本文以空气预热温度、含氧浓度和空气过剩系数三因素联合作用下钢坯加热炉热效率和氧化烧损率的变化规律为研究对象，目的是为进一步提高钢坯加热炉操控优化水平和降低钢铁生产成本提供理论依据。首先以步进式钢坯加热炉为对象，运用STEEL-TEMP软件，耦合钢坯热流密度模型、热平衡模型和氧化皮线性及抛物线性增长组合模型，编制了钢坯热过程模拟计算程序。利用该程序可以直接得到钢坯升温曲线、炉内各区温度、炉墙内表面温度曲线、金属氧化烧损等数据。从这些数据中，可以计算出热效率和氧化烧损率。然后利用这一程序，采用不同的空气预热温度、含氧浓度和空气过剩系数组合，研究了钢坯加热热效率和氧化烧损随空气温度、含氧浓度和空气过剩系数的变化规律。研究中空气温度变化范围为200-900℃，含氧浓度变化范围为21-54％，空气过剩系数变化范围为1.0-1.3。研究结果表明，在加热终了温度相同的情况下：(1)空气温度越高，加热时间越短，加热速率越大，热效率和生产率越高，总的氧化皮生成量越少。(2)烟气含氧浓度对氧化皮生成量有重要影响。低的烟气含氧浓度可抑制Fe的氧化反应，增加烟气发射率，缩短加热时间，从而可减小氧化皮生成量，降低吨钢能耗。(3)空气过剩系数越低，加热速率越大，热效率和生产率越高，加热时间越短，氧化皮生成量越小。氧化皮生成速率最慢的燃烧条件是空气过剩系数1.0-1.1且空气温度400-500℃。空气过剩系数越低，最小氧化皮生成速率所对应的空气温度范围越宽。(4)空气含氧浓度越高，加热速率越大，热效率和生产率越高，加热时间越短，氧化皮生成量就越小。氧化皮生成速率最慢的燃烧条件是空气温度400-600℃且空气含氧浓度低于45％。在以上研究的基础上，本文最后提出了“逐级配风”的热工操作制度。即：控制总空气过剩系数为1.0，执行“从加热一区、加热二区到均热区空气过剩系数按5-10％逐级递减，使高温均热区处于弱氧化气氛。采用“逐级配风”热工操作制度，可提高热效率，并降低氧化皮生成量。