球团矿作为一种优质的炼铁原料,在高炉炉料结构比例中逐渐升高。链篦机-回转窑-环冷机工艺生产的球团矿抗压强度高、质量均匀、能耗低,规模效益明显。链篦机是球团生产过程中的主要设备,实现球团的干燥与预热。球团在干燥预热过程中,伴随着水分蒸发、对流换热及化学反应等复杂变化,生产实践发现,球团链篦机温度场的不稳定,将导致球团在干燥阶段产生裂纹或爆裂从而产生粉粒影响球团的产量并污染环境;在预热阶段使得球团氧化不充分,影响球团的强度。球团链篦机温度场在时间域和空间域内动态变化,是一个极其复杂的时空耦合系统,实现对球团链篦机温度场的协同稳定控制,是球团生产提高质量和产量、有效降低能耗向低碳转型必须面对且急需解决的重大问题。本文以球团链篦机温度场时空耦合复杂系统为研究对象,围绕球团链篦机温度场的多尺度建模分析、数值模拟、控制系统设计以及实验测试等方面展开研究,建立了球团链篦机温度场多尺度模型,揭示了球团链篦机温度场时空耦合分布及其变化规律,优化了球团干燥预热热工工艺参数,提出了提高热能使用效率、强化球团干燥预热效果的途径及方法,设计了球团链篦机温度场模糊协同控制器,构建了球团链篦机温度场协同控制实验系统。论文的主要研究内容和结论如下:（1）球团链篦机温度场时空耦合多尺度建模。提出了一种基于CFD（计算流体力学）-DEM（离散单元法）耦合的球团链篦机温度场宏观尺度建模方法,通过该方法计算既能获得链篦机空间的气流场信息也能获得球团的信息。基于DFT（密度泛函理论）和MD（分子动力学理论）建立了球团预热氧化过程微观尺度模型,从原子尺度研究了球团与氧气界面的吸附和扩散机理,为球团链篦机温度场建模提供了准确的球团预热氧化速率、扩散速率等氧化动力学参数。（2）链篦机球团干燥过程与预热氧化机理多尺度分析。基于FLUENT-EDEM宏观仿真分析了链篦机球团干燥过程,结果表明,球团料层在篦床运动方向的温度梯度为145K/m,球团料层最大干燥速率为0.42Kg/（m~3·s）。基于DFT和MD微观研究分析了球团预热氧化机理,结果显示电子通过O2分子和Fe3O4（1 1 1）表面Fe-O成键进行传输,O2能够稳定地吸附在Fe3O4（1 1 1）表面,增加热风气流场的氧浓可以提升O2的扩散速率,强化磁铁矿球团的氧化效果。对预热氧化后的球团进行抗压强度、氧化度、X射线光电子能谱（XPS）以及微观形貌测试分析后得到球团抗压强度600N,球团最大氧化度65%,“缩核”现象明显。（3）球团链篦机温度场数值模拟与热能匹配研究。基于FLUENT数值模拟了球团链篦机温度场时空耦合分布及其变化规律,结果发现,球团链篦机各段温度场的温度梯度明显,球团料层干燥速率是先升后降,球团料层氧化率分布与温度梯度正相关。采用干燥度和有效热能利用率双指标正交试验法优化了球团干燥预热热工工艺参数,使得有效热能利用率提高了8.89%,提出了一种基于双指标优化的球团链篦机热能匹配方法。（4）球团链篦机温度场协同控制策略与系统仿真。将球团链篦机温度场控制简化成四段（鼓风干燥段、抽风干燥段、预热Ⅰ段和预热Ⅱ段等四个区段）五源（鼓风机、抽风机1、2和回热风机1、2等五个控制热源）的多控制源系统,提出了一种融合空间信息的球团链篦机温度场3D模糊协同控制策略,在传统模糊集（变量域、隶属度域）的基础上,增加空间维度AX表达空间信息,形成3D（变量域、隶属度域、空间域）模糊集,设计了球团链篦机温度场3D模糊协同控制器架构。通过Simulink仿真分析,结果显示鼓风、抽风干燥段和预热Ⅰ、Ⅱ段的温度场分别在10K、20K、50K、100K扰动后相应经过5s、8s、15s和24s后达到稳定,温度超调量不超过2.0%,稳态误差控制在[-10,10]K范围内。（5）球团链篦机温度场协同控制实验与分析。基于多物理场测控实验装置,构建了球团链篦机温度场3D模糊协同控制实验系统。实验结果表明热电偶采集的空间温度数据所反映的规律与球团链篦机温度场分布特性总体一致,采集点温度与CFD模型的计算结果平均误差为8.1%,实验中各测点温度最大控制误差为13.8K,最大相对误差为1.76%。预热Ⅱ段在100K扰动后,鼓风干燥段、抽风干燥段、预热Ⅰ和预热Ⅱ段温度场分别经过大约8s、16s、14s、30s后恢复稳定状态,产生的最大超调量为3.25%,稳态误差为±12K。球团链篦机温度场3D模糊协同控制具有较强的稳定性。上述研究工作在强化球团干燥预热效果和实现链篦机温度场稳定控制方面进行了有益探索,研究结论对现代球团生产企业提高球团生产质量、节能减排、实现“双碳目标”国家战略具有重要的参考价值。