提高轧后冷却设备冷却能力,充分利用“水是最廉价的合金元素”,减少合金元素使用量,发挥轧后冷却工艺对钢铁材料相变过程的组织控制,降本增效,已成为当前热连轧工艺技术改造及设备升级的主要方向。本文以沙钢1700mm热轧带钢生产线新增超快速冷却系统改造工程为背景,针对超快速冷却控制系统的开发与实现进行研究,构建了基于超快速冷却技术的高精度热轧带钢轧后冷却系统。主要研究内容有:超快速冷却装置工艺布置形式、超快冷与层流冷却系统的无缝衔接技术、轧后冷却换热计算模型、超快速冷却系统控制策略、超快速冷却基础自动化控制系统,以及合金钢减量化工艺研究。（1）通过对超快速冷却装置的分析,以及沙钢1700mm带钢生产线工艺状况和改造需求,提出超快速冷却工艺布置改造方案和性能需求;根据应用需求,对轧后的超快冷和层流冷却控制系统的衔接方式进行了研究,确立了系统间控制信息的通信方式和控制系统之间的并行运行策略;针对温度精度控制的要求,确定了具有超快冷模式、层流模式、加强冷却模式,以及淬火模式四种冷却模式的多种柔性化冷却模式。（2）通过对冷却过程分析,基于热能传输原理,建立带钢轧后冷却换热基本模型、空冷换热数学模型和水冷换热数学模型,考虑到换热过程的非线性和时变性等复杂特点,多种能量形式的交换量不能准确地测量和计算,在论文中,采用通过调整黑度系数修正量等方式,对换热过程数学模型进行等效,在此基础上建立了温度计算数学模型,并进一步依据实际应用情况,采用回归模型等方法,建立了空冷换热系数模型和水冷换热系数模型。（3）为满足不同规格、不同钢种和不同力学性能要求,以及产品对于卷取温度的要求,轧后冷却系统需具有多种控制策略。针对超快速冷却系统的特点,将轧后冷却控制系统划分为预设定计算、动态修正设定计算、速度前馈控制、反馈控制和自学习计算五个部分。通过对水泵、阀门、管路的特性分析和供水要求,开发了变频器升速阶段开环-冷却阶段闭环恒压供水控制策略和流量调节阀开环预设-流量闭环控制策略;针对流量突变过程中,对供水压力影响等问题,开发了超快冷供水流量-压力解耦控制策略;为了消除UFCT的控制和测量精度对CT控制精度的影响,开发了 UFCT与CT解耦控制策略;针对不同工艺要求对超快冷计算策略的需求,开发出了具有计算模式和索引模式的超快冷温度精度控制策略;为了达到精确控制卷取温度的目的,开发了温度PID反馈控制策略。（4）依据现场应用需求和控制策略,开发了超快速冷却基础自动化控制系统。论文中详细阐述了超快冷系统西门子S7-400系统、泵站西门子S7-400系统、轧线ABB AC450,以及HMI组态软件数据通信结构和通信方式;结合控制需求和设备性能特点,设计了基础自动化PLC控制程序结构和主要设备的控制方式和操作模式;结合系统需求开发了样本号计算功能、数据采集功能,以及报警等功能;利用西门子组态软件,开发了基础自动化和过程自动化HMI画面。（5）设计的超快速冷却系统应用于现场后,结合超快速冷却系统的设备特点、冷却能力和工艺需求,确立了超快速冷却合金减量化实施内容、工艺流程和调试方案;对调试产品进行金相组织和力学性能分析,对批量化生产的不同规格、不同钢种的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性,以及断后延伸性能的分布情况进行了统计和分析,分析结构表明,改造后的超快速冷却系统运行稳定,减量化效果满足企业提质增效的要求。