日本東北大學副教授夏雲生領團，攜手塔塔鋼鐵歐洲、荷蘭代爾夫特理工大學及日本產業技術總研究所（AIST），建立一套可推估高溫下鐵礦球團機械性能的整合方法。研究把高能X光電腦斷層掃描、化學分析與數值模擬串成觀測鏈，直接從礦球三維變形反推有效屈服應力。
實驗重現高爐內部環境，並在不同溫度重建礦球內部結構：1,300°C時，金屬鐵形成的相對剛硬外殼支撐載荷；1,400°C時，形成爐渣的成分開始在球內聚集、軟化加劇；升至1,550°C，礦球已明顯熔融，液態物質可滴落。
研究團隊再以移動粒子流體力學隱式法（MPH-I）重現變形，並將模擬結果與三維影像比對，建立屈服應力隨溫度變化的估算模型。這項突破在於由單顆礦球微觀變形回推材料機械性，而不是只觀測整個料床收縮與氣壓損失，可望改善鐵礦原料篩選、爐況穩定及高爐操作效率。
這項研究本質上是材料科學與製程工程突破，並非政策或企業間的零和權力角力；其真正價值，在於處理高爐減碳最難被量化的物理環節：高溫、還原、荷重與氣流同時作用下的礦球形變。傳統高爐實驗多測量整體料床收縮及氣壓損失，但這些總體指標難以分辨究竟是哪些礦球、哪些內部結構主導了透氣性變化，因此操作調整往往只能依賴經驗與整體試驗。
新的技術路徑以高能X光CT提供三維內部觀測，再以MPH-I模擬顆粒受力與流動，最後反推鐵富集外殼的有效屈服應力。屈服應力是材料開始永久變形前能承受的應力，這個參數直接決定礦球在高爐負重下會被壓扁多少，以及氣體通道是否收窄。若礦球過早軟化，氣流阻力可能上升，導致還原反應與爐內熱平衡惡化；若軟化時機可被預測，煉鋼者便能更精準地調整配礦、裝料、鼓風與溫度。
這也反映鋼鐵業減碳的結構性現實：氫基直接還原被視為長期方向，但既有高爐不會立即退場，設備資產、供應鏈與基礎設施龐大，使其在過渡期仍是效率改善與碳排下降的重要平台。研究後續將延伸至其他鐵礦及富氫還原環境，目標是讓同一套方法涵蓋傳統碳基與未來氫基煉鋼。這項成果的戰略意義不是立即淘汰高爐，而是延長既有資產的可最佳化壽命，並降低新製程導入時的不確定性。
鋼鐵業過去數十年主要透過提高爐溫、擴大產能及改善能源效率降低單位排放，但高爐的物理極限日益明顯。此次研究若能由單一礦種擴展至主流鐵礦，並接入實際煉鋼資料，技術價值將從學術量測升級為營運工具。
01 起因觸發：高能X光CT、化學分析與MPH-I首次整合，成功反推高溫礦球屈服應力
02 一階傳導：鋼廠可改善配礦、透氣性預測、爐況穩定與能源效率
03 二階擴散：原料供應商、工業軟體商與高階檢測設備商將獲得新增需求
04 宏觀終局：高爐資產延壽並加速數位化，為氫基煉鋼與碳排管制建立過渡橋樑
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