针对电弧炉炼钢冶炼周期长、能量利用率低、生产成本高等问题，本项科技成果以高效、低耗、节能、优质生产为目标，研发了电弧炉炼钢复合吹炼技术，发明了电弧炉熔池内气-固喷吹脱磷、高效吸附脱氮、出钢在线连续喷粉脱氧等新方法，攻克了电弧炉高品质钢生产的世界难题。1、以集束供氧、同步长寿底吹搅拌等技术为核心，开发了电弧炉复合吹炼技术（图 1），实现了电弧炉炼钢供电、供氧及底吹等单元的操作集成，满足多元炉料条件下的电弧炉炼钢复合吹炼的技术要求。2、发明了电弧炉熔池内气-固喷吹冶炼新工艺（图 2），利用钢液面下的喷枪向熔池内部直接喷射 O 2 -CaO，依靠反应气体裹挟熔态渣粒直接反应实现快速深脱磷，颠覆了传统的渣-钢界面反应脱磷方式，冶炼终点磷含量降至 0.004%，实现了电弧炉炼钢低成本快速深脱磷。3、研发了电弧炉多元介质混合喷吹脱氮工艺及装备（图 3），冶炼终点钢液氮含量由原来的 0.0060%以上稳定降低至 0.0045%以下，突破了电弧炉炼钢氮含量控制技术瓶颈，是炼钢洁净化技术的重大创新。4、发明了电弧炉出钢过程在线连续喷粉脱氧技术（图 4），利用载气-脱氧粉剂高速射流直接冲击出钢钢流，碳质微粒与高温钢液快速接触，瞬态反应生成脱氧气泡实现无铝（硅）优先脱氧 150-200×10 -6 ，显著提高了合金收得率，钢中初始沉淀脱氧产物减少 40~50%，产品质量明显提升。

我国钢铁工业调整升级规划提出了促进创新发展、坚持绿色发展、推动智能制造的指导思想，实现我国钢铁工业转型升级。因此，开展高品质钢的智能制造相关技术的研究非常必要。冶金反应器内存在着复杂化学反应和物理过程，存在高温不可视的特点。本项目开发的高品质钢生产过程仿真模型可以准确地在线了解精炼和连铸过程的工作状况，确保洁净度和铸坯质量的精准控制，显著提高高品质钢洁净度和铸坯质量的稳定性和可靠性。建立的模型适用于不同钢铁企业、不同钢种、不同生产流程、不同冶金设备。因此，高品质钢冶炼过程仿真技术在钢铁冶金领域的应用前景十分广阔。（1）建立了铁水预处理脱硫模型。根据铁水包和相应搅拌器的尺寸得出几何模型，对于铁水包内 KR 脱硫过程进行数值模拟计算，包括 KR 搅拌过程中铁水包内速度分布、铁水漩涡面深度、氧化钙粒子的运动、分布和不同参数下的铁水脱硫效果。应用本研究开发的 KR 脱硫过程模型可以应用指导和提升现场生产过程 KR 反应器内的脱硫速率。（2）建立了转炉炼钢模型。根据钢水重量、氧气位置、相应转炉几何尺寸得出数学模型，实现对转炉内流场、速度场和温度场等精准预测，同时对转炉氧枪位置、流量等参数进行优化，实现对转炉内参数的优化和控制。（3）建立了吹氩过程合金化模型。合金化模型考虑了合金粒子的加入、运动、熔化和混匀的完整过程，并且通过用户定义程序（UDF），计算整个计算域内的混匀时间。本模型的应用可以更准确地预测实际生产钢包吹氩过程中合金混匀过程，提升钢液成分的稳定性，优化合金化时间，降低生产成本。（4）建立了钢包吹氩过程湍流条件下夹杂物去除模型。夹杂物去除模型重点研究了湍流强度对单个气泡对夹杂物去除率的影响，考虑了气泡尺寸对其形貌的影响、气泡尾流对夹杂物的捕获等。本模型的应用可以更准确地预测实际生产钢包吹氩过程中合金混匀过程和夹杂物的气泡浮选去除，提升钢包冶炼过程中高品质钢的洁净度。（5）建立了连铸中间包中间包模型。通过自主开发 UDF 子程序，对中间包内钢液三维流场和夹杂物浓度场进行耦合计算，使用 PSG 法计算多组不同特征直径夹杂物颗粒间碰撞聚合长大过程。可以用于模拟高品质钢生产过程冶金反应器中夹杂物的碰撞、长大及去除，实现夹杂物的尺寸和数量变化的精准预测，提升精炼及中间包冶金过程高品质钢钢液洁净度。（6）建立连铸结晶器内全凝固及夹杂物运动捕捉数值模型，实现了结晶器连铸过程流场、传热凝固、磁场和夹杂物运动的耦合计算。可应用于预测整个连铸过程的流场、铸坯温度和坯壳厚度等，尤其是可以预测夹杂物在整个铸坯断面上的分布规律，提升高品质钢铸坯洁净度。

成果简介氧枪是转炉炼钢工艺的关键设备， 氧枪粘渣一直是转炉炼钢生产普遍存在和难于解决的问题。 而目前工程中采用的人工清理方法， 其有效性和安全性都难以满足使用要求， 严重制约了正常生产的进行及各项经济技术指标的提高。 因此，高效可靠的转炉氧枪自动除渣装置， 对于加快转炉炼钢的生产节奏、 提高炼钢产量和生产效率， 增加企业经济效益， 保证氧枪设备安全可靠运行、 延长氧枪使用寿命、 减轻作业工人劳动强度等各个方面都具有重要意义。成熟程度和所需建设条件本项成果通过

成果简介实现炼钢生产过程（转炉/电炉、 精炼炉、 真空炉和连铸机） 的数据收集、存储和管理； 接收生产计划和生产指标参数； 实现生产组织协调跟踪、 生产过程和质量监视； 完成生产报表的打印记录； 在稳定的工艺过程基础上， 进行过程技术计算， 为当前处理时序和炉次操作提示指导。成熟程度和所需建设条件本项目成功应用于山东省某特钢企业 80 吨电炉生产。技术指标二级计算机系统采用 CLIENT/SERVER 结构进行实现， 数据库采用

针对钢铁工业 CO 2 排放量大的问题以及少（无）烟尘、深度脱磷、脱氮、控氧的绿色洁净炼钢的发展方向，2004 年研发团队提出将 CO 2 作为资源循环应用于炼钢过程，同时利用 CO 2 的高温特性解决现有冶金工艺存在的问题。经过根据十余年的研究发现，CO 2 是弱氧化性气体，在炼钢温度下与碳、硅、锰等元素可发生氧化反应，并伴随吸热或微放热效应，具有以下冶金功能：（1）利用 CO 2 参与炼钢反应的吸热效应，可将 2700-3000℃的顶吹氧气射流高温火点区降低至铁的沸点（2750℃）以下，减少了铁的蒸发量；（2）转炉炼钢前期硅、锰等元素的氧化使熔池迅速升温，难以满足低温高效脱磷的热力学条件，可通过喷吹 CO 2 控制熔池升温速率，延长低温脱磷时间，解决了长期困扰炼钢的脱磷不稳定、深脱磷难等问题；（3）与纯氧喷吹相比，CO 2 与钢中各元素反应均生成 CO，能够强化熔池搅拌，改善渣钢反应动力学条件，减少终点钢液过氧化，生产低氮/低磷/低氧钢种；（4）利用炼钢底吹 CO 2 的冷却效应，发明了 CO 2 控制“蘑菇头”生长与消除的动态平衡方法，可有效延长炼钢底吹元件寿命。在充分掌握 CO 2 高温弱氧化、强搅拌及冷却效应等冶金反应特性的基础上，研发团队提出在炼钢生产中采用 CO 2 代替部分顶吹 O 2 、底吹 CO 2 代替全部 N 2 /Ar进行 CO 2 -O 2 混合喷吹炼钢的工艺流程（见附件 1 工艺路线图），发明了具有自主知识产权的炼钢喷吹 CO 2 降尘、高效脱磷、脱氮/控氧及长寿底吹等系列技术，并完成了工业示范应用。

（专利号：ZL 201510465862.6） 简介：本发明公开了一种电磁加热含碳球团连续直接炼钢装置，属于钢铁冶金技术领域。本发明包括炼钢炉本体，在炼钢炉本体的顶部设有布料口和煤气出口，其布料区、还原区和软熔区组成双圆台形结构，渣铁熔分区呈圆柱形结构；在布料区和还原区的炉体四周设有至少两排微波加热装置，在软熔区和渣铁熔分区的炉体四周设有电磁感应加热装置。通过使用本发明中的电磁加热含碳球团连续直接炼钢装置，可以融炼铁、炼钢装置于一体，不需进行吹炼便可直接由含碳球团生产出合格的优质钢水，避免了传统的炉渣泡沫化和铁水渗碳需二次脱碳的难题，生产效率高，实现了连续炼钢，且基建成本和设备投资大幅节省。

本项目成果是由北京科技大学与石家庄钢铁有限责任公司（以下简称石钢）于2005年9月合作开展“炼钢－轧钢过程重点合同物流优化研究”课题的基础上、在2007年教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目—汽车用特殊钢制造流程的集成优化与协调控制研究（NCET-07-0067）项目的支持下，运用冶金流程工程学基础理论，结合炼钢厂运行优化控制技术从钢铁制造工艺、技术、管理、控制等多角度对石钢炼钢－连铸－轧钢复杂制造流程的运行、优化与控制开展系统性的研究工作，对实际生产排程过程进行抽象与描述，并生成排产规则库，优化特殊钢生产排程，形成特殊钢厂炼钢－连铸－轧钢系统运行控制与优化技术： 1）炼钢－轧钢过程系统的运行原则与调控策略；2）炼钢－轧钢过程系统的时间、温度解析与优化；3）工序生产能力的确定；4）生产模式的优化；5）流程温度制度的优化；6）生产过程组织与生产控制；7）钢包转运的解析与优化；8）中间包转运的解析与优化；9）生产排程与中间坯库的库存管控系统。 根据“炉机对应”、“铸轧对应”、“能耗最小”、“拉速决定流量”、“连铸连轧”等原则，在对特殊钢厂炼钢—轧钢工序作业时间、温度、工序间流量等环节的调控策略的基础上，从时间、温度及物质量3个基本参数出发，对特殊钢厂炼钢－连铸－轧钢流程的运行过程进行研究，掌握特殊钢厂炼钢－轧钢过程系统的物质流运行规律，通过进行炼钢－连铸－轧钢工序关系的协调优化，实现转炉、连铸机与轧机的协同运行。通过对钢包运行、铸坯运转进行解析，确定合理的钢包个数和连铸坯热送热装的管控策略。 针对特殊钢厂多品种、小批量的生产特点，对石钢现有生产流程进行规则抽象和描述，指出了现有生产计划中存在的问题，并提出了解决办法。建立了棒线材产线适用的炼钢炉次计划模型、连铸浇次计划（包括异钢种混浇）模型、轧制生产计划模型和半成品库的管控模型，对石钢生产排程系统进行了总体设计和总体业务流描述，对生产排程系统进行了技术架构并用Microsoft Visual Studio 2005 + SQL Server 2000进行了实现，为炼钢－连铸－轧钢的优化排程及库存优化管理提出系统解决方案。根据以上研究内容形成的教育部科技成果（鉴字[教 CW2009]第 022 号）具有我国完全自主知识产权，在棒线材产线钢、铸、轧生产优化排程方面达到国内领先水平，在冶金流程工程学理论、方法与生产计划优化技术结合领域具有国际先进水平。

（专利号：ZL 201310670511.X） 简介：本发明公开了一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，属于炼钢转炉渣的综合利用技术领域。其步骤为：转炉渣预处理，在转炉炼钢末期，通过向转炉内加入助熔剂对转炉渣进行预处理；转炉渣风淬处理，通过渣罐车将液态转炉渣送入风淬处理工位，液态转炉渣从中间罐流出，再通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，破碎成颗粒状；转炉渣分选处理，磁选后的转炉渣渣粒进行三级分选；喷砂处理，喷砂处理中的喷嘴包括中心喷嘴