钢帘线被誉为是线材中的顶级产品，被誉为“皇冠上的明珠”。它是伴随着子午线轮胎的发展而发展起来的。以钢帘线为骨架材料的子午线轮胎具有高速、高载、耐久等一系列优良特性。随着汽车工业的发展，用于制造子午线轮胎的钢帘线需求量不断增加，同时对钢帘线的品种、性能及质量提出新的要求。作为生产钢帘线的原材料，帘线钢质量很大程度上决定了帘线的品质。帘线钢的洁净度，元素偏析等级，尤其是钢中夹杂物的形态对后续产品有着极大的影响。非金属夹杂物易引起钢丝拉拔和合股过程中断丝的发生，因此要求帘线钢中夹杂物尺寸小，且在轧制和冷拔等加工过程中具有良好的变形性能。根据子午轮胎产品性能和太阳能级硅产业的发展要求，钢帘线和切割丝向着超高强度（4000 MPa 及以上）方向发展，开发高强度、超高强度帘线钢丝，对实现轮胎的轻量化、降低用燃料的费用、降低生产成本意义重大。目前国内依旧不能稳定、高效的生产高牌号的帘线钢，开发帘线钢冶炼关键技术对提升企业生产技术水平和质量控制水平，取代进口高端钢帘线产品意义重大。（1）帘线钢冶炼过程原辅料成分设计技术。帘线钢生产过程中一般采用Si-Mn 复合脱氧，但由于合金和辅料中存在 Al 的来源，帘线钢主要的夹杂物为MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 系和 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系两类。其中，MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 为脱氧反应产物，CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 为钢渣反应生成。不同工序氧化物复合夹杂类型会发生转变，大量研究表明转炉出钢、精炼过程随着钢液成分的变化，夹杂物的成分在不断变化中。实际生产中使用的各种物料，包括合金、脱氧剂及钢包内衬直接影响钢液成分，进而改变钢液中非金属夹杂物的成分。高端帘线钢中非金属夹杂物主要成分为 SiO 2 -MnO，几乎没有 Al 2 O 3 的存在，因此在实际的生产过程中杜绝任何含 Al的原料。国内企业在实际生产时更倾向于使用价格低廉的合金、脱氧剂等原料以降低生产成本，为此本项目不仅研究了合金、脱氧剂、耐材等物料中 Al 的含量，还研究了各物料对钢液成分以及非金属夹杂物成分的影响程度，以选择更高性价比的物料搭配。在使用不同物料后取样分析，发现合金对钢液中非金属夹杂物的影响最大，低铝硅铁和普通硅铁对钢液中非金属夹杂物的成分影响如图 1，可以看出合金的使用直接改变夹杂物的体系。实际生产过程中可根据产品等级和各物料对钢中非金属夹杂物的影响，针对性的使用物料控制生产成本。（2）帘线钢精炼渣成分设计技术. 炉渣成分对钢液成分有着直接影响，帘线钢精炼一般采用 CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 渣系，精炼渣的成分对钢中夹杂物的控制起重要作用。研究表明精炼渣中相同 Al 2 O 3 含量的条件下，钢液中[Al]s 含量随精炼渣碱度增高而增高；相同碱度的条件下，钢液中 Als 含量随精炼渣中 Al 2 O 3 含量增加而增加。当精炼渣的碱度为 1.0 时，钢液中[Al]s 随渣中 Al 2 O 3 含量增加亦呈增加趋势， [Al]s 增量有限。同时，夹杂物中 Al 2 O 3 和 MnO 含量取决于渣-钢间的氧势，如氧势高，则夹杂物中 MnO 含量高。反之，当系统氧势低时，渣中CaO 和 Al 2 O 3 会有少部分被还原进入钢液，夹杂物 CaO 和 Al 2 O 3 含量增加，MnO 含量减少。在实际的冶炼过程中，精炼渣进入钢液是不可能完全避免的，精炼渣进入钢液后将形成含大量 CaO、Al 2 O 3 的夹杂物。对此为控制钢中非金属夹杂物的成分将精炼渣的碱度控制在 CaO/SiO 2 ≤1，实际生产过程中，精炼渣的最佳成分还应根据精炼过程的渣钢比，所使用合金、脱氧剂、耐材等条件进行优化。（3）帘线钢中夹杂物变形性能评估模型。许多研究认为低熔点夹杂物在轧制和加工过程中变形更好。如果轧制过程中夹杂物是液态的，那这毫无疑问是对的。 102 / 298然而，实际的轧制温度往往大部分都低于夹杂物的熔点。在轧制温度降到夹杂物固相线温度以前，虽然夹杂物不是液态，但是由于软化它们仍然具有一定的变形性。然而，当温度降低至固相线以下时，夹杂物将完全转变为固态。并且，钢的变形不仅包括轧制，还包括其他冷加工，譬如，帘线钢冷拔过程的温度基本为室温，显著低于夹杂物的固相线温度。因此，只用熔点来评估冷拔或冷轧过程中夹杂物的变形性能不太合理或者说不太全面。本项目提出使用低温下夹杂物的杨氏模量评估变形能力的模型，认为氧化物变形能力与杨氏模量大小成反比，并拟合了低温下的氧化物杨氏模量与平均原子体积关系：2.939811 E V ，对Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 系和 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 系氧化物的低温杨氏模量进行了计算，如图 2所示。由于冷拔过程氧化物变形能力与杨氏模量大小成反比，为了降低冷拔过程的断丝率，夹杂物需要控制到图中所示的深蓝色区域，即要求具有很高的 SiO 2含量和极低的 Al 2 O 3 含量。由图还可知，由于具有最大的杨氏模量，Al 2 O 3 对帘线钢中氧化物的变形性能最为有害，这也是为什么帘线钢生产过程中需要严格控制钢中 Al 含量。

非调质钢作为高效节能环保型钢材在世界范围内发展迅速。它是指经过精密锻造或热轧并控制冷却后就可以达到调质钢才能得到综合性能的一类钢，由于在使用过程中可以省掉调质工序而得名。由于其具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，目前备受世界各国的关注，得到迅速发展和使用，使用量日益增大，广泛用于诸如汽车连杆、曲轴、转向节轴、驱动轴、前桥等零件和结构件，是汽车用钢的典型代表。非调质钢属于合金结构钢，为了保证合金结构钢所制零件的使用寿命，对其洁净度有严格的要求，非调质钢可以采用各种方式进行冶炼，但其对洁净度的要求，只能比合金结构钢更高，而且非调质钢属于微合金钢，要发挥合金元素的作用，其钢液必须是满足一定的洁净度的。因此，开发非调质钢中非金属夹杂物控制关键技术及其重要。（1）非调质钢中夹杂物成分控制技术。将不同工序夹杂物成分求平均值，观察夹杂物在全流程的变化趋势。从 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 三元相图可以看出，夹杂物中主要成分是 Al 2 O 3 和 MnO。随着冶炼进行，夹杂物中 MnO 含量变化不大；夹杂物中 SiO 2 含量比较稳定，在 10%左右，VD 破真空后夹杂物中 SiO 2 含量有所升高，其余工序几乎没有变化。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MgO-CaO 2 三元相图变化表明，钢中夹杂物中 MgO 含量较低，约在 10%以下，冶炼过程中没有明显变化，VD 真空处理后，由于渣线对耐火材料的侵蚀，导致出现部分高 MgO 含量的夹杂物，而良好的渣吸附作用使夹杂物中 MgO 含量没有明显变化；夹杂物中 CaO 含量在冶炼过程中有先升高，后降低的趋势。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 三元相图变化表明，冶炼过程中 SiO 2 含量稳定；夹杂物中 CaO 含量在 LF 进站时较低，经过 LF精炼后，夹杂物从 Al 2 O 3 -MnO 为主要成分，转变为 Al 2 O 3 -MnO–CaO；VD 真空精炼对夹杂物成分影响不大，但增 S 操作后，夹杂物中 CaO 含量明显降低，可能是由于生产 CaS 的缘故；连铸过程由于二次氧化，使夹杂物中 Al 2 O 3 含量上升，夹杂物 CaO 含量有所下降。全流程夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MnO-CaO 三元相图变化表明，电炉出钢后夹杂物中 Al 2 O 3 含量较高，LF 出站和 VD 真空后夹杂物中 Al 2 O 3 含量有所降低，CaO 含量有所升高，渣钢平衡反应是其主要原因；夹杂物中 Al 2 O 3和 MnO 含量在增硫之后有所升高，可能是由于连铸过程中有二次氧化导致。（2）非调质钢中夹杂物数量和尺寸控制技术。根据 Aspex 扫描结果做出的全流程钢中硫化物、氧硫化物、氧化物分布图，如图 2。对全流程单位面积夹杂物数量结果分析表明，随着冶炼的进行，氧化物数量在 VD 破真空前持续降低，软吹后数量有所升高，之后较为稳定，数量约在 12 个/mm2 ，多数氧化物夹杂属于氧硫化物，在 VD 破真空后明显降低，较 LF 工序后期降低约 50%，体现了极佳的精炼效果。连铸过程的氧化物夹杂数量稳定，保护浇铸较好。铸坯和轧材横截面中数量均较低，约 10 个/mm2 。硫化物是最终钢中主要夹杂物。LF 精炼和 VD真空精炼使钢中的硫化物数量降低。在 VD 破软吹后加入 FeS 进行增硫，硫化物数量明显升高，铸坯中由于凝固过程有充分的时间让硫化物聚集长大，因此数量较低，但面积较大。轧材横纵断面中硫化物数量较高，但相对铸坯中尺寸较小，轧材纵截面硫化物的尺寸相对横截面较大。

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下，经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用，有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外，造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面，由于钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。因此，提高弹簧的疲劳寿命，关键要提高弹簧钢的洁净度，因此就要降低氧含量，减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。（1）不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线，以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响，研究表明高碱度有利于氧含量的降低，低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型，可以预测钢液凝固和冷过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。（2）铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比，可以看出，合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大，优化合金可以有效的控制夹杂物中 Al2O3 含量，而对于 MgO 含量影响不大，提升夹杂物塑性化比例。（3）弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种：一种是降低钢中总氧，获得高的洁净度，即采用强脱氧剂 Al 脱氧，将钢中绝大部分溶解氧转化为 Al 2 O 3 ，然后通过炉渣吸收，吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段促进夹杂物上浮，达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法，采用 Si 脱氧，严格控制钢中 Al 含量，避免Al 2 O 3 的析出，这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢，但是夹杂物低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物，疲劳极限优于 Al 脱氧弹簧钢。

汽车板要求优异的深冲性能，主要是 IF 钢，也称超低碳钢，在汽车工业中得到了广泛应用。对于 IF 钢，要获得成品钢材的高延展性、高塑性应变比以及优良的表面性能，要求钢中 C、N、O 含量尽可能低。由于铝具备强脱氧能力，IF钢生产过程采用Al 脱氧，在很短时间内钢中溶解氧即可以降低到 1×10-6 ~3×10 -6 ，同时生成 Al 2 O 3 夹杂。目前 IF 钢生产过程遇到的与夹杂物有关的问题主要包括：（1）钢水可浇性差，易发生浸入式水口堵塞；（2）由铸坯内大型夹杂物引起的冷轧薄板表面长条线状缺陷等。其中针对可浇性问题，主要是要尽可能地减少夹杂物的生成并促进夹杂物的去除，针对表面缺陷问题，主要是促进夹杂物在结晶器内的上浮去除，减少夹杂物被凝固坯壳捕捉。因此，开发了汽车板中非金属夹杂物控制关键技术，为提升国内钢铁企业汽车板的生产效率和产品质量做出了贡献。（1）RH 精炼能力提升技术。RH 真空精炼是汽车板钢中非金属夹杂物去除的主要场所，RH 精炼能力的提升有利于增加夹杂物的去除效率。而 RH 循环流量的增加是提升其精炼能力的主要手段。以往的研究主要集中于增大提升气体流量或者增大真空度来增加 RH 循环流量，但能够实现的增幅有限。本项目创造性地设计了一种圆形上升管-椭圆下降管的 RH 新型真空槽装置，并应用于企业生产实践。将RH 反应器的下降管替换为椭圆形，在不必增加钢包内径的前提下增大了下降管的截面积，起到增大循环流量并延长钢包使用寿命的效果。该技术可解决 RH 精炼效率提升的瓶颈问题，能够大幅提升 RH 真空精炼的效率和能力。图 1 所示的工业试验结果显示了采用此技术时夹杂物最少。（2）超低碳钢铸坯表层凝固钩预测和控制技术。以往对汽车板钢浇铸过程凝固坯壳对夹杂物的捕获现象研究较少，而通过研究发现浇铸过程钢中夹杂物和气泡容易被铸坯表层凝固钩结构所捕获。凝固钩是在结晶器内弯月面凝固后形成的结构，该结构向结晶器内部延伸，很容易捕获结晶器内上浮的气泡和夹杂物，从而引起铸坯的表层缺陷。尤其是超低碳钢凝固过程中的糊状区较窄，更容易形成大尺寸的凝固钩结构，因此对超低碳钢铸坯表层的凝固钩结构的控制尤为重要。本项目通过对不同浇铸参数下的铸坯凝固钩进行对比，研究了不同浇铸参数对凝固钩深度的影响，并通过建立结晶器初始凝固模型，开发了超低碳钢铸坯表层凝固钩的预测和控制技术。通过该技术的实施可以实现不同浇铸工艺条件下凝固钩深度和长度的预测，并采取针对性的措施对其进行控制。一方面有利于预测汽车板铸坯的扒皮深度，另一方面通过控制措施（较高拉速、较高浇铸温度和较低的结晶器一冷水流量、采用电磁制动等）的实施有效减小凝固钩的尺寸，如图 2 实施，减少其对大尺寸夹杂物和气泡的捕获，从而提升汽车板表面质量。（3）超低碳钢连铸一冷优化模型。结晶器是连铸机的心脏，具有极高的冷却效率。结晶器内的钢液流动和冷却速率对结晶器内的凝固坯壳生产和夹杂物的运动、去除和捕获具有重要影响，尤其是对超低碳钢铸坯表层凝固钩尺寸及其对夹杂物和气泡的捕获影响显著。本项目对超低碳钢连铸一冷优化模型进行了开发。首先建立结晶器内的流动及坯壳凝固模型，综合考虑了结晶器内钢液的流动、钢液及坯壳的传热、坯壳与铜板间的缝隙传热、铜板及冷却水的传热。模型首先通过Fluent 软件进行结晶器内的流场和温度场模拟，然后将得到的固相线处的热流密度导出，作为凝固模型的参数输入到凝固模型中进行计算。运用模型对结晶器的传热进行了计算，模拟了一系列结晶器宽度、拉速及浇铸过热度的结果，并将计算的结晶器水流量进行综合统计，得到了适合现场调水的临界水流量水表。在模型计算过程中，模型不但考虑了钢液流动、钢液及坯壳的传热、缝隙传热、铜板及冷却水传热，还对冷却水核沸等额外瞬间增大的热阻的现象进行了警示。图3 所示为模型计算得到的不同拉速、结晶器宽度下的临界水流量，能够为超低碳钢浇铸过程结晶器一冷水量优化提供指导，一冷水并不是越大越好，在保证安全的情况下适当地降低一冷水量能够有效减小凝固钩尺寸和铸坯表层夹杂物的数量。

传统无信号控制环形交叉口适应于流量较小的交叉口，当流量增加时，往往成为城 市交通拥阻的主要发生地之一，国内大量环形交叉口面临改造问题。 本成果基于杨晓光教授首先提出并践行的“环形交叉口左转二次控制理论”，对环 形交叉口在空间上和时间上形成了优化设计技术，包括机动车交通和慢行交通空间设计 与信号控制技术，以及非常规环形交叉口的布局设计；以及信号控制中的主要参数相位 相序、绿灯时间、相位损失时间的计算方法。 成果给出了信号控制环形交叉口通行能力关键影响因素间的定量关系，可以最佳确 定绿灯间隔时间、环道左转容量等参数。并提出了信号控制环形交叉口直行与左转通行 能力的计算方法，在此基础上，可计算分析信号周期、中心岛半径与环形交叉口通行能 力的最佳组合。 本成果的应用将规范各类环形交叉口的交通秩序，改善城市交通面貌；极大地提高 环形交叉口的通行效率，缓解城市道路交通压力；避免对环形交叉口进行无谓改造，节 省城市建设资金，减少对城市环境等的破坏。

连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。欲得到优质铸坯，重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度，而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯，使铸坯表面温度保持在允许的范围内，对提高连铸坯的质量好连铸生产具有重要的作用。原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题，主要是以济钢板坯连铸机而冷控制为研究对象，应用二维传热数学模型，建立了板坯连铸机二冷配水计算模型，编制了二冷配水计算软件，完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统，实现了对连铸而冷水在线控制。本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统，结合现场具体条件，利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型好计算软件，计算配水参数，实现二冷水自动控制，从而确保连铸机高的产量好良好的质量。

本成果针对化工工艺过程的生产特点，以火灾、爆炸、泄漏事故过程的危险状态及其存在与转化条件、事故成灾机理及其动力学过程理论模型为基础，综合运用计算机仿真模拟技术、软件工程理论、数据库技术、网络技术及GIS 技术等，开发典型化工工艺过程实时灾害监测、仿真模拟与综合定量风险分析平台，为过程工业的事故隐患排查、灾害预防和灾情控制提供技术支撑。

本成果针对化工工艺过程的生产特点，以火灾、爆炸、泄漏事故过程的危险状态及其存在与转化条件、事故成灾机理及其动力学过程理论模型为基础，综合运用计算机仿真模拟技术、软件工程理论、数据库技术、网络技术及GIS 技术等，开发典型化工工艺过程实时灾害监测、仿真模拟与综合定量风险分析平台，为过程工业的事故隐患排查、灾害预防和灾情控制提供技术支撑。所形成的化工过程安全监测预警与事故应急处置技术、化工过程爆炸灾害理论模型及防灾决策支持系统、工业过程火灾爆炸灾害事故模式与分析鉴定技术等先后获

微电网优化规划与运行控制关键技术及其应用主要创新性成果如下： （1）系统地发展了含多种分布式能源、多种储能系统、可满足用户综合能源需求的复杂微电网优化规划方法，可实现微电网全生命周期的优化规划。 （2）系统地发展了适于复杂微电网多时间尺度性能研究的仿真分析方法，建成了我国第一个微电网综合物理仿真平台，为微电网运行分析、保护及控制装备研制等提供了强有力的技术支撑。 （3）系统地发展了微电网能量优化管理方法，针对不同结构与组成形式的微电网，可实现分布式电源出力

成果来自多项省部级科技计划项目，分别获得省部级一、二、三等奖励的重点纵向成果，发表论文10多篇，出版专著3部，获发明专利1项，目前已进入实用阶段。该成果首次提出高铁卫星和常规测量的控制网技术指标；研制出方向自适应投影和CPⅢ网数据处理软件；建立600 m标准轨道检验场进行轨道检测设备的国内首次产品技术认证。方向自适应投影的准确性比国外同类型技术提高10倍，使高铁控制网边长投影变形<1 mm/km；建立600 m以上标准轨道进行轨道检测设备的计量认证国外尚无先例，是唯一可以检测轨道300 m弦平顺性≤10 mm技术指标的计量检测手段。