合金化热镀锌生产过程中存在保温段温度降低和冷却段冷却效率不足的问题。保温段温度的降低会使镀层的形成速度减慢、镀层内化学成分不均匀,影响到镀层的性能和生产效率;冷却段冷却效率的不足会使出口带钢温度升高,出口带钢温度过高时,合金化镀层将脱落在炉顶辊上,造成合金化镀层表面质量缺陷及折皱,粘连的锌渣从炉顶辊坠落将引发安全隐患。本文将对合金化炉内流动与传热的机理进行研究,构建阶梯式喷射冷却模型,实现增强保温段加热作用和冷却段冷却效率的“双强化”效应,解决生产中存在的保温段温度降低和冷却段冷却效率不足的问题。本文首先构建垂直通道内单排喷射冷却模型,对通道内流动与传热特性进行研究。通过研究确定了垂直通道内存在可实现“双强化”效应的临界状态,得到了临界状态时流动与传热特征,进一步得到了临界状态时宽高比Ar与浮力参数Gr/Re的关系:Gr/Re=-2.36×106+4.32×105Ar。通过构建多排喷射冷却模型,研究了等速喷射冷却流动与传热特性,得到了等速冷却临界控制参数Re=1.40×107,并得到了多排等速冷却中组合雷诺数Rea与冷却段平均努塞尔数Nuc的关系:Nuc=2.26×10-12Rea2-2.08×10-5 Rea+234.17。然后对各排喷嘴协同传热作用进行研究,构建了阶梯式喷射冷却模型,得到了阶梯式冷却Rea与Nuc的关系:Nuc=1.19×10-11 Rea2-2.52×10-4 Rea+1605.70,使用研究得到的拟合式和数值模拟两种方法说明了垂直通道内阶梯式冷却的节能效果。最后将阶梯式喷射冷却应用于立式合金化炉,通过对等速喷射冷却和阶梯式喷射冷却的Nuc和带钢温度的研究,说明了阶梯式喷射冷却的节能效应。