为了研究富氧助燃对蓄热式钢包烘烤过程的影响。本文首先借助SpaceClaim软件建立钢包三维模型，采用数值模拟的方法，基于标准k-ε湍流模型、组分输运燃烧模型和DO辐射模型，建立了蓄热式钢包烘烤的气体燃烧、流动与耦合传热的多场耦合数学模型。然后根据所建模型，利用有限元分析软件Fluent 2024 R1，模拟氧气浓度为21%、24%、27%、30%、33%和99%时钢包内的燃烧场，并分析不同氧气浓度条件下的钢包内部流体流动特征、燃烧温度场和NOx浓度的分布情况，同时针对钢包内衬温度分布及其升温速率进行分析。分析结果表明，在数值模拟设定的边界条件下，采用富氧助燃不仅能够提高钢包烘烤的火焰温度，而且能够加快钢包烘烤速率、提高燃烧效率、节约煤气。因此，将蓄热式燃烧技术与富氧助燃结合，对钢包烘烤工艺的改进具有重要的理论意和实际意义。

气基竖炉直接具有还原气体富氢率高，流程短，对环境污染小等特点，是实现“以氢代碳”降低钢铁冶金碳排放的重要路径。尤其随着还原气源由天然气转向焦炉煤气、煤制气、化工副产H2等，更多的灰氢、蓝氢、绿氢制备技术为气基直接还原的全球化发展奠定了基础。本文结合我国资源现状，分析焦炉煤气零重整竖炉氢冶金技术铁氧化物的还原过程，并结合国内外研究现状综述了气基竖炉还原过程球团性能变化，分析了竖炉运行状态，掌握了不同还原气体组成对气基竖炉还原热力学、动力学、还原性能、竖炉运行状态的特点，得到控制较低的气体压力和较高的温度有利于焦炉煤气零重整工艺条件下铁氧化物的还原；适当增加还原气体中H2/CO比例有助于降低球团还原膨胀、改善还原过程球团抗压及高温热结性能，但还原过程受众多因素影响，还原速率并不简单正比于还原气中H2含量，并结合还原气体组成对竖炉内流分布、温度分布、压力分布等运行状态的影响，得到在调节气体组成的同时需要调整温度制度、操作压力等。合理的气体组成不仅需要考虑铁氧化物的还原速率，更重要的是需要结合球团还原性能和竖炉运行状态综合考虑。

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二十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六辊轧机的四机架、五机架、六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，给新的同类工程设计带来困惑。针对此，本文首先取样35WD1900热轧硅钢板并通过模拟连轧实验与常温拉伸实验得到了硅钢的应力应变曲线。然后针对1500mmUCMW轧机，基于ABAQUS平台建立轧件辊系一体化的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在320mm—360mm之间；中间机架工作辊最优辊径范围在300mm—340mm之间；成品机架工作辊最优辊径范围在300mm—340mm之间。同时，在冷连轧工艺中，五机架连轧一直是主流选择，本文通过深入对比五机架、六机架以及七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。研究结果对于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的方向。

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，铁富集于赤泥，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浓度20%、总气体流量500mL/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含量达到60.56%，较原矿赤泥提升11.28%，铁矿物仍然保持磁铁矿结构，饱和磁化强度为54.1 A·m2·Kg-1，可通过磁选进一步提升铁品位，有利于赤泥减量化。

宽厚板轧制过程边部高发宽度45~120 mm的边线裂纹是钢铁行业的共性技术难题。制备窄面为内凹弧面结构的宽厚板坯，可有效防止轧制过程中间坯窄面翻转至宽面，从而大幅减小宽厚板边线裂纹的宽度。为了制备窄面凹形弧面宽厚板坯，本研究设计一种窄面为凸形弧面结构的结晶器（称为凸透镜形结晶器），并构建了1/4铸坯-结晶器系统的三维传热与力学耦合有限元模型，对比分析了铸坯在凸透镜形结晶器和传统窄面平面形结晶器内凝固过程坯壳动态变形、坯壳/铜板界面传热介质分布、凝固坯壳与铜板传热规律。结果表明：凸透镜形结晶器内铸坯宽面角部的 最大气隙厚度0.71 mm，最厚保护渣分布于偏离角区域，最大厚度约1.13 mm；窄面最大界面间隙位于弯月面下500 mm处的铸坯角部，达1.40 mm，最大气隙厚度0.53 mm，最厚保护渣为偏离角区域的1.35 mm。相比于传统窄面平面形结晶器，凸透镜形结晶器在铸坯宽面和窄面角部区域的最大间隙分别减少0.29 mm和0.33 mm，最大气隙厚度分别减小0.23 mm和0.18 mm，保护渣最大厚度分别减小0.35 mm和0.34 mm。由此造成的铸坯宽面和窄面偏离角高温区的分布范围横向分别减少了36 mm和17 mm，最高温度分别降低35℃和44 ℃，提高了铸坯温度均匀性。同时，受益于凸透镜形结晶器窄面铜板水缝均匀化设计，弯月面附近的窄面铜板温度横向分布较均匀，热面最高温度降低15℃。

铜会恶化钢材热加工性能，大多数钢种中都严格限制其含量，是典型的钢中有害残余元素之一。目前尚未开发出有效的钢中铜脱除方法，高温下S-Cu间亲和力较S-Fe更强，由此引出的含硫脱铜剂在铁基熔体内铜脱除方法具有较大发展潜力。本文采用高温试验对不同含硫脱铜剂在碳饱和铁液中的脱铜过程进行研究。结果显示，在使用XFeS/XNa2S=6/4的Na2S-FeS渣进行脱铜时，可在15分钟内脱除碳饱和铁液内95.1%的铜，提高渣中Na2S配比可限制改善含硫渣系引起的铁液增硫，XFeS/XNa2S=2/8时铁液硫含量可控制在0.032 wt%，向硫化物渣中添加氧化物如Al2O3可以控制硫化物渣向铁液传硫，但对脱铜效果有一定影响。

当前热轧带钢轧制逐渐呈现品种多样性、工艺复杂性的特点，由于考虑因素较少，传统轧制力预报模型逐步显现一些缺陷和不足，已不能满足高精度、高性能产品控制精度的要求。本文结合国内某2250 mm热连轧精轧机组，利用数据挖掘技术和智能化算法，结合机理模型，开发机理模型+GBDT算法的智能化轧制力模型。该模型考虑因素全面，能够提前获取计划单数据，对将要轧制钢种进行针对性训练，提升小样本预测精度；开发自训练与闭环控制技术，能够多种环境部署应用，实现自动闭环控制。将该模型在线应用后，轧制力长遗传预报精度控制在5%以内，单次计算耗时10 ms以内。结果表明，该模型响应速度快、计算精度高、计算稳定性好，能够满足换钢种规格、换工况下的轧制力精度控制要求，从而提高带钢轧制稳定性和头部厚度控制精度，提升产品竞争力。

16MnCr5钢板表面发黄缺陷影响用户表面质量，采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、辉光放电光谱仪（GDS）等手段分析了16MnCr5钢表面发黄缺陷的形成原因。结果表明，发黄缺陷和热轧钢板表面氧化铁皮状态及酸洗工艺控制密切相关。一方面，由于钢中Mn和Cr含量高达2%，热轧钢板高温卷取过程中Mn和Cr元素沿着晶界扩散形成晶界氧化产物，导致后续酸洗过程中晶界优先被腐蚀形成孔洞，使得酸液容易滞留在孔洞中造成表面氧化发黄，当酸洗段漂洗工艺不合理时发黄缺陷严重程度进一步加剧。对应提出了降低热轧卷取温度，提高卷取后冷却速度及改善漂洗工艺等控制策略，工艺调整后发黄缺陷基本消失，实现了典型热轧遗传性缺陷的源头控制。

受能源结构、资源禀赋约束，我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。本研究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。利用所建立的模型计算了国内某2300 m3大型高炉的实际冶炼过程，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了某2300 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。

国内某钢厂采用BOF-LF-RH-CSP工艺生产SPHE钢，本文对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1873K时，精炼过程中的[Al]含量范围为0.0216%~0.0533%时，生成的MgO?Al2O3的稳定区间所对应的[Mg]含量为0.0000323%~0.0018%；RH出站时[Al]含量为0.0533%，当[Ca]含量在0.00024%~0.00087%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，是复合夹杂物CaS?C12A7?MgO?Al2O3的形核核心。通过建立夹杂物演变机理示意图揭示了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。

单辊重压下作为重压下技术的实施方式之一，不同于仅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研究应用，很有必要对其工艺有效性进行验证，以及基于实践的系统阐述。本文基于180mm×180mm方坯82B钢种单辊重压下的实践结果，在可靠评价中心缩孔和中心偏析方法的基础上，通过对不同压下位置进行单辊重压下后中心缩孔和中心偏析的改善效果分析，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，最后给出单辊重压下工艺带来压下设备方案简化的优势。通过本文单辊重压下的实践及研究分析，得出以下结论：（1）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；（2）重压下改善中心偏析最优的位置也为补缩通道未关闭、缩孔未形成之前；（3）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效果；（4）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；（5）82B钢种补缩通道结束的临界位置在中心固相率0.73左右；（6）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。

高炉作为钢铁生产的枢纽环节，其稳定运行对生产效率和产品质量至关重要。因此，对高炉的运行状态进行及时且全面的监测与评估显得尤为必要。根据高炉历史生产数据资料，基于因子分析（Factor Analysis）、K-Means聚类分析和统计过程控制（SPC）等多种方法，利用计算机技术、信息技术、数据库技术等开发一套能对高炉运行状态进行综合评价与监测的软件系统。本文首先，通过填补删除法和箱线图法来解决历史数据存在缺失值和异常值等问题，完成了数据归一化处理，确保了数据的完整性和准确性；然后，根据专家经验和高炉运行的特点，筛选出了29个关键参数用于构建评价模型；其次，采用因子分析与K-Means聚类分析相结合建立高炉状态评价模型，并通过提取出能够全面反映高炉运行状态的关键指标，建立了综合的高炉运行状态评价体系，应用K-Means聚类分析对高炉运行状态进行分类判断，并通过实际生产数据验证了模型的准确性和可靠性；接着，通过SPC控制图实现了对高炉运行状态及评价指标的异常监测，并追溯运行异常的原因，从而帮助操作人员及时调整生产策略，确保高炉的连续稳定运行；最后，基于上述模型完成了高炉评价监测系统开发，实现了高炉运行状态的可视化，极大地辅助了操作人员在监控和管理高炉稳定运行方面的效率，有助于实现高炉生产的高质量、低能耗、高产量、高效益及长寿命目标。

冷轧板形控制是一个复杂的系统工程，涉及轧制工艺、控制理论、应用数学、计算机通信及人工智能等多个学科领域。冷轧板形控制技术是钢铁工业的核心技术之一，是实现精品板带钢稳定生产的关键技术环节，代表一个国家在钢铁技术领域的最高水平之一，其相关技术一直是冷轧领域技术研究的难点和热点。本文分别对板形表征及检测技术、板形预设定控制技术、板形前馈控制技术、板形闭环控制技术及核心板形控制模型等方面的研究进展进行了概述，分析了各种控制技术的现状及特点。在此基础上，结合作者团队在冷轧板形控制领域多年耕耘积累的研究成果，提出了以数字孪生及信息物理系统(cyber-physical systems, CPS)为技术架构的研究路线和发展方向。通过持续聚焦冷轧板形控制领域的关键技术问题，结合数据处理技术及人工智能等学科前沿知识，融合轧制机理及优化控制理论，提出冷轧板形控制技术的数字化研究方法，提升薄带材冷轧生产的技术水平和产品质量，推动轧制行业从工艺技术到产品质量获得全面提升，促进钢铁行业向绿色低碳方向发展。

为了研究Y、Zr对非调制钢中夹杂物、显微组织及力学性能的影响，在实验室利用真空感应炉熔炼三炉实验钢，并对钢锭进行了锻造。采用扫描电镜对铸态和锻态试样中夹杂物进行了统计分析；利用金相显微镜对锻态钢组织进行了观察；利用万能材料试验机和冲击试验机对实验钢性能进行了测试。结果表明，添加Y、Zr后，A2和A3铸态钢中夹杂物多为Ⅲ类和Ⅰ类MnS，平均直径为2.9 μm和1.8 μm。氧含量并不是影响MnS形态和分布的主要因素，钢中生成的YAlO3、Y4Zr3O12与MnS具有较小晶格错配度，凝固过程中MnS易以氧化物为核心异质形核析出。以氧化物为核心的MnS在锻造过程中表现出良好的抗变形能力。Y、Zr合金化后，实验钢晶粒尺寸降低，晶内铁素体占比增加，平均晶粒尺寸由36.5 μm(B1)降低至22.8 μm(B2)和11.4 μm(B3)；晶内铁素体占比由2.4%(B1)提高至6.2%(B2)和11.1%(B3)。晶粒尺寸最小，晶内铁素体占比最高，MnS尺寸最小的B3钢具有最优的力学性能，屈服强度为825 MPa，室温冲击功为52 J。

针对K4002合金电渣重熔过程中易氧化元素Hf、Al、Ti的控制问题，本研究以六元渣系CaF2-CaO-Al2O3-MgO-TiO2-HfO2为基，通过理论研究和实验研究相结合的方法，利用离子-分子共存理论建立的热力学模型探究组元含量变化对Hf、Al、Ti含量的影响，同时通过渣-金平衡实验验证了模型的有效性。研究结果表明：渣中组元含量变化对合金中Ti含量没有明显的影响，而对Hf和Al的含量有较大的影响。向渣中加入HfO2可以抑制Hf的氧化烧损，同时也会加剧Al的氧化烧损，升高温度可以抑制Hf的烧损，降低温度可以抑制Al的烧损。渣中组元在抑制Hf氧化烧损的能力上依次为HfO2>SiO2>TiO2>MgO，加剧Hf氧化烧损的能力依次为Al2O3>CaO>CaF2；加剧Al氧化烧损的能力依次为HfO2>SiO2>TiO2>MgO，抑制Al氧化烧损的能力依次为Al2O3>CaO>CaF2。能够有效的降低K4002合金电渣重熔过程中Hf、Al、Ti元素氧化烧损的渣系主要组元的最佳配比为：HfO2质量分数为10%~12%、Al2O3质量分数为20%~25%、CaO质量分数为10%~15%。渣-金平衡后合金中S含量从22 ppm降低至7 ppm以下，表明实验所用渣系均具有较强的脱S能力。

为了研究高速铁路车轮钢中大尺寸CaO–Al2O3–SiO2类夹杂物的形成机理，利用扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）对夹杂物的特征进行分析，并通过FactSage热力学软件对夹杂物的形成过程进行计算。研究表明，车轮钢连铸坯中的夹杂物为CaO–Al2O3–SiO2类，可分为两种类型。第一种是在钢液降温和凝固过程中形成的小尺寸固态和半固态夹杂物。第二种是来源于精炼过程中的大尺寸液态夹杂物。在这些液态夹杂物中，尺寸大于10 μm夹杂物的数量百分比高达43%，它们可追溯到精炼过程中的钙处理阶段。钢液经过钙处理后会反应形成液态的CaO–Al2O3–SiO2类夹杂物。这些夹杂物由于与钢液的接触角较低，不易从钢液中去除，最终会遗传到连铸坯中。在钙处理时，控制钢中的Al含量无法抑制液态CaO–Al2O3–SiO2类夹杂物的形成。只有控制合适的Ca含量才能避免这类夹杂物的出现。当钢中Ca含量控制在0.0007%时，能够形成液相比例为20%的夹杂物。这种夹杂物不同于液态的CaO–Al2O3–SiO2类夹杂物，它们既不会影响钢液的连铸，又易于从钢液中去除。而实现如此精确的Ca含量，需要精准的钙处理工艺，以及合理的Al含量和精炼渣成分。

随着节能工作的不断深入，钢铁企业的节能工作愈发困难。焦化工序作为钢铁企业的能源转化单元，是钢铁生产过程中的重要环节，全面剖析焦化工序能耗的影响因素，深度挖掘焦化工序的节能潜力，对钢铁企业的节能减排工作具有重要意义。本文以焦化工序为研究对象，基于投入-产出、热平衡的分析方法，全面剖析了能源转化差、炼焦耗热量对工序能耗的影响；并以热平衡为基础，进一步探究煤挥发分、水分、焦炉热损和煤气消耗比例对焦化工序能耗的影响。除此之外，围绕焦化生产过程的反应机理，采用热力学方法，对相应的生产工艺进行假设，基于实际的原料、燃料参数和反应条件，计算了焦化工序的理论极限能耗，为准确判断焦化工序的节能潜力提供理论依据。同时结合目前焦化工序的能耗特征、技术应用现状和极致能效工作实施路径，分析焦化工序的节能途径。综上，通过挖掘焦化工序能耗的影响因素，并分析焦化工序的理论极限能耗，以期为钢铁生产流程极致能效工作提供理论依据，助力钢铁行业碳达峰碳中和目标的实现。

为提高Q690钢的洁净度，寻求合适的精炼渣系，通过开展热力学计算和实验室试验，确定了合适的Q690钢精炼渣渣系组分，降低原工艺渣系的钙铝比，优化后的渣系CaO/Al2O3控制在1.8～2.0之间，碱度控制在5.0～7.0之间。并将优化的渣系组分成功用于工业试验，结果表明：渣系优化后Q690钢在RH出站后钢中T.[0]含量可降至7ppm以下，夹杂物由调研阶段的最大直径40～60μm降至10～20μm；钢中检测到的夹杂物面积分数、数密度和最大直径显著降低，铸坯钢样夹杂物数密度可降低至1个/mm2以下，夹杂物面积分数可降至16ppm以下，最大直径可降至17μm以下。轧板中D类和Ds类夹杂物均＜1.0级，达到高级优质钢的要求。

针对10CrNi9MoV大型电渣板坯出现的表面裂纹问题，利用残余应力、低倍组织、裂纹形貌、微观组织及硬度测试等分析方法，对电渣板坯表面裂纹特征及形成机理进行了研究。结果表明，电渣板坯表面裂纹多沿粗大柱状晶晶界开裂，呈典型的沿晶断裂特征；裂纹处存在明显氧化现象，表明裂纹主要产生于电渣板坯凝固冷却阶段。对电渣板坯表面裂纹形成机理进行了分析，表层金属在结晶器较大的冷却强度作用下，所形成的粗大马氏体柱状晶晶间结合力弱，受马氏体相变瞬间产生的组织拉应力作用而开裂，是试验电渣板坯产生表面沿晶裂纹的主要原因。基于表面裂纹形成机理，提出了将结晶器冷却水流量由130 m3·h-1降低至80 m3·h-1的工艺优化措施并进行了工业验证，验证电渣板坯主要由马贝混合组织组成，平均硬度较优化前电渣板坯降低约40 HV10，表面未发现裂纹，表明所采取的结晶器冷速优化措施合理有效。

通过物理模拟或数值模拟获得RTD曲线并进一步分析停留时间和流场区域是中间包进行结构优化的重要方法。本文通过文献调研将不同文献中单流或者两流中间包的数据转化成无量纲数并筛选、整理和总结到一起，汇总分析了中间包本体的宽度、液位高度、入出口间距、侧壁倾角，中间包湍流抑制器的高度、横截面积以及挡墙和挡坝的位置、高度等结构参数对停留时间和流场的影响，总结归纳了中间包本体和控流装置的不同结构参数的最佳比例。研究发现，中间包的宽度与长度之比应在0.15-0.3之间，液位高度与长度之比应在0.15-0.3之间，入出口间距与长度之比应在0.8-0.9之间，侧壁倾角应在10-15o；湍流抑制器高度与中间包液位高度之比应在0.1-0.2之间，横截面积与中间包底部横截面积之比应在0.15左右；挡墙与长水口之间的距离与中间包长度之比应在0.2左右，高度与中间包液位高度之比应在0.4左右或在0.7左右，挡墙与挡坝之间的距离与中间包长度之比应在0.05-0.1之间，挡坝高度与中间包液位高度之比应在0.3左右。

对某钢铁企业的196平方米烧结机烟气循环系统进行研究，建立三维物理模型作为整个计算域进行模拟仿真。专注于改进烟气循环罩结构，引入浸入式水口理念，并与烧结烟气循环罩有机结合，以实现烟气分流和均匀分布的目标。结果表明：相较于原烟气循环罩结构，改进进气口结构后，中心来流偏斜度减小了85 %，进入烧结料层的最高流速为3.1381 m/s，烧结料层水平截面的速度方差为0.36，相比于原结构分别降低了84.1 %，消除了烟气偏斜和料面速度过大的问题，烟气循环罩内烟气分布均匀，改进型进气口结构与烧结烟气循环罩协同作用，使得烟气和料层能够更有效地交互,进而得到更高的烧结效率和更低的废气排放。

为了改善风电齿轮钢中超声探伤缺陷频出的问题，本文探究了风电齿轮钢超声探伤缺陷的形成原因。通过缺陷观察和精炼全流程取样分析，明确了缺陷的类型和形成工艺阶段。再结合热力学计算得出缺陷夹杂物的形成原因，并提出工艺改进措施。结果表明，这些探伤缺陷是由固态的镁铝尖晶石与液态的CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物聚集而成的大尺寸夹杂物，且外围附着少量CaS。这些缺陷夹杂物的尺寸在30 μm ~ 100 μm之间。缺陷夹杂物的主体是CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物，而这种夹杂物源自VD过程产生的高SiO2含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物。分析发现，VD过程钢液中过低的[Al]含量是高SiO2含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物形成的根本原因。由于[Al]含量过低，钢液中的[Si]将夹杂物中的Al2O3还原，形成高SiO2含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物。随着钢液中[Al]含量重新升高，夹杂物中的SiO2被部分还原，但是仍然有高SiO2含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物残留。提高VD过程钢液中的[Al]含量至0.010%以上是减少高SiO2含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2夹杂物出现的合理措施。

高炉软熔带是保证煤气流合理分布，实现低碳冶炼的关键性因素之一，其位置和形状主要受到含铁炉料的冶金性能及高温交互作用影响。综述了烧结矿、球团矿以及块矿等不同含铁炉料之间的高温交互作用机理、影响因素以及高温交互作用对炉料软熔性能与渣相形成的影响。指出适当调整炉料化学成分和混匀度、优化炉料结构以及改善炉料的还原条件等均能优化含铁炉料间的交互作用，改善炉料的软熔滴落性能和透气性。未来可加强冷压球团、金属化球团和熔剂型球团等优质球团与其他含铁炉料的交互作用机理研究，加深炉料交互作用过程中物相演变及不同含铁炉料的扩散动力学行为的相关性研究，从而对炉料的软化熔滴性能和透气性优化提供参考。

钢中簇状非金属夹杂物由大量细小、分布均匀的固态夹杂物碰撞聚合而成，并且具有不规则分形的特征，因此，可以采用分形维数对其形貌进行定量描述。首先，总结了分形维数的定义、不同分形维数的计算方法、三维分形维数(D3)的测量方法以及三维和二维分形维数之间相互转化的计算模型。其次，分析了影响夹杂物分形维数大小的主要因素，包括夹杂物成分和计算误差。在计盒维数计算方法中，计算误差来源于覆盖盒子最大尺寸的选取，当0.25≤ε/dmax≤1时，夹杂物分形维数计算误差较小。最后，总结了分形维数在夹杂物研究上的应用。不规则簇状夹杂物在钢液中的理论上浮速度可以通过分形维数进行计算，且夹杂物的分形维数越大，夹杂物的上浮速度越大。分形维数可以用于簇状夹杂物碰撞聚合形成的聚集体形貌的研究。分形理论发展出的有限扩散凝聚模型(DLA模型)可用于钢中夹杂物聚合的模拟研究，结果表明，随着粒子释放点到种子之间距离的减小、粒子尺寸的增加以及种子尺寸的增加，夹杂物聚集度增加，从而解释了塞棒或水口结瘤的原因。

为了研究在LF精炼工艺中精炼渣CaO/Al2O3对铝脱氧高强钢中非金属夹杂物去除效果，以Q690高强钢为研究对象，开展不同CaO/Al2O3精炼渣工业试验并通过热力学计算进行定量分析。三炉精炼渣CaO/Al2O3分别为1.58、1.77和2.22，其中CaO/Al2O3为2.22的精炼渣对夹杂物去除效果最好。在LF精炼阶段，夹杂物数量密度从13.89 #/mm2减小到6.56 #/mm2，变化率为53%；面积分数从0.0122%减小到0.0034%，变化率为72%；平均直径从4.82 μm减小到3.44 μm，变化率为29%。通过引入精炼渣的夹杂物容量Zh数并将其用于含一定固相成分的精炼渣的热力学计算，三炉工业试验精炼渣的Zh数分别为0.00194、0.000307和0.000320，由于CaO/Al2O3为2.22精炼渣的Zh数最大，其对夹杂物去除效果最好。根据夹杂物容量预测云图，Zh数在渣中CaO含量大于55%的液相线达到最大。在实际生产中为了保证夹杂物去除效果，当精炼渣中SiO2含量为15%，精炼渣CaO/Al2O3为2.04~3.05；当精炼渣中SiO2含量为10%时，精炼渣CaO/Al2O3为1.73~2.22；当精炼渣中SiO2含量为5%时，精炼渣CaO/Al2O3为1.51~1.55。随着精炼渣中SiO2含量降低，合适的精炼渣CaO/Al2O3逐渐下降且范围变小。

为优化DP1180钢热变形工艺，在变形温度为850～1100℃、应变速率为0.1～10 s-1条件下，利用Gleeble-3800热模拟试验机进行高温压缩，得到其真应力-真应变曲线，分析了变形温度和应变速率对其应力的影响，通过已有模型建立并修正了适合于该材料的变形抗力模型，并根据真应力-真应变曲线绘制出该钢种不同应变量下的热加工图。实验表明，变形温度的升高及应变速率的降低都会使得流变应力变小，即动态再结晶也就更容易发生；利用Origin软件建立的变形抗力模型，拟合曲线与实测值基本一致，经过误差分析模型精度较高,但其适用范围仍有一定的局限性；通过绘制热加工图发现实验条件下其热加工图基本几乎很少有流变失稳区，得到其理论热加工最佳区域为应变速率为1~10 s-1，变形温度控制在1050~1100 ℃。

降低球团矿中碱金属含量有利于降低高炉碱负荷，因此研究了两种低碱金属膨润土在球团矿生产中的应用，研究表明，同样配比条件下，使用两种低碱金属膨润土的球团矿生球落下次数分别由5.0次/0.5m提高至5.2次/0.5m和8.8次/0,5m；碱金属含量分别由基准0.203%降低至0.142%和0.146%；还原膨胀率分别由基准的13.8%降低至11.9%、12.7%；低温还原粉化性能指标RDI+6.3、RDI+3.15以及RDI+0.5均有向好趋势。将其中一种低碱金属膨润土在某钢厂球团矿生产中进行工业试验，结果表明，配加低碱金属膨润土球团矿碱金属含量降低0.055%，抗压强度变化不大，还原膨胀率有降低趋势。

目前，黏土型锂矿的草酸浸出提锂法仅研究了浸出阶段的影响因素，缺乏对浸出液后续提锂的系统研究。本研究通过光照沉铁、过量生石灰法、碳酸钠除钙沉锂等方法对浸出液进行处理，考察了光照时间、氧化钙用量、碳酸钠用量、反应温度及反应时间等因素对杂质离子沉淀分离的影响。试验结果表明，在光照7 h、氧化钙用量4 g（30 mL光照后的溶液）下75 ℃反应2.5 h、碳酸钠40 mg（30 mL过量生石灰法处理后的溶液）下75 ℃反应20 min，铝的沉淀率达到99.91%，铁、镁和钙的沉淀率达到99.99%。碳酸钠除钙液经浓缩和高温沉淀后得到碳酸锂。机理分析表明，光照后铁主要以FeC2O4形式沉淀；过量生石灰法使铝、镁等以氢氧化物形式沉淀，有效减少了无定形氢氧化铝对锂的吸附；碳酸钠则使钙以碳酸钙形式沉淀，锂沉淀得到粗碳酸锂。通过本试验研究，获得了一种从黏土型锂矿的焙烧-草酸浸出液中制备粗碳酸锂的方法。

随着我国钢铁产量不断提高，钢铁工业面临着严重的资源和环境问题，在钢渣的处理和利方面中尤为突出。目前钢渣的处理工艺中钢渣热能大量浪费，金属铁回收过程能源消耗大；尾渣综合利用水平较低，大部分钢渣填埋堆存。“双碳”背景下，发展低碳绿色钢渣资源化技术势在必行。本文介绍了目前主流的钢渣处理工艺并分析讨论了不同方法的优缺点；归纳了钢渣主要的资源化利用途径，对近年来钢渣综合利用的技术进行总结和分析。结合钢渣处理和利用的现状，本文讨论并展望了钢渣资源化技术的发展方向。在“双碳”目标下，应该利用好熔融钢渣的热能，发展余热回收和热态钢渣提铁技术，利用钢渣碳化技术制备高附加值产品，实现热、铁、尾渣资源的全面回收与利用。

精炼渣对于钢液洁净度有着非常显著的影响，主要起兼顾脱氧、脱硫及吸附夹杂物的作用，MnS是重轨钢中常见的非金属夹杂物，大尺寸长条状MnS对于钢的性能具有极大的危害。本研究基于促进MnS在氧化物表面非均质形核减小A类夹杂物危害的思想，结合工业实验与热力学讨论了渣中氧化铝比例对夹杂物成分、尺寸、分布的影响，发现渣中氧化铝质量分数由13.72%降低至7.23%时，钢中总铝含量由24 ppm降低至20 ppm，钢轨夹杂物中Al2O3含量由83.35%降低到75.07%，氧化物夹杂物数量密度由2.90 #/mm2增加到5.69 #/mm2，有利于促进MnS在氧化物表面非均匀形核。评级结果表明随着渣中氧化铝比例降低，A法MnS评级粗系级别由2.0级下降至1.0级，细系级别由1.0级下降至0.5级，B法MnS评级粗系由0.744级下降至0.621级，细系保持在0.5级。热力学计算结果表明渣中氧化铝比例是通过影响渣中Al2O3活度来影响钢液中[Al]含量从而影响夹杂物中Al2O3含量。

管线钢的生产普遍运用钙处理技术，本实验主要探究了钙处理程度对于钢液中以及连铸坯中非金属夹杂物改性的影响。研究结果表明，随着钢液中T.Ca的质量分数从5 ppm增加到20 ppm，钢中非金属夹杂物的平均成分先靠近液相区后远离液相区，并且钢中Al2O3夹杂物的质量分数由68.14 %减小到48.89 %，同时CaO夹杂物的质量分数由21.8 %增加到27.8 %；连铸坯中非金属夹杂物的平均尺寸从4.02 μm减小到3.83 μm，非金属夹杂物数密度在钢液中T.Ca的质量分数为20 ppm时为6.61 #/mm2，为最小值。通过Factsage热力学计算得到，管线钢连铸坯中MnS质量分数随着钢液中钙含量的增加由10.65 %减少到4.84 %，MnS夹杂物的析出温度由1340 oC降低到1220 oC，热力学计算与工业试验得出的结果有一致性。

以国产超洁净GCr15轴承钢为研究对象，通过ASPEX扫描电镜获得钢中氧化物夹杂、氧硫复合夹杂物、硫化物夹杂及TiN夹杂等4类夹杂物进行检测统计，并使用极值(SEV)法和广义Pareto分布(GPD)法分别预测钢中该4类夹杂物的最大特征尺寸；另外还通过旋转弯曲疲劳试验来发现引起疲劳失效的夹杂物，并将这两类夹杂物结果进行对比分析，得出如下结论。(i) 发现氧硫复合夹杂物引起疲劳失效最多，且通过旋弯试验检测到的引起疲劳裂纹的该夹杂物最大尺寸与GPD法预测值更接近；(ii) 虽然硫化物夹杂尺寸最大、数量最多，但未在疲劳断口上观察到，说明单一硫化物对疲劳断裂的危害最小；(iii) 尽管TiN夹杂物数量稀少但是依然可观察到其导致的疲劳失效，说明TiN对疲劳性能的危害很大；(iv) 未观察到氧化物夹杂引起的疲劳失效，且检测到的氧化物夹杂最大尺寸10.7μm、GPD法预测的最大特征尺寸为12.4μm，这说明单一氧化物夹杂不具疲劳危害性的临界尺寸可能在10.7-12.4μm之间。

Cr12MoV钢是应用最广泛的冷作模具钢，属于高铬高碳的莱氏体钢，钢中碳化物的形态、数量、大小和分布对Cr12MoV钢的性能有重要影响。本文采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻装置、X射线衍射仪和能谱分析仪对某厂生产的Cr12MoV模铸坯中碳化物类型、形态及分布情况进行解析，使用Thermo-Calc 2020b计算Cr12MoV冷作模具钢的相转变和碳化物析出行为。结果表明，Cr12MoV冷作模具钢碳化物类型为富铬富铁的M7C3型碳化物和M23C6型碳化物，M7C3型碳化物所含主要元素为铬、铁、碳、钼，M23C6型碳化物所含主要元素为铁、铬、钼、碳。铸坯中碳化物形貌主要可以分为四类：颗粒状碳化物、块状碳化物、棒状碳化物、网状碳化物。颗粒状碳化物尺寸为2~5μm，块状碳化物尺寸在10~15μm之间，棒状碳化物尺寸约为30~40μm，网状碳化物由颗粒状、块状、棒状碳化物聚集形成，其尺寸达80μm。从边部到心部碳化物形态的演变规律为：颗粒状→块状→棒状→网状，边部到心部碳化物不均匀性逐渐增强，边部碳化物呈颗粒状弥散分布，1/4处碳化物呈长棒状，心部碳化物偏聚成网状；铸坯从边部到心部，碳化物的平均等效直径由边部的5.7μm增长到心部的8.5μm，碳化物面积比例由边部的8.2%增长到心部的9.5%，碳化物的密度由边部的2961个/mm2下降到心部的1189个/mm2。

氧化皮的断裂行为及力学性能是影响无酸除鳞工艺参数设定的关键因素。本文主要通过分子动力学软件Lammps模拟划痕速率对氧化皮断裂行为的影响。从载荷-位移关系、CSP、原子堆积、位错、温度、原子位移矢量、径向分布函数等角度分析不同划痕速率对单晶FeO/Fe界面分离的影响，并通过对430不锈钢表面氧化皮进行划痕试验验证。模拟结果表明：随着划痕速率从100m/s增加至200m/s，法向和切向载荷逐渐增加，FeO/Fe界面处紊乱程度逐渐增大，温度逐渐升高，使得FeO层和Fe层逐渐软化，位错长度及数量、原子键合强度等逐渐减小，促进了FeO/Fe界面的分离，试验结果表明：随着划痕速率从0.5mm/min增加至2mm/min，430不锈钢氧化皮断裂临界点提前，结合强度逐渐降低，与模拟结果相对应。本研究为掌握氧化皮的断裂机理提供理论支撑、提高无酸除鳞工艺参数设置的精确性提供重要指导。

特殊钢线材在线等温热处理（QM）是指线材吐丝后利用其轧后余热直接在线浸入恒温盐浴来控制冷却的新型在线等温热处理技术。本文介绍了QM工艺流程、技术原理及相关产品的最新研发进展。QM技术利用其冷速快、温域宽的特点，可用于超高强高碳珠光体钢、中碳贝氏体非调质钢和免退火低碳合金钢等特殊钢线材产品。高碳珠光体钢盘条用于制造桥梁缆索镀锌铝钢丝实现抗拉强度2130MPa，扭转次数18次以上。新型贝氏体非调钢在不添加贵重合金元素的前提下通过控冷工艺获得全贝氏体组织，满足8.8级紧固件的强度要求，同时可实现1/6冷顶锻不开裂。高强度焊丝钢经QM处理后，盘条断面收缩率均明显高于传统缓冷工艺，变形能力更高，可实现免退火拉拔加工。QM技术免除用户二次热处理并实现了合金元素减量化，双碳背景下具有广阔的市场推广前景。

超高强中厚板以其超高强度、良好的塑韧性以及焊接性能，广泛应用于工程机械以及工业防护领域。本文通过热模拟试验研究了试验钢在奥氏体连续冷却过程中的组织演变、硬度以及几何必须位错密度变化规律并绘制了CCT曲线；通过端淬试验测定了试验钢的淬透性；并依据上述试验结果进行了中试试验。研究表明：随着冷速增加，试验钢由铁素体+粒状贝氏体+马氏体-奥氏体组织逐步转变为贝氏体+马氏体组织，硬度和几何必须位错密度均不断增加，相变温度（Bs、Bf、Ms与Mf）均不断降低；当冷速大于5 ℃?s-1后可得到全马氏体组织，此时硬度和几何必须位错密度均趋于稳定，进行调质处理时的淬火冷速宜控制在5~10 ℃?s-1。冷速较慢时，M-A组元在晶界呈块状分布，在晶内大多呈条带状分布；冷速增加后，晶界以及晶内M-A组元的尺寸不断减小；当试验钢为全马氏体组织后，大尺寸的M-A组元消失。试验钢的淬硬层深度约为30mm，淬透性优异、可满足30mm及以下中厚板的淬透性要求。经850 ℃淬火+180 ℃回火调质处理后的30mm中厚板为回火马氏体组织，其屈服强度为1328 MPa、抗拉强度为1684 MPa、延伸率为13.4 %、-40 ℃ KV2为24.3 J。

高炉熔渣强化破碎工艺是利用高速气体混入强化介质将熔渣破碎成渣珠，强化介质的加入大幅度增大粒化过程中破碎动能，改善熔渣破碎粒化效果，加速渣珠冷却速率，提高粒化高炉渣珠非晶态含量，改善高炉渣资源化利用价值。本文以固态粉状熔渣作为强化冷却介质研究渣珠凝固换热过程，采用流体力学计算方法建立单颗粒渣珠强化冷却二维模型，探究有冷核渣珠和无冷核渣珠的凝固换热温度场、速度场和压力场差异，研究不同气流速度、渣珠直径和冷核直径对渣珠完全凝固时间和冷却速率的影响规律。结果表明，气淬高炉熔渣液滴在冷核和外部气流共同作用下冷却凝固，强化冷却介质的加入使冷却速度增加；在直径为2.0mm、相对速度为20m?s-1加入直径为0.5mm冷核条件下，渣珠凝固时间较无冷核缩短0.65s；完全凝固时间随着气流速度的增加、渣珠直径的减小及冷核直径的增大而缩短；冷却速率随着气流速度的增加、渣珠直径的减小及冷核直径的增大而增大。

摘 要：本研究针对曲轴钢49MnVS3硫化物形态控制问题，通过OLYMPUS金相显微镜、ZEISS扫描电子显微镜以及OTS钢铁夹杂物自动分析系统对不同Ce含量铸锭中硫化物形态、尺寸、分布及数量进行统计和分析，通过电解侵蚀的方法对硫化物的三维形态进行观察，通过热压缩实验评价不同种类硫化物的变形能力。研究结果表明，随着钢中Ce含量的增加，钢中的大尺寸长条状MnS夹杂逐渐转变为弥散分布的小尺寸球状(Ce, Mn)S复合夹杂物。钢中硫化物夹杂的长宽比和密度均发生了较大变化，钢中夹杂物尺寸从4.6μm降到2.3μm，长宽比由2.9降到1.8，单位面积夹杂物数量由32个/mm2增加到65个/mm2，铸锭中夹杂物的球化率显著提高。热压缩后，未添加Ce的实验钢中的MnS夹杂尺寸为20μm左右，呈现为垂直压缩方向的长线状，而加入Ce的试样中含Ce夹杂物未发生明显变形，仍保持了良好的弥散分布特征。

随着人们对高锰钢材料提出更高的强度、韧性、耐磨性及耐蚀性要求，高氮高锰钢应运而生。目前主要采用高压凝固方式生产，成本较高。本文提出以快速冷凝方式控制氮含量，减少氮的逸出方法。对氮含量为0.218%的高氮高锰钢用高温立式熔炼炉熔化后分别进行空冷和水冷，通过氮含量检测，组织分析、一次枝晶测距并建立了一次枝晶臂间距的计算模型。结果表明：空冷试样的氮含量为0.181wt%，钢中氮的逸出率为17%，而水冷试样的氮含量为0.206wt%，钢中氮的逸出率仅为5%；空冷试样的平均一次枝晶间距为63.34μm，水冷试样的平均一次枝晶间距41.67μm，水冷的试样凝固微区较小；空冷试样局部的含氮显微气孔较大，并且分布比较集中，呈现疏松状态。水冷试样宏观上含氮的显微气尺寸很小，在20μm以下，且显微气孔数量少；钢液凝固过程中显微气泡的形核长大动力学模型表明，环境压力越高，外界直接抑制力越大，显微气泡越难生成，凝固微区的L越小；一次枝晶臂间距计算模型表明，随着界面生长速度和温度梯度的增加，枝晶间距逐渐减小，可达50μm以下，钢中凝固微区也减小，有利于抑制氮的逸出。因此高氮高锰钢快速冷凝，减少凝固过程中氮的逸出是提高高锰钢中氮含量的有效方法。

针对不锈钢生产现场渣圈发达问题，利用全自动熔点熔速仪、D8-Advance 型X射线衍射仪和S4800型扫描电镜等仪器系统分析进口粉末型超低碳保护渣成分及性能，得到原渣熔化速度为58.4s，烧结率为85.81%。剖析原渣炭质材料成分组成得到超低碳保护渣SRH，通过实验验证保护渣SRH熔化速度与烧结率等性能与原渣相同。根据保护渣SRH成分及性能进行优化得到超低碳保护渣SRL并对其性能分析发现，熔化速度为58.6s与原渣58.4s的熔化速度接近，烧结率为55.44%相对于原渣有大幅度降低，炭黑含量从1.435%增加到2.296%，炭质材料的比表面积增加粒径减小，枪晶石产生温度有明显增加，提高了保护渣的固相反应温度，从而降低了保护渣的烧结性能，有效抑制了渣圈长大。