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钢铁 2025年第4期 36-43+57页

作者：刘一民文姗姗梁叶何志军高立华辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室

在中国全力推进绿色低碳冶金的大背景下，钢铁工业正面临转型挑战与绿色发展要求，这迫切需要对高炉炉料结构进行深度调整与优化，以实现节能降碳与污染减排的双重目标。在现代冶金生产中，球团矿对比烧结矿，其自身生产的节能减排更优... 详细信息

在中国全力推进绿色低碳冶金的大背景下，钢铁工业正面临转型挑战与绿色发展要求，这迫切需要对高炉炉料结构进行深度调整与优化，以实现节能降碳与污染减排的双重目标。在现代冶金生产中，球团矿对比烧结矿，其自身生产的节能减排更优，对球团矿质量和数量的准确检测至关重要。在钢铁制造企业中，操作人员依赖筛分检测等经验手段来评估球团矿的粒径状态，测量时间长、准确率低。采用全自动化的监测与测量系统对球团矿粒径进行优化管理显得尤为迫切和重要。提出YOLOv5+U-Net结合的算法，与Deeplabv3+以及FCN神经网络模型进行对比试验，得出3种算法各自的优点和局限性。Deeplabv3+算法采用无卷积内核和基于无卷积的空间金字塔池（ASPP）架构，较大和较小采样率的空洞卷积可以捕捉球团整体和细节部分。FCN算法对图像中的噪声、变形和环境光变化等具有一定的鲁棒性，通过学习到的特征来克服干扰因素，准确地进行分割。YOLO算法经过多年的迭代和发展，将目标检测转化为回归问题并且引入归一化，检测精度进一步提高。验证了YOLOv5+U-Net神经网络模型在计算机深度学习、图像处理技术对球团粒径进行检测识别的方案。在检测生球粒径试验中，准确率达到97%以上，召回率达到66.8%。基于本文所提出的球团检测方法在工业自动化和质量控制等领域具有广阔的应用空间，为球团检测技术的发展提供了新的思路和方法。

关键词：球团矿生产圆盘造球机卷积神经网络图像处理 YOLO算法深度学习球团粒度模型

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基于PSO-MLP的RH精炼终点温度预报模型开发与应用

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冶金能源 2025年第2期44卷 60-65页

作者：施树蓉韩啸胡倩倩何志军辛宇辽宁科技大学辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室

建立RH精炼终点钢液温度预报模型,有效控制RH终点钢液温度,有利于降低钢铁生产成本,提高钢铁生产的质量和效率。采集某钢厂RH精炼实际生产数据,对生产数据进行预处理,利用递归特征消除法选择对RH钢液温度影响度高的生产工艺关键参数作... 详细信息

建立RH精炼终点钢液温度预报模型,有效控制RH终点钢液温度,有利于降低钢铁生产成本,提高钢铁生产的质量和效率。采集某钢厂RH精炼实际生产数据,对生产数据进行预处理,利用递归特征消除法选择对RH钢液温度影响度高的生产工艺关键参数作为特征集,利用BO和PSO算法优化MLP模型提高了钢水终点温度预测精度和鲁棒性。研究结果表明,基于PSO-MLP的RH精炼终点钢液预测模型的平均误差和均方根误差分别为1.14和1.67,误差绝对值≤3℃的命中率为94%;模型现场应用过程中误差绝对值≤3℃的命中率≥96.86%。该模型的应用为RH生产过程中的钢液温度控制提供准确可靠的支撑,有助于优化工艺参数,提高产品质量,降低生产成本。

关键词： RH精炼 MLP模型 PSO优化算法预测精度

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利用生物质能实现低碳炼铁的研究进展

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钢铁 2025年第1期60卷 1-14页

作者：何志军盛宏沅高立华刘吉辉辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室辽宁鞍山114051

钢铁行业中化石能源的消耗加剧了对环境的压力,铁前工序是整个钢铁行业节能减排的重要环节,在中国“碳达峰”和“碳中和”的目标下,寻求和使用可代替化石能源的绿色可再生能源是钢铁工业发展的必经之路。生物质作为绿色的碳中性资源,具... 详细信息

钢铁行业中化石能源的消耗加剧了对环境的压力,铁前工序是整个钢铁行业节能减排的重要环节,在中国“碳达峰”和“碳中和”的目标下,寻求和使用可代替化石能源的绿色可再生能源是钢铁工业发展的必经之路。生物质作为绿色的碳中性资源,具有分布广泛、低污染性和可再生等特点。生物质能源应用于炼铁生产可以有力地发挥出其节能减排的作用,对钢铁行业碳消耗具有重要意义。在讨论生物质资源分布、预处理方式、生物质利用方法以及生物质能理化性质的基础上,系统论述了天然生物质、生物质炭和生物质衍生物在直接还原铁、高炉喷吹、生物质焦炭、生物质球团、生物质烧结等方面的研究现状。首先,生物质可作为反应物直接添加到球团中进行生物质铁矿球团的还原,也可利用生物质热解气化产生的合成气对铁矿石进行还原。其次,未来可进一步改进生物质的处理手段来优化生物质烧结矿和生物质球团矿的质量,通过改善原料粒度和原料配比等来优化生物质用于高炉喷吹或现有炉料制备工艺。基于生物质自身的理化特性,其作为铁前工序能源应用时还需要进一步开展相关基础性研究工作,针对大型高炉开发的生物质复合造块铁矿原料的破碎强度和冶金性能需要进一步探索,同时,加强行业间合作开发出高强度、高反应性的符合高炉生产的生物质复合炉料是未来的研究方向之一。

关键词：低碳炼铁节能减排生物质能生物质复合炉料生物质衍生物烧结球团

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基于CNN-LSSVM的转炉炉后动态合金加入量预测模型

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钢铁 2025年第1期60卷 75-83页

作者：董晓雪韩啸杨鑫何志军乔西亚朱海琳辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室辽宁鞍山114051

转炉炉后脱氧合金化是转炉炼钢过程中非常重要的环节,获取精确的转炉炉后合金收得率及合金加入量,可降低生产成本、提高产品质量。以某钢厂120 t转炉冶炼HRB400E钢种的炉后操作为研究对象,通过RF(random forests,随机森林)结合递归特征... 详细信息

转炉炉后脱氧合金化是转炉炼钢过程中非常重要的环节,获取精确的转炉炉后合金收得率及合金加入量,可降低生产成本、提高产品质量。以某钢厂120 t转炉冶炼HRB400E钢种的炉后操作为研究对象,通过RF(random forests,随机森林)结合递归特征消除法对影响硅锰合金收得率的因素进行回归分析,确定了9个转炉冶炼工艺参数作为后续模型的输入项。综合分析了BP、CNN、LSSVM算法的优缺点,分别建立了基于BP、CNN、CNNLSSVM的转炉炉后合金动态收得率预测模型,获取并保存三者预测精度最高的网络结构参数,对比发现CNNLSSVM模型的预测效果更为精确且贴合现场工艺特点,其决定系数为0.952,均方根误差为0.0068,平均绝对误差为0.0045。基于动态合金收得率模型,建立了转炉炉后操作合金加料预测模型,从成本最低角度确定转炉炉后合金配加方式,采用转炉炉后脱氧合金化和物料平衡原理,结合线性回归方法对原有合金加料方案进行优化。结果显示,优化后的预测合金加料成本均低于实际加料成本,并且成品钢中碳元素质量分数从原来的0.220%~0.255%收窄到0.230%~0.248%、硅元素质量分数从原来的0.38%~0.65%收窄到0.40%~0.54%、锰元素质量分数从原来的1.31%~1.64%收窄到1.35%~1.60%,符合钢种内控标准且实现了成分收窄的效果。该模型能够指导实际生产操作,提高企业的经济效益。

关键词： CNN-LSSVM模型合金收得率合金成本特征提取出钢合金化随机森林转炉

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120t钢包底吹在线智能调控系统开发与应用

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炼钢 2025年第2期41卷 47-52页

作者：董晓雪韩啸乔西亚李晶于学渊赵阳辽宁省化学冶金工程重点实验室辽宁鞍山114051 北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室北京100083 建龙集团抚顺新钢铁有限责任公司炼钢厂辽宁抚顺113001

钢包底吹是炼钢生产中重要的精炼手段,对提高钢液质量发挥着积极作用。为了保证底吹效果的一致性,结合现场操作人员的实际经验,设计开发了一套基于热成像测温技术与多参数底吹流量调控模型相结合的钢包底吹在线智能调控系统。基于多参... 详细信息

钢包底吹是炼钢生产中重要的精炼手段,对提高钢液质量发挥着积极作用。为了保证底吹效果的一致性,结合现场操作人员的实际经验,设计开发了一套基于热成像测温技术与多参数底吹流量调控模型相结合的钢包底吹在线智能调控系统。基于多参数钢包底吹流量模型可以较为准确地确定当下底吹流量,强吹阶段时模型计算值比实际值略低20~100 L/min,仍能满足现场底吹需求;采用在线热成像监测模型对钢包钢液搅拌情况进行监控分析可以实现钢包底吹的实时监测,并计算钢液裸露面积占所测区域面积比值,面积比值P_(s)分别为0、15%~20%、大于60%时,可以保证停吹、弱吹、强吹效果;采用多参数钢包底吹流量预测调控模型并结合在线热成像监测模型计算求出的钢液裸漏面积比值,系统实现了现场钢包底吹流量的精准综合调控。系统投用后,钢包出站温度波动较为均匀,低于1550℃的炉次占比从69%减少到27.5%;钢坯中的夹杂物数量大幅减少,约为投用前的80%,且浸入式水口结瘤减少,底吹效果明显提高,同时协助现场高效地完成了钢包底吹搅拌工作,降低了人员劳动强度。

关键词：钢包底吹搅拌热成像底吹流量智能调控

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基于数据挖掘的生球造球关键参数预测研究

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钢铁研究学报 2025年第04期 434-443页

作者：陈冰文姗姗梁叶韩啸高立华何志军辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室

球团生产流程的绿色发展和智能制造已经成为钢铁行业转型的关键性因素，也是解决钢铁行业实现“双碳”的关键途径。球团生产过程中多项工艺参数与预期目标之间的非线性关联关系难以精确地预测和描绘，导致生产流程的优化调节变得异常棘... 详细信息

球团生产流程的绿色发展和智能制造已经成为钢铁行业转型的关键性因素，也是解决钢铁行业实现“双碳”的关键途径。球团生产过程中多项工艺参数与预期目标之间的非线性关联关系难以精确地预测和描绘，导致生产流程的优化调节变得异常棘手。将数据挖掘技术应用于生球造球工艺参数预测中，证实了模型的可靠性。在现场进行模型验证实验，在模型中输入生球成球率89.6%,生球落下强度5.2次/个的目标值，评分法得出6条数据的分数分别为91.05、95.67、92.12、90.89、87.78、89.67,将得分为95.67的数据反馈在界面上进行重要显示，并在现场依据此条数据进行成球率为89.6%,落下强度为5.2次/个的目标生球生产，实际生产结果与目标结果之间的误差值为0.9%,在现场生产的接受范围内。应用数据挖掘技术实现生球造球过程关键参数的预测分析，为球团生产工艺参数的优化决策提供依据。

关键词：智能制造生球工艺参数数据挖掘参数预测迭代寻优

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华北盆地大陆化学风化趋势与晚石炭世-早二叠世高纬度冰川旋回的联系

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煤田地质与勘探 2025年第2期53卷 13-21页

作者：凌紫玉杨敏芳王雷王野张培新刘昊青邵龙义鲁静中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室北京100083 中国石油勘探开发研究院北京10083 中石油煤层气有限责任公司北京100000 沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 河南城建学院市政与环境工程学院河南省绿色低碳水处理技术与水资源利用国际联合实验室河南平顶山467036

【目的和方法】晚古生代冰室期(LPIA;ca.360~254 Ma)是地质历史时期唯一有记录冰室向温室过渡的时期,可以为冰川-环境-气候的协同演化和未来气候变化提供深时视角。为了深入理解晚石炭世-早二叠世低纬度地区大陆化学风化趋势和高纬度冈... 详细信息

【目的和方法】晚古生代冰室期(LPIA;ca.360~254 Ma)是地质历史时期唯一有记录冰室向温室过渡的时期,可以为冰川-环境-气候的协同演化和未来气候变化提供深时视角。为了深入理解晚石炭世-早二叠世低纬度地区大陆化学风化趋势和高纬度冈瓦纳地区冰川旋回之间的潜在联系,以华北盆地柳江煤田本溪组-太原组的泥岩为研究对象,利用由泥岩的元素地球化学数据计算得到的多种化学风化指标(CIA、CIW和PIA),重建柳江煤田的大陆化学风化趋势和古气候演变特征。【结果】结果显示,低纬度柳江煤田的大陆化学风化作用的周期性变化,包括巴什基尔阶早-中期、莫斯科阶-卡西莫夫阶、阿瑟尔阶早期的3个风化减弱阶段和巴什基尔阶晚期、格舍尔阶的2个风化增强阶段。这种风化趋势的循环交替与高纬度冈瓦纳大陆的冰川旋回密切相关:风化趋势的减弱阶段代表了气候条件向相对凉爽干燥转变,这几乎与高纬度冰期同步,而风化趋势的增强阶段则代表了气候条件向相对温暖湿润的变化,这与高纬度间冰期同步。对比分析发现,间冰期内火山活动频发、大气CO_(2)浓度升高、气候变暖、水文循环增强、海平面上升,共同促进了热带雨林面积缩减和大陆化学风化作用增强,为铝土矿的发育创造了有利条件;而冰期内火山活动减弱、气候变凉、CO_(2)浓度减少、雨林面积扩张,导致大陆风化作用减弱,有利于煤和富有机质泥岩形成。【结论】研究结果揭示了低纬度华北盆地大陆化学风化趋势与高纬度冈瓦纳冰川旋回和沉积矿产(如煤、铝土矿)分布之间的联系,为理解地质历史时期冰川-环境-气候的复杂相互作用机制提供了新视角。

关键词：晚古生代华北盆地化学风化 CIA 冰期间冰期

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基于GA-BP神经网络的LF精炼过程合金加入量预测模型

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冶金自动化 2025年第1期 32-41页

作者：胡倩倩韩啸刘吉辉何志军杨鑫施树蓉辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室

为了实现更加精准地计算合金加入量，采用了基于遗传算法(genetic algorithm, GA)优化BP神经网络的综合算法。在BP神经网络训练过程中，将精炼开始钢水成分作为BP神经网络模型的输入参数，再利用GA算法的适应度函数对BP神经网络的权重... 详细信息

为了实现更加精准地计算合金加入量，采用了基于遗传算法(genetic algorithm, GA)优化BP神经网络的综合算法。在BP神经网络训练过程中，将精炼开始钢水成分作为BP神经网络模型的输入参数，再利用GA算法的适应度函数对BP神经网络的权重和阈值进行优化和调整，预测LF的精炼终点钢液成分，通过对比BP神经网络算法和GA-BP神经网络算法的预测结果，发现GA-BP算法的平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和均方误差(mean square error, MSE)更小，预测结果更准确且与实际钢液成分基本相符，表明此模型可用于生产。基于该GA-BP神经网络模型，根据LF精炼开始钢水成分和控制成分要求，确定合金加入量。通过在某钢厂140 t钢包LF精炼系统部署预测模型并跟踪188炉数据，合金的实际加入量与模型预测加入量的差值在±30 kg之内的炉次中，高锰合金的预测准确率为91.3%,高铬合金的预测准确率为90.4%,硅铁合金的预测准确率为90.2%,增碳剂的预测准确率为91%,可以指导实际精炼过程合金加入量的确定。

关键词： LF精炼 GA优化 BP神经网络合金微调预测模型

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高炉渣化学组分对硅酸盐微观聚合结构演变规律的影响

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有色金属工程 2024年第9期14卷 77-85页

作者：冯浩明彭程刘吉辉孔维国吕楠辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室辽宁鞍山114051

高炉渣组分间的协同作用直接影响阴离子聚合结构的形成及复杂程度。研究了不同R_(2)、ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))及ω(Al_(2)O_(3))变化时硅酸盐聚合结构的演变规律。通过热力学计算确定实验升温制度及中断的温度节点,根据拉曼光谱分析发... 详细信息

高炉渣组分间的协同作用直接影响阴离子聚合结构的形成及复杂程度。研究了不同R_(2)、ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))及ω(Al_(2)O_(3))变化时硅酸盐聚合结构的演变规律。通过热力学计算确定实验升温制度及中断的温度节点,根据拉曼光谱分析发现当R_(2)和ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))增加时,高炉渣中的硅酸盐阴离子团发生解聚,呈现Q_(4)、Q_(3)向Q_(0)、Q_(1)和Q_(2)结构单元演变,导致结构稳定性变差,炉渣流动性增强,当碱度大于1.2时,ω(MgO)/ω(Al_(2)O_(3))大于0.55时则出现反向转化或变缓趋势。随ω(Al_(2)O_(3))的增加,Q_(0)相对含量变化幅度不大,Q_(1)相对含量先增加后减少,Q_(2)相对含量明显减少,Q_(3)相对含量明显增加,Q_(4)相对含量整体呈增加趋势,炉渣阴离子团结构趋于复杂,渣系中的非桥氧含量呈现缓慢的降低趋势,当ω(Al_(2)O_(3))含量超过16%时,非桥氧含量下降趋势则更为明显。

关键词：高炉渣硅酸盐结构单元聚合度非桥氧

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Si对高碳铬轴承钢晶界碳化物的影响

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中国冶金 2024年第2期34卷 52-60页

作者：徐太旭何志军杨鑫韩啸吕楠辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室辽宁鞍山114051

为探究Si含量的变化对高碳铬轴承钢连铸坯截面不同位置晶界碳化物的影响,采用激光共聚焦显微镜模拟连铸坯截面相应位置的冷却速率(20.0、2.0、0.2℃/s),并以此冷却速率分别处理不同Si含量的高碳铬轴承钢。通过扫描电镜和X射线衍射仪检... 详细信息

为探究Si含量的变化对高碳铬轴承钢连铸坯截面不同位置晶界碳化物的影响,采用激光共聚焦显微镜模拟连铸坯截面相应位置的冷却速率(20.0、2.0、0.2℃/s),并以此冷却速率分别处理不同Si含量的高碳铬轴承钢。通过扫描电镜和X射线衍射仪检测并分析晶界碳化物析出量和尺寸分布。结果表明,Si质量分数的增加(0.29%~1.48%)导致C、Mo和Mn元素在晶界处的偏析程度降低,进而抑制了晶界碳化物的析出。同时,Si会增加晶界碳化物M_(23)C_(6)的吉布斯自由能,导致碳化物的析出延后,缩短了晶界碳化物的生长时间,由此可知,Si含量增加也存在细化晶界碳化物的效果。另外,在较低的冷却速率(0.2~2.0℃/s)下,Si含量对晶界碳化物的析出和尺寸变化影响显著。因此,可以推断出高碳铬轴承钢连铸坯芯部和糊状区(冷却速率较低)晶界碳化物的生长受Si含量的影响更加明显,适当提高Si质量分数(不大于0.71%)有助于晶界碳化物析出量的降低和尺寸的减小。本研究可为高品质轴承钢碳化物的精细调控进一步提供助力。

关键词：高碳铬轴承钢晶界碳化物 Si含量冷却速率微观偏析

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