为了提高复吹转炉熔池的搅拌效果，在实验室研究了复吹转炉不同底枪支数和布置对转炉熔池混匀时间的影响。试验研究表明，底枪适合于布置在(0.40~0.65)D（D为熔池直径）的范围，底枪过多且对称分散均匀布置在同一圆周，不利于转炉整个熔池的混匀，而采用非对称相对集中的底枪布置，可以使熔池产生水平搅拌趋势，有利于整个转炉熔池混匀，缩短熔池混匀时间30%左右。在福建三钢（集团）有限责任公司实际复吹转炉应用非对称相对集中的底枪布置，可以改善转炉吹炼终点的冶金效果，1号、2号100 t转炉吹炼终点平均[%C]•[%O]由原来的0.003 1、0.003 3分别降低到0.002 6、0.002 7，1号转炉平均残锰质量分数由原来的0.183 %提高到0.212 %，终点平均磷质量分数由原来的0.016 7 %降低到0.014 8 %，平均终渣w（T.Fe）由原来的15.23 %降低到13.36 %，120 t转炉吹炼终点平均[%C]•[%O]为0.002 5。

通过对鞍钢股份有限公司260t转炉底吹效果影响因素、底枪维护工艺的研究，提出了不同冶炼钢种合理的底吹强度，确定了合理的转炉炉底控制厚度，优化了转炉终渣成分和溅渣护炉工艺，同时采用底枪更换技术，实现了转炉底枪裸露可见，延长了底枪的底吹寿命，改善了转炉熔池的搅拌效果，采用2支底枪底吹时，使每个炉役具备复吹的炉数达到4 000炉以上，吹炼终点碳氧浓度积维持在小于0.002 7以下，炉役复吹比达到80%。

通过水模试验确定了福建省三钢（集团）有限责任公司100t复吹转炉底枪采用非对称布置方式，并在此基础上，对开炉、烘炉以及整个炉役的底吹工艺、底枪维护进行了优化，确定了转炉底枪的维护模式及不同阶段和不同炉底厚度的底吹强度，研究了终点温度、炉龄、底吹强度对终点碳氧积[%C]•[%O]的影响。结果表明，炉役前期温度在1 620~1 635℃的情况下，[%C]•[%O]在0.002 63~0.002 72，平均为0.002 67；采用底枪维护工艺后，整个炉役转炉炉底厚度维持在600~750mm，保证了底吹气体的搅拌效果，终点钢水碳氧积在0.002 6~0.003 0；同样底吹效果情况下，随着终点温度的升高，终点[%C]•[%O]随之增大，终点温度每升高10℃，终点[%C]•[%O]增加约0.000 03；增加静搅底吹强度，钢水的碳、磷、硫含量降低，残锰量提高。

武钢三炼钢厂对转炉氧枪喷头参数及底吹流量进行了优化，转炉吹炼过程中喷溅发生频率由3.4%降低到1.5%，吹炼终点炉渣T.Fe质量分数由15.99%降低到15.49%，达到了较好的吹炼效果。通过激光测厚监视炉底厚度，延长可见透气砖寿命达4 000炉，提高底吹气体流量至1 100m3/h，在8～16个可见透气砖条件下，转炉的碳氧积在0.001 5～0.001 8，达到了较好的冶金效果。四炼钢厂优化了氧枪喷头参数及过程操作枪位，解决了废钢熔化问题。通过大气量后搅试验，优化了后搅模式，在4个可见透气砖条件下，后搅流量为500m3/h，后搅时间为3~4min，平均每分钟降低钢水氧质量分数20.47×10-6，降低碳质量分数29.23×10-6。

主要论述了不同加热保温过程对重轨钢中MnS夹杂物的影响。试验结果表明钢轨中大尺寸长条状MnS夹杂物分裂成小尺寸短粗状的粒子，当均热时间超过3.5h，长度大于80μm的MnS夹杂物数量减少，尺寸小于5μm的MnS夹杂物数量增加；而在铸坯中的变化不明显。其行为遵循Ostwald熟化机制，保温时间越长，MnS颗粒就越大。温度在850℃时S为扩散控制性元素，MnS易分裂。铸坯内MnS夹杂物三维形貌有板片状、长条状和不规则状；在铸坯轧制成钢轨的过程中，MnS的形貌随着钢基体沿着加工方向延伸成条带状。采用Scheil模型计算出凝固分率为0.94时，才有较纯的MnS夹杂物开始析出，其形貌易受到晶界的影响。MnS夹杂物形成的限制性因素是[%Mn]•[%S]浓度积和温度。在[Mn]含量不变条件下，只有降低[S]含量，且采用强冷，才能降低Mn和S在凝固前沿的聚集，从而进一步降低MnS夹杂物析出数量和减小尺寸。

通过扫描电镜和电子探针对H13模具钢中的氧化物和氮化物进行分析，发现钢中氧化物主要为5μm左右的球状Al2O3和少量MgO•Al2O3，此外还存在(Tix,V1-x)N复合氮化物，部分以2~3μm的MgO•Al2O3和Al2O3氧化物作为核心。根据热力学计算了Al2O3、Ti3O5和SiO2生成的可能性，当温度降至1 823K时Al2O3可以由液相中生成，而Ti3O5和SiO2均不能生成。平衡态下H13中TiN、VN、AlN均不能在液相和两相区中生成，非平衡凝固时合金元素尤其是Ti发生明显偏析，理论计算二元氮化物TiN和VN在临界固相率为0.699和0.987时由凝固前沿生成。而试验发现氮化物中Ti、V等合金元素变化趋势一致，说明(Tix,V1-x)N复合氮化物直接以复合析出的方式形成氮化物固溶体。复合氮化物中Ti元素的摩尔分数为0.5~0.6，理论计算其在固相率达到0.7时可在固液两相区生成。从形成条件、错配度等因素分析了氧化物作为氮化物核心的作用，而氧化物对氮化物形核的影响将作进一步的研究。

AISI H13热作模具钢中碳氮化物的析出会对钢的强度、硬度、韧性及耐疲劳等性能产生不利影响。对电渣重熔含铌H13钢锻造棒材中尺寸大于1μm的异相形核析出相的特征进行分析，同时利用热力学软件Thermo-Calc对其形成过程进行合理的解释。棒材中存在的析出相包含3层结构，中心为氧化物核心，主要为氧化铝或镁铝尖晶石，中间层为富Ti-V的碳氮化物相，最外层为富Nb相。2类碳氮化物相成分分布较为集中，富Ti-V相的平均成分为(Ti0.477V0.337Nb0.187)CxNy，富Nb的平均成分为(Ti0.127V0.255Nb0.617)CxNy。钢中观察到的析出相的尺寸甚至可以达到10μm以上。Thermo-Calc计算表明，核心镁铝尖晶石及氧化铝在凝固前即已生成，凝固过程中，当固相率达到0.823时，富Ti相依附于氧化物首先析出，随后富V相、富Nb相依次析出。在随后的热处理中，富V相溶解于富Ti相中，形成棒材中观察到的3层(Ti,Nb,V)(C,N)相。

采用偏析模型和动力学方法研究了钢液凝固过程中元素偏析及冷却速率对氮化物夹杂物析出长大的影响；计算结果表明，凝固末期残余液相中的Ti，V，C和N等元素的浓度分别提高到其初始浓度的4.68、2.34、4.55和3.3倍；通过降低钢中Ti和N含量及增大冷却速率从0.27 K/s到37.96 K/s，可以推迟TiN夹杂物的析出时机并减小其尺寸。以规则溶液亚点阵模型为基础，计算了重轨钢中碳氮化钒钛复合夹杂物的形成过程。

为优化炼钢厂多台连铸机间钢包配置，以昆钢炼钢厂钢包为研究对象，在已有单浇次钢包周转数量计算模型基础上，进一步分析了浇铸炉次数与钢包周转数、周转次数、最后周转数之间的关系。运用甘特图对2台连铸机钢包周转规律进行模拟，分析了钢包周转数与1浇次最后需要周转的钢包数、不需要周转的钢包数之间的对应关系。结合甘特图提出各炉次钢包开始浇铸时间、空包结束时间和重包开始时间表达式。最终得出实现2台连铸机间钢包互用的前提条件：用于交换的钢包在先停浇连铸机不再承担运输任务，且此钢包的周转结束时间应早于后开浇连铸机钢包的周转开始时间。研究表明：昆钢炼钢厂钢包配置数可由原来的13个减少为10个。

对某钢厂LF精炼钢包渣线服役前后的镁碳砖进行理化分析、扫描电镜（SEM）-能谱分析（EDS）、Factsage热力学计算、润湿性分析等，研究了镁碳砖的侵蚀机理。研究表明，镁碳砖在钢包内不同的服役温度区域及其自身内部的不同组织结构造成其损毁及侵蚀机理的不同。在近钢液面的高温区域，镁碳砖自身会发生MgO与碳的反应，形成脱碳层。高温下熔渣与镁碳砖的润湿性更好且MgO向熔渣溶解的趋势更大，相比近空气侧的低温区域，镁碳砖受熔渣侵蚀更严重。镁碳砖中，不同MgO骨料颗粒其内部杂质相及组织结构有一定区别。熔渣与镁碳砖中的MgO组元间的润湿性较好，熔渣易对杂质相多、MgO晶粒尺寸较小的骨料进行侵蚀，且易沿MgO晶界渗入MgO骨料内部，造成MgO骨料颗粒的解离并进一步发生反应生成Mg2SiO4。熔渣与镁碳砖之间的氧化还原反应也是其损毁的成因之一。

针对宝钢超低硫钢精炼过程中钢水温度波动较大的问题，在考察超低硫钢转炉→LF精炼→RH精炼→喂线→连铸全流程钢水温度的变化情况的基础上，利用MATLAB软件建立了出钢至连铸过程钢水温度预测模型，采用该模型对钢水温度进行了预报，平均误差在±8℃以内的占87.5%。计算结果表明：空包修理时间在1h以内，进行10min左右的快烘，出钢温度不低于1 650℃，传运时间不超过25min，可使LF的进站钢水温度在1 580℃左右。LF供电前期钢水升温速度达到2.0℃/min，供电后期3.0~3.5℃/min，同时RH真空室内衬温度在1 250~1 300℃，减少RH过程温降，可保证LF精炼在连铸浇铸的时间内，完成较重的脱硫任务，使LF精炼处理与连铸相匹配。

针对中碳合金钢轧材超声波探伤合格率偏低的问题，采用数值模拟方法分析了8.4t钢锭充型过程流场和凝固过程固相分数，并对钢锭内部缩孔疏松缺陷进行了预测。计算结果表明：钢锭整个浇铸充型过程平稳，钢锭在顺序凝固过程中由于冒口补缩效果不良在锭身中上部中心部位易形成疏松、缩孔等缺陷，钢锭心部及向上延伸至冒口部位，孔隙率为1.6%～2.0%。通过改进8.4t钢锭冒口绝热板材质，绝热板密度由1.07 g/cm3降低至0.67 g/cm3，绝热板厚度由45mm增加到60mm，采用发热剂+保温剂工艺，冒口增加保温剂1.0kg/t等措施，强化了钢锭冒口轴向与径向保温效果，保证钢锭凝固时有充足的液态钢水进行补缩，改善了钢锭的内部质量，250 mm×250 mm、280 mm×280 mm轧材探伤合格率分别提高1.19%、6.73%。

针对传统铸造渣罐存在的铸造缺陷易引发开裂、可焊性差、焊接修复难度大、使用寿命短等问题，通过有限元计算模拟、材料性能评价、焊接技术、制造工艺流程等方面的研究，研发了新型焊接渣罐并投入应用。有限元数值计算得到了焊接渣罐不同运行工况下的温度场、应力与变形分布等，与现场跟踪测试数据基本吻合，为焊接冶金渣罐的结构设计、改进与应用提供了有效指导。焊接冶金渣罐八年来的应用实践表明，其性能稳定、可焊性好、修复潜力大。近年研发的33m3焊接渣罐使用寿命可达传统铸造渣罐的2~3倍，批量生产价格仅为铸造渣罐的60%~65%，制造方法符合绿色制造理念，应用前景广阔。