随着铝行业的快速发展, 赤泥堆存量已超过15亿t, 而综合利用率却不足12%, 其大量堆存不仅占用土地资源, 更造成环境污染与资源浪费。本文首先系统介绍了赤泥的来源、分布以及对环境的危害, 从化学组成、矿物组成等方面分析了赤泥的特性。然后, 结合目前赤泥处理及综合利用研究现状和发展趋势, 重点综述了赤泥在建筑材料、金属回收、环境治理等方面的应用研究进展。最后, 对其未来的发展前景进行了展望, 提出应加强技术创新, 解决强碱性及重金属稳定性问题; 通过多源固废的协同处理和全组分的梯级利用, 实现赤泥的高效资源化; 注重示范工程建设, 完善应用领域标准体系建设, 依托市场驱动力, 推动赤泥资源综合利用的规模化、高值化发展。

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。

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。

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。

随着电子信息工业和智能化革命的发展，中国电子相关行业对原材料的需求和质量要求也愈发严苛。在半导体行业中，铜(尤其是高纯铜)因其本身卓越的物理、化学性质，如优良的电迁移抗力、导电性、导热性、延展性，较低的介电常数及抗腐蚀性等优点，在市场应用中展现出巨大潜力，但在生产供应的质量和数量上始终无法满足半导体行业需求。湿法冶金制备电解铜作为生产高纯铜的主要工艺，其凭借制备方法简单、工艺成熟、生产成本投入少、能量损耗低等优势在高纯金属制备行业中占据主导地位。然而，在高纯电解铜制备过程中，制备工艺、参数控制的差异性会导致高纯电解铜品质波动较大。本文通过论述不同的电解铜制备方案，详细分析电解铜制备生产工艺中的优缺点和实施案例，归纳总结超高纯金属制备方法的优势及挑战。最后，基于中国高纯电解铜生产和需求现状进行了展望，加速高纯电解铜产业化生产建设将有利于加快中国半导体发展所需的高纯电解铜国产化进程，缓解中国高、精、尖领域原材料依赖进口的问题。

钢铁行业是碳排放的主要源头之一，发展球团技术是实现“双碳”目标的有效措施之一。球团还原膨胀过高会导致反应器透气性恶化，甚至引发生产事故。本文系统综述了铁矿球团还原膨胀的主要机理，包括物相转变引起的晶格膨胀、气体压力导致的铁层破裂、碳沉积引发的结构破坏、还原应力不均导致的裂纹以及新生铁的析出形态。研究表明，调控铁晶须的生成是抑制恶性膨胀的关键突破口，还原膨胀受预热焙烧制度、孔隙度、脉石组分及还原条件的显著影响。通过优化配矿、合理控制碱度、优化预热焙烧制度及限制有害元素摄入，可有效抑制铁矿球团还原膨胀。本研究为球团性能优化及低碳炼铁技术发展提供了理论依据与技术路径。

湿法炼锌系统为锌冶炼主流工艺, 生产过程中形成的含钴上清液和钴渣蕴含可观资源, 高效回收利用可推动固废资源化, 缓解中国钴资源短缺。首先, 深入分析了硫酸锌浸出液除钴工艺的研究进展, 全面对比了锌粉置换法(包括砷盐与锑盐活化)、有机试剂除钴法和氧化还原除钴法在除钴原理、效率、经济性与安全环保方面的不同; 其次, 系统梳理了净化钴渣先浸出后多金属离子分离的流程, 综述了不同浸出方法(选择性浸出法、酸浸法、碱浸法与联合浸出法)、不同分离方法(氧化沉淀法、化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法与膜电解法)的技术优势与不足之处; 最后, 结合宝徽集团湿法炼锌厂的钴回收工艺流程, 揭示钴在氧化焙烧、酸浸、三段净化与钴渣处理全流程中的迁移与转化行为。湿法炼锌工厂宜根据冶炼技术、生产成本和节能环保等方面设计合适的工艺路线, 优化浸出-沉淀工艺参数, 开发新型除钴剂, 建立钴锌联产体系, 在保障电解锌质量前提下提升钴回收经济效益。

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。

铂族金属因其独特的物理性质与优异的催化活性, 在汽车、石油化工、电子器件等领域具有至关重要的作用, 是国家不可或缺的战略资源。然而, 中国铂族金属矿产资源稀缺、品位低、开采成本高, 因此从二次资源尤其是大量产生的废弃铂族金属催化剂中回收铂族金属便成为最主要的铂族资源来源。根据操作环境的不同, 可将目前的铂族金属富集工艺分为火法工艺与湿法工艺, 火法工艺处理量大、工艺流程短, 适用于大规模处理, 但能耗高、环境污染较为严重; 湿法工艺反应条件温和、对特定物料选择性好, 但工艺流程长、试剂消耗量大, 富集完成后, 需要将溶液中的铂族金属提纯精炼。沉淀法适用于金属离子浓度较高时的富集, 但易引入杂质; 溶剂萃取法所得的最终产品纯度较高, 但萃取剂通常具有毒性且易挥发, 操作难度较大; 离子交换法分离效率高、污染少, 但成本较高且受溶液体系限制较大。本文对目前常见的富集工艺进行了概括, 详细分析了这些工艺各自的优势与缺陷, 同时对不同种类的提纯工艺进行了概括并阐述了其优劣。对废催化剂铂族金属回收技术的未来研究方向进行了展望, 为推动铂族金属二次资源的高效循环利用与经济、绿色、智能化的回收工艺开发提供新的思路。

电弧炉短流程炼钢是实现钢铁行业“碳达峰”“碳中和”目标的关键路径。系统综述了电弧炉能量高效供给技术及其控制模型的研究进展，解析了电弧炉多元能量结构，介绍了物理热高效强化利用技术、电能高效供给技术、化学能强化利用技术的应用特性及优缺点，并对当前多元能量供给技术的创新突破方向进行了展望。最后，系统梳理了电弧炉高效供能模型的机理模型、统计模型的研究进展及发展趋势，深入探究电-氧协同作用下的电弧炉物质-能量转化机制，明确电弧炉炉料熔化及熔池反应机理是开发电弧炉高效能量利用技术的关键环节，并展望了电弧炉高效供能模型的智能化发展途径及前景，为后续多元炉料结构的电弧炉物质-能量智能化模型开发及炼钢工艺的精准控制提供参考。

低合金高强度钢以其优异的综合性能和成本优势等被广泛应用于建筑桥梁、油气输送管线、船舶及海洋平台等领域。屈强比是低合金高强度钢开发应用过程中的关键指标。首先，概述了铁素体钢、珠光体钢、马氏体钢等单相组织钢及含铁素体/奥氏体复相组织钢不同强度水平下的屈强比；不同显微组织钢的屈服强度较高时，屈强比也较高，钢中铁素体或奥氏体相的引入有利于其屈强比的降低。随后，讨论了高强度低屈强比钢多相显微组织设计及轧制与热处理工艺控制研究现状。最后，介绍了机器学习和人工智能辅助研究低合金高强度钢力学性能的进展。实现低屈强比、高韧性及高塑性的优异匹配是低合金高强度钢的重要发展趋势，构建多相、亚稳、多尺度及多形态的显微组织为高强韧、低屈强比钢的开发提供了有效手段，物理冶金学与数据科学融合正成为实现该类钢种显微组织设计的关键路径。

为了系统研究Y₂O₃质量分数与w(CaO)/w(Al₂O₃)对CaF₂-CaO-Al₂O₃-MgO-Y₂O₃渣系物理化学性质的影响规律, 针对电渣重熔冶炼含Y稀土钢过程中Y元素烧损严重的问题, 本文提出通过添加Y₂O₃以及调节w(CaO)/w(Al₂O₃)以改善渣系性能, 进而提高Y元素的收得率。试验制备了5种不同Y₂O₃质量分数和4种w(CaO)/w(Al₂O₃)的渣系, 综合采用X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、半球法熔点测试、旋转柱体法黏度测试、傅里叶变换红外光谱仪以及扫描电子显微镜等多种测试分析手段, 系统研究了渣系的物相组成和含量、熔化特性、黏度变化、结构特征以及析出相特征, 旨在为优化渣系组成、抑制Y元素烧损并提高其收得率提供理论依据。结果表明, Y₂O₃添加可促进CaYAlO₄相形成, 且随着Y₂O₃质量分数从0增加至20%, 渣系熔点先降低后升高, 渣系黏度先升高后降低, 其中, 最优的Y₂O₃质量分数为15%。随着w(CaO)/w(Al₂O₃)从0.8升高至1.4, 渣系中CaYAlO₄相特征峰逐渐增强, 渣系熔点与黏度随之降低, 且渣中针状CaYAlO₄所占比例增多。w(CaO)/w(Al₂O₃)升高诱导[AlO_nF_4-n]^-四面体配合物解聚和[AlO₄]^5-四面体向[AlO₆]^9-八面体转变, 这可能是黏度降低的主要原因。低黏度导致离子团簇迁移阻力减小, 进而降低晶核形成与晶体生长的能量势垒, 这也是CaYAlO₄所占比例增多的原因。CaYAlO₄针状形貌可能受螺型位错控制的生长机理影响。基于以上讨论, 优化出最优的渣系配比为Y₂O₃质量分数为15%、w(CaO)/w(Al₂O₃)为1.4, 该配比渣系的熔点为1 346 ℃, 1 600 ℃时黏度为0.28 Pa·s。

高强汽车大梁钢作为承载车身质量与外部载荷的关键构件, 需具备高强度、高韧性及优良的冷成型性能。然而, 钢中存在的Al₂O₃、镁铝尖晶石、钙铝酸盐等硬质夹杂物在轧制过程中不易变形, 若控制不当将损害产品性能。铈(Ce)在钢中具有改性夹杂物与细化晶粒的作用, 可将Al₂O₃、Mg-Al-O及Ca-Al-O类夹杂物改性为CeAlO₃、Ce₂O₂S等稀土夹杂物, 这些稀土夹杂物能够作为形核核心, 细化钢的凝固组织。通过高温管式炉冶炼铸锭试验, 结合扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及热力学计算等方法, 系统研究了不同Ce含量对高强大梁钢中夹杂物改性及铸态组织细化的影响。结果表明, 随着钢中Ce含量增加, 夹杂物改性顺序为CeAl₁₁O₁₈→CeAlO₃→Ce₂O₃→Ce₂O₂S→CeS, 最终改性产物取决于钢中Ce含量。当钢中Ce质量分数为0.005 5%时, 改性产物为Ce-Al-O类夹杂物, 其形貌因遗传效应与改性球化作用呈现多边形或(类)球形; 当Ce质量分数为0.018 0%时, 夹杂物进一步改性为Ce-O-S类球形夹杂物, 并呈现聚集长大特征, 原有棱角分明的Mg-Al(-Ti)-O类夹杂物消失。Ce能够有效缩小钢中夹杂物的平均尺寸、减少大尺寸夹杂物数量。随着Ce含量增加, 夹杂物数量呈现先减少后增多的趋势, 在Ce质量分数为0.005 5%时, 夹杂物平均尺寸较小、数量较少。同时, Ce在钢中表现出晶粒细化作用, Ce-Al-O与Ce-O-S类夹杂物均对钢的凝固形核具有促进作用, 其中Ce质量分数为0.018 0%时铸态组织细化效果最佳。热力学计算进一步揭示了相关夹杂物的形成机理。

钢铁行业是全球碳排放的重点领域, 其低碳转型工作至关重要, 而提高废钢使用比例是钢铁企业实现碳减排目标的关键举措。当前废钢碳核算面临标准体系不统一、技术与经济协同性不足两大核心问题。本文以废钢利用优化路径探索为目标, 通过多标准对比分析与模型构建, 助力钢铁企业实现减碳目标与经济效益的平衡发展。研究首先系统对比世界钢铁协会生命周期清单(LCI)方法论、中国钢铁工业协会《低碳排放钢评价方法》、负责任钢铁(RS)标准及德国低排放钢铁标准(LESS)四大标准, 剖析各标准在废钢定义、分类体系及核算边界方面的差异; 其次结合中国以转炉炼钢为主的生产特征, 构建热平衡、物料平衡与碳排放-成本协同优化模型, 量化碳质/硅质补热剂使用、废钢预热工艺对废钢比的影响, 并进一步探究废钢收得率、铁水-废钢价差的调控作用机制。结果表明, 《低碳排放钢评价方法》因引入本土化参数, 更贴合中国钢铁生产的实际国情, 适宜作为国内碳核算的统一基准。在补热措施中, 废钢预热是最优减碳技术路径, 不仅可使废钢比提升约9%, 而且对钢水质量的影响最小; 焦炭补热可使废钢比提升约7%, 而硅铁补热的提升幅度仅为1%左右。在经济与环境协同优化层面, 当铁水-废钢价差超过300元/t(LCI方法论)或100元/t《低碳排放钢评价方法》时, 提高废钢比能够实现降碳与成本的双赢。此外, 废钢收得率对物料平衡的稳定性以及经济环境效益均有显著影响, 因此提升废钢质量成为高比例废钢冶炼的核心保障。

铜作为全球新能源产业转型的基础性材料, 面临着日益增长的需求。铜工业的快速发展伴随着巨大的矿物、能源和水资源消耗, 同时也产生了大量废水和其他污染物, 对环境造成了严重压力。水资源在冶金过程中既是关键资源, 也是重要的媒介, 其消耗与废水产生直接相关。本研究以典型火法铜冶炼企业为案例, 旨在通过系统解析全流程水代谢特征, 识别节水关键环节, 提出水网络优化策略, 以推动铜工业绿色转型和可持续发展。研究采用物质流分析方法, 从全流程视角量化了水资源消耗、废水排放与循环利用之间的关系, 将所有用水过程整合到水平衡系统中, 建立铜冶炼企业用水网络优化模型和评价指标体系, 并提出基于"分质处理-梯级利用-闭环回用"体系的分级用水策略。结果表明, 优化后企业新鲜水用量从15.74 m³/t降低至12.51 m³/t, 降幅为20.52%;循环水用量从949.67 m³/t增加至1 274.54 m³/t, 增幅为34.21%。水资源效率提升了68.04%, 水循环率从98.2%提升至98.7%, 系统回用水量从1.30 m³/t增加至4.05 m³/t, 排水量从5.05 m³/t减少至4.43 m³/t。本研究揭示了铜冶炼过程中的水资源流动特征, 提出了分级用水策略以及水网络优化方法, 为实现水资源高效管理与近零排放提供了可行的技术路径。未来可进一步结合智能监测与控制技术, 实现水系统的动态优化与精细化管理。

针对首钢链箅机-回转窑-环冷机球团产线因高硫低硅矿粉供应减少所引发的制酸系统硫源不足、高炉镁铝比降低及炉渣流动性恶化等问题, 系统研究了高硫硼铁粉(HSBC, 含B₂O₃ 5%、MgO 10.18%、S 1.0%, 质量分数)替代秘细粉制备酸性球团的可行性。通过X射线衍射-参比强度比(XRD-RIR)法、扫描电子显微镜-能量色散光谱(SEM-EDS)法、热重-差示扫描量热(TG-DSC)法联合表征HSBC的物相组成、微观形貌及热分解特性, 并设计了HSBC配比(质量分数)分别为0、2%、4%、6%、8%的5组梯度试验, 在工业10 kg级圆盘造球-链箅机-回转窑-环冷机线上完成生球制备、投笼焙烧及取样检测。结果表明, HSBC颗粒表面粗糙、呈纤维状结构, 其粒度偏粗(小于74 μm所占比例仅为72.6%), 与极细马城粉形成粒级互补, 使生球落下强度从6.2次提高至8.5次。TG-DSC分析显示, HSBC在379 ℃出现Fe₃O₄向Fe₂O₃转化的放热峰, 在661.7~916 ℃出现吸热峰, 对应硫化物氧化、白云石分解及硼镁铁矿晶格重构, 总增重为2.9%。焙烧后成品球团呈现"液相外壳-多孔内核"的核壳结构, 孔隙率由17.7%上升至25.9%。随着HSBC配比从0提高至8%, 球团还原度由58.50%降低至50.32%, 还原膨胀率由10.98%升高至22.34%;还原1 h后抗压强度提升169 N; 软化区间Δt由91 ℃扩大至115 ℃。综合考虑冶金性能指标及高炉适应性, 确定HSBC最佳配比为5%, 此时成品球抗压强度达3 173 N, 脱硫率为91.5%, 硫收入为1 117 mg/m³, 接近基准水平, 且具备良好的还原性(55.02%)与可控的还原膨胀率(16.36%)。研究结果为高硫硼铁粉在球团生产中的规模化应用提供了理论依据与技术支撑。

针对微碳钢热轧板强度过高不利于后续冷轧成形的问题, 可以通过在奥氏体-铁素体两相区变形以降低强度, 但同时会显著提高热轧过程的变形抗力。因此, 本文通过Gleeble-1500热模拟试验机对微碳钢在奥氏体-铁素体两相区(773~845 ℃)进行压缩变形, 利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等手段探究不同变形温度和变形量对峰值应力和显微组织的影响, 获得降低两相区变形抗力的工艺参数, 分析两相区变形软化机制。结果表明, 微碳钢在两相区变形后显微组织为铁素体+珠光体。在应变速率为1 s^-1、变形量为30%或60%、变形温度为775~825 ℃范围内, 当试样处于低变形温度775 ℃、小变形量30%时, 难以发生动态再结晶, 在变形过程中组织以只能回复长大的粗大晶粒为主, 此时铁素体晶粒尺寸最大, 为55.4 μm, 变形抗力最小, 为103 MPa。在该工艺参数下, 两相区变形抗力降低的主要机制为晶粒粗化。探究两相区变形工艺参数对微碳钢变形抗力的影响规律, 对于在工业生产中实现精准控制变形抗力、有效降低热轧板强度具有重要的意义。

随着钢铁行业绿色低碳转型的推进, 冶金行业对固体废弃物综合利用方面需求与日俱增。电石渣作为化工行业产生的高钙固体废弃物, 其大量堆存不仅占用土地, 还存在环境风险。电石渣作为高钙固废在替代常规钙质熔剂用于铁矿烧结方面具有巨大的潜力。本研究旨在系统探究电石渣替代常规熔剂用于铁矿烧结的可行性及其对烧结成矿过程的影响机理。采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、激光粒度仪和热重分析仪对电石渣、石灰石和白灰进行了矿物学分析。分析表明, 电石渣较常规熔剂具有较高的CaO含量, 粒度细、热分解温度低且热稳定性较高, 具备充当烧结熔剂的矿物学特性。通过烧结基础特性试验与微烧结试验, 结合电石渣矿物学特性, 系统分析了其替代烧结常规熔剂对烧结基础特性及烧结矿矿相结构的影响。结果表明, 电石渣替代率从0增加到60%, 能够降低同化温度, 增强液相流动性能、黏结相强度及铁酸钙生成能力, 并促进交织-熔蚀结构的形成。当电石渣替代率大于60%时, 虽然同化温度仍进一步降低, 但液相流动性能和铁酸钙生成性能随之降低, 硅酸盐类矿物和孔隙增多, 烧结矿矿相结构变差。当电石渣替代率为60%时, 烧结矿矿相结构均匀, 铁酸钙含量最多, 且以针柱状为主。该研究成果为实现电石渣的资源化利用和烧结矿的降本增效提供了新思路。

在高炉冶炼过程中, 球团矿粒度的均匀性对高炉顺行有重要影响。然而在工业造球过程中, 现场仍采用传统人工筛分方法, 不便直接、连续测量球团粒径, 且测量误差较大, 难以满足实时测量需求。因此, 本文提出一种非接触式在线测量球团粒径方法, 以YOLOv11模型为基础, 引入多尺度增强上采样模块(MEUM)替代原有上采样结构, 通过多尺度特征融合与边缘增强设计提升对不同粒径及模糊边界的表征能力; 在骨干网络中嵌入局部重要性注意力机制(LIA), 自适应强化关键区域响应, 在保持网络轻量化的同时提高对复杂背景下目标特征的鲁棒性。在此基础上, 提出1种边缘轮廓-霍夫圆联合检测法来测算球团粒径, 通过对处理后掩码边缘轮廓提取获得最小外接圆, 并结合多尺度霍夫圆检测进行匹配与筛选, 从而得到稳定可靠的拟合圆并计算粒径。结果表明, 改良后模型框检测mAP_50-95(交并比从0.50到0.95的多个阈值下计算的平均精度均值)从0.885提高到0.906;掩码检测召回率从0.993 0提升至0.999 7, mAP_50-95由0.833提升至0.847, 与其他4种对比模型相比性能均为最优。同时本文提出的球团粒径测量法与ImageJ测量法的最大误差保持在±1.7 mm之内, 平均相对误差为3.98%。本文所提出的球团粒径检测方法可以在复杂的工业环境中高效处理球团矿粒径识别任务, 在冶金工业智能化领域具有广阔应用空间, 为球团矿非接触式粒径检测提供新的思路与方法。

本文旨在研究稀土与镁处理对超高纯(UHP)316L奥氏体不锈钢中非金属夹杂物的影响, 以提升其洁净度, 满足半导体设备用材的严苛要求。传统的铝脱氧工艺会产生氧化铝, 在服役过程中易脱落导致整个半导体加工系统受到污染。尽管稀土与镁被视为潜在替代脱氧剂, 但两者复合处理工艺, 特别是添加顺序对UHP 316L不锈钢夹杂物影响的系统研究尚存空缺。因此本文依托真空感应熔炼(VIM)+真空自耗重熔(VAR)双联工艺, 设计了3种脱氧工艺, 即纯稀土(Y)处理、先镁后稀土(Ce)处理、先稀土(Ce)后镁处理, 系统考察了工业生产条件下不同工艺对夹杂物尺寸、分布、类型及评级的影响。采用金相显微镜、扫描电镜能谱分析及Thermo-Calc热力学模拟等手段, 系统评估了各工艺阶段试样的夹杂物特征及演变规律。结果表明, 在UHP 316L不锈钢的VIM+VAR冶炼中, 先稀土后镁的复合脱氧顺序是实现高水平夹杂物控制最有效的策略, 其VIM+VAR后试样中夹杂物分布密度最低, 平均等效直径最小, 且无等效直径不小于8 μm的大尺寸夹杂物, D类细系夹杂物评级可达0.5级以下, 满足UHP 316L不锈钢的行业标准; 而先镁后稀土处理因镁提前损耗严重, 未能有效协同稀土发挥作用, 夹杂物控制水平较差。合理的稀土-镁添加顺序可充分发挥稀土元素的强脱氧能力和镁蒸气的气泡浮选与搅拌作用, 是实现UHP 316L不锈钢高洁净度控制的关键工艺路径。

本研究系统探讨了轧制(R)与析出(P)工序顺序对热处理强化Al-Mg-Si-Mn合金微观组织演变及高温力学性能的影响规律, 旨在为该类合金制备工艺的优化与综合性能提升提供理论依据。采用自主开发的双辊铸轧技术(TRC)成功制备出表面质量优良的Al-Mg-Si-Mn合金板坯。微观结构分析表明, 在析出-轧制(P-R)工序下经长时间析出处理后, 析出相平均尺寸约为70 nm, 数量密度为15 μm^-2; 而采用轧制-析出(R-P)工序结合短时析出处理, 析出相平均尺寸增加至90 nm, 数量密度亦提升至17 μm^-2。在相同析出时间条件下, R-P工序处理的合金中弥散相呈现明显球化趋势, 并伴随大量再结晶组织形成。高温力学性能测试结果显示, 在350 ℃条件下, R-P工序合金的抗拉强度达到83 MPa, 伸长率为5%;而P-R工序合金的抗拉强度为65 MPa, 伸长率为6%。研究表明, R-P工序可在更短的析出时间内促进更多强化相析出, 从而显著改善合金在高温环境下的力学性能, 这为热处理强化合金短流程工艺优化提供了新思路。

随着钢铁行业绿色低碳转型进程的加速，直接还原铁(DRI)作为电弧炉(EAF)冶炼的清洁原料，其应用对降低碳排放与能耗意义重大，但大比例DRI在EAF内的应用对冶炼参数及生产成本造成的影响尚未明确。本文基于生产数据，以物质能量守恒定律为基础，建立了物料能量平衡模型，研究了大比例DRI对冶炼参数的影响，并对冶炼成本进行了核算。通过分析可得, DRI质量分数每增加20%，渣量、钢铁料、氧气和石灰消耗分别增加28.7、26.5、7.2、8.3 kg/t，电耗增加30.2 kW·h/t，金属收得率下降2.1%。当DRI配比为100% 时，碳质量分数每增加1%，氧耗增加14.6 kg/t，电耗降低8.3 kW·h/t；金属化率每提高2%，电耗降低25.2 kW·h/t；预热温度每提升100 ℃，电耗降低19.4 kW·h/t。当废钢价格分别为2.4、2.7、3.0、3.3元/kg时，根据冶炼成本核算，DRI价格分别在2.03、2.3、2.56、2.83元/kg以下，EAF使用DRI将更具有成本竞争力。

通过采用合适的合金制备方法和元素掺杂调控合金铸锭的成分与组织结构、进而对金属材料进行改性, 是改善SmFe₁₂系稀土合金中Sm元素易挥发、制备稳定性差、微观组织调控难等问题的重要手段。结合试验现象确定了感应熔炼法比电弧熔炼法更适合SmFe₁₂基稀土合金铸锭的制备。利用Zr、Co、Cu、Ti元素掺杂SmFe₁₂合金铸锭并将其在1 100 ℃下进行36 h的均匀化热处理, 采用XRD和SEM对合金的相组成及微观组织进行表征分析, 研究元素掺杂对合金相组成的影响机理。从混合焓、混合熵、吉布斯自由能及原子尺寸差等热力学参数角度对元素掺杂得到的效果进行分析。结合试验结果和热力学分析得出, SmFe₁₂合金铸锭稳定性差, 难以制备, 通过元素掺杂得以改善; 在原子间作用力的作用下, Sm_0.8 Zr_0.2 Fe_8.5 Co₂ Cu_0.5 Ti合金由SmFe₁₁ Ti相、SmCu₅相和α-Fe相组成; Zr、Ti原子以固溶的形式存在于SmFe₁₁ Ti相, 且α-Fe相周围的SmFe₁₁ Ti相中Zr、Ti的固溶度较高; 在Cu原子对Sm原子的吸引力和对Fe、Co原子的排斥力的作用下, Cu元素以SmCu₅相的形式析出, 促进了SmFe₁₁ Ti相的分解, 进而导致SmFe₁₁ Ti相含量降低和α-Fe相含量升高。研究结果表明, Zr、Co、Cu、Ti元素的掺杂提高了SmFe₁₂基合金主相稳定性, 同时析出了有望进一步优化合金磁性能的SmCu₅相, 为今后的粉体制备提供了优质原料, 调控SmCu₅相的晶粒尺寸及分布将成为新的研究方向。

为满足液氨运输船的建造需求, 本研究采用低碳-NbTiAl复合微合金成分设计, 结合控轧控冷工艺, 开发了低温钢板LT-FH32。通过拉伸试验、低温冲击试验、金相观察及扫描电子显微镜分析等方法, 对试验钢的显微组织和力学性能随轧制工艺的变化进行了系统研究。结果表明, 试验钢的组织随终轧温度降低由多相结构"多边形铁素体+准多边形铁素体+针状铁素体"转变为双相结构"多边形铁素体+贝氏体", 其中软相多边形铁素体的体积分数由37%增加至63%, 软、硬相之间的硬度差由68HV0.01增大到119HV0.01。进一步配合轧后弛豫工艺, 组织演变为双相结构"多边形铁素体+大尺寸条状或块状M/A (马氏体/奥氏体)组元", 多边形铁素体体积分数继续增加至89%, 软、硬相硬度差进一步增大到379HV0.01。组织演变使屈服强度降低, 抗拉强度先升高后降低, 屈强比持续降低; 裂纹形核功先升高后降低, 裂纹扩展功持续下降, 韧脆转变温度升高。当终轧温度为770 ℃并采用轧后直接水冷工艺时, 试验钢的强度余量适中, 屈服强度为406 MPa, 抗拉强度为519 MPa, 安全性能良好, 屈强比为0.78, 低温韧性储备充足, 韧脆转变温度低于-80 ℃, 综合性能最佳。

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。

高原强辐照、气候多变以及海洋高温、高湿、高盐等复杂腐蚀环境, 对高性能耐候桥梁钢提出了更高要求。本文以新型低C+(Cu-Cr-Ni)合金化Q550qENH耐候钢为研究对象, 并选择普通Q355B碳钢为对比钢, 探究模拟海洋大气环境下的腐蚀行为; 采用周浸试验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪及电化学测试等方法研究了Q550qENH钢在3.5%NaCl溶液中腐蚀不同周期(72、168、360、576 h) 下的腐蚀失重及锈层演变规律。结果表明, 腐蚀时间为72~360 h时, Q550qENH钢的表面锈层由部分覆盖转为全面覆盖, 腐蚀失重速率随着时间的延长快速增大。腐蚀产物的X射线衍射分析表明, 试验钢不同周期内腐蚀产物均由α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄组成, 其中α-FeOOH占比最高, 其次为Fe₃O₄和γ-FeOOH。随着腐蚀时间延长至576 h, 试验钢腐蚀失重速率略有增加, 腐蚀产物主要为α-FeOOH, γ-FeOOH含量减少。电化学测试结果显示, 随着腐蚀时间从72 h延长至576 h, Q550qENH钢的极化曲线均向右移, 自腐蚀电流密度呈现先升高后降低的变化趋势, 即随着腐蚀的进行, Q550qENH钢表面锈层逐渐增厚且致密性增强。相较于普通Q355B碳钢, 不同腐蚀周期内, Q550qENH钢的失重速率分别为Q355B的53.56%、67.38%、96.45%和74.85%。腐蚀后期, Q550qENH钢腐蚀产物中α-FeOOH含量显著高于Q355B钢, 锈层更加致密, 有效抑制腐蚀介质向基体的渗透, 从而表现出优于Q355B钢的耐蚀性能。

钒钛磁铁矿是以铁、钒和钛为主的复合矿产，具有极高的综合回收利用价值。非高炉冶炼钒钛磁铁矿工艺具有流程短、碳排放低、钛回收率高等优势。由于钒钛磁铁矿具有复杂的矿物组成和结构，非高炉冶炼时存在反应效率低、金属化率不足、元素分离困难等问题。此外，当还原温度大于1 200 ℃时，加热装备维持还原气氛存在技术难题，因此目前非高炉冶炼钒钛磁铁矿工艺尚未实现产业化应用。使用添加剂可以显著改善这些问题。各种添加剂由于自身特性和作用机理不同，使用后对钒钛磁铁矿还原-分离效果也存在较大差异。本文梳理了不同添加剂对钒钛磁铁矿还原-分离影响的研究进展，包括钠基、钙基、镁基、硼砂等其他添加剂以及复合添加剂，总结了不同添加剂的强化还原机理和工艺路线，分析了各自的优势、问题和发展前景。研究认为，钠基低温还原-熔分工艺和B₂O₃复合添加剂低温还原-磁选工艺具有较好的发展前景，符合低碳发展要求，但仍需要更多研究验证。未来需要聚焦复合添加剂的设计，注重还原-分离协同优化以及环境友好。

在钢包炉(LF)精炼过程中，准确预测合金元素收得率对于控制钢水成分、提高合金利用率及降低冶炼成本具有重要意义。近年来机器学习方法被广泛应用于冶金过程建模，但多数机器学习模型在实际应用中通常依赖复杂的超参数调优过程，且引入新数据后往往需要重新调优超参数，建模效率有待提高。针对上述问题，首先，结合LF精炼实际生产数据，构建了基于表格先验数据拟合网络(TabPFN)的Si元素收得率预测模型；然后，利用多种模型评价指标，将TabPFN模型与已有研究的参考炉次法、多元线性回归模型以及多种机器学习模型进行了对比分析；最后，融合沙普利加性解释(SHAP)方法对TabPFN模型进行了全局与局部层面的解释分析。结果表明，TabPFN模型在无需大量超参数调优的情况下，在拟合优度(R²)、平均绝对误差(E_MA)、均方根误差(E_RMS)、命中率和模型推理时间等关键性能指标上均优于已有模型，各项指标分别达到了0.83、1.59、2.03、98.4%和0.430 s。同时，融合SHAP分析从全局层面揭示了各输入特征变量对Si元素收得率的影响大小，从局部层面量化了各输入特征变量对Si元素收得率预测值的影响程度，实现了LF精炼合金元素收得率的高效、高精度和可解释性预测，为钢铁工业在智能制造背景下的冶金过程建模提供了新的研究思路与技术路径。

电弧炉炼钢技术具有流程短、能耗低、碳排放量少等优势，是钢铁行业低碳转型的关键路径。但是，该技术在熔炼过程中存在多变量耦合、强非线性动态特性等难题。机器学习技术依靠强大的数据处理和非线性映射能力，在电弧炉炼钢生产过程中有很大的应用潜力。本文系统总结了机器学习在电弧炉炼钢核心环节的应用研究进展，电弧炉炼钢过程中，机器学习技术在钢液特性调控领域通过多算法融合显著提升了终点碳含量与温度的预测精度，但仍需克服数据依赖性和动态工况适应性等挑战；在能耗精准管控方面，半监督学习技术有效挖掘未标记数据价值以优化能源输入效率，迫切需要突破模型可解释性与跨场景泛化能力的核心难题。针对炉渣行为优化，时序建模方法虽能成功预测发泡状态并指导工艺调节，却面临数据鲁棒性不足与机理关联薄弱的问题；在工艺闭环与设备运维环节，机器学习构建的“数据采集-实时预测-工艺调整-质量反馈”闭环系统已实现故障预警与参数优化，但受高维数据处理效率及算法实时性约束。未来，机器学习在电弧炉炼钢中的应用需聚焦融合机理建模、改进半监督学习技术、增强模型可解释性、优化算法工具和攻克复杂数据处理难题等方向，推动电弧炉炼钢向智能化、绿色化深度转型。

在传统高炉冶炼过程中，通常伴随大量碳排放，包括炭燃烧及碳损耗。实现高炉稳定低碳生产对降低钢铁行业碳足迹和减少对环境的不良影响至关重要。及时监测与预测高炉热状态，能够优化高炉操作手段、降低能源消耗、减少碳损耗并提升生产稳定性。但由于高炉生产工艺的复杂性和检测手段的滞后性，高炉热状态无法采用传统手段及时监测与预测。因此，采用机器学习模型对高炉热状态进行监测已成为高炉炼铁发展的新趋势。本文将因果分析与集成学习相结合，通过收敛交叉映射(CCM)方法挖掘高炉热状态的强因果特征参数，基于Stacking集成学习模型实现热状态实时监测，并结合变分模态分解-注意力机制-双向长短期记忆网络(VMD-AM-Bi-LSTM)时序预测模型完成未来状态预测，形成“因果特征筛选-实时监测-时序预测”的完整技术链条。结果表明，高炉热状态监测的拟合优度均高于0.92，铁水硅含量与铁水温度的预测准确率(误差±5%以内)分别达到82%和88%，达到指导生产的精度要求。本研究基于高炉炼铁工业互联网平台，实现了高炉热状态的监测与预测，推动了高炉炼铁过程向智能化与低碳化的转型升级。

空冷贝氏体钢作为新一代高强韧结构钢，因其在无需等温处理条件下可直接通过空冷形成贝氏体组织，近年来受到广泛关注。其优异的组织性能调控能力和多性能耦合潜力，在结构钢应用领域展现出广阔前景。本文系统回顾了空冷贝氏体钢的发展历程，阐述了其微观组织结构演化特征与固态相转变机制，重点分析了合金元素调控、控制冷却路径和非等温热处理工艺(如Q&P、B&P)对其微观组织形成的作用，进一步在微观层面比较了粒状贝氏体、下贝氏体和上贝氏体组织的性能差异，总结了残余奥氏体的稳定性及其在强韧性提升、氢脆敏感性和疲劳性能中的重要作用机制。新一代空冷贝氏体钢的位错密度与亚晶组织的协同强化被认为是提升屈服强度与加工性能的关键途径。

针对铝铁互嵌导致高铁铝土矿在拜耳法溶出过程中氧化铝溶出率低、以及针铁矿的存在造成赤泥沉降困难等问题，提出以草酸-草酸铵作为除铁剂，采用响应面法优化脱除互嵌结构中铁和铝的工艺条件，并系统探究了浸出液的资源化利用路径。试验结果表明，除铁优化条件为n(H₂C₂O₄)/n((NH₄)₂C₂O₄)=0.52、(C₂O₄^2-)_T(C₂O₄^2-总物质的量)过量2.40倍、液固比6.13 mL/g、温度95 ℃，时间90 min。在此条件下，浸出渣中铁、铝质量分数分别为0.27%与28.00%，铁、铝浸出率分别为88.19%和17.78%。浸出液中Fe(Ⅲ)与Al(Ⅲ)分别以Fe(C₂O₄)₃^3-和Al(C₂O₄)₃^3-形式存在。采用氨水可沉淀浸出液中的铁、铝与硅，并同步再生(NH₄)₂C₂O₄；随后以NaOH溶液脱除混合沉淀中的Al(OH)₃，获得铝酸钠溶液；再通过铁粉水热还原Fe(OH)₃制备Fe₃O₄，同时再生NaOH。除铁后的浸出渣与铝酸钠溶液可返回拜耳法配浆或烧结工序和熟料溶出工序，实现和拜耳法或者烧结法工艺的有效衔接；(NH₄)₂C₂O₄用于高铁铝土矿除铁工序，再生的NaOH则用于水热还原制备Fe₃O₄。该工艺以H₂C₂O₄与(NH₄)₂C₂O₄为除铁剂，不仅反应条件温和，还能实现浸出液中药剂的再生与铁资源的回收，是一种绿色高效的资源化技术，为全湿法处理高铁铝土矿提供了创新思路。

为研究回火温度对X70Q管线钢落锤撕裂试验(DWTT)性能的影响, 采用金相、扫描、电子背散射衍射、JMatPro模拟计算、透射电镜等方法, 研究了不同回火温度(300~600 ℃)对X70Q厚壁管线钢组织与力学性能、特别是DWTT性能的影响规律与作用机制。研究表明, 在300~400 ℃中低温回火区间, 试验钢发生了位错回复与亚晶合并, 导致大角度晶界比例显著增加(400 ℃时达68.3%), 同时细小的M₃C碳化物析出起到强化作用, 展现出最佳的强韧性匹配; 500~600 ℃高温回火时, 晶粒粗化、脆性相析出及马氏体/奥氏体(M/A)岛分解, 使DWTT性能显著降低。高温回火恶化DWTT性能主要归因于晶粒粗化与等轴化、脆性相沿晶界析出、细小M/A岛分解3个关键因素。晶粒粗化与等轴化是指具有较小断裂单元、取向差异大的针状铁素体, 高温回火后向等轴化的多边形铁素体转变, 导致有效晶粒尺寸增大, 特别是{001}解理面晶粒异常长大, 降低了裂纹扩展阻力。脆性相沿晶界析出是指高温回火后粗大的M₂₃C₆沿晶界析出, 造成晶界附近贫铬, 弱化了晶界结合强度。细小M/A岛分解是指作为阻碍裂纹扩展的重要组织, 细小M/A岛在高温回火后基本完全分解, 丧失其有益作用。研究结果为X70Q热处理生产提供了参考。