣降温速率是影响后续浮选的关键因素之一。为分析现有缓冷制度下渣包内不同位置铜渣的液固相变行为特性, 本文以某厂12 m³铸造渣包为研究对象, 基于有限体积法构建了三维非稳态数值传热模型, 模拟分析了现有缓冷制度下铜渣的液相降温速率及结壳规律, 并进一步探究了空冷时长变化对缓冷过程的影响。结果表明, 铜渣在缓冷过程中, 受已形成渣壳的热阻作用及液固相变潜热释放的共同影响, 其内部降温速率呈现显著的空间非均匀性, 靠近渣包内壁的铜渣液相降温速率相对较快, 主要发生在空冷前3 h, 其体积占比不足1/3;其余区域降温速率明显较低, 普遍低于1 K/min。随着空冷时长的延长, 铜渣结壳持续增厚, 在空冷12 h后每延长2 h结壳厚度增加约20 mm, 有效降低了铜渣转入水冷阶段的"放炮"风险。然而, 随着结壳不断增厚, 其热阻进一步增强, 使得水冷阶段对铜渣内部降温速率的促进作用有限, 反而延长了铜渣完全凝固所需时间。研究结果可为铜渣包缓冷制度的优化及渣包结构、材料的改进提供理论参考。

块体活性铝合金分解水制氢具有水质要求低、在线制氢及按需供氢等优势, 能有效解决氢气制备、储存、运输与安全等难题, 成为燃料电池用氢的优选来源之一。然而, 活性铝合金中关键金属镓(Ga)的成本高, 成为制约其规模化发展及氢能领域应用的瓶颈。因此, 实现Ga元素的减量使用与回收再利用是推动该类材料走向低成本、环境友好型发展及工业化应用的必然路径。本研究基于Al-Ga-Mg-Sn体系的E-pH(Pourbaix图)分析, 针对其水解制氢产生的固体废料, 系统考察了pH < 2的酸性体系与pH>12的碱性体系的浸出效果。通过"酸/碱"浸出工艺, 利用Al与Ga在酸、碱环境中溶解行为的差异实现固液分离, 并一步法回收单质Ga。探究了浸出剂种类、浓度、温度及固液比等参数对Ga回收率的影响规律, 揭示了酸、碱体系中Ga回收机制的本质差异。研究结果表明, 在HCl酸性体系中, Ga易被氧化为离子态进入溶液, 难以实现单质Ga的回收; 而在NaOH与KOH碱性体系中, NaOH的浸出效果更优。在温度为90 ℃、NaOH物质的量浓度为0.4 mol/L、固液比为1 g∶40 mL的条件下, Ga回收率达26%, 升高温度可显著提升Ga回收效率。酸、碱体系中回收效率的差异源于固体废料的腐蚀行为, HCl引发废料发生局部点蚀, 导致Ga吸附于废料孔隙中难以浸出; NaOH则促进废料发生均匀腐蚀, 利于Ga的析出与聚集。一步法"酸/碱"浸出工艺可在线回收单质Ga, 避免了传统"离子溶出-二次转化"流程中的多步分离与富集操作, 大幅简化了工艺流程。

FeO-SiO₂-Al₂O₃-CaO体系是铜精矿造锍和锡精矿还原熔炼过程中常见的渣型。该体系熔体的输运性质对化学反应动力学、渣-金分离效果、渣中有价金属含量具有至关重要的影响。本文采用分子动力学(MD)模拟的方法, 开展了FeO-SiO₂-Al₂O₃-CaO体系铜渣与锡渣熔体的局域结构和输运性质的对比研究, 旨在揭示CaO与FeO含量对该体系熔体输运性质影响差异的本质原因。结果表明, [SiO₄]^4-四面体和[AlO₄]^5-四面体是体系网络骨架主要结构单元, [SiO₄]^4-四面体比[AlO₄]^5-四面体更稳定。铜渣体系中, 当CaO质量分数从3%增至18%时, 体系中非桥氧和自由氧向桥氧转变, 结构单元Q₀、Q₁和Q₂转变为Q₃和Q₄, 体系的复杂度(DSC)和聚合度(DOP)增大、黏度从0.21 Pa·s增加至0.30 Pa·s。锡渣体系中, 当FeO质量分数从3%增至18%时, 体系中桥氧向非桥氧和自由氧转变, Q₃和Q₄转变为Q₀、Q₁和Q₂, 体系的复杂度和聚合度降低、黏度从0.66 Pa·s降至0.37 Pa·s。当铜渣CaO含量和锡渣中FeO含量相同时, 铜渣的DSC和DOP值比锡渣的相应值小, 铜渣体系黏度值比锡渣体系相应值小。Fe²⁺和Ca²⁺在体系中发挥网络修饰和电荷平衡两种作用, Fe²⁺网络骨架修饰能力强于Ca²⁺, Ca²⁺电荷补偿能力强于Fe²⁺。FeO降低黏度的效率约为CaO的3倍。研究结果可为实现铜、锡资源的高效利用奠定理论和技术基础。

“碳中和”背景下, 基于高炉-转炉的钢铁制造长流程降碳已成为钢铁工业的热点课题。铁素物质流在炼铁、炼钢、轧钢之间界面运行的效率对于钢铁制造长流程的降碳具有重要影响, "界面"技术成为长流程降碳的重要研究方向之一。本文以国内某厂基于鱼雷罐-铁包的铁钢界面为研究对象, 采用Python工具构建铁钢界面物质流运行仿真模型, 并以鱼雷罐周转率、周转过程空罐时间和总等待时间为评价指标, 系统研究高炉炉下配罐等生产组织模式对铁钢界面物质流运行效率的影响。研究结果表明, 鱼雷罐投用模式和运行模式对铁钢界面物质流运行效率的影响最为显著; 鱼雷罐在线周转数量由18个减少至17个, 周转率提高3.0%~6.5%;相比紊流运行模式, 铁钢界面3座高炉对5座转炉的层流运行模式下鱼雷罐周转率提高约20%;在鱼雷罐"17+1"的投用模式下, 高炉炉下配罐数量在6~10范围内减少1个、1罐1拉比例在80%~100%范围内提高10%, 单罐对单包比例在60%~100%范围内提高10%, 鱼雷罐周转率分别提高4.6%、2.3%和1.6%。所研究的铁钢界面生产组织模式优化后, 鱼雷罐周转率由5.2次/d提高至6.6次/d, 高炉出铁至铁水进脱硫站的过程温降降低11 ℃, 全流程吨钢碳排放量(以CO₂计)降低约3.3 kg。研究结果可为国内其他同类型企业铁钢界面的运行提效提供参考。

干熄焦(CDQ)锅炉高温过热器频繁爆管是制约其长周期安全运行的主要瓶颈, 其失效涉及冲蚀与腐蚀的多因素交互作用, 现有研究缺乏对协同耦合机制的定量阐释。本文旨在揭示该耦合失效机理, 并提出有效的综合防护策略。采用现场案例统计、计算流体动力学(CFD)模拟与材料微观分析相结合的方法。首先, 对国内106台CDQ锅炉的运行数据进行统计分析, 明确失效的宏观规律; 其次, 建立从干熄炉出口到锅炉入口的全尺度CFD模型, 定量分析流场分布与冲蚀速率; 最后, 利用SEM、EDS和XRD对失效管段的微观形貌、元素分布及腐蚀产物进行表征, 揭示其微观腐蚀机理。宏观统计表明, 高硫分焦炭和大型装置与高爆管率呈显著正相关。CFD模拟定量揭示了"气流偏析"现象导致局部烟速达平均值的3.5倍、理论冲蚀减薄量超过0.5 mm/a。微观分析发现, 在约500 ℃壁温下, 失效管段腐蚀层中硫元素富集至1.33%(原子数分数), 并检测到FeS生成, 证实单质硫是破坏保护性氧化膜的关键化学因素。基于此, 构建了"机械破膜-化学腐蚀-产物剥落"的耦合失效物理模型, 指出协同作用使失效速率远高于单一因素之和。在此基础上, 提出了涵盖材料升级(TP321H/TP347H)、加装防磨盖板、流场均匀化改造及介质源头控制的综合防护策略。该策略在山西某焦化厂170 t/h CDQ锅炉上应用后, 首次爆管周期从平均11.6个月延长至36.0个月以上, 单次事故可避免直接与间接经济损失超628万元。本研究不仅为CDQ锅炉失效问题提供了有效解决方案, 也为其他高温含尘工业装置的类似耦合失效防治提供了普适性技术路径。