近年来吹气加机械扒渣的涌动式扒渣工艺在生产中以除渣效率高、铁损少、成本低等优点得到应用。但对于该工艺的研究大都停留在基于实验室的简单研究和企业的经验积累，缺少理论上的支撑。以125 t铁水包为研究对象，采用数值模拟的方法对扒渣过程进行了研究，建立了铁水-渣-空气流动的三维数学模型，探究了喷枪吹气流量、插入深度、插入位置、渣层厚度等工艺参数对无渣层区域面积、长度、宽度和液面波动高度的影响，结果表明：喷枪吹气流量为300 m³/h左右时，能达到较好的驱渣效果；喷枪插入深度在800~1000mm时满足涌而不喷溅的条件，此时最有利于扒渣；喷枪插入位置为0.4P左右时，驱渣效果最好，最有利于扒渣。经过修正换算后，确定工业生产中最佳的喷吹气体流量约为100 m³/h，最佳的喷枪插入深度范围为800~1000 mm，喷枪插入位置在距离后包壁600~700 mm处时能达到最佳的驱渣效果，提高扒渣效率，为铁水扒渣的实际工业生产提供理论依据，保证钢铁公司低硫钢的稳定生产。

基于绿色低碳和高效冶炼理念，提出了转炉喷吹石灰石粉高效造渣炼钢技术，在炼钢温度下，石灰石粉分解产生的CO₂会与熔池元素发生氧化反应，进而影响冶炼效果。基于热态试验分析石灰石粉分解CO₂在铁水元素氧化过程中的反应规律，通过调控不同影响因素，系统研究了不同条件下脱碳规律。研究结果表明：与O₂相比，石灰石粉分解产生的CO₂脱碳速率较慢，O₂的脱碳能力约为CO₂的1.7倍。在不同初始碳含量下，平均脱碳速率约为0.0256 %/min，满足零级反应特征，即初始碳含量不影响脱碳反应速率。随着熔池温度从1450 ℃提高至1600 ℃，脱碳率提高了1.17倍，CO₂脱碳反应的活化能为27.96 kJ/mol。在较大流量下脱碳率明显增加，反应速度提高了1.68倍。明晰了石灰石粉分解CO₂参与脱碳行为热力学规律，进而明确了石灰石粉分解CO₂对造渣脱磷行为的影响。

通过建立比例1﹕5的物理模型，分别研究了吹气流量、吹气孔数、浸渍管插入深度以及真空室内液面高度等参数对210 t RH内钢液混匀过程的影响。同时，研究了不同吹气孔堵塞方式对RH内混匀的影响。结果表明：增大吹气流量使得RH内混匀时间逐渐降低直至趋于稳定，与吹气流量0.41 m³/h相比，混匀时间降低比例由5.5%增加至37.9%，此后基本保持不变，对应的最佳吹气流量为0.76 m³/h；增加吹气孔数、浸渍管插入深度以及提高真空室内液面高度均能促进RH内钢液的混匀，缩短混匀时间。在8孔吹气条件下，采用下层吹气方式时，混匀时间最短，较单侧吹气方式下混匀时间降低幅度为37.7~56.8 s；在12孔吹气条件下，采用上层堵4孔吹气方式时，混匀时间最短，较单侧吹气方式下混匀时间降低幅度为5.5~21.3 s。

采用EVO18型扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)对特厚板坯厚度方向上非金属夹杂物的数量、尺寸、成分、分布规律进行了研究，同时对铸坯中心裂纹处金相组织进行了观察分析。结果表明，特厚板坯中夹杂物的主要类型为Al₂O₃、MnS、TiN以及上述三种夹杂物的复合夹杂物。特厚板坯厚度方向上主要存在距内弧面1/4处的夹杂物聚集区。由于Mn元素和Ti元素的偏析作用，夹杂物MnS、TiN、MnS-TiN夹杂物在坯厚度中心附近在氧化物表面析出，所以大尺寸夹杂物在厚度中心处数量密度较大。从Al₂O₃+MgO+CaS+TiN的三维形貌及能谱图可以看出，由于特厚板坯厚度较大，冷却速度较慢，Al₂O₃在降温过程中率先析出，随着温度的降低，硫化物、氮化物在Al₂O₃周围析出。特厚板坯中心裂纹主要有两种产生原因，一是细小析出物钉扎组织晶界造成晶界处产生聚合孔洞，孔洞进一步长大形成中心裂纹；二是在铸坯凝固前沿，矫直应变容易造成沿晶撕裂产生裂纹。

采用热力学和动力学方法研究了轴承钢GCr15凝固过程中溶质元素偏析、钛夹杂析出规律及影响钛夹杂长大的因素。研究表明：1）GCr15钢在凝固过程中Ti(C_xN_1-x)先于TiN在凝固前沿的固液两相区析出，降低钢液初始Ti、N含量均能推迟Ti(C_xN_1-x)在凝固前沿的析出。Ti(C_xN_1-x)夹杂中的x值随w(Ti)₀下降而下降，但随w(N)₀下降而升高。2）凝固冷却速率对GCr15钢中Ti、N元素的凝固偏析影响不大，但对钛夹杂的长大影响显著。随着钢液初始Ti、N含量下降，钛夹杂凝固析出推迟，尺寸变小。采用70 t EAF→EBT→LF→RH→IC（模铸）工艺生产轴承钢GCr15大钢锭，从30 t GCr15钢锭经热锻/轧成的Ф75 mm圆棒上取样，w(T.O)、w(Ti)和w(N)分别为0.0007%、0.0010%、0.0019%。光学显微镜下检测到的钛夹杂是呈土红色的碳氮化钛夹杂；扫描电镜下观察到钢中钛夹杂形状不规则，钛夹杂最大尺寸17.4 μm，平均尺寸为9.2 μm，这与大吨位模铸锭冷却速率小有关。对大钢锭模铸而言，严格控制各工序钢水增Ti量和增N量，降低钢液中Ti、N含量，推迟钛夹杂在凝固过程中的析出是控制盾构机主轴承圆柱滚子用轴承钢GCr15产品钛夹杂尺寸的有效措施。

20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物尺寸及分布直接影响钢的力学及服役性能，控制钢中TiN夹杂物形貌及尺寸分布是提升20CrMnTi齿轮钢性能的有效路径。利用试验及热力学计算等方法，研究了稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物的改质行为。结果表明：未加稀土La元素时，析出的TiN微粒会在Al₂O₃核心上析出长大，逐渐成为尺寸较大的方形Al₂O₃-TiN复合相夹杂物，此时钢中含TiN夹杂物主要为纯TiN或Al₂O₃-TiN复合相夹杂物。加入稀土La后，钢中LaAlO₃先于Al₂O₃核心析出，析出的LaAlO₃将作为TiN形核核心，后续析出的TiN会在LaAlO₃核心上异质形核长大，逐渐成为尺寸较小的LaAlO₃-TiN复合相夹杂物，且改质后的TiN夹杂分布较为均匀。稀土La的加入可有效改质钢中TiN夹杂物形貌及尺寸，使得钢中TiN夹杂物由大尺寸棱角尖锐的不规则形状转变为小尺寸夹杂物，此时，钢中含Al₂O₃-TiN复合相夹杂物被改质为LaAlO₃-TiN复合相夹杂物，钢中含TiN夹杂物平均尺寸由4.825μm降至2.846μm。

高温渗碳可以降低碳排放，提高生产效率，是当前齿轮生产的发展方向。但是高温渗碳过程中容易产生晶粒异常粗大，为此，研究了质量分数0.0166 %Nb微合金化20MnCr5齿轮钢在不同加热温度下的晶粒长大行为与析出相的影响。对原始奥氏体晶粒组织进行观察分析的同时，用碳膜复型的方法萃取纳米析出相，并通过TEM和EDS分析了析出物的形貌和成分。结果表明，在加热过程中，晶粒演变是从缓慢长大，到晶粒异常长大和晶粒快速长大，平均晶粒尺寸由8.90 μm增加至244.83 μm。主要析出粒子有NbC、AlN与NbC+AlN复合粒子，利用Hillert模型对不同温度下较细与较粗晶粒的平均直径进行计算，可以得到了更加精准的奥氏体晶粒长大预测模型。随着加热温度升高，析出相粒子粗大和固溶是导致奥氏体晶粒异常长大的主要原因。