快速加热和快速冷却技术
加热和冷却是影响连续退火和热镀锌产品组织性能的重要工艺环节。目前，连续退火生产线的加热方法主要是辐射管加热，带钢加热速率一般不超过30℃/s，当退火线的工艺速度达到400m/min时，需要很长的加热段。在冷却方面，高速喷氢冷却的极限速率约为120-150℃/s·mm，难以满足厚规格先进高强钢冷却速率的要求，并且冷却风机的耗电量较大。水淬虽然可以获得较大的冷却速率，但冷却后带钢表面氧化，需要酸洗，不仅增加生产成本，也存在环保问题。
为了解决现有加热和冷却技术的不足，满足现代连退生产线高效率、绿色化生产的要求，先进冷轧、热处理和涂镀工艺与装备技术方向开展了直接火焰冲击（DFI）快速加热、横向磁通感应加热和戊烷喷射无氧化快速冷却技术的研究。
1直接火焰冲击加热技术研究与开发
1）DFI加热烧嘴
直接火焰冲击加热技术的关键是烧嘴。为了实现快速均匀加热，本研究设计开发了一种三重同心管逆扩散烧嘴，采取内层和外层通道通助燃剂，中间环缝通道通燃气的方法，实现逆扩散燃烧，并且利用外层小流量氧化剂形成种子火焰，使烧嘴在中心管气体流速达到150m/s的条件下仍保持
稳定燃烧，不脱火，不熄火。在此基础上，改变中心管、中间管和外管端面的相对位置，分别设计了四种不同的烧嘴结构，对比研究了这四种烧嘴的燃烧稳定性，最终确定了稳定性最佳的烧嘴结构。在上述单
火焰烧嘴实验研究基础上，研制开发了具有自主知识产权的多火焰烧嘴，火焰最小间距25mm，获得了良好的加热均匀性。
2）DFI烧嘴燃烧稳定性和火焰特性研究
针对DFI烧嘴火焰稳定性问题，主要研究了内层空气、内层氧气、外层空气、外层氧气以及助燃剂氧含量等参数对火焰稳定性的影响，同时针对四种烧嘴结构对比研究了燃烧稳定性问题。针对单烧嘴火焰特性问题，实验研究了不同助燃剂内外层通道分配比例、不同燃气流量、不同氧含量条件下的火焰温度分布规律，最终获得了稳定性最佳的烧嘴结构，并揭示了稳定性高的原因是该结构使外层通道助燃剂与燃气燃烧形成了最佳的种子火焰，一直保证内层主火焰被点燃；在燃气流量为0.5m3/h条件下，氧含量为40%、50%、60%和70%时，最外层和中心层助燃剂分配比例为1:20时，火焰喷出速度快，湍流效应强烈，温度明显高于其他比例的火焰；在燃气流量为0.5m3/h条件下，随着富氧浓度的增加，火焰温度升高，最高温度位置距烧嘴出口的距离下降；当过剩空气系数α增加时，火焰湍流效应强烈，火焰长度变短，火焰温度变化曲线上升；在氧含量不变的条件下，随着燃气流量的增加，火焰刚度增加，蓝色火焰比例增加，燃烧更充分，火焰温度曲线的高低依次为燃气流量0.5m3/h、0.7m3/h、0.3m3/h；
3）DFI加热装置研发与应用
在实验室研究的基础上，设计开发了直接火焰冲击加热炉，采用窄间距（25mm）多火焰烧嘴（20组火焰），沿带钢运动方向布置4组共8个烧嘴，上下布置，对带钢进行快速加热，加热带钢宽度最大550mm，最小300mm，加热宽度可调。实验结果表明，针对1mm厚带钢，加热速率可达150℃/s。上述设备用于中国宝武集团硅钢国家工程中心高硅钢温轧快速提温，取得良好效果。
2横向磁通感应加热技术
电磁感应加热速度快、效率高，不仅大大减少加热时间、缩短产线，而且加热过程具有更高的可控性，已经成为金属带材加热、组织性能调控的关键技术。横向磁通感应加热（TFIH）是以电磁感应方式，在被加热板带内部产生涡流，通过涡流产生热量达到加热的目的。近年来横向感应加热已成为金属板带加热领域竞相研究的热点之一。目前国外带材横向电磁感应加热技术正处于研发阶段，国内尚无相关加热技术和设备。
本研究针对横向磁通感应加热技术，开展了理论和实验研究，开发出横向磁通感应加热中试装置，为工业化应用奠定了基础。具体研究内容如下：
1）利用ANSYS有限元分析软件，建立分析薄带钢横向磁通感应加热模型，模型考虑带钢的运动，带钢的温度场和感应器的磁场等因素，对上述物理场进行耦合计算，分析TFIH的功率密度分布、温度场分布规律以及带钢加热速率、加热效率等问题，研究边缘效应的机理，通过模拟计算提出减小边缘效应的解决方案；
2）模拟研究不同形式感应器结构设计对边缘效应的影响规律以及带钢温度场分布，优化感应器结构和尺寸；
3）根据计算机模拟计算
结果，设计制作横向磁通感应加热的加热器，提出新型感应加热器的设计方案，使加热器既能解决边缘效应问题，又能适应不同宽度带钢加热要求；
4）通过分析计算，设计TFIH的供电系统和逆变、电容系统，提高系统的电热效率；
5）研制开发横向磁通感应加热模拟实验装置，包括开卷和卷取，带钢运动速度控制，温度成像仪等。通过该实验装置，研究TFIH的温度均匀性、加热效率、运动带钢温度场分布等问题，验证模拟分析和加热器设计的正确性和合理性。
本研究取得的主要成果如下：
1）以电磁学、传热学及感应加热基本理论为基础，推导了横向感应加热磁场强度分布函数、电流密度分布函数和功率密度以及感应线圈的电压降等计算公式，针对所加热板带的尺寸、材质、加热温度、加热速率等具体要求，完成了横向感应加热装置的基本设计；
2）基于所得基本设计，采用COMSOL软件，对板带的温度分布、磁通分布以及涡流分布进行了数值模拟，确定了感应加热装置的空气间隙以及极距与电流透入深度比值的最佳值，实现了感应加热装置的优化设计；
3）通过数值模拟，研究了电流频率和气隙及电流强度等参数对板带温度分布的影响规律，对感应加热装置的设计制造提供了参考和指导；
4）针对板带边部温度过高的问题，采用添加屏蔽装置的方案，并通过对比实验研究确定了屏蔽装置的最佳壁厚和遮蔽量，改善了感应加热温度分布；
5）开发了板带横磁通加热装置的优化设计软件，为横向感应加热装置的优化设计提供解析工具；
6）针对Al、普通钢两种不同材质；厚度1-2mm、宽度200mm、带材运行速度1-6m/min、加热温度200℃工艺条件，设计了RAL电磁感应加热实验装置。实验结果与理论计算结果吻合良好，验证了设计方法的正确性与可行性。
3快速冷却技术
传统快速冷却技术主要包括高速喷氢、气雾和水淬。高速喷氢冷却速率最高约为150℃/s（针对1mm厚带钢），因此对厚规格以及更高强度的带钢，喷氢冷却的速率难以满足要求。现有的气雾冷却和水淬冷却技术在冷却均匀性、板形、冷却终点温度及路径控制以及表面氧化等方面存在一些问题，其应用带来成本高、产品表面质量差、板形差等问题。
为此，本研究开发新型气雾冷却装置，尤其是采用碳氢化合物的喷射冷却技术，研究新型冷却技术的换热效率及其影响因素，研究冷却工艺参数和冷却方式对板形、表面质量的影响规律，开发相应的实验和工业化设备，分析研究生产效率、成本和环境影响。
本研究开发出戊烷无氧化快速冷却喷嘴装置和戊烷介质循环供给控制系统，系统研究了冷却介质流量、压力、带钢厚度等参数与冷却速率的关系，以及喷嘴冷却均匀性等问题。1mm厚试样冷却速率约250℃/s，冷却后试样表面无氧化。在实验室研究的基础上，设计了戊烷冷却喷嘴装置和介质循环控制系统，并应用于攀钢研究院带钢连续退火模拟实验机上，取得良好效果。
在气雾冷却技术研究开发方面，在实验室建立500mm宽试样气雾冷却实验机，具有加热和气雾冷却功能，最高加热温度950℃。利用实验机研究了冷却介质流量、压力、喷嘴布置方式等对冷却速率和冷却均匀性等的影响规律。同时开展喷气冷却技术研究，设计喷气冷却装置。基于上述研究成果开发了热镀锌线镀后气雾冷却系统和移动喷气冷却系统，用于邯钢2#镀锌线锌花大小控制和镀锌表面缺陷问题的解决。
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