钢中MnS夹杂的控制是一个涉及到包括冶炼、凝固、加热和轧制过程等多工序，需要多变量协同控制的系统工程。详细论述了国内外MnS夹杂的研究现状，阐述了不同元素、热处理和轧制工艺对MnS夹杂的影响机理；整理总结了当前MnS夹杂的工艺控制措施，通过采用合适的脱氧工艺提高凝固前沿氧含量、降低精炼渣碱度、采用合适的钙处理工艺、采用低碱度中间包覆盖剂、提高二冷水量加强冷却、降低电磁搅拌强度等方式能够有效地控制MnS夹杂形貌、尺寸和数量。近年来，针对MnS夹杂的变性处理和弥散化分布等控制难点，提出了一些新思路，即向钢液中添加Mg、Ca-Mg、Zr、Ce、Te等元素能够有效控制钢中MnS夹杂形貌、尺寸和数量。

为降低钢中有害杂质硫元素含量，KR脱硫法广泛应用于钢铁企业生产低硫钢，脱硫剂对脱硫效果影响尤为关键。基于单纯形格子法，综合FactSage 8.1热力学软件、半球点熔点仪、旋转黏度计、渣-金接触试验等，分析了CaO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂-MgO渣系组分对脱硫剂的液相线温度、硫容量、脱硫剂消耗量、熔化温度、黏度、脱硫率的影响规律。结果表明，脱硫剂液相线温度随CaO含量增加而增加，随CaF₂含量增加而降低；脱硫剂硫容量随CaO含量增加而增加，随Al₂O₃和CaF₂含量增加而降低；增加CaF₂和Al₂O₃含量，当脱硫剂中SiO₂含量低时，脱硫剂消耗量及熔化温度变化不大，而当SiO₂含量高时，脱硫剂消耗量大幅增加，熔化温度明显降低；熔化温度为1 400～1 424 ℃、w(SiO₂)=0～10 %、w(Al₂O₃)和w(CaF₂)均为5 %～15 %、w(MgO)=6 %的脱硫剂，其脱硫效率明显优于企业现用脱硫剂，并且CaF₂的综合脱硫能力较Al₂O₃强；结合脱硫剂高温黏度，综合脱硫效果以及后续扒渣工艺， 2号脱硫剂为KR脱硫的最佳选择。

基于260 t转炉实际生产数据，通过机器学习算法XGBoost（eXtreme Gradient Boosting，极限梯度提升树）、弹性回归、线性回归、AdaBoost(Adaptive Boosting，自适应提升树)四种算法建立了终渣主要成分CaO、SiO₂、TFe和MgO的预测模型。通过优化调参，XGBoost终渣成分预测模型的决定系数R²均在0.8以上。溅渣时间模型采用SVR（Support Vector Regression, 支持向量机回归）、LGBM （Light Gradient Boosting Machine，轻量梯度提升机回归）、GBDT（Gradient Boosting Decision Tree, 梯度提升树回归）、RF（Random Forest, 随机森林）和XGBoost五种算法进行建模。通过探究，将SVR、XGBoost、GBDT算法使用集成方法得到Stacking集成溅渣时间预测模型，Stacking集成溅渣时间预测模型提升了单个模型的预测效果，偏差为±20 s的预测命中率达89.95 %。

建立精准的转炉终点预测模型对生产效率和钢液洁净度的提升尤为重要。以首钢京唐钢铁联合有限责任公司“全三脱”工艺转炉为
研究对象，对历史生产数据进行皮尔逊相关性分析，得到与转炉终点温度、碳含量最相关的15个自变量。利用BP神经网络、极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）3种机器学习算法分别建立了转炉终点预测模型。随后选取160组新样本数据来检验3种模型的预测精度，结果表明：SVM模型下转炉终点温度、碳含量预测模型精度更高，终点温度预测误差在±15 ℃内的命中率为90.6 %，终点碳质量分数预测误差在±0.01 %内的命中率为93.8 %。另外，基于支持向量机算法建立的转炉终点预测模型，全三脱工艺比常规工艺的终点温度误差±15 ℃内、碳质量分数±0.01 %内命中率分别提高了9.1百分点和14.4百分点。

针对通过RTD曲线结合水模型流场可视化分析中间包内流体运动形态的方法较为复杂，且无法精确地给出死区区域分布的问题，提出了连铸中间包内流体运动形态模型分析方法。基于物理模拟所得RTD曲线分析结果，通过数值模拟判定死区，并确定了死区临界速度值与入口速度值的关系。以死区临界速度为基础，通过数值模拟可实时在线确定死区的占比和区域分布结果，进而评估单流和多流中间包内流体运动形态，并探究了连铸拉速及中间包构造对中间包内死区的占比和区域分布的影响。结果表明，采用流体运动形态模型能快速判定中间包死区，实现了死区的定量化和可视化。同时对比同一构造单流中间包时，死区临界速度随连铸拉速的提高而增大，死区体积分数则相反，而死区分布模式不发生改变。此外，可直观对比多流中间包内不同挡墙导流孔孔径和仰角下死区的大小和区域分布。当多流中间包内挡墙导流孔的孔径为70 mm，开孔仰角为19°时，多流中间包内死区体积分数仅为7.64 %，且死区集中在中部水口和侧壁附近。

以工字口弧形布流器的双辊薄带连铸为研究对象，建立了带宽为1 350 mm、辊径500 mm三维数值计算模型，对钢液流动状态与温度分布情况进行非稳态计算分析，以验证工字形弧形布流器的结构合理性，并分析在相同钢液入口温度条件下，不同带钢速度对熔池流场与温度场的影响。结果表明，工字口弧形布流器在熔池温度分布、流动状态、凝固情况均表现良好。在入口钢液温度为1 770 K条件下，拉速从20 m/min增加到40 m/min和60 m/min，出口处从液相质量分数从0变为0.15和0.47，凝固坯壳厚度也减为0.5、0.1 mm，工作拉速在40 m/min左右较为合理。

针对某5机5流圆坯连铸机存在多炉连浇时铸坯质量不稳定，尤其是换包过程中氧化性的引流砂不断污染钢水、影响钢液洁净度的问题，以5流中间包为研究对象，分别通过热力学计算和水模拟试验研究了引流砂对钢液质量的影响，提出了改善引流砂流动行为的优化方案。结果表明：开浇过程引流砂会导致钢液氧含量的增加，降低钢液的洁净度；非稳态浇铸过程中，引流砂进入钢液内部发生卷渣，其去除率与长水口插入深度、钢包流量以及中间包液面有关，当大包流量为3 m³/h，长水口浸入深度为160 mm，中包液面为400 mm时，引流砂去除率最高为94 %；优化后的控流装置方案改善了引流砂的流动行为，其去除率最大达到了99.5 %，且稳态浇铸时，各流响应时间和平均停留时间散度较小，各流一致性提高，有利于均匀钢水的成分和温度。

针对含铌低合金钢中大颗粒NbC晶界析出及先共析铁素体膜诱导连铸坯裂纹的问题，利用Matlab建立凝固传热模型和优化二冷各段目标设定温度，反算改进连铸二次冷却水量，有效提高了NbC析出温度区间内的铸坯边部冷却速率及矫直前铸坯温度，增强了铸坯窄边在矫直区前的热塑性。研究表明：Q345钢中NbC在A_e3上温度区间（1 108～905 ℃）基本完全析出，在原有连铸二次冷却制度下，NbC析出区间的铸坯冷却速率低（4.33 ℃/s），难以避免大颗粒NbC在奥氏体晶界析出，而且连铸坯矫直前窄边温度低于相变A_e3温度，导致奥氏体晶界先共析铁素体膜的形成，二者共同诱导铸坯窄边裂纹的形成；通过二次冷却3～7段的目标温度及边部水量的调整计算，实现了铸坯窄边冷却速率达到5.92 ℃/s，有助于NbC细小弥散析出，同时铸坯窄边矫直前温度高于A_e3温度，避免了先共析铁素体膜的形成，可显著提高含铌低合金钢的热塑性，对控制CSP工艺下含铌低合金钢边部缺陷提供了理论参考。

针对铝脱氧25Mn钢圆铸坯中夹杂物的分布特征，通过配备夹杂物自动分析仪的扫描电镜-能谱仪（SEM-EDS）检测了圆坯不同径向位置处夹杂物的二维形貌、成分及数量密度。对钢中夹杂物进行非水电解提取及三维形貌、成分的观察，并结合FactSage 8.0软件进行了计算分析。结果表明，在钢液的凝固冷却过程中，随着温度的降低，夹杂物中Al2O3含量逐渐增加，CaS含量先增加后减少，CaO及SiO₂含量逐渐减少。随着钢中氧含量的增加，单相钢液的稳定区域逐渐缩小，液相氧化物稳定区域增加。钢中夹杂物主要可分为含SiO₂的S类、含Al₂O₃的A类、含MgO的M类及以CaO或CaS为基础的C类。随着靠近圆铸坯中心位置，夹杂物的总数量密度呈现小幅增加态势，S类、A类及M类夹杂物数量密度小幅增加，C类夹杂物数量密度小幅减少。在靠近圆铸坯表面附近，大部分CaO-Al₂O₃-MgO类夹杂物处于液相区附近，随着逐渐靠近圆铸坯中心处，CaO-Al₂O₃-MgO类夹杂物组成逐渐远离液相区域，其平均成分由液相区域逐渐转移至固相区域，夹杂物中MgO含量增加。非水电解提取到的夹杂物与夹杂物自动分析所观察到的夹杂物种类基本一致。

为了比较液态和固态夹杂物的去除率，对比了管线钢冶炼过程中常见的四类典型夹杂物Al₂O₃、MgO-Al₂O₃、CaO-Al₂O₃-CaS、CaO-Al₂O₃在RH真空处理中的去除率。研究结果表明，钢液中的固态夹杂物比液态夹杂物更容易去除。为了得到液态夹杂物不易去除的原因，采用高温激光共聚焦扫描显微镜原位观察了CaO-Al₂O₃夹杂物在1 600 ℃钢液中的行为。结果表明，该类夹杂物不易发生聚合长大，随着温度的降低，夹杂物的尺寸进一步增加，其后被凝固基体捕捉。铸坯中大于等于20 μm的CaO-Al₂O₃类夹杂物经轧制后延展就可以造成热轧板中大尺寸夹杂物超标。

目前在溅渣护炉过程中进行气化脱磷是一种有效的炉渣除磷技术。为保证转炉熔渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果，在实验室进行了气化脱磷渣作为返料用于造渣脱磷的试验研究。研究结果表明，气化脱磷渣用于铁水脱磷时前期脱磷能力强，终点脱磷率低，其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为53.3  %和0.16 %/min；对比配制脱磷剂炉次可知，配制脱磷剂前期脱磷效果差，终点脱磷率高，其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为91.6 %和0.32 %/min。根据两者脱磷剂的脱磷优势采用混合配比铁水脱磷，当气化脱磷渣大比例用于铁水脱磷时出现回磷现象；当混合比例为1∶4时脱磷效果最好，终点脱磷率为64.4 %。采用生命周期评价法对混合渣料比例为1∶4铁水脱磷进行CO₂减排评估，从系统边界的起点到终点预估吨钢可减排CO₂  6.034～10.34 kg，吨钢可节省石灰成本1.8～3.0元。