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中厚板轧机的建设为背景，以中厚板厂的控制冷却过程系统为研究对象，在比较和分析国内外控制冷却模型的基础上，建立了以有限差分法为基础的控制冷却数学模型，分析了热物性系数的变化规律，提出钢板温度的均匀控制策略，并结合首钢中厚板厂控制冷却系统的现场实际情况，开发了控制冷却系统过程机程序。上述控制冷却理论、策略和控制系统已经成功应用于首钢3500mm中厚板轧机和南钢2500中板轧机上，投入运行后，产品质量明显提高。本文的主要研究内容和取得的主要成果如下：(1)以隐式有限差分法为基础构建了中厚板控制冷却过程的数学模型框架。该系统是国内中厚板控制冷却领域完全依靠自己力量建立的比较完整的控冷过程模型设定系统，可以在实时状态下完成模型设定计算、修正计算、自学习计算、过程跟踪等重要功能，为我国中厚板厂控制冷却系统的模型设计奠定了基础。 (2)建立空冷和水冷换热系数模型。通过实测空冷温降数据反推出黑度系数在0.7～0.85之间，由差分方法和Stefen-boltzman定律计算得到的钢板平均空冷温降偏差小于5℃，说明空冷换热系数模型的选取具有较高的精度。差分模拟结果表明空冷时钢板厚度方向上的温度梯度随厚度的增加而变大；返红时，钢板越薄，返红时间越短，表面温度上升的速率越大，中心和厚度上平均冷却速率越大。水冷换热系数对换热过程有重要的影响。水流量增加，水冷换热系数增大，但不成线形关系，而是有一极限值；钢板温度增加，水冷换热系数减小，但在不同的温度区间其值大小相差甚远；换热系数随水温升高而变小，但水温的变化对换热系数的影响很小。 (3)针对模型中重要的热物性参数比热和热传导率随温度和含碳量变化而变化的规律和不同厚度规格钢板的热传导规律，以插值法建立了以温度和含碳量为自变量的权重系数模型，在此基础上分析了比热、热传导系数、换热系数、水量、轧件温度对厚度上温度分布的影响。有限差分法模拟结果显示，含碳量越高，热量越易于传递，厚度上温度温度梯度越大；导热系数越大，热量越容易传导，轧件内部的温度差别较小；比热系数越小，轧件内部热量传递得越容易；水量越大，厚度上温度梯度越大；换热系数越大，轧件表面和内部的温差越大。该分析结果为不同钢种轧件厚度上的温度均匀控制提供理论依据。 (4)轧件温度的均匀性控制是保证产品质量的关键所在，本文提出了针对中厚板冷却过程中宽度上温度分布不均，建立边部遮蔽模型，并于国内首次实现了边部凸度遮蔽的在线应用；针对中厚板冷却过程中厚度上的温度分布特点，于国内首次提出并实现了大集管—小集管—大集管的排列方式，以此实现冷却过程对冷却速度的要求，并降低厚度上的温度梯度；针对中厚板冷却过程中长度方向上存在局部温度波动和头尾低温段，在控制上实施分段微跟踪方法；针对钢板纵向上的温度梯度，建立加速度模型。 (5)结合首钢中厚板厂的实际工况，开发出完整的中厚板控制冷却过程机程序，实现了冷却过程的在线全自动控制。上述工作成功地完成了国家经贸委“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”之“中厚板轧机过程控制模型与人工智能研究控制”课题规定的任务，建立了具有我国自主知识产权的成套中厚板轧机控制冷却系统的模型和软件，首次实现了中厚板控制冷却过程的全自动控制。所开发的中厚板控制冷却过程模型和软件已成功应用于首钢中厚板厂和南钢中厚板厂，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。