本文依托于国家经贸委“十五”国家重大技术装备研制项目“首钢3500mm中厚板轧机核心轧制技术和关键设备研制”，以首钢3500mm中厚板轧机控制冷却系统改造项目为背景，以中厚板控制冷却过程的温度均匀性为研究对象，在控制冷却过程温度场模型的建立、不均匀冷却对板形的影响、均匀冷却的控制策略和控制冷却计算机控制系统设计方面开展研究工作。所开发的控制冷却模型、策略和控制系统已经成功应用于首钢3500mm中厚板轧机，系统投入运行后，产品质量和性能明显提高。本文的主要研究内容和主要成果如下： (1)通过比较温度场理论模型的分析解和数值解后，根据现场实际条件建立了以Crank-Nicolson差分格式为基础的中厚板控制冷却温度场在线模型；通过理论分析和实验研究建立了冷却过程的换热系数模型，提出了控制冷却时钢板比热系数、热传导率、相变潜热和平均温度的处理方法。 (2)对不均匀冷却造成的钢板板形变化进行了分析。建立了控制冷却过程的温度相变耦合预报模型，利用热弹塑性分析法研究冷却过程应力和应变及冷却不均时的钢板翘曲规律；分析和计算了钢板冷却过程的失稳临界应力。中厚板控制冷却时，如果上下表面冷却不对称，钢板会产生翘曲现象，翘曲的挠度不仅与温度有关而且与钢板内部组织的变化也有很大关系。通过观察冷却过程的钢板翘曲变形行为，可以初步修正钢板上下表面的冷却水流量，减小钢板厚度方向的不均匀冷却程度。 (3)分析了层流冷却水循环系统和冷却设备对控冷均匀性的影响。建立了水系统平衡的数学模型，根据水系统平衡数学模型，对生产过程中的水泵工作流量进行了优化；建立了层流冷却系统的水力模型，根据水力模型对保持均匀冷却时的高位水箱的高度和尺寸进行了设计；为了使钢板横向冷却均匀，根据水力模型对集管进行了设计，分析表明采用三级阻尼集管设计集管横向的喷嘴流量相对偏差可以控制在3％以内。 (4)制订了采用过程机对控制冷却过程钢板进行温度均匀性控制的·Ⅰ·策略。针对钢板冷却过程中出现的长度方向冷却不均的现象，对冷却节奏进行控制，减小水箱水位波动对冷却均匀性的影响；采用钢板微跟踪控制技术，减小钢板纵向温度异常波动对控冷均匀性的影响；采用辊道微加速控制，消除钢板长度方向的整体温度梯度；针对钢板冷却过程中，钢板边部过冷造成的横向冷却不均匀现象，开发了边部遮蔽数学模型，并用于过程控制；为了保持钢板上下表面冷却对称，建立了下集管和上集管的水量比模型；为了减小钢板内部温度梯度，根据工艺要求制订了集管稀疏冷却和密集冷却策略；采用大集管和小集管搭配使用，利用“变粒度”控制进一步减小钢板厚度方向的温度梯度。 (5)针对现场的工艺设备布置和检测仪表配备情况，基于控冷均匀性和控制的需要，设计了计算机控制系统的整体结构。该系统具备实时状态下模型设定计算、修正计算、自学习计算、过程跟踪、模拟冷却和质量报表等功能；开发了水冷换热系数、空冷黑度系数、上下水量比和边部遮蔽的自学习模型，并用于在线控制。实现了中厚板控制冷却过程的全自动精确控制。 本文所开发的中厚板控制冷却过程控制软件已成功应用于首钢中厚板厂，对我国中厚板控制冷却水平的提高和钢材质量的改善具有积极的促进作用。