以210 t铁水包为原型建立1∶7的水模型，研究底部倾斜对KR过程铁水混匀现象的影响。研究了铁水包底部倾斜时搅拌桨转速和浸入深度对混匀时间、漩涡、液相中粒子分散和扭矩的影响，并与平底铁水包进行了对比。结果发现，包底倾斜17.5°时，混匀时间较平底时减少30.6 %。搅拌桨转速为110 r/min时，浸入深度增加会导致液相中粒子分散变差，倾底铁水包中粒子分散程度优于平底铁水包。搅拌桨转速为160 r/min时，平底铁水包中粒子分散程度优于倾底铁水包。将平底改为倾底后，同工况下扭矩大幅增加。

针对马鞍山钢铁股份有限公司300 t复吹转炉存在顶枪供氧强度偏小、底吹强度弱、终渣全铁含量高、碳氧积波动大等制约炉机匹配、钢水质量提升等问题，借鉴国内外复吹转炉经验，在理论计算、数学模拟研究的基础上，结合现场实际，优化了马钢300t转炉喷头参数，确定了底吹供气强度，对顶底复合吹炼工艺、操作、炉底结构等进行了调整、优化，实现了强底吹下高效吹氧，炉龄超过7000炉，有效底吹近100%，终点碳氧积、活度氧、终渣w(TFe)分别降至13.7×10^-6、454.8×10^-6、16.66%，磷分配比达124.82，冶金效果显著。

炉渣流动性能是冶金流程高效安全进行的重要因素，由于熔渣成分复杂、高温试验难以精确开展，熔渣液相线温度的准确预测是一个难点。近年来人工智能技术的快速发展，在流程长、工艺复杂的冶金领域得到了广泛应用。通过BP神经网络模型、RBF神经网络模型以及随机森林模型来预测转炉渣CaO-SiO₂-MgO-Fe₂O₃-MnO-P₂O₅-Al₂O₃多元渣系的液相线温度，通过相关误差值评价模型训练效果。结果表明，三个模型的均方根误差分别为6.1141 ℃、8.8340 ℃和5.1115 ℃，所建模型能较好地预测该多元渣系的液相线温度。模型可以在冶金流程中涉及炉渣流动性控制的环节发挥关键作用，为相关工艺优化提供参考，如在转炉智能溅渣护炉控制中，基于随机森林模型预测转炉渣液相线温度，动态改变溅渣护炉工艺参数，为最佳溅渣护炉方案的确定提供理论指导。

外加电场处理冶金废渣中磷杂质是冶金固废循环利用的重要方式之一。为探究熔渣理化性能对电场强化冶金渣磷元素分离的影响，综合红外光谱、旋转黏度计法、四探针法以及脉冲电场试验，获得不同碱度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO精炼渣系的结构特征、黏度、电导率，并分析精炼渣理化性能对电场作用下磷迁移效率的影响。结果表明，渣系碱度在2.3~3.2内增加，Si-O和Al-O网络结构呈现解聚-聚合-解聚作用；综合熔渣熔化温度及网络结构影响，熔渣黏度呈现出降低-升高-降低趋势，而综合熔渣阳离子浓度及网络结构影响，熔渣电导率变化趋势与黏度相反；无电场时，综合熔渣网络结构和黏度影响，渣中磷元素迁移率呈现增大-降低-增大趋势，施加电场后，渣钢间原本的平衡态受到破坏，由于熔渣电导率和黏度及网络结构叠加作用，促进了磷元素的进一步迁移，且磷迁移率随碱度增加的变化规律与无电场时呈现的规律一致。

钢包底吹氩对钢水的运动、氩气泡在钢水中的迁移及夹杂物去除有重要影响。基于Fluent模拟软件建立了RH真空处理过程中钢包底吹氩的数值计算模型，对RH真空处理过程进行模拟分析，并对此模式下的钢水夹杂物尺寸及分布进行了取样分析。结果表明，RH真空处理过程中钢包底吹氩能有效增加钢包内钢水的流动速度，并减少钢包内部死区占比，同时，在一定程度上促进夹杂物的长大和上浮。另外，过大的钢包底吹氩气流量不但无法促使长大的夹杂物上浮被吸附，甚至还会导致钢水被二次污染。数值模拟及现场取样分析表明， RH真空处理过程中需采用适当的氩气流量钢包底吹氩操作，同等条件下，流量取值以5 m³/h为宜。

针对低碳低硅钢精炼过程脱硫与增硅问题，通过经典热力学分析了脱硫与增硅的规律。计算表明，当钢中w（Al）≥0.01%，即可将S质量分数降至0.01%以下，继续提高Al含量则增加钢液增硅的趋势。工业实践结果与热力学计算表现出较好的一致性。实际生产中，在钢中的S质量分数低于0.02%的条件下脱硫，钢液的增硅量也将增大，最大的增硅质量分数达到0.0318%；钢液的脱硫量越大，增硅量也越大，当钢中脱除质量分数0.067%的硫时，对应增硅质量分数约0.03%。冶炼中应结合到站Al和S含量综合考虑白灰和铝粒加入量进行造渣，LF精炼结束w（Al）为0.032%~0.038%，精炼渣碱度最适区间为9~11，渣中w（TFe+MnO）为0.6%~0.7%，可同时满足脱硫和减少增硅。

双通道式电磁感应加热中间包不仅能够补偿浇铸过程中出现的热量损失，而且具有改善中间包内钢液流动、促进钢液中非金属夹杂物去除的作用。本研究在对双通道式电磁感应加热中间包内的电磁力和流场进行了数值模拟研究的基础上，通过工业试验研究，分析了电磁感应加热中间包通道内钢液流动和夹杂物的去除情况。结果表明，在电磁场作用下，连铸中间包通道内钢液在该电磁力作用下会呈螺旋式前进。随着感应加热时间的延长，夹杂物含量不断降低，夹杂物去除率不断提高，与无感应加热条件相比，在感应加热5、10、15 min时，夹杂物去除率分别达到6.9 %、12.1 %和22.4 %。

采用酸浸低倍检测、电子显微镜、电子探针等手段对圆坯表面网状裂纹特征和形成原因进行了分析。研究发现圆坯表面网状裂纹沿粗大奥氏体晶界呈网状分布，存在明显脱碳现象，裂纹内富集As元素。分析表明圆坯表面网状裂纹的形成原因是钢中As元素含量高导致的奥氏体晶界As元素富集和过热度高导致的奥氏体晶粒粗大。据此进行了控制圆坯表面网状裂纹的工艺优化措施，控制钢中As元素质量分数在0.008 %以内、控制钢水过热度在20~35 ℃、降低结晶器保护渣熔点并提高黏度，取得了显著效果。

使用自动扫描电镜分析了镧铈混合稀土处理无取向电工钢生产全流程钢中夹杂物的形貌、数量和尺寸，采用ICP-MS测量了各个阶段钢中的总镧（TLa）和总铈（TCe）的含量。通过分析可知，在加入稀土前，钢中的氧化物夹杂主要为镁铝尖晶石；加入稀土后，钢中的夹杂物被改性为(RE)₂O₂S、(RE)AlO₃以及它们的复合夹杂物，此外还有少量的(RE)S。随着钢中TLa质量分数从1×10^-6增加到10 ×10^-6， TCe质量分数从5×10^-6增加到18×10^-6，夹杂物的改性规律为：Al₂O₃·MgO→(RE)AlO₃→(RE)₂O₂S、(RE)AlO₃双相夹杂物→(RE)₂O₂S→(RE)S。随着冶炼过程中钢中稀土含量的减少，(RE)₂O₂S、双相夹杂物（(RE)₂O₂S+(RE)AlO₃）数量递减，而尺寸基本维持在2 μm左右；(RE)AlO₃数量先增加后减少，在中间包钢液中达到最大值，此时尺寸在2~5 μm，在连铸坯中尺寸又减小到2 μm左右；中间包钢液中(RE)S数量较少，尺寸在1 μm左右，连铸坯中(RE)S的尺寸增加，在2~3 μm。通过热力学计算得到在1473 K条件下，钢中生成的稀土的夹杂物有(RE)₂O₂S、(RE)AlO₃以及它们的复合夹杂物以及(RE)S。

对“90t EAF→LF→RH→CC”流程生产轴承钢的全流程夹杂物进行了研究。结果表明，LF精炼结束以CaO-Al₂O₃-CaS和Al₂O₃·MgO尖晶石为主；VD真空处理后，Al₂O₃·MgO尖晶石几乎全部消失，钢中夹杂物以液态钙铝酸盐为主，T.O质量分数由精炼结束的8.6×10^-6降低至破空的4.3×10^-6，夹杂物的去除率达65%。浇铸过程中间包钢水T.O和N含量并未增加，但重新生成了Al₂O₃·MgO尖晶石，重新生成的尖晶石是恶化钢水可浇性的主要原因。

贝氏体钢轨强度高、塑性好，具有优良的抗接触疲劳和耐磨性，被誉为“21世纪的钢轨钢”，但贝氏体钢生产工艺具有一定的特殊性，钢中的夹杂物严重影响钢轨的塑性、韧性以及抗疲劳性能。为了研究贝氏体钢中典型夹杂物的变化规律，以国内某钢厂150t转炉→双150t LF→VD脱气→280mm×380mm方坯连铸生产的贝氏体钢为研究对象，对生产全流程取样，结合氧氮分析、钢液成分分析和非金属夹杂物分析，研究典型夹杂物的来源和形成机理。研究结果表明，贝氏体钢生产过程中氧氮含量持续降低，浇铸末期钢中氧、氮质量分数分别为0.0008%和0.0040%；一次LF化渣后夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃，主要是合金、脱氧剂和白灰带入的Ca、Al_s与钢中的氧或氧化物发生反应的脱氧产物；一次LF合金化后，夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO，夹杂物中CaO和MgO含量增加，Al₂O₃含量降低；二次LF进站夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO，夹杂物中SiO₂含量有所降低；二次LF合金化后夹杂物仍为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO，夹杂物中Al₂O₃含量降低，MgO含量升高；VD精炼至铸坯中夹杂物主要是CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO，VD精炼后成分基本稳定；从铸坯到钢轨夹杂物发生明显转变，MgO和Al₂O₃含量升高，SiO₂和CaO含量降低，钢轨中出现一定比例的镁铝尖晶石夹杂物，判断为冷却过程夹杂物转变所致。

根据大罐钢12MnNiVR钢板日常超声波探伤结果，发现探伤不合点集中在钢板厚度1/4处和厚度1/2位置。采用金相显微镜、扫描电镜等检测手段对超声波探伤不合样品进行了检测分析，发现位于厚度 1/4 位置的探伤不合缺陷主要是由宏观非金属夹杂物引起；而位于厚度 1/2位置的探伤不合缺陷是由钢板较严重的中心偏析导致后续轧制组织异常引起。通过优化RH真空处理完毕后喂钙量、降低连铸中间包钢水过热度、增加钢板缓冷等技术措施，有效提高了12MnNiVR钢成品钢板探伤合格率。

钢帘线和光伏产业用超细切割钢丝被誉为钢丝产品“皇冠上的明珠”，其对纯净度、组织均匀性要求都极为严苛，目前国产盘条与进口盘条相比在质量上还有很大的差距。因此，对国内外3组不同的切割丝用盘条的组织差异进行了全面而深入的研究。结果表明，新日铁盘条与神户制钢的盘条组织差异很小，而国产盘条与这两组相比差距主要体现在以下几个方面：1）全氧含量更高；2）盘条中夹杂物的数量最多，平均直径更大，且大尺寸的夹杂物数量比例更高；3）SiO₂-MnO-Al₂O₃系夹杂物成分主要集中在1300℃的低熔点区，但神户和新日铁盘条中此类夹杂物的成分分布较散乱，甚至有一部分高SiO₂含量的夹杂物存在；4）三组盘条的显微组织差异很小；5）新日铁和国产盘条的硬度、强度、塑性均很接近，而神户制钢盘条的硬度、强度最低。