加快技术革新是实现我国钢铁工业可持续发展的一种有效方式，针对全氢罩式退火炉退火模型计算和控制技术是制约我国罩式炉自行改造和扩展的难题之一的现状，同时为了提高生产运行管理水平，本课题以全氢炉为对象进行了系统地在线退火控制和退火评估诊断策略研究。本文首先全面、系统地对国内外在罩式炉退火(退火工艺离线预测、退火过程在线优化和退火过程评估诊断)研究方面所开展的各项工作进行了综述、分析和评价，从而为本学位研究工作奠定了基础。并从以下几个方面开展了研究：基于传热过程分析，对钢卷径向等效导热系数、表面对流换热系数、辐射换热系数、料室空间流动特性和加热室空间燃烧传热过程进行了深入的模型化研究，建立了完整系统的全氢炉退火过程传热数学模型。结合退火工艺过程的分析，建立了全氢炉退火过程钢卷温度场模拟计算的逻辑体系。并结合对钢卷导热方程和边界条件的离散求解，实现了钢卷温度场模拟计算的同时，获取了全氢炉退火过程的工艺制度。现场测试实验表明，本文所建立的全氢炉退火工艺制度离线预测技术使加热阶段退火工艺与实际退火工艺误差在±5％之内，冷却阶段退火工艺与实际退火工艺误差在±7％之内，均控制在工业生产可接受范围。针对实际退火过程中，由于燃料供应品质的波动、设备性能的变化、设备故障和人为故障的发生等原因影响，所导致全氢炉退火过程往往偏离离线预测退火工艺曲线的现状，为了提高全氢炉退火炉台效率及确保退火后钢卷产品达到质量标准，本文对全氢炉控制系统结构进行了分析，基于钢卷冷点温度在线跟踪方法，提出了“自适应优化”和“自学习修正”两部分策略，形成了一套全氢炉在线自适应优化控制策略。其中“自适应优化”策略是依据退火监控数据优化和调整退火工艺制度，具体包括“退火过程再现”和“退火过程优化”两部分。“自学习修正”策略则是根据已退火堆垛的运行情况，通过对退火过程设备性能和工艺变化情况分析，实现模型的修正，进而提高在线优化结果的准确性。试验结果表明，全氢炉在线自适应优化控制策略的优化结果与测试结果吻合较好，钢卷热点和冷点的模拟温度与测量温度的偏差均在10℃之内。退火后钢卷的各项质量性能均在质量要求范围内。在实现退火过程优化的基础上，为了清晰地掌握全氢炉实时退火性能和控制水平，本文对退火工艺与退火性能之间的影响进行了分析研究，并引入过程能力指数和过程性能指数，提出了一套全氢炉退火过程在线评估诊断策略。试验应用结果表明，引入过程能力指数和过程性能指数，采用保温温度和钢卷冷点温度进行退火状态评估合理有效，同时以燃料供应流量和助燃空气流量、加热室空间监控温度和炉台监控温度分别作为加热初期、中期和后期三个阶段的指数计算对象，可以有效实现退火过程性能评估。最终所诊断的故障信息与现场检测故障所在基本吻合。这一研究提出了一个在线退火水平评估和故障诊断的全新思路。在所开展的全氢炉在线退火控制和诊断调节策略研究基础上，本文还进行了全氢炉退火核心软件平台的开发，具体包括全氢炉退火工艺制度离线预测平台、全氢炉退火工艺制度在线自适应优化平台和全氢炉在线退火评估及诊断平台三个部分。该平台通过嵌入的方式应用于改造后的全氢炉，经现场应用后，效果明显，经济效益显著。