以超快速冷却为核心的新一代控制轧制与控制冷却(TMCP)技术在“资源节约型、环境友好型”热轧钢铁材料开发与生产方面具有重要意义。本文依托“十二五”国家科技支撑计划“钢铁行业绿色生产工艺技术与应用示范”项目课题“热轧板带新一代TMCP装备及工艺技术”，以及首钢迁钢、首钢京唐等企业超快冷系统开发合作项目，围绕超快冷条件下热轧板带钢轧后冷却过程的高精度、智能化控制方法，在基于超快冷的轧后冷却数学模型建立、超快冷控制策略、卷取温度控制方法、冷却介质调节策略和控制方法、轧后冷却策略对典型钢种厚度方向组织均匀性影响等方面进行了系统研究，并将研究成果成功应用于相关产线工业化生产，取得良好效果。主要研究成果如下:　　(1)热连轧线板带钢具有运行速度快、产品规格跨度大等特点，目前关于以射流冲击为主要换热机理的热轧板带钢超快速冷却数学模型研究较少。针对热轧板带钢轧后冷却过程换热特性，构建了基于差异化离散模型的板带钢有限差分方程，有效提高了数学模型在线运算的效率和精度。同时，结合板带钢轧后冷却热交换机制，建立了对流换热系数理论统计模型，并对模型修正系数进行了优化处理。　　(2)新一代TMCP工艺条件下，超快冷出口温度(UFC-T)是影响产品组织和性能的重要工艺要素，目前关于热轧板带钢UFC-T控制策略和方法的文献资料较少。结合带钢超快冷过程冷却强度大、厚度方向温度梯度明显等特点，以超快冷单根集管为单位冷却单元，采用有限差分算法，系统分析了集管设定策略对带钢UFC-T的影响规律，并在此基础上开发了超快冷最优化组态设定策略。同时，针对超快冷设备紧凑、响应速率快等特点，开发了UFC-T智能自适应系统，实现了UFC-T的高精度、自适应控制。　　(3)热轧板带钢头部特殊冷却过程的高精度控制是产线稳顺生产、提高成材率的重要手段，也是轧后冷却控制的关键技术难题。针对超快冷工艺条件下不同产品的工艺需求及产线轧后冷却设备布置特点，开发了热轧板带钢层流冷却区域头部不冷、超快冷区域头部弱冷以及基于压力预补偿的头部不冷控制策略，实现了带钢头部特殊冷却段的高精度控制(温度720℃以上，长度2.0m)，厚规格产品成材率提升近5％。　　(4)热连轧线常规卷取温度(CT)PID反馈控制器在增益参数整定不合理的条件下，通常无法获得理想的控制效果。针对CT反馈控制高度非线性及动态时滞等特点，开发出专家自整定抗时滞PID控制器。应用结果表明，新开发的PID反馈控制器，能够实现高效、稳定的CT反馈控制，CT±20℃命中率得到近5％的提高。　　(5)对于冷却线长度较短的热连轧线，应用超快冷技术已成为弥补其冷却能力不足的最有效手段。在系统分析产线特点的基础上，针对其轧后冷却调节时间短、温度修正手段不足等突出难题，结合超快冷工艺技术应用，开发出基于智能前馈设定的CT轧后冷却控制方法，该类产线CT±20℃命中率提升近8％。　　(6)热轧板带钢生产过程中，品种规格变化时的首卷钢受设备工况、控制系统计算偏差等因素影响，温度控制精度通常较差，影响产品批次稳定性。为此，结合热连轧线数据信息特点，引入大数据技术以利用轧线历史数据指导当前生产。通过数据库的建立以及智能算法的开发，形成了集数据记录、智能检索、指导生产为一体的大数据CT智能自适应系统。应用效果表明，针对部分钢种，CT±20℃命中率得到近2％的提高。　　(7)超快冷供水压力和集管流量的合理、高效调节，是提高冷却水利用率、保证带钢冷却过程温度控制精度的重要前提。针对超快冷高压动态供水、集管流量非线性调节等工艺特点，提出冷却介质调节效率的评价方法，并开发出基于调节效率的节能型高精度水压控制策略，在保证压力调节精度的同时，超快冷供水系统节能达20％。同时，开发出基于调节效率的超快冷集管流量PI控制器，并利用新建立的仿真模型对控制器参数的最优性进行了系统研究，实现了流量调节阀组不同初始开口度和干扰量条件下PI控制器参数的最优化。　　(8)基于超快冷工艺特点，开发和利用合理的冷却路径控制方法，实现热轧板带钢组织性能的综合调控，是新一代TMCP技术的最终目的所在。以厚度为22.0mm的X80管线钢为研究对象，采用热轧实验与温度场模拟相结合的方式，对不同冷却路径下带钢厚度方向组织和性能均匀性进行了研究。结果表明，首先采用超快冷中等能力冷却（冷速约23℃/s），再进行超快冷极限能力冷却（冷速约50℃/s），实验钢厚度方向获得了较为均匀的组织和性能。该冷却路径下，实验钢屈服强度、抗拉强度及-20℃冲击功较常规层流冷却分别提升80MPa、40MPa和45J，且厚度方向宏观硬度偏差控制在了20HV以内。该研究成果对超快冷条件下高品质管线钢的生产具有重要的指导价值。　　本课题研究成果已成功应用于国内多条常规热连轧线，针对不同产品、规格及轧后冷却工艺制度，实现了UFC-T、CT、冷却水流量、压力等工艺参数的高精度稳定控制。利用超快速冷却成套装备技术并配合高精度轧后冷却控制所提供的平台，成功开发出系列低成本高品质产品，并实现了稳定的大规模工业化生产，为企业降本增效和产品质量的提高做出了突出贡献。