综述了气泡在钢包冶金中的行为与作用的研究进展，结合气泡行为研究使用的试验装置和研究方法，分析了液体中气泡的运动行为与原理，包括气泡形成、上浮、长大、破碎、聚并和逸出破裂过程，阐述了气泡形成、气泡尺寸、上升速率、运动轨迹和破裂液滴等特征及其变化规律。讨论了气泡在钢包冶金中的作用，主要涉及均匀钢液成分和温度、去除夹杂物以及渣金界面气泡夹带等方面。充分发挥气泡的冶金作用，可有效改善冶金工艺流程，提升钢铁性能和品质。

基于100 t电弧炉建立了废钢熔化的三维几何模型，研究了热源、废钢尺寸及留钢量对废钢熔化速率的影响。结果表明：在70 t留钢量大尺寸废钢熔池中，60 MW热源条件下废钢熔化速率高于无热源条件；在70 t留钢量、60 MW热源条件下，小尺寸（即尺寸减半）废钢的完全熔化时间为44.6 s，其熔化速率远超过大尺寸废钢的熔化速率。在此基础上，研究了不同留钢量对废钢熔化速率的影响，结果表明，60 t留钢量时废钢熔化速率最快，其完全熔化时间为44.3 s，40 t留钢量熔池废钢熔化速率最慢，浸没80 s仍未熔化，因此，过大和过小的留钢量均不利于废钢熔化。原因在于，在熔池升温过程中，大留钢量熔池升温较慢，在熔池降温过程中，小留钢量熔池降温较快，较低的熔池温度会降低废钢所得热通量，不利于废钢熔化。

以120 t五孔氧枪顶底复吹转炉为原型，基于Fluent数值模拟，对多组不同氧枪枪位与底吹气体流量方案进行建模计算，分析了五孔喷头顶吹超音速射流行为，以及不同方案下熔池冲击面积及冲击深度的变化规律。模拟结果与前人实测结果吻合，证明了模拟的准确性。模拟结果表明，由于顶底复吹作用，速度集中在钢液面附近，顶吹和底吹气流周围的区域钢液流速变慢；随着氧枪高度不断升高，冲击深度逐渐减小，冲击面积先增大后减小；当氧枪高度1.8 m时熔池冲击面积最大，单孔底吹流量为60 m³/h，底吹效果最好。

钢水锰含量控制主要在转炉炉后脱氧合金化阶段实现，转炉终点锰含量的准确获取对于锰合金加入量的确定具有重要影响，进而影响到钢水锰含量的精确控制。利用某钢厂转炉1500炉次历史冶炼生产数据，采用支持向量回归算法（SVR）、轻量级梯度提升机算法（LGBM）、分类梯度提升算法（Catboost）对转炉终点残锰含量进行了预测，再使用贝叶斯优化算法（BayesSearchCV，BOA）分别对其优化。结果表明，贝叶斯优化后的Catboost算法(BOA-Catboost)效果最好，其决定系数R²、均方误差MSE和均方根误差RMSE分别可达到0.712，0.000048和0.007021。残锰质量分数真实值与预测值的误差在±0.010、±0.008范围内，残锰含量预测命中率分别可达到83.2%和76.2%。

通过研究炉渣渣系及炉内反应动力学，实施留渣及全留渣工艺达50 %以上，优化了炉渣渣组元浓度（如MgO、R）、加料方式等，形成了具有“快速成渣、维持低熔点及良好流动性”的全新加料操作模式。结果表明：采用少渣冶炼工艺后炉渣碱度2.80，石灰单耗降低了13.48 %，脱磷率提升2.02百分点；冶炼过程炉渣“喷溅”、“返干”频次明显减少，供氧时间缩短（降低氧耗），该工艺具有可观的降成本潜力，具备广泛的推广价值。

钢包底吹氩是二次精炼中的常用手段，在均匀温度和成分、促进钢渣界面反应、去除夹杂物等方面效果显著，然而底吹氩在搅拌钢液的同时会加剧壁面耐材熔损，降低钢液洁净度，影响钢包寿命和使用安全性。采用数值模拟的方法研究了底吹氩钢包内钢渣流动及固液间传热行为，分析了单孔和双孔吹氩下气泡上浮及钢渣界面行为，对比了钢包不同结构界面处温度分布，探讨了吹氩量对钢包内流动传热及界面温度分布的影响。结果表明：底吹氩钢包内气泡羽流呈倒锥状分布，随着距渣眼距离的增加，钢渣界面速度和温度逐渐降低；同一气量下，相较于单孔吹氩，双孔吹氩下气泡羽流扩张角增大，渣眼面积减小，钢渣界面最大速度和湍动能较小；钢包不同结构界面温度由内向外逐渐降低，各界面渣线高度位置和底部存在较大的温度梯度；底吹氩所形成的局部循环流会导致工作层壁面的近钢渣界面位置形成高温热点区域。增大吹氩量，壁面高温热点区域温度和范围增大，近钢渣界面壁面的最大周向温差在20 K左右，双孔吹氩模式和低吹氩量有利于减小壁面周向温差。

高钛钢连铸生产过程中结晶器内的钢渣界面反应较为严重，易造成铸坯品质下降、连浇困难等问题。利用热丝法对3%、8%、10%三种不同MgO质量分数的保护渣接触角进行了测定，并基于此计算出其表面张力和渣钢界面张力，此外结合拉曼光谱和Scigress软件模拟，从微观结构的角度分析了MgO含量与渣钢界面张力的变化规律。研究结果表明，1723 K温度下，保护渣中MgO质量分数为3%、8%、10%时，接触角为35°、36.7°、39.8°；保护渣的表面张力为516.3、523.1、525.6 mN/m；渣钢界面张力为1421、1425、1440 mN/m。MgO质量分数在8%~10%时，渣钢界面张力上升速率明显加快，导致钢渣间的界面反应减弱，使得钢渣更容易分离。

通过结晶器的流场优化可以降低连铸坯的炼钢缺陷，从而提高汽车外板的表面质量。结合数值模拟、水模拟和高温定量测速3种手段研究了拉速对结晶器流场的影响。研究结果表明，随着拉速提高，结晶器1/4宽度附近的表面流速增大，数值模拟、水模拟和高温定量测速的结果吻合良好。在结晶器断面尺寸为1 190 mm×230 mm，氩气流量为8 L/min，水口浸入深度为170 mm时，随着拉速从1.2 m/min增加至1.3、1.4、1.5、1.6 m/min，结晶器流场的流动形态均为双循环流，结晶器窄面附近和1/4宽度附近的钢液从窄面向水口方向流动，水口附近的钢液从水口向外流动。随着拉速增大，窄面附近和1/4宽度附近的表面流速逐渐增大，水口附近的表面流速逐渐减小。此外，窄面附近和1/4宽度附近的液面波动都逐渐增大，容易形成气泡卷渣。因此应根据连铸生产中汽车外板的质量要求，将拉速控制在一个合理的范围内。

冷轧双相钢DP590连铸坯角部横裂纹给冷轧产品的质量带来很大困扰，导致其后续连退产品边部出现夹渣、翘皮或裂纹等缺陷。通过对连铸坯角部横裂纹部位进行观察，发现角部横裂纹发生在连铸坯的振谷部位，横裂纹向铸坯宽面和窄面有一定的延伸，发生横裂纹的振谷通常是不规则振痕，其形貌带有横向的凹陷特征。通过连铸坯的枝晶侵蚀试验发现，连铸坯发生角部横裂纹的部位，二次枝晶间距大，裂纹处的连铸坯表面冷却速率显著低于正常的连铸坯表面，这说明连铸坯坯壳冷却均匀性需要改善。并且裂纹附近有明显异常粗大的枝晶间距，通过电子探针检测发现这些异常粗大枝晶间存在硫、锰的富集现象，说明这是凝固过程中枝晶间发生断裂，富集锰硫溶质的钢液补充形成的。结合浇铸的结晶器热电偶测量温度趋势，判断该型保护渣控制传热能力以及渣膜的稳定性不足。通过优化保护渣和提高铸坯拉速，消除了连铸坯凹陷和角部横裂纹。

轴承钢主要用于制造轴承的滚动体和套圈。钢中的氧化物夹杂会影响轴承的疲劳寿命，因此在生产中需严格控制其类型、数量和尺寸。为进一步提高某钢厂GCr15轴承钢钢水的洁净度，通过全流程系统取样，并利用夹杂物自动分析扫描以及热力学计算等手段对该工艺生产的轴承钢中夹杂物的特性和演变规律进行了研究。结果表明，LF化渣时夹杂物主要为Al₂O₃，LF出站时逐渐演变为MgO-Al₂O₃和CaO-(MgO)-Al₂O₃，尺寸主要分布在1~5 μm；VD精炼结束时夹杂物数密度由LF出站时的19.51 个/mm²降低至16.84 个/mm²，尺寸1~2 μm和2~5 μm夹杂物占比分别为68.7%和27%；中间包夹杂物数密度进一步降低至15.59 个/mm²，此时夹杂物类型和尺寸分布与VD出站时相似。铸坯中夹杂物数密度较中间包大大减少，仅为7.9 个/mm²，但夹杂物尺寸明显增加，且硫化物夹杂占比增加。热力学计算表明，冶炼过程钢中极易生成MgO-Al₂O₃；但当钢中w（Mg）为0.0006%时，只要w（Ca）>0.0003%，MgO-Al₂O₃就可以向CaO-Al₂O₃转变。此外，采用FactSage8.3软件计算了钢液冷却过程中夹杂物的相转变和成分变化。

为探究高铝钢炼钢过程夹杂物的形成与演变机理，在“转炉→LF精炼→RH真空处理→板坯连铸”工艺生产高铝钢的全流程进行系统取样，结合各工序工艺特点和热力学计算，揭示了高铝钢中夹杂物在炼钢过程中的演变行为。研究结果表明：高铝钢中Al₂O₃夹杂物在转炉炉后即发生转变，其演变路线为：Al₂O₃→MgO-Al₂O₃、CaO-Al₂O₃系夹杂物→CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物。在高铝钢钢液条件下，高铝钢在冶炼中无需进行钙处理即可将大部分镁铝尖晶石夹杂物改质为CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物。

开展了含Al₂O₃夹杂和MnS包裹Al₂O₃夹杂形成的MnS复合夹杂车轮钢疲劳性能的对比试验，研究了两种夹杂物对车轮钢疲劳性能的影响。此后，基于数值计算从材料内部相变残余拉应力和外力应力集中两个角度阐述了夹杂物对疲劳的影响机理。研究发现，MnS复合夹杂物降低了夹杂物与基体间的相变残余拉应力和外力应力集中，提高了夹杂物与基体间的变形协调能力，从而提高了疲劳裂纹萌生寿命。减小夹杂物尺寸会缓解其外力应力集中，相比于MnS复合夹杂，Al₂O₃夹杂物的直径变化更显著地影响其周围径向应力的分布。在夹杂物尺寸相近的情况下，含MnS复合夹杂物试样的疲劳寿命高于含Al₂O₃夹杂试样。