针对某钢厂KR脱硫工序中石灰利用率低的问题，设计了一种新型直角孔十字桨叶。通过数值模拟与水模型试验相结合的方法，系统研究了新型桨叶的流场特性及其对脱硫剂混匀时间和稳定存在于金属相中脱硫剂比例的影响机制。结果表明，直角孔十字桨叶通过强化离心效应，优化了流场分布特性，实现了脱硫剂的高效定向输运和均匀分散；在156～201 r/min转速范围内可使混匀时间显著缩短23.4%～31.3%，混合效率得到显著提升；在相同工艺条件下，稳定存在于金属相中的脱硫剂比例从26%提升至44%，改善了脱硫剂与铁水的混合效果。

针对电炉配加直接还原铁（DRI）冶炼过程中技术经济指标恶化、生产成本上升等问题，通过对造渣制度、供电制度、碳粉和氧气喷吹制度以及原料加入和留钢留渣制度的优化，系统性地改进电炉配加 DRI的冶炼工艺。研究结果表明，优化工艺在电炉配加不同比例的DRI 时，炼钢电耗降低约 10 kW·h/t，冶炼周期缩短2 min，钢铁料消耗降低约3 kg/t ，电炉终渣成分得到有效控制，平均炼钢成本降低超过10 元/t，年产钢量120 万t的情况下，每年可节约成本超1 200万元，为电炉炼钢行业的可持续发展提供了实践经验与技术参考。

对Q355钢以Ti代Mn工艺精炼过程取得钢样中夹杂物进行分析，研究发现在加入钛铁时，钢中生成了大尺寸的Al₂O₃-TiO_x夹杂物，在随后的精炼过程中没有发现。热力学计算及钢样分析表明，加入钛铁后钢中局部Ti浓度迅速升高，生成Al₂O₃-TiO_x夹杂物，随后被Al还原，钢中的Ti质量分数达0.42%时才生成液态的Al-Ti-O夹杂物，当前Ti含量在钢中主要以溶解Ti形式存在。Ti元素导致Ca处理液态窗口的区间变窄，过高Ca含量会生成固态2CaO·Ti₂O₃及CaS。保证合理钙处理下，整个精炼过程夹杂物的演变路径为Al₂O₃-(MgO)→Al₂O₃-TiO_x→Al₂O₃-(TiO_x)→Al₂O₃-(MgO)-CaO-CaS-(TiO_x)。试验以Ti代Mn工艺减少锰合金成本5.70元/t，增加钛铁成本1.40元/t，有效降低Q355钢的生产成本4.30元/t。

通过对比传统VD高铝工艺（高铝钢水进站）与VD调铝工艺（低铝钢水进站、破空后调铝）对Q355风电钢的钢水洁净度影响，发现VD调铝工艺显著改善钢水质量并降低铝成本。试验表明：VD调铝工艺使钢中夹杂物数密度在VD进站阶段降幅达51.8%，夹杂物面积占比在浇铸阶段降幅达29.8%；同时夹杂物Al₂O₃占比大幅降低33.35%，而CaO占比上升，促使夹杂物从CA₂-C₁₂A₇向液态C₁₂A₇转变，钢板B类粗系夹杂物评级均值降低45%。钢中全氧质量分数在各阶段下降11.8%～24.8%，因铝含量降低脱硫效率减弱。成本方面，铝耗由3.09 kg/t降至2.67 kg/t，节省成本7.56元/t。结果表明，VD调铝工艺在提升钢水洁净度和经济性方面效果显著。

CaO-Al₂O₃基保护渣因对钢渣界面反应的抑制作用成为研究热点，但由于铝酸盐矿物的生成，易导致保护渣冶金性能较差，而工业原料纯碱分解的Na₂O可以改善此类保护渣的缺陷，具有较好的应用效果。以铝酸钙精炼渣等作为原料制备了CaO-Al₂O₃基无氟保护渣，采用单因素法调控纯碱质量分数（3%～11%），探究了纯碱对保护渣结晶动力学、热力学行为及矿相演变的影响。随着纯碱质量分数从3%增加到11%，CaO-Al₂O₃基无氟保护渣结晶临界冷却速率和渣膜结晶率先增加后减少，结晶孕育时间先缩短后延长，结晶初始温度变化不明显；主要析出相为针状Ca₃B₂O₆和玻璃微晶Na₂CaAl₄O₈，二者含量均先升高后降低。当纯碱质量分数控制在7%时，能够显著增强CaO-Al₂O₃基无氟保护渣的结晶能力并优化其矿相结构。

为了降低高品质低碳钢铸轧界面能耗，上海梅山钢铁股份有限公司2号连铸机实施了双流中间包单流改造，将连铸机拉速由1.2 m/min提升为2.4 m/min，进行单流高拉速的生产。针对改造后中包流场和夹杂物去除效率等问题，通过物理和数值模拟相结合的方法，研究了不同工况下中间包内钢水的流动行为和夹杂物运动轨迹。研究结果表明：单流改造后，原双流中间包的控流装置不再适合单流浇铸，其堵流侧死区较大，包内混匀性差。使用新型的湍流控制器和挡墙后，堵流侧流动情况得到改善，包内死区体积下降12.2%，响应时间延长了96.7%，平均停留时间增加了11.2%，峰值浓度降低了45.3%，表明优化后的中间包具有更好的流场。另外，优化后的中包夹杂物的去除率相比原来均有明显的提升。大样电解结果表明，优化前夹杂物平均含量较高，达到了0.78 mg/kg，优化后显著降低至0.29 mg/kg。该研究通过在中间包内引入新型控流装置组合，有效改善了包内流场，提升了夹杂物的去除效率和钢水洁净度，使得连铸机拉速显著提升，助力炼钢节能减碳。

Q195L包晶钢质量控制难度大，为控制连铸过程中漏钢和铸坯裂纹，原工艺的钢水锰硫比控制较高导致合金成本高，且连铸拉速小、生产效率低。为解决上述问题，从钢水成分、冶炼终点、脱氧合金化、连铸工艺等方面开展研究，并通过实践优化，Q195L包晶钢连铸漏钢率由4.2%降低至零、连铸拉速由2.4 m/min提高至3.0 m/min，铸坯质量稳定且满足轧钢要求。通过优化钢水成分以降低钢材强度，合金成本降低18元/t。

Q345R钢常用于制造压力容器和锅炉，由于其通常在高温、高压或腐蚀性的环境中服役，因此对力学性能以及抗腐蚀性有很高的要求。钢中夹杂物的存在会恶化钢材的性能，严重影响设备的服役安全性和使用寿命。了解非金属夹杂物在Q345R钢精炼与浇铸过程中的形成机制、演变规律是优化夹杂物控制工艺的前提。为此通过工业试验研究了Q345R钢精炼和浇铸过程夹杂物的演变规律，并结合FactSage 8.3热力学软件讨论了钙处理、二次氧化以及冷却凝固对夹杂物演变的影响。试验结果表明，LF精炼结束至VD破空时，钢中夹杂物由MgO-Al₂O₃，CaO-Al₂O₃-MgO(-CaS)以及少量CaO-CaS转变为液态CaO-Al₂O₃-MgO，夹杂物数量密度由53.58 个/mm²下降为10.98 个/mm²，去除率高达79.51%；经过钙处理后，夹杂物转变为CaO-Al₂O₃-MgO(-CaS)以及少量CaO-CaS，夹杂物中Al₂O₃质量分数减少到35.10%，CaS质量分数上升至20.61%；软吹至大包浇铸5 min时，钢液发生了严重二次氧化，夹杂物由CaO-Al₂O₃-MgO(-CaS)以及少量CaO-CaS转变为CaO-Al₂O₃-MgO和MgO-Al₂O₃，数量密度由22.59个/mm²增加至53.77个/mm²，平均尺寸由1.95 μm降低至1.56 μm；铸坯试样中，由于CaS大量析出，夹杂物主要为MgO-Al₂O₃，CaO-Al₂O₃-MgO(-CaS)，CaO-CaS以及少量MgO。此外，通过热力学计算，提出了钙处理时新的夹杂物改性目标，即窗口3（钢水w(T.Ca)=0.001 8%～0.002 8%），详细分析了钢中T.O、T.S和Al_t对该夹杂物改性窗口的影响，并与以往的夹杂物改性窗口进行了对比，发现在钙处理前应尽量降低钢液中T.O含量，在保证钙处理效果的同时，还可以有效降低成本。

研究了转炉工艺下“VD→LF→钙处理→连铸连轧”流程生产低碳铝镇静钢过程钢液洁净度和钢中夹杂物演变特征。研究发现，LF精炼过程钢中T.O质量分数由进站时的129×10^-6显著降至钙处理前的34×10^-6，但依旧存在精炼渣中w(CaO)/w(Al₂O₃)偏小的问题。钙处理后钢中T.O和T.N含量都增加明显，发生明显的二次氧化，需加强钙处理过程的稳定化控制。脱氧后的精炼过程，夹杂物由簇群状Al₂O₃转变为不规则Al₂O₃-MgO，在以0.64 kg/t的钙线喂入量进行钙处理后转变为球形CaO·2Al₂O₃。由于钙处理过程大量小尺寸夹杂物的生成，通过自动扫描电镜检测得到夹杂物平均尺寸由钙处理前的2.8 μm降至钙处理后的2.3 μm，但同时由于钙处理过程精炼渣卷入等因素导致钙处理后夹杂物最大尺寸增至28 μm。由于浇铸过程钢液发生二次氧化，自动扫描电镜检测结果显示中间包钢液中夹杂物数密度显著增加至45个/mm²，夹杂物面积分数也高达268×10^-6，因此还需进一步加强连铸过程钢液的保护浇铸。

详细表征了导致高品质钢板超声波探伤不合的冶金质量缺陷，分析探讨了大型钙镁铝酸盐类夹杂物的成因。研究结果表明，导致钢板探伤不合的大型钙镁铝酸盐夹杂物有两类：一类在钢板中为毫米尺寸级别、呈密集层状分布的颗粒，导致钢板分层，这些颗粒物有钙镁铝酸盐、镁铝尖晶石、含少量SiO₂的钙铝酸盐以及少量CaS；另一类为单个的、尺寸数百微米的条串状钙镁铝酸盐。基于钢板和铸坯对应关系的回溯，发现第一类超大尺寸层状分布的钙镁铝酸盐所在钢板均来自于混浇坯所轧制，所以推测此类毫米级超大型钙镁铝酸盐夹杂物为钢渣卷入钢液形成的大尺寸夹杂物与钢中内生的镁铝尖晶石、CaS、钙镁铝酸盐夹杂物聚合而成的超大型夹杂物，在轧制时破碎为层状、密集分布的颗粒，此类夹杂物可以通过严格控制浇铸时钢包铸余量、准确标记非稳态坯予以减少和避免；第二类钙镁铝酸盐是钢水精炼过程内生夹杂物，其轧制前最大估计尺寸在200～300 μm，由于其化学组成分布在CaO-MgO-Al₂O₃三元系低熔点区域，在轧制后成为典型的B类条串状夹杂物，此类夹杂物应通过精炼工艺优化予以减少或避免。

以高碳铬轴承钢为研究对象，通过扫描电子显微镜及Feature夹杂物自动分析系统等，分析了轴承钢探伤不合格原因，对引起探伤不合格的不同夹杂物进行了分类与统计，发现其主要为MgO-Al₂O₃尖晶石和CaO-Al₂O₃半液态夹杂物，占比分别为42.31%和38.46%。通过对轴承钢在LF-RH-CC全流程尺寸不小于3 μm夹杂物的演变及形成机理进行剖析，结果表明，LF精炼过程MgO-Al₂O₃尖晶石类夹杂物持续增多，且精炼后期钢中夹杂物尺寸增大；在RH真空精炼后，MgO-Al₂O₃尖晶石类夹杂物和Al₂O₃类固态夹杂物指数接近降低至0；在浇铸过程中，因二次氧化导致中包内又重新生成大量MgO-Al₂O₃尖晶石类夹杂物，其聚集长大并遗传至铸坯中成为水浸探伤不合格的重要来源。因此，建议实际生产过程中控制适当的LF精炼与RH精炼软吹时间、降低原辅料带入的钙含量、严格控制浇铸过程以降低二次氧化程度，进而减少钢中MgO-Al₂O₃尖晶石类夹杂物和CaO-Al₂O₃半液态夹杂物的形成。

向海洋工程用钢中添加一定含量的Zr元素可促进特定非金属夹杂物的形成以诱导针状铁素体的形核，细化晶粒组织进而提高焊接热影响区在大线能量焊接条件下的冲击韧性。利用扫描电子显微镜、高温共聚焦显微镜和光学显微镜分别观察了不同含量的Zr元素处理条件下，不同样品夹杂物的转变及针状铁素体在夹杂物表面的形核现象、针状铁素体形核温度变化和冷却后各组织占比变化，并利用电子背散射衍射系统（EBSD）对各样品晶界角度分布情况进行统计。试验结果表明，随着Zr含量的增加，钢中主要夹杂物类型由Al₂O₃-TiO_x-MnO-MnS转变为Al₂O₃-TiO_x-ZrO₂-MnS-(TiN)，当Zr质量分数增加至120×10^-6时，钢中出现较多单一的ZrO₂；原位观察发现，随着钢中Zr含量的增加，针状铁素体的开始转变温度由509 ℃降低至484 ℃，形核温度区间由57 ℃增加至71 ℃，针状铁素体的面积分数由26%增加至36%后开始呈现降低趋势；EBSD结果表明添加质量分数0.002%的Zr元素可获得更高比例的大角度晶界，说明一定含量Zr元素可促进含Zr复合非金属夹杂物的形成以诱导针状铁素体的形核并增加针状铁素体的形核温度区间。