突破高端产品制造技术,实现工艺流程创新是解决我国钢铁工业大而不强问题的关键,而研发先进的实验研究装备和中试研发平台则是实现这一目标的基础。本文从生产实际出发,结合工艺创新要求,开发了新一代多功能热轧实验机组,其独特的轧辊加热功能、热轧异步轧制功能以及组合式控制冷却功能在保证热轧实验机组灵活高效、精度高的基础上,进一步丰富了实验功能,为热轧产品和工艺研究提供了研发平台。相关实验机组被多家钢铁企业及科研院所应于新产品、新工艺研发中,取得了良好的应用效果。主要研究内容如下:（1）开发了多功能热轧实验机组工艺流程、工艺装备、自动化控制系统和检测仪表系统。通过机组工艺设备的柔性组合,丰富了热轧实验研发手段,满足中厚板和热连轧不同流程的新工艺、新产品的研发需求。提出了可逆轧制和单向轧制辊缝设定策略,通过新型电液联摆系统,在保证辊缝精度的同时提高了压下速度。针对热轧实验复杂、灵活、多变的特点,开发了实验过程跟踪系统、自动实验系统和实验过程仿真系统,提高了热轧实验稳定性和成功率。（2）针对热轧实验轧辊温度低、轧件温降快等问题以及特殊规格、特殊工艺要求的热轧实验过程,提出了热油加热轧辊的工艺思路。通过热油加热过程中轧辊表面温度场有限元模拟,得到了热油温度、环境温度、轧辊直径以及轧辊开孔深度对轧辊表面温度场的影响规律。所开发的轧辊热油加热系统,有效解决了薄规格轧件轧制过程中温降过快的问题,同时满足了特殊合金高温终轧的工艺要求。（3）开发了热轧实验机组异步轧制功能,通过异步轧制将剪切变形引入轧制过程,提高了变形效率和变形渗透率。通过有限元模拟分析,建立了热轧异步轧制过程中轧辊受力、轧件变形以及轧件翘曲规律。为了改善热轧异步轧制过程中轧件翘曲,开发了下辊水平偏移系统并提出了异步轧制过程中轧件翘曲控制策略,有效解决了热轧异步轧制过程中轧件过度翘曲的问题。（4）开发了以超快冷为核心的热轧实验机组组合式控制冷却系统。建立了组合式控制冷却过程中轧件温度控制模型并给出了换热系数自学习方法。针对超快冷系统压力和集管流量强耦合的特点,提出了系统压力与集管流量综合控制策略。系统压力和集管流量均采用前馈设定+反馈微调的控制策略,控制初期压力前馈和流量前馈同时进行,系统稳定后以压力反馈为主、压力反馈和流量反馈交替进行,在反馈控制中引入死区控制和模糊PID自适应控制,并针对调节阀具有回差和死区等特性,给出了相应的补偿控制算法,实现了系统压力和集管流量快速、稳定、高精度控制,提高了轧件终冷温度控制精度,满足新一代TMCP工艺研发需求。（5）应用本文研究成果开发的新一代多功能热轧实验机组,采用先进的三级计算机控制系统构架,配备了完善的自动厚度控制系统和实验过程跟踪系统,实现了全自动实验。其特有的轧辊加热功能、热轧异步轧制功能以及以超快冷为核心的组合式控制冷却功能,为研发供了更多的实验手段。本机组成功推广至首钢、沙钢、太钢、河北钢铁、鞍钢、台湾中钢等近二十家钢铁企业和科研院所,取得了良好的应用效果,为热轧工艺创新和高端品种研发提供了可靠的研究手段。