随着国内钢铁产量趋于饱和,市场竞争加剧,要求钢铁行业必须要把提高产品的质量和精度放在首要位置。铁合金作为钢铁工业的基础炉料之一,在钢铁生产中必不可少,常用作炼钢过程的脱氧剂、合金添加剂等。铁合金的产量、品种和质量直接影响钢铁工业的生产和发展。因此,铁合金在投入炼钢过程中使用要求其具有合适的粒度、均匀的元素分布、高纯净度等特点。目前,国内外生产铁合金主要采用浇注再破碎的方法,该工艺存在自动化程度低,产品存在成分偏析,合金利用率低,粉尘严重等问题。因此,本课题提出了基于水幕冷却的离心粒化工艺用于制备铁合金颗粒,在提高生产效率的基础上兼顾铁合金品质调控。本文以FeSi75合金为研究对象,采用实验和理论研究相结合的办法,从工况条件对单合金熔滴冷却过程固液相演化的相互关系入手,进一步研究在水幕条件下硅铁合金熔滴的冷却相变过程、熔滴凝固时间规律,最后通过实验研究工艺条件对硅铁合金颗粒粒径分布、颗粒形貌、颗粒氧化性的影响。论文得出结论如下:①采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立高温硅铁合金熔滴冷却过程的数值模型,研究冷却介质、熔滴直径、熔滴初始温度、风速、环境温度等对硅铁合金熔滴冷却行为的影响。结果表明:硅铁合金熔滴在冷却过程中首先在颗粒底部和尾部形成固相,再逐层向内推进;硅铁合金熔滴直径对冷却过程影响较大,随着直径增加,相界面移动速度变慢,凝固时间增加,熔滴直径为10mm时的完全凝固时间为7.59s,直径20mm时熔滴完全凝固时间14.95s;随着熔滴初始温度增加,固相初始形成时间推迟,相界面移动速度不变,凝固时间延长,熔滴初始温度为1623K时的凝固时间为10.93s,熔滴初始温度为1773K时的凝固时间为11.89s;风速和环境温度对熔滴冷却过程影响较小;采用水冷对熔滴的冷却凝固过程影响极大,熔滴在水中完全凝固时间仅需0.78s,温降速率约1200K/s,熔滴在空气中完全凝固需要10.93s,凝固后熔滴的温降速率约132K/s。②采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立硅铁合金熔滴在水幕环境中的冷却过程建立数值模型,研究不同水幕条件对硅铁合金熔滴冷却行为的影响。结果表明:随着水幕环境中水份含量增加,熔滴完全凝固时间减小,相界面移动速度增大;对在不同水幕条件下的硅铁合金熔滴凝固时间进行计算拟合,得到熔滴的固相分数达到60%所需的时间与水份含量的关系式为:y0.6=2.44839-1.01462 ln(vw-0.00582)熔滴完全凝固的时间与水份含量的关系式为:y1=3.76535-1.37678 ln(vw-0.00596)当水幕环境中,水的体积分数为8%时,熔滴中固相分数达到60%所需的时间为 0.73s。③通过水幕冷却离心粒化实验,研究水幕流量对粒化后硅铁合金颗粒粒径分布影响。结果表明:采用水幕冷却可以减少小粒径颗粒的产生,水幕流量越大,收集得到的大粒径硅铁合金颗粒占比越多;当转杯孔径为12mm、水幕流量12L/min时粒化所得颗粒进行筛分统计,得出粒径大于8mm的约占75%,粒径小于4mm的硅铁合金颗粒占比约7%。④研究了粒化后的硅铁合金颗粒的物相以及氧化程度。结果表明:硅铁合金颗粒中的主要物相为Si相和FeSi2相;硅铁合金的外表面为氧化层,氧化层厚度随颗粒直径增大而增加,直径为6mm的硅铁合金颗粒氧化层厚度在5um左右,颗粒氧含量约0.12wt.%;直径为8mm的硅铁合金颗粒氧化层厚度为10um左右,颗粒氧含量约0.18wt.%。氧化层中的主要组成物相为为A1203、Si02、CaO等。⑤研究了水幕冷却对硅铁合金颗粒物理性质的影响。结果表明,随着水幕流量的增加,冷却强度增大,硅铁合金颗粒晶粒尺寸减小,物相成分更加均匀。说明采用水幕冷却离心粒化工艺能有效的改善原料硅铁合金中的成分偏析问题。综上所述,本文通过模拟仿真对单颗粒硅铁合金熔滴在不同工况条件下冷却行为进行理论研究,并对硅铁合金离心粒化工艺中水幕冷却对产品的影响进行实验探索。研究结果对于基于水幕冷却的硅铁合金离心粒化工艺的开发和设计具有指导意义。