KR搅拌法是铁水预脱硫的重要工艺之一，但在脱硫过程中脱硫剂的加入量主要依赖于人工经验控制，导致铸坯质量不稳定，一次脱硫命中率较低。为准确控制脱硫剂加入量，提高一次脱硫命中率，提出一种基于异质堆叠集成学习的脱硫剂加入量预测方法。首先，进行数据清洗，采用LOF算法结合专家经验剔除异常值。其次，采用最大信息系数结合斯皮尔曼秩相关系数进行特征筛选。最后，引入堆叠集成算法，基于评价指标和误差相关性分析优选模型的不同基学习器，并采用Optuna算法为基学习器寻找最优参数组合，建立异质堆叠集成预测模型。以现场采集的脱硫数据作为样本进行实例分析，结果表明，模型的决定系数(R2)为91.6%，均方根误差(RMSE)为197.79，平均绝对误差(MAE)为117.14，平均绝对百分比误差(MAPE)为6.95%。

高碳出钢对于提高钢液洁净度十分有利，但同时也给转炉脱磷带来了严峻挑战。针对高碳出钢时脱磷时间缩短、冶炼中后期发生回磷现象等问题，建立了基于离子分子共存理论（IMCT）的转炉碳磷氧化转折温度的热力学模型。通过该模型预测了最佳一次倒渣温度区间。为了避免冶炼中后期发生回磷现象，应在合适的倒渣温度区间内倒渣，同时实现转炉双渣吹炼一次倒渣高效脱磷。结合现场生产数据及脱磷热力学，重点分析当一倒渣碱度、一倒渣中MgO含量、一倒渣中FeO含量等参数变化时对各组元活度的影响，从而判断出对最佳一倒温度区间的影响，找到碳磷发生选择性氧化的最佳温度区间。

针对武汉钢铁有限公司现有铁水成分w(Mn)≥0.200 %且转炉冶炼低锰钢控制不稳定问题，基于脱锰热力学及动力学研究结果，确定了转炉吹炼前期低温、高(FeO)含量以及低碱度渣高效脱锰和吹炼中后期弱化底吹搅拌并降低停吹碳含量防止回锰的低锰冶炼控制思路。通过分析转炉低锰冶炼关键影响因素发现转炉双渣时机控制在吹炼进度25 %前，且倒渣前温度应低于1400 ℃，适当降低吹炼中后期底吹流量，控制终点温度为1600～1630 ℃，终点w(O)≥0.07 %等，有利于低锰钢的冶炼。现场通过工艺优化应用，实现了转炉终点w(Mn)≤0.04 %、成品w(Mn)≤0.035 %的稳定生产。

以张宣科技电炉短流程冶炼圆钢为研究对象，对圆钢热顶锻出现的单条和多条小裂口缺陷、单条和多条细长条状裂口缺陷、多条严重长条裂口缺陷产生原因进行分析，并针对缺陷产生原因对生产工艺进行优化。通过检测分析发现热顶锻单条和多条小裂口缺陷为连铸过程卷入结晶器保护渣导致，单条和多条细长条状缺陷为铸坯气泡缺陷导致，多条严重长条裂口缺陷为铸坯裂纹缺陷导致。根据缺陷产生原因对电炉、LF精炼和连铸冶炼过程进行优化，有效降低了卷渣缺陷、铸坯气泡缺陷和铸坯裂纹缺陷产生，热顶锻合格率明显提高，优化后冶炼过程未发现热顶锻开裂现象，热顶锻合格率接近100 %。

为了深入研究RH真空过程中抽真空时间与夹杂物的对应关系，选取转炉出钢不脱氧合金化的SPCC低碳钢进行了真空过程钢水洁净度的试验研究。研究结果表明：1）在RH中Al脱氧后钢中夹杂物种类主要为Al₂O₃夹杂。夹杂物的形态由簇群状逐步转变为单个夹杂，尺寸不断减小。2）铝脱氧1min后，夹杂物数量非常多；纯脱气3min时，夹杂物数量和密度呈明显降低；纯脱气6min试样中，夹杂物数量达到最小，且尺寸基本小于5μm；纯脱气9min后，夹杂物数量呈现出增加趋势。3）对于KR→BOF→RH→CC工艺路线下的转炉出钢不脱氧合金化的低碳钢，钢水在RH的真空时间按铝脱氧后6~7min控制，钢水洁净度可达到最佳状态。这项研究可为优化RH真空处理过程提供有益参考，有助于提高低碳钢的质量。

以高品质GCr15轴承钢为研究对象，借助ASPEX自动扫描电镜和氧氮分析仪对RH精炼过程中不同底吹氩气流量和不同软吹处理时间下轴承钢中T.O含量和夹杂物演变规律进行了对比研究，结果表明：底吹氩气流量及软吹时间对夹杂物类型演变没有影响，软吹前后夹杂物类型主要是Al₂O₃-CaO、Al₂O₃-MgO-CaO以及Al₂O₃-MgO-MnS复合夹杂物。软吹对夹杂物及T.O有明显的去除作用，软吹开始到结束，钢水中全氧质量分数降低了0.0006百分点，夹杂物面积分数由软吹开始时的0.0419%下降至0.022%，尺寸超过20μm的夹杂物颗粒上浮较快更易去除。底吹氩气流量大小对夹杂物去除影响明显，随着底吹流量由30L/min增加至100L/min，夹杂物平均去除率由47%降低至40%。

二次精炼过程中，铝是钢液进行脱氧及合金化的主要物料之一，但纯铝的密度小于钢液，能否穿越渣层与钢液接触及接触时间对铝的脱氧效果和钢中溶解铝的含量有直接影响。在忽略铝的熔化、溶解及化学反应的情况下，通过对铝粒运动过程受力分析，建立铝粒在气-渣-钢相内的三维运动数学模型，明晰铝粒尺寸及入炉高度对铝粒运动轨迹的影响。结果表明：在渣层厚度为70 mm且入炉高度为1~1.5 m的情况下，1 mm和5 mm的铝粒在渣钢界面处波动；入炉高度为1 m时，粒径为10 mm的铝粒停留在渣钢界面处，但在入炉高度为1.5 m及以上时可以进入钢液；20 mm及以上尺寸的铝粒可以进入钢液。在入炉高度为1 m时、30 mm尺寸的铝粒在钢液中的停留时间与深度相较于20 mm的基础上分别增加22.86 %和50.00 %；在铝粒尺寸为20 mm时、入炉高度为1.5 m时的铝粒在钢液中的停留时间与深度在1 m的基础上分别增加5.71 %和10.00 %。增加钢渣界面张力、减小钢铝界面张力或增加渣铝界面张力有利于铝粒进入钢液，而铝粒的尺寸大于20 mm，界面张力对铝块运动几乎没有影响；增大密度会使钢芯铝在钢液中停留更长时间，有利于钢液脱氧。

非调质钢含有较高的铝，经钙处理工艺后，易导致水口结瘤。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析了某厂低硫非调质钢连铸水口结瘤物试样，结合热力学计算分析，揭示水口结瘤的原因。研究表明：水口结瘤物主要为CaS，其在钢液凝固过程中从钢液中以直接、间接两种方式析出，钙添加过量是导致水口结瘤的主要原因，后续可通过优化钢液的钙铝比来保证连铸的顺行，消除结瘤现象。

针对Φ785 mm立式连铸大圆坯，建立了流动、传热、凝固、传质三维耦合模型。通过该模型预测了从弯月面到完全凝固范围内铸坯溶质元素的分布情况，研究了大圆坯宏观偏析形成过程。模拟结果表明：连铸前期钢液对凝固前沿的溶质冲刷效应是铸坯表面区域出现明显负偏析带的主要原因；随着钢液的不断凝固，铸坯中心区域残余液相的溶质元素不断富集，最终导致了中心偏析的产生，C元素中心最大正偏析指数为1.08；另外，不同溶质元素宏观偏析严重程度有所不同，但呈现出的分布趋势基本相同。

针对高钛钢连铸保护渣钢渣反应及吸收夹杂物的变性问题，本文采用热力学计算、保护渣性能测试和旋转柱法等方法，对高钛钢钢液内夹杂物的生成种类和不同温度下的生成量进行了计算，根据夹杂物的生成情况对比了传统CaO-SiO₂系和新开发的低反应性BaO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂系保护渣吸收夹杂物的性能变化，并对比了2种保护渣对夹杂物的吸收速率。热力学计算表明，本研究的高钛钢中铝含量为0.03%、钛含量为0.40%，钢液中生成的夹杂物为Al₂O₃，而实际生产中由于钢液局部成分差异可能有钛氧化物的生成；从保护渣吸收夹杂物前后的性能对比可知，2种保护渣的粘度和熔点均随其吸收氧化铝含量的增加而增加，但新开发的低反应性保护渣相对于CaO-SiO₂系渣的性能变化更小，其性能更稳定；由旋转柱实验可知，CaO-SiO₂系和BaO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂系保护渣对氧化铝棒的吸收速率分别在8~12×10^-3 g/(cm²·min)和10~13×10^-3 g/(cm²·min)范围内，后者对夹杂物的吸收能力更强。因此，新开发的BaO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂系低反应性保护渣有潜力用于更高钛含量的钢种浇铸。

通过添加不同长度的含Mg包芯线对高碳工具钢75Cr1钢中夹杂物进行改性处理，对比研究了不同喂入长度下的夹杂物形态和微观组织变化规律；结合力学试验和形貌表征，研究了Mg处理对于试验钢组织及力学性能的影响规律。结果表明：Mg处理有利于细化夹杂物，可以将夹杂物核心部分改性为MgO·Al₂O₃或MgO，并形成以CaS包裹的小尺寸球型“核-壳”夹杂物；改性后的小尺寸夹杂物有利于钉扎晶界细化奥氏体晶粒；同时，小尺寸夹杂物还会阻碍钢中碳原子扩散从而降低珠光体形成孕育时间，减小珠光体片层间距，提高材料塑韧性。75Cr1高碳工具钢最佳包芯线喂入长度为2~2.5m/t。

电炉炼钢过程中在废钢预热装置中添加废旧轮胎、废弃塑料等城市废弃物，可以减少电炉冶炼碳基添加剂。但废弃物在废钢预热通道内遇高温烟气会燃烧，生成大量的污染物。通过对废弃物在不同温度、不同粒径、不同停留时间等条件下，反应产生污染物进行研究，获得在电炉废钢预热装置中添加城市废弃物最佳的物性参数和工作条件。在利用城市废弃物预热废钢时候，不增加烟气处理设施，烟气也能达标排放，使得电炉处理城市废弃物从技术上和经济上可行。