在钢铁工业中,加热炉的作用是把来自连铸的板坯加热到适合轧机进行轧制的温度,所消耗的能源也在钢铁工业耗能中占了相当大的比重,约为25%。在保证钢坯的加热质量和产量的前提下,各大钢铁企业以及相关领域科研单位都在探求一种能够提高加热炉加热效率的方法,从而减少单位产品的能耗,降低生产成本,提高产品的市场竞争力就成为各大钢铁企业目前追求的新目标。加热炉作为一个复杂工业控制对象,其高耗能、高温的特性,以及生产过程包含多种物理、化学和热力学等变化,使得在对加热炉的生产过程进行研究的过程也变得非常复杂,因此目前来说要用十分精准的数学模型来描述加热炉的整个工作过程,还有一定的难度。由于步进式加热炉分区段的结构特性,本文在对加热炉的工作过程进行优化的过程中,将加热炉沿炉长方向分成多个区段,通过设定这几个区段的炉温,中间通过数学模型的量化处理和差分进化算法的求解,来达到优化生产目标、降低能耗的目的。本文正是基于钢铁企业迫切要求节约能源、降低成本的现实考虑,以加热炉的实际工艺过程为实践背景,以加热炉的机理模型为数学支撑,对步进式加热炉过程操作调度问题进行了研究。本文的研究工作可概括如下：1)介绍了步进式加热炉的工艺操作和控制系统特性,为数学机理模型的建立以及优化目标的确立提供了实践背景和理论依据；研究了加热炉内部的热量传输特性和钢坯温度变化特点,在对比原有模型的基础上,权衡总结各个模型的优缺点,改进了原有数学模型,采用系统辨识的思想建立了步进式加热炉的数学机理模型,以此来预报钢坯的温度。2)依据钢铁工业生产的特点来确立了优化目标,本文的优化目标是在保证能给粗轧提供符合要求的钢坯的前提下,尽量节约能源消耗,约束条件是：(1)钢坯在各个加热阶段的温度上升要小于某一定值,而加热过程中钢坯的断面温差不能太大；(2)出炉时刻钢坯的断面温差也有相应限制,且相应阶段的炉温不能超过该段的炉子承受能力的上限。3)针对该问题的非线性特性,设计并改进了差分进化算法,改进策略的应用方法可概括如下：(1)在算法运行前期,由于需要保持种群多样性,提高算法的全局搜索能力,所以令交叉概率线性减小,同时又为了防止早熟而使缩放因子线性增大；(2)到了算法运行的后期,为了提高算法的局部搜索能力,同时加快收敛速度,而增大交叉概率并减小缩放因子。4)将改进的差分进化算法应用在了求解步进式加热炉过程操作调度问题上,在C语言环境下得到的实验结果表明,改进的差分进化算法求解效率明显要比经典差分算法高,并且求得最优解的稳定性要比经典差分算法好。