随着国内钢铁工业供给侧改革、产业结构调整、国标升级等政策的实施，线材行业向高品质、低能耗、绿色化发展的步伐不断加快。但长期以来受工艺技术及装备水平等影响，国内线材高速轧机装备技术在提高产品品质、降低轧制能耗及降低生产成本等方面进步缓慢，主要体现在：1）轧制能力小，不能适应低温轧制。2）轧机刚性差，产品尺寸波动大。3）受制于传统集中传动型式，工艺孔型设计及变形制度不灵活，轧机高速运行稳定性差，设备空载消耗及辊环消耗高。4）高速线材终轧机组速度高、结构复杂，对设计、制造和装配要求极高，创新开发难度极大，而进口装备费用高、供货周期长、备件及维护费用高，严重制约国内高速线材生产技术的进步与发展。 针对高速线材行业转型升级存在的核心问题，本项目以高品质、低能耗及绿色化线材高速轧机装备技术为目标，创新性的提出了独立传动的模块化高速轧机装备技术理念，开发了全新的线材绿色、低耗模块化高速轧机工艺、装备及控制技术，并实现了产业化应用，提高了线材生产的灵活性，提升了产品品质，降低了能耗及生产成本，实现了线材的绿色低耗生产。

板形是板带材的重要质量指标，弯窜系统是改善板形的核心系统，具有改善板形、提高生产率、降低辊耗等优点，是现代板带轧机的的核心功能和结构。但是，弯窜系统因其机电液控多系统集成特性决定的复杂性，以及市场对品种、板形控制的要求越来越高，现有弯窜辊技术的成熟度和可靠度仍然不足，存在故障率高、运行不稳定等诸多问题，严重影响轧机正常生产。 我国现有弯窜装备技术主要是通过消化吸收外商技术而来，至今面临外商的专利封锁和技术保密，尤其是在宽幅板带材轧机弯窜方面，国内新建和改造市场长期被外商垄断，不利于我国冶金核心装备的国产化，也不利于我国钢铁企业的高质量发展。因此，开发具有我国自主知识产权的热轧板带轧机高效、高精度弯窜装备势在必行，同时研究开发保障弯窜装备设计及制造高质量的先进技术方法也具有重要意义。

随着智能化向冶金行业的不断深入，产线也加快了其各个工序的智能化脚步。加热作为其中间工序，智能化势在必行，而加热炉控制系统又是产线自动化水平较为薄弱的环节，主要体现在以下几个方面： （1）加热炉生产受上游连铸、板坯库库存、下游轧制节奏、生产计划等众多因素影响，装炉基本依靠人工进行调度、核对、定位直至最终入炉。出炉基本采用周期或手动出钢的方式，很难做到依据轧制的节奏，结合即将出炉板坯的温度，自动出钢。 （2）影响加热炉板坯加热质量的因素很多，且各因素互相耦合，是个多变量、非线性很强的系统，控制难度大。而炉内高温、粉尘的气氛环境，没有有效的检测手段来实时测量板坯的温度，使其成为名副其实的“黑箱”。 （3）多年来一直困扰加热炉生产调度、精准控制等的一系列难题，如板坯的加热过程缺乏规划和连续性、加热质量难以保障、随机性强等。换辊或轧机故障时，也不能有效地进行炉温智能控制，无法保证恢复轧制时板坯出钢温度达到要求的同时加热能耗达到最优。 （4）对加热炉能效及加热质量缺乏整体的评估，相关性参数也较为单一，仅仅依靠开轧或轧后温度作为评估的依据，时效性较差且难以满足目前复杂工况、炉况、多规格、高品质生产的需求。 因此，面对产线智能化的需求，针对加热炉的现状，解决控制系统的痛点问题，实现“会思考”的加热炉是目标。加热炉智能化过程控制技术的突破，对推进产线数字化、智能化革新具有重要意义。

本课题立足河钢承钢现有产线，围绕影响直接轧制的主要因素，因地制宜，以解决影响直接轧制的关键问题为切入点，通过理论研究指导技术方案的制定和技术改造的实施，成功开发了棒线材直接轧制负能制造技术，建立了棒线材负能化直接轧制的理论体系，形成具有自主知识产权的专利技术，探索了智能化在直接轧制工艺中的应用，提高了生产效率，大幅降低了生产成本，实现了全流程负能制造。（1）通过研究铸坯拉速与表面温度的关系，建立了数据模型，开发了小半径（R7m）方坯连铸机高拉速生产集成技术，优化冷却模型，确保铸坯切后温度达到1050℃以上，奠定了直接轧制温度基础；（2）建立铸坯直接输送通道，自主开发了全程保温技术、铸坯快速输送技术，确保高温铸坯过程温降低于20℃/min，50s内快速输送至轧机，成功建成了示范产线，轧钢工序能耗降低至10.55kgce/t，降幅达78.6%；全流程工序能耗-13.49kgce/t，实现了全流程负能制造；（3）开发了铸坯头部温度补偿技术，通过智能补温缩小头尾温差，实现了钢材头尾性能差稳定控制在15MPa以内，稳定产品质量；（4）自主开发了智能化出坯直送控制系统、全流程自动跟踪系统，大幅提升棒材产线智能化水平，为新建棒材产线或行业内传统棒材产线的升级改造提供解决方案。项目授权实用新型专利1项；项目受理专利5项，其中发明专利3项、实用新型专利2项；授权软件著作权2项，发表学术论文7篇。 本项目投产至今，累计生产86.5万吨，创效3460万元。 直轧示范线炼钢工序能耗-24.24kgce/t（回收蒸汽和煤气与工序电耗的差值），轧钢工序能耗10.94kgce/t，炼钢-轧钢工序能耗-13.3kgce/t，炼钢-轧制全过程吨钢能耗小于零，实现负能制造。直轧改造前，轧线工序能耗≥41kgce/t，改造后轧钢系统工序能耗为≤10.94kgce/t，能耗降低值≥30kgce/t。累计节约能耗折合3万吨标准煤，按照每吨标准煤排放二氧化碳2.6t、排放二氧化硫8.5kg计算可减排二氧化碳7万吨以上，二氧化硫240吨以上。

本项目开发的高效高精度弯窜装备，稳定性高、运维方便、备件少，改造时对牌坊加工量减少30%甚至可不加工、工期短，大幅降低投资和运维成本，促进我国钢铁绿色制造和高质量发展水平提升。本项目成果实现了我国首次逆向输出热轧核心装备到西方发达经济体，标志着我国的冶金装备技术已迈入世界先进行列。本项目取得的高精度机液耦合动力学仿真系统及方法、离线工况模拟及集成测试系统和方法等装备系统先进设计及验证方法，填补了我国冶金装备设计先进方法的短板，有力助推我国冶金装备设计及制造高质量水平提升，且具有广泛的行业推广意义，对行业整体进步产生了重要促进作用。

利用国产精轧机+双机架MINI轧机及相应的“10+2“”，自主创新开发高品质特殊钢线材的TMCP技术以及该技术的应用，生产了（1）汽车悬架弹簧钢50CrVA ，获得了100%的准平衡态组织F+P组织，减少退火工序，满足用户直接拉拔加工；（2）高性能工具钢S2 ，获得了均匀的贝氏体组织，体积百分数≥90%，二次脱碳浅，便于用户加工及提升产品疲劳性能；（3）免退火冷镦钢SWRCH35K，在线获得球化组织，球化率达到80%以上，铁素体占比达到78%，冷加工性能好，成功用于直接拉拔冷镦生产多种紧固件；（4）滚动体轴承钢GCr15，有效控制网状渗碳体析出，网状碳化物≤2.5级，晶粒度达到10级以上，热轧面缩≥30%，可实现轻拉拔减少下游加工工序亦可缩短球化退火时间；（5）帘线钢LX82A，提高索氏体化率到90%以上，无网碳组织，同批抗拉强度波动控制在±25MPa内。 针对中碳到高碳的特殊钢线材品种，自主创新开发出系列的基于MINI轧机的TMCP工艺技术，实现下游加工工序、节约能源、减少排放、改善组织、提升品质、降低成本等，对特殊钢线材基于MINI轧机的轧制工艺优化起到明显的指导意义，达到了同类技术领域的先进水平

本项目针对高速线棒材行业转型升级存在的痛点问题，以高品质、低能耗及绿色化线材高速轧机装备技术为目标，颠覆传统的集中传动技术思维，创新性的提出了独立传动的模块化高速轧机装备技术理念，通过对高速独立传动关键技术的研究，开发了全新的线棒材绿色、低耗模块化高速轧机工艺、装备及控制技术，提高了线材生产的灵活性，提升了产品品质，降低了能耗及生产成本，实现并促进了线材行业的绿色低耗生产。

该技术致力于建立基于刚柔耦合特性的热连轧机系统动力学模型体系，揭示轧机稳定性和振动机理；开发轧机动态仿真和振动控制技术，提高轧机振动控制技术水平；设计高稳定性的新型四/六辊轧机关键结构，开发轧机动力学综合测试中试平台，推动科研成果的中试和转化；将中试平台和相关技术应用到工业生产，提升行业整体技术水平，为企业创造经济效益。

近年来随着装备技术水平的提高，轧机长期高速高负荷运行，国外引进和自主设计的板带轧机都频繁出现轧机振动及导致的产品质量问题，一般采用调整工艺参数、更换关键零部件（轧辊、接轴等）、负荷重新分配等手段，但都没有从根本上解决问题，企业损失巨大。其根本原因在于轧机动力学理论体系不完善、轧机设计（以刚性为主）没有考虑轧机动特性、轧机振动控制技术不系统。因此，要解决板带轧机稳定运行和振动问题，关键在于揭示动态机理的板带轧机动力学模型体系构建和考虑动力学特性的板带轧机设计。本项目建立基于辊系刚柔耦合特性的板带轧机系统动力学模型体系，开发了轧机稳定运行和振动控制技术，应用于国内多套连轧机组，效果良好。

该高速棒材生产线具有生产灵活、轧制速度高、尺寸精度高、成材率及作业率高的特点，以及能够实现低温精轧及轧后分级弱水冷，减少合金元素消耗，降低生产成本的特点，有效的满足了螺纹钢高效生产的需求。主要技术优点如下： 1、提出高速棒材生产线柔性轧制技术观点，创新性开发了高速棒材全规格单一孔型系统及组合传动的模块化轧机核心装备，使生产线的平均作业率由88%提升到90%以上，精度控制提升了0.4%，解决了高速棒材工艺的高作业率及高精度轧制问题，提升了智能化轧钢工艺水平。 2、针对新国标热轧钢筋合金减量化绿色生产的难题，对轧制的形变制度、温度制度及相变制度进行深入研究，创新提出低温精轧和轧后分级水冷的控轧控冷工艺技术，研发了热轧钢筋的控轧控冷组织性能预报模型及配套的智能控冷装置，使锰含量平均降低了0.3%以上，并实现了无钒添加。 3、研究了高速上钢系统中倍尺长度、制动距离、夹尾器夹持力及转毂动作周期的原理，创新设计了夹尾器及转毂机构，开发了具有完全自主知识产权的高速倍尺飞剪、智能夹尾器及高响应伺服转毂等一整套高速上钢装备，使45m/s上钢的产品规格进一步扩展，为高速棒材生产线提供了先进的装备保障。 4、开发高速棒材自动控制系统，其核心控制系统包括高速模块轧机速度补偿控制、水冷温度闭环控制、高速倍尺飞剪控制、高速上钢控制、自适应周期冷床控制，并研发出高性能工艺控制器TCU。实现温度控制指标在+/-10℃内，倍尺精度+/-60mm以内，成材率达到98%以上。