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“长型材绿色化制备关键技术及应用”是完成了国家课题的基础上，系统地研究了长型材生产过程中降低能源消耗、提升产品质量稳定性的关键技术。在短程、中程、长程铸轧衔接流程上实现了低能耗轧制，具体如下图1所示。长型材绿色化制备技术是指连铸坯从连铸机切断后，不经过任何加热，或者经感应线圈进行短时间边角补热，或者经小型均温炉短时间补热，然后直接进行轧制的生产工艺，该工艺的属于连铸轧钢之间的界面技术。其明显特征是生产线上无加热炉加热工序，是否补热还需要根据各个现场实际条件，进行合理选择。这种将连铸、轧钢紧密相连的一体化生产方式，能够很大程度上缩短棒线材生产线的工艺流程，显著降低生产成本，增加节能减排的社会效益。该界面技术实现连铸机与轧钢工序衔接良好，连铸坯高温出坯稳定，温度波动小于50℃，开轧温度范围为900～1100℃，直轧率为99%，产品合格率100%。该技术工程示范线的轧钢工序能耗为9.15kgce/t，吨钢降低能耗约为30公斤标准煤，吨钢减少CO2排放75公斤。长型材绿色化制备关键技术对我国整个钢铁产业，对长型材钢铁企业的节能减排起到了很大的促进作用，大大降低了钢铁企业生产成本。

该项目属于轧钢技术领域。具有加热炉的常规流程生产长型材过程中，连铸与轧钢界面能耗较高，是整个生产流程绿色化制备过程需要突破的一个重要环节。2018年，我国钢铁企业小型材轧钢工序能耗38.07kgce/t，降低轧钢工序的能源消耗是亟需解决的问题。本项目在长型材流程上进行工艺优化和技术开发，解决了长型材生产过程中，低能耗生产和高质量产品之间无法兼顾的矛盾，最终形成了长型材绿色化制备关键技术。本项目针对以上问题，从流程上进行工艺优化和补充完善，解决了长型材生产过程中，低能耗生产和高质量产品之间无法兼顾的矛盾，最终形成了长型材绿色化制备关键技术。

形成的核心技术及创新包括：

(1)方坯高速连铸恒温恒量出坯控制技术

通过研究钢坯拉速及二冷水控制技术、漏钢预报模型及控制系统、钢坯不同R角的温度场、钢坯凝固末端控制技术、连铸切断区保温技术，使钢坯的头部和尾部温度差不超过50℃、钢坯出钢温度大于1000℃，实现了高温连铸坯的稳定生产。

(2)长型材铸--轧界面钢坯排队控制技术

通过排队论的方法，构建多流数连铸机在不同生产工艺下的连铸坯排队模型，研究不同钢水量、不同流数、不同定尺等因素对铸轧界面连铸坯输送过程和轧制节奏的影响。通过模型可以得出每根连铸坯在系统下的最佳平均等待时间，为不同生产线的生产节奏进行优化控制，典型生产线的产量提高了7.9%。

(3)长型材绿色化低能耗铸--轧衔接技术

针对不同钢铁企业连铸机与轧机不同距离、不同平面位置、不同高度差条件，选择直接轧制、感应补热、高温钢坯均热等方式，使连铸坯的头部和尾部、横断面的表面和心部温度差满足生产需求，实现了多种现场工艺布置高效衔接。典型生产线的直轧率达到了99%。

(4)直接轧制的长型材性能稳定性控制技术

针对直接轧制过程中，同一浇次不同炉号的化学成分差异、铸--轧界面衔接带来的温度波动对长型材力学性能的影响，研究了高刚度控温轧制、变速轧制、轧后冷却路径控制模型，均衡了微合金元素及金相组织对长型材力学性能的影响，实现了同一浇次长型材屈服强度的波动不超过12%。

近几年，我国钢铁行业产能和产量均快速增长，2021年我国粗钢产量约占世界粗钢总产量的50%以上，达到了10.3亿吨。钢铁行业能耗约占全国总能耗的13%，2018年钢铁行业能耗达到了5.85亿吨标准煤，碳排放量居世界之首，具有“高投入、高消耗、高排放”的明显特征。因此，我国钢铁行业长期以来都面临着节能减排的巨大压力。

通过四项核心技术的开发，解决了长型材绿色化制备过程中关键技术难题并得到了应用，实现了典型示范线轧钢工序能耗小于10kgce/t，吨钢减少二氧化碳排放25kg，近三年累计创造经济效益12亿元。

2018～2019年该技术成果分别在宁夏钢铁有限公司，广东粤北新电炉生产线上进行应用推广，大钢水量的前提下（连铸机六机六流生产），产品直轧率大于95%，产品合格率大于99%，轧前头尾温差小于40℃，产品性能波动小于90MPa。

截止到2021年底，我国具有棒线材生产线超过了1000条，适合该成果应用的长型材生产线占总数的一半以上，主要钢种有：建筑钢筋、各种低碳线材、工角槽钢等。以大部分钢筋生产企业为例，2018年中国钢筋产量大约2.0960亿吨，如果能有一半以上采用该成果，一年将节约300万吨标煤，减少CO2重量大约2.25亿吨。社会效益显著，应用前景广阔。

本项目团队承担了“十二五”国家科技支撑计划“钢铁流程重点工序能源与资源减量化技术工程示范”的子课题“钢铁企业长型材直轧技术工程示范”。主要研究轧钢工序的重要节能技术，开始于2013年7月，课题2016年完成以后，钢铁研究总院联合广东粤北联合钢铁有限公司，成功建成了一条棒材直接轧制工艺生产示范线，年产量100万吨。

项目负责人冯光宏先生，工学博士，教授级高级工程师，现任钢铁研究总院工艺所副所长、中国金属学会专家委员会委员，中国冷弯型钢协会副理事长。2009年获得国家环境保护科学技术一等奖一项。在期刊和学术会议上发表过学术论文八十余篇。获得国家发明和实用新型专利十五项。拥有多项与无加热轧制工艺相关的专利，作为第一负责人一直从事本项目的研究和推广工作。

张兴中先生，工学博士，教授级高级工程师，曾任职国家连铸技术中心主任，完成了“十二五”国家科技支撑计划课题“钢铁企业长型材直轧技术工程示范”的高温恒温恒量出坯工艺制度制定、生产操作规程的转化，完成了高温恒温恒量出坯的理论研究和实际应用。

张宏亮先生，工学博士，高级工程师，现任钢铁研究总院冶金工艺研究所轧钢研究室副主任，完成了“十二五”国家科技支撑计划课题“钢铁企业长型材直轧技术工程示范”的工艺制度制定，研究了多流连铸坯无加热轧制过程中的排队理论和控制模型研究，以及模拟仿真等相关工作。

十二五国家立项至今，长型材绿色化制备关键技术已经投入各类研发费用共计1200多万。本项目研究成功在多条生产上实施应用，分别有：宁夏钢铁（集团）有限公司、台山宝丰钢铁有限公司、抚顺新钢铁有限公司、四川德胜钢铁有限公司等示范线。目前，每年为每家钢铁企业直接和简介创造利润超过5000万元。

其中，宁夏钢铁（集团）有限公司示范线，在2019年度，降低煤气消耗64m3/吨钢、减少各类气体164.3m3/吨钢，全年直接经济效益6300万元，三年累计经济效益1.8亿元。

其中，台山市宝丰钢铁有限公司棒材示范线，在2019年度，降低煤气消耗153.2m3/吨钢、减少各类气体393m3/吨钢，减少除盐水0.1t/吨钢，减少加热炉输送电耗4kWh，全年直接经济效益5500万元，近三年累计经济效益1.65亿元。

其中，抚顺新钢铁有限责任公司棒材示范线，在2019年度，降低煤气消耗64m3/吨钢、减少各类气体164.3m3/吨钢，全年直接经济效益6300万元，三年累计经济效益1.8亿元。

其中，四川德胜集团钒钛有限公司棒材示范线，在2019年度，降低煤气消耗64m3/吨钢、减少各类气体164.3m3/吨钢，全年直接经济效益6300万元，三年累计经济效益1.8亿元。

近几年，我国钢铁行业产能和产量均快速增长，2018年我国粗钢产量约占世界粗钢总产量的51.6%，达到了9.28亿吨。钢铁行业能耗约占全国总能耗的13%，2018年钢铁行业能耗达到了5.85亿吨标准煤，碳排放量居世界之首，具有“高投入、高消耗、高排放”的明显特征。因此，我国钢铁行业长期以来都面临着节能减排的巨大压力。

长型材绿色化制备关键技术开发及应用，在连铸与轧钢工序之间，通过采用短程无加热轧制、中程感应补热轧制、长程均温轧制等衔接方式，取消了传统加热炉，实现了长型材制备过程流程创新。该成果大幅度地降低了长型材轧钢工序的吨钢能源消耗，典型生产线吨钢能耗降低30公斤标煤，吨钢减少CO2排放75公斤。

与钢铁企业的合作转化方式如下：

（1）商业合作模式：加热炉生产线的全面直轧工艺技术改造；其他形式半直轧生产线的工艺优化改造；现在直轧生产线的产品工艺优化。

（2）品牌优势：钢铁研究总院在行业内有着强大的技术积淀和影响，具有钢铁全流程各个工序的专家做技术保障。

（3）市场竞争力分析：全国钢筋生产企业上千家，市场前景广阔，当时技术壁垒不是很高，同行业竞争会激烈一些，但是我们仍然有一定的市场空间发展。