1、冶金资源能源利用与原料优化

研究内容：（1）冶金固体废弃物形成过程与理化特性，获得炉料结构与性能、炉渣碱度等生产工艺参数与除尘工艺、冶金渣处理工艺及其参数等对理化特性影响规律。（2）固体废弃物综合利用所涉及的有价组分的分离、提取和矿物组成重构、改性基础理论。（3）研发多矿种混合铁矿粉烧结固结机理、多组分伴生铁矿高效利用技术，以解决综合利用国内外两种铁矿资源利用和低品位、多组分、共生铁矿高效综合利用。（4）研发冶金渣、铁尾矿生产高附加值新产品技术，提高大宗废弃物再资源化利用水平技术，提高资源利用效率。（5）廉价铁矿粉高配比烧结技术，在不影响烧结及炼铁生产的前提下提高廉价铁矿粉的配比，以最大限度地降低生产成本，提高企业竞争力。（6）钢铁制造流程二次能源高效回收技术：在单体设备、工序节能技术和余热余能回收技术推广普及的基础上，重点提高回收效率，重点研究烧结余热发电、转炉余热回收与低压蒸汽发电、余热余能回收新技术及成套装置、转炉煤气极限回收关键技术、焦化煤调湿工艺优化等，提高钢铁生产过程余热余能回收效率。（7）钢厂能量系统优化：以余热余能高效回收与副产煤气利用为重点，研发钢厂煤气资源平衡与优化分配技术、钢厂能源需求预测与调控技术、钢厂多种能源介质动态调控技术、高效化生产流程关键工序界面匹配技术、能源管控中心设计理论与方法、钢厂能量流模型网络与仿真技术等，构建合理能量流网络，提高钢铁生产过程和能源调度的优化管理与在线控制水平，实现钢厂多种能源介质的动态调控。（8）发挥钢铁企业的能源转化功能，改善能源结构：重点研究钢厂副产煤气平衡与合理发电模式、副产煤气制取清洁能源、钢厂余热供社区生活等能源转换与生态链接技术。（9）污染物排放治理：分阶段解决钢铁企业SO2、NOx、二恶英和温室气体排放问题，重点研究烧结烟气脱硝与脱硫技术及工艺整合、烧结过程二恶英生成机理与控制技术、烧结高效除尘与二恶英控制技术等，增加钢铁工业发展的环境容量空间。（10）开发温室气体CO2的利用、捕获与分离、储存与固定技术：重点研究高炉煤气CO2分离与喷吹技术，利用粉尘、钢渣等副产品的CO2矿物碳酸化固定技术，烟气CO2分离与高纯度CO2制备技术，CO2分离膜微结构调控与分离工艺等，减缓温室气体排放，应对气候变化。

拟解决的重大科学问题：

（1）铁矿粉造块与原料优化：多矿种铁矿粉交互作用与烧结成矿机理，合理利用国内外铁矿资源。（2）大宗固体废弃物资源化利用：多组元多相复杂体系热力学性质与分离、提取热力学，矿物改性和矿相重构热力学，冶金固体废弃物资源、能源转化与协同机制和冶金固体废弃物资源化利用工艺技术集成。（3）余热余能回收利用基础理论与强化换热机理。（4）物质流、能量流、信息流的协同控制，钢厂生产系统与能源转换系统相互作用机理。（5）冶金企业废弃物、污染物的绿色产品化过程中的科学问题。

目标及总体定位：21世纪的炼铁工业面临资源、环保、经济等各种挑战，本研究方向主要结合河北省冶金行业实际情况，进行组分分离的物理化学方法、炼铁原料优化与冶金渣综合利用理论与应用以及生态化炼钢方面的研究工作，以国际领先适用技术推广、前沿技术开发、应用基础研究并重推动钢铁工业生态化发展进程。

2、 炼铁新技术与理论

研究内容：针对熔融还原、直接还原以及现代高炉等炼铁方法开展基础理论和应用技术研究。内容包括：（1）非高炉炼铁与氢冶金基础理论和关键技术：重点研究开发粉矿流态化还原、低温氢还原炼铁、煤造气-竖炉还原海绵铁生产流程与技术。（2）高炉喷吹燃料技术：重点开展以大喷煤为目标的高炉大喷煤条件下原燃料质量、炼焦配煤理论与技术、高炉喷吹煤种和配煤方法、煤粉中微量元素对高炉喷煤及冶炼影响等研究；高炉喷吹焦炉煤气、高炉炉顶煤气脱CO2循环喷吹技术。（3）特殊矿高炉冶炼技术：研发钒钛磁铁矿、含砷矿石等特殊铁矿石高效冶炼技术。（4）长寿高炉设计方法与理论：重点研究以结合高炉实际炉温分布为基础的高炉分区冷却的新方法以及基于热阻结构的冷却器设计新概念、设计长寿高炉冷却器的制造及布置方案、高炉冷却水检漏技术的改进、高炉无冷却壁整体模块技术、高炉喷补耐火材料的改进与新型耐火材料及可再生耐火材料的研究开发、微量元素对炉墙耐火材料侵蚀损坏的机理与控制高炉结瘤有效方法等。（5）高风温获得与热风炉高温防腐蚀：研究空气煤气双预热技术、高热值煤气配加技术、热风炉高效蓄热与强化传热技术、热风炉优化操作技术、热风炉炉篦子与支柱材质改进等，以实现在热风炉拱顶温度控制在1350±50℃的条件下，为高炉提供1200~1250 ℃风温。

拟解决的重大科学问题：

（1）粉矿流态化还原本质特征及其与传输过程的耦合机制。（2）高炉富氧喷煤及配煤理论，喷吹还原性气体对高炉冶炼的影响机理。（3）高炉内不同种类炉料随温度、压力、气氛的变化规律和同化理论以及它们之间、与炉体等的作用机理。目标及总体定位：本研究方向以实现炼铁工艺的高效、优质、低耗、长寿、环保为目标，针对现代炼铁工艺中的关键理论问题、技术难点和潜在突破点开展相应基础研究和应用研究，并在以煤代焦、节能环保等现代高炉技术研究与开发中达到国际领先水平。

3 、品种钢及其纯净化理论与应用

研究内容：主要对品种钢生产过程中的杂质元素控制、非金属夹杂物行为与控制等相关理论研究为基础，开展工艺与工艺流程研究，构建、优化品种钢纯净化生产平台。以微气泡、真空、外场等各冶金条件下渣-金-耐材间的传输过程、界面反应机理与控制；有害元素去除与钢成分和纯净度的精准控制；氧化物冶金及夹杂物分离与超净化冶金物理化学问题；湍流条件下多组元反应液—液界面传质系数与反应动力学、熔体中异相颗粒的迁移行为与熔体组元的传输理论、冶金过程弥散中相数、颗粒、气泡和液滴的产生、分布与作用规律等基础研究为前提，重点针对高附加值钢冶金工艺研究：（1）低氧及超低氧、硫、氮纯净钢的理论及工艺研究。（2）钢中非金属夹杂物脱除与控制研究。（3）品种钢钢液成分的精确控制技术。（4）冶金单元过程（含铁水预处理、转炉和电炉炼钢、钢水精炼、连铸与连轧等）的数学物理模拟仿真及工艺优化。（5）典型冶金工艺过程机理模型、人工智能模型软件开发。(6)高氮钢冶炼与铸造、成型工艺与设备开发研究。重点研究控制冶炼与铸造或成型过程中氮的溶解与逸出行为及其影响因素，开发低成本生产高氮不锈钢、高氮铁基合金的生产方法、工艺与设备。

拟解决的重大科学问题：

钢成分和纯净度的精准控制过程中，有害元素去除、夹杂物分离与超净化的冶金物理化学与冶金反应工程学问题。

目标及总体定位：高附加值钢材的生产以提高钢液纯净度与成分精准控制为前提，而现代铁水预处理、转炉、炉外精炼及连铸技术的完美结合与合理分工是获得高效低成本品种钢的主要工艺手段。本研究方向开展钢中相关杂质元素脱除与钢质纯净化相关的理论与工艺研究、按照品种钢质量要求开展生产工艺研究开发与流程优化工作，为我国及我省冶金行业结构调整与产品升级提供技术保障。

4、 连续铸钢与凝固理论

研究内容：主要以大方坯连铸、薄板坯连铸连轧、中厚板坯连铸过程为研究对象，重点针对高拉速和近终形连铸特有的高速、强冷、热送高温铸坯条件下品种钢钢液固化过程物理化学问题进行相关理论研究和基础研究，针对铸坯各类缺陷的生成机理及防止对策开展应用基础和工艺研究。包括：（1）连铸保护渣优化设计。重点在研究结晶器内保护渣的冶金行为的基础上，针对品种钢连铸工艺特点，建立连铸保护渣设计和性能评价体系。（2）高附加值钢的高温特性及对初生坯壳裂纹的影响，强冷却速率下凝固过程结晶组织、晶界状态、成分偏析及金属间相的析出。（3）高拉速铸坯表面裂纹、内裂、偏析和非金属夹杂物等的防止对策与铸坯质量控制。（4）实现氧化物、硫化物等有益夹杂物细小化、弥散化分布的氧化物冶金技术；铸坯中碳、氮化物等第二相粒子析出及其对质量的影响。（5）凝固过程的传热、流动、偏析和应力多场条件对凝固组织均质化、细晶化的作用分布及热裂纹趋势的数值模拟；非稳态、搅拌与压下形为与铸坯质量等基础研究。（6）高附加值钢连铸工艺与优化。重点根据企业实际技术需求，研究高级结构钢等板带钢铸坯缺陷形成机理及防止对策，开展低过热度恒温浇注工艺、二冷技术等连铸工艺确定、方坯连铸生产品种钢的连铸工艺优化等工作。

拟解决的重大科学问题：

（1）外场以及其他条件对钢水凝固组织的影响规律及铸坯缺陷的成因机理。（2）连铸保护渣对提高品种钢铸坯质量的作用机理。

目标及总体定位：本方向紧密结合我国、我省连铸发展趋势，以满足企业实际技术需求、跟踪领域前沿为目标，注重产学研结合、开展多学科合作，以传输理论、力学理论、熔渣理论等基础研究为前提，开展高速、强冷、均质、凝固与变形结合条件下连铸高温铸坯条件下铸坯缺陷形成机理及防止对策研究，在品种钢连铸过程工艺控制、钢水与铸坯质量控制技术及理论、关键设备的优化设计等方面研究并取得重大进展，以满足高效连铸及品种钢连铸生产的需要。

5、 金属塑性成型与控制

研究内容：（1）冷弯成型过程的三维弹塑性有限元模拟。获得冷弯成型过程中轧件咬入阶段、稳定阶段的变形、应力和应变的分布规律。模拟弯管成型过程，解决异型管成型形状和尺寸超差问题。（2）型钢轧制成型过程模拟。用弹塑性大变形有限元分析H型钢、槽钢等轧制成型过程的位移场和速度场，真实的反映H型钢、槽钢的塑性成型过程，对H型钢、槽钢的孔型设计提供依据。（3）控轧控冷过程组织与性能预报。重点对轧制力能参数和组织性能的模拟和仿真，准确地预报轧制力能参数和组织性能。通过计算机模拟控冷过程，对金属材料的组织和性能进行预报。包括针对不同钢种（例如普碳钢、低合金钢、微合金高强度钢等）的奥氏体再结晶晶粒尺寸及均匀性的控制与预报；对变形带密度及铁素体晶粒尺寸的控制与预报；对中板整体组织性能的控制与预报等。（4）棒线型材无头轧制技术。重点攻关与综合集成，完成无头轧制关键设备和技术的研制，重点解决大截面热轧钢坯闪光焊工艺和快速闪光对焊工艺过程的自动控制等问题，填补国内空白。（5）超细晶粒钢生产技术。通过开发满足超细晶粒钢生产需要的在线穿水冷却设备、开展低温轧制技术、四线切分轧制技术等研究，实现结构材料高性能化，提高钢材产品的市场竞争力和经济效益。（6）薄板坯连铸连轧基础理论研究与工艺研究。针对薄板坯连铸连轧的物理冶金过程特征，研究凝固过程中的夹杂物析出、变形及冷却过程中的第二相析出行为、组织细化及对性能影响规律，为新一代钢铁材料生产工艺及组织性能控制提供科学基础。（7）轧制工艺优化，将最优化理论用于工艺过程优化和工艺参数优化。工艺过程优化是采用新工艺、新技术使生产过程最佳化。研究三辊冷轧螺纹钢筋加工方法与生产线设备的最佳匹配，在钢筋变形程度、加载方式与强塑性关系方面进行深入研究。解决冷变形钢筋塑性指标不能控制的关键问题。工艺参数优化是通过建立更为精确的数学模型，利用优化方法来确定轧制过程的最佳工艺参数。工艺参数优化可以提高钢材产品的产量和质量、降低消耗、降低成本

拟解决的重大科学问题：

（1）提出板带轧制过程的显式动力学有限元模型，揭示不同品种钢材轧制时稳定轧制状态下轧件的变形、应力和应变的分布规律。（2）在带钢热连轧的实测条件下研究再结晶软化程度对钢的变形抗力、产品组织性能的影响规律。（3）薄板坯连铸连轧过程中夹杂物析出、变形及冷却过程中的第二相析出行为、及对组织细化和性能的影响规律。（4）形变奥氏体再结晶细化、非再结晶细化和轧后强力冷却的细化机制。

目标及总体定位：（1）运用计算机仿真技术模拟金属塑性变形规律。采用三维弹塑性有限元方法模拟各种塑性成型过程，研究塑性成型过程中有关力学的各种解法，以分析变形体内的应力应变分布规律以及变形后的组织和性能。通过计算机模拟成型过程可以大大地缩短设计周期和试验时间，精确控制产品质量。相关研究预计可达到国际先进水平。（2）以优质、节能、低耗和简化生产工序为目标，以塑性加工理论、控制理论和优化方法等理论基础为指导，研究开发新的轧钢生产技术与工艺，开发高附加值产品，以提高产品的市场竞争力和经济效益。