板坯连铸的实践表明，结晶器内钢水流动在很大程度上影响板坯内夹杂物和气泡的行为，弯月面附近的钢水流动又支配着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸，决定了铸坯的表面质量。电磁搅拌是利用不同的磁场发生装置，在铸坯周围产生交变磁场，当铸坯中的钢液通过此交变电磁场时，产生感生电流，感生电流又与磁感应强度共同作用产生电磁力推动铸坯内部钢液运动。因此，板坯连铸普遍采用结晶器电磁搅拌，以改变弯月面附近钢水流动方向，促使板坯表层的初生凝固壳前沿钢液的均匀流动，维持坯壳均匀稳定地生长，从而抑制钢液温度分布的偏差，降低凝固滞后的发生率，减小坯壳厚度偏差，成为获得优质铸坯的重要技术手段。

钢水洁净度和可浇性对钢的质量和材料性能有重大影响，是国内外冶金界重点研究课题，是炼钢工艺控制的重点和难点。吹氩是国内外提高钢水洁净度和可浇性常用的炉外精炼手段，LF、RH、VOD、VD等以钢包为基本容器的炉外精炼技术得到长足的发展，以中间包为基本容器的吹氩冶金技术的应用效果不理想，亟待突破。 目前国内外连铸中间包吹氩技术主要有透气上水口吹氩、塞棒吹氩和条形气幕挡墙吹氩。项目立项研发时，因钢水洁净度和可浇性差造成的连铸机浇注超低碳铝镇静钢的水口结瘤及其引发的铸坯质量缺陷，是国际冶金共性技术难题，国内外普遍采用透气上水口吹氩和塞棒吹氩，存在的主要问题：如图1所示，随着透气上水口的透气面黏附和沉积夹杂物，抑制水口结瘤的作用逐步失效，导致连铸机被迫停浇、连浇炉数低，而塞棒吹氩形成的氩气泡被卷入钢流中，部分氩气泡进入结晶器中来不及上浮，易造成铸坯皮下气泡缺陷；

本项目是大型钢铁企业、科研院所、检测机构等急需的产品。现在钢铁行业主要面临以下情况：利润需求：钢铁行业进入微利时代，高品质洁净钢具有更高附加值，成为钢铁企业发展的方向。 生产工艺：洁净钢技术研究及其生产工艺控制技术目前已经成为各钢铁企业的重要课题。减少钢中的杂质。而控制杂质的关键需要准确和快速的测定钢中夹杂物，并优化相应的炼钢工艺。由GPU计算工作群通过软件控制系统实现对高精密数控工作台、显微照相矩阵系统和激光光谱仪的精确控制，同时通过数据处理系统完成数据的采集和分析工作。

该项目属于冶金工程技术领域，是利用多模式磁场净化金属液的电磁冶金新技术。高端金属材料中残留夹杂物和气体对最终产品质量和性能的影响甚大，这类缺陷的控制水平是限制我国相当多的高端金属材料发展的关键技术难题之一。该技术提出多模式定制磁场以去除凝固界面附近的夹杂物和气泡，控制其定向运动，调节熔体流场新作用的基础上；并提出了电磁场控制结晶器内流场的量化综合评价标准体系，为优化多模式定制电磁场设计提供依据，避免电磁力作用导致卷渣吸气和凝固不均等问题的产生；并发明了一整套对合金凝固过程中夹杂物和气泡的新型电磁场控制装备和技术。所生产无氧铜中气体含量仅为世界最先进水平的一半，硬态电导率高达101%IACS，完全替代进口产品，应用于我国大科学装置并实现出口；显著有效改善宝钢高档汽车外板表面质量，钢质不良率降至0.13%，明显优于新日铁技术。

钢液加镁可以生成尺寸细小、分布弥散的尖晶石，尖晶石常被MnS-MgS包裹，具有一定的变形能力，从而改善了钢的性能。钢中加镁还能促进Ⅱ类硫化物转变为Ⅲ类硫化物。但金属镁比重轻，极其活泼，且蒸气压极高，加入钢液非常困难，制约了镁在钢中的大规模应用。此外，镁在不同钢种的作用机理还不明确，对某些特殊钢种（如轴承钢、硅钢等），钢液加镁的风险尚未系统评估。苏州大学与宝钢股份合作实施了“镁洁净钢新产品开发与技术集成”项目。其技术原理是：开发炼钢用镁合金包芯线，实现了镁向钢中高效、安全、稳定加入；开发适合梅钢炼钢产线的钢液镁处理新工艺和新品种；开发镁-钛协同夹杂物控制新技术，改善钢的凝固组织；开发以镁部分代替Nb、Ti、Mn的新方法，降低生产成本；形成钢液镁处理新技术集成，并实现工业化稳定应用。项目实现了如下目标： 1）乘用车车轮钢平均氧含量从18ppm降低至12ppm，夹杂物尺寸细小、分布弥散，车轮钢高周疲劳寿命从106增加至107；同类钢种的疲劳寿命在国内钢企中处于领先水平； 2）镁处理后，低碳微合金钢中Nb可以降低0.01%，Mn可以降低0.1%，吨钢降低成本10元以上； 3）镁处理后，含钛包晶钢的高温热塑性（700-900℃内断面收缩率）从20%提高到60%以上，包晶钢板坯角部质量显著改善。钢的高温热塑性接近新日铁-住金SSC技术获得的高温热塑性值（断面收缩率超过60%）； 4）镁处理后，430铁素体不锈钢等轴晶比例由37%提高到89%，443铁素体不锈钢等轴晶比例高达100%。比较新日铁生产的430不锈钢平均等轴晶率仅为60%。 该成果已经在上海梅山钢铁股份有限公司工业化应用，共涉及两大类钢种，共生产新产品73.77万吨。采用新技术后，低碳微合金钢力学性能显著提升，降低了合金成本；含钛包晶钢板坯质量显著改善，成品热卷废次降降低减少的质量损失。板坯角部裂纹减少，基本取消下线和清理，实现板坯热送，减少了能源消耗。新技术应用产生的直接经济效益6920万元/年，之前因夹杂物控制不稳定引起的乘用车车轮钢用户质量异议基本消除，困扰含钛包晶钢板坯裂纹缺陷的问题也基本得到解决，梅钢产品质量获得用户的极高评价。项目申请国家发明专利14项（授权3项），发表论文11篇。新技术还将在高强钢、管线钢、汽车板钢、不锈钢上推广应用，具有极好的应用前景，是洁净钢生产中一项重要的创新性成果。

超薄不锈精密带钢生产难度极大，特别是宽度≥400mm的宽幅薄带生产中存在板形及厚度精度难以控制、钢质纯净度低导致的轧制穿孔等技术难题和长线退火过程中的抽带、断带及折印等生产难题，无法满足用户对高平整度（不平度≤0.1mm/m）、高表面质量使用需求和稳定生产。围绕上述难题，项目组在板形、张力控制、钢质纯净度等方面进行研究开发，实现了以下创新： （1）首次基于边界积分的压扁计算方法，耦合辊系变形和金属塑性成形特性，开发出以复合性多曲线锥度辊系配置、高强韧钛合金轧辊设计和多轧程板形动态控制为核心的成套轧制技术，实现了宽幅超薄不锈精密带钢的高精度稳定轧制，厚度0.02mm、宽度640mm的产品国际首发。 （2）开发出多点转矩平衡补偿、螺旋芯轴型展平辊设计、非线性卷取张力动态调整的热处理线张力精准控制技术三大关键技术，解决了宽幅超薄不锈精密带钢长线退火过程中断带、折印及塌卷等世界性难题，实现了大卷重（2吨以上）超薄带高效连续稳定生产。 （3）开发出超薄带钢高表面系列控制技术，包括高纯净度塑性化夹杂物控制、无磷Na2SiO3高活性环保清洗（残留物≤3mg/m²）、同步接触辊式密封等技术，解决了超薄带钢轧制穿孔、表面划伤、清洗不良等问题，产品表面精美，覆膜性好。 （4）开发出软态、高硬高弹、去应力TA等性能调控技术，形成了20余种特殊功能的系列产品。 申请发明专利11项，授权5项，起草行业标准3项，发布2项，论文发表18篇，并形成一整套具有自主知识产权的宽幅不锈钢超薄料关键生产工艺技术，厚度0.02mm且宽度600mm以上国际独有。项目总体技术达到国际领先水平。

本成果针对铁路高速化和重载化发展背景下带来的安全化和长寿化问题，开发了高速和重载钢轨用钢洁净化、均质化和细晶化相关冶金关键技术，为高速轨和重载轨性能提升和安全性提供保障。主要创新点为： （1）基于硅铁和硅钙钡合金中铝和钙元素的洁净度水平，开发了硅钙钡-硅铁合金精准化高效复合脱氧技术，将高速轨和重载轨用钢中总氧含量降低至6.1 ppm的领先水平，显著提升钢轨洁净度。 （2）开发了高洁净钢轨钢中非金属夹杂物精准成分控制技术，突破性提出了非金属夹杂物半液态化的精准成分控制策略，并通过精炼渣和合金成分的协同控制、钢包软吹过程强吹氩搅拌，实现了钢液中大颗粒低熔点非金属夹杂物的有效上浮去除，将大尺寸非金属夹杂物引起的钢轨探伤不合格率降低至0.1%。 （3）开发了大方坯结晶器弱电磁搅拌和末端轻压下协同均质化技术，打破了结晶器强电磁搅拌改善连铸坯元素偏析的传统认识，解决了高速轨和重载轨用钢的大方坯中心偏析和1/4偏析的关键难题，钢轨偏析率降低至1.03%。 （4）开发了高均匀钢轨钢连铸坯控温缓冷技术，首次构建钢轨用钢连铸坯控温缓冷平台，将钢中氢元素的大幅度极限脱除至0.6ppm，有效防止氢致缺陷的产生。 （5）开发了稀土处理钢轨钢性能提升集成关键技术，采用稀土铁合金的稀土加入工艺提升了稀土收得率，显著细化非金属夹杂物尺寸和凝固组织，提升钢轨的综合性能，实现了稀土钢轨的规模化生产。 该成果出版学术专著4部，已获授权专利14项，发表学术论文47篇。该成果实现了包钢高速钢轨和重载钢轨的洁净化和均质化生产，促进了我国铁路钢轨的安全化和长寿化发展，产品广泛应用于“京雄高铁”为代表的高速铁路和“大秦线”为代表的重载铁路，经济效益和社会效益巨大，具有良好的应用前景。

齿轮钢材料是重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，是钢铁材料中的高技术含量产品，本项目提高材料纯净度、晶粒度稳定性和探伤可靠性，通过电炉冶炼+炉外精炼+真空脱气+惰性气体保护浇注生产方式，有效控制钢中氧、磷、硫含量和其他有害元素含量，从源头上确保材料的高纯净度，同时对锻造与热处理工艺进行创新和改进。 1、纯净度控制：通过控制精炼过程渣系组分，控制夹杂物性质，从而控制材料夹杂物的数量、大小。通过对浇注系统的工艺优化，使钢水浇注速度趋向恒定，避免因为浇注速度不稳定而引起的不均匀分布。采用全密闭氩气保护浇注，避免二次氧化形成的夹杂物，进一步降低钢水中夹杂物。通过提升浇注系统材料及结构设计，避免耐火材料掉入而引起的探伤级别增加。 2、晶粒度控制：晶粒度是齿轮钢的关键技术指标，通过对化学成分的优化设计，匹配不同的晶粒细化元素及含量，控制齿轮钢晶粒度；通过对各种锻后热处理工艺，确保晶粒度稳定。 技术指标如下：氧含量≤10ppm、探伤水平φ0.8mm、EVA≤200、晶粒度950度保温80h级别8-9级。夹杂物水平A类粗≤0.5、细≤0.5；B类粗≤0.5、细≤1.0；C类粗=0、细=0；D类粗≤0.5、细≤1.0；DS≤1.5。

随着城市地下交通的发展，国内对盾构机的需求量逐渐增加。作为大国重器的重要零件，高品质滚刀刀圈的国产化迫在眉睫。在服役状态下，滚刀刀圈处于复杂的地质环境中，与岩体直接接触，在纵向推力作用下，通过刀圈的碾压作用开挖岩石。通常情况下，因刀具损坏而造成的停机时间占总施工时间的16.3%，刀具费用占掘进成本的1/3。 频繁的换刀也严重地影响了施工进度，为减少停机换刀次数，降低刀圈损耗，有必要开发出综合性能更好的滚刀刀圈。这就要求钢中超低氧含量，较低的非金属夹杂物含量以及较小的夹杂物尺寸，致密的凝固组织。 在此背景下，北京科技大学和山东天物成型科技股份有限公司合作开发高品质盾构滚刀近终成形刀圈，从有衬电渣炉冶炼高效脱氧、钢液夹杂物精准控制、滚刀近终成形生产流程集成管控、凝固组织致密性、产品耐磨性等方面开展联合攻关，最终开发了高品质盾构滚刀的近终成形刀圈，保证了高品质盾构刀圈的低成本生产。

（1）项目开发出一种圆形上升管-椭圆下降管的RH新型真空槽装置，循环流量显著提升，脱碳效率大幅提升，RH脱碳至30ppm的时间缩短3分钟，RH脱碳至13ppm的时间缩短4分钟，并开发模型实现了RH精炼过程脱碳反应的准确预报，为RH高效化提供了保障。 （2）建立了RH精炼过程渣-钢-夹杂物反应热力学和动力学精准控制模型，开发了RH精炼氧含量控制和深脱硫技术，实现了IF钢铸坯全氧稳定控制在15ppm以下，高牌号无取向硅钢[S]≤15ppm的比例由30%提高至80%。 （3）建立了精炼过程“钢液-渣相-夹杂物-合金-耐火材料-空气”多元反应耦合成分预报动力学模型，搭建了RH精炼钢液窄成分控制大数据平台，取向硅钢产品[Al]±15ppm和[N]±5ppm的命中率从90%提升至98%以上，显著提升了RH精炼过程钢液成分的稳定控制，为RH成分精准稳定化生产提供了技术支撑。