钢厂的转炉炼钢工序会产生大量的转炉污泥（12～16 kg/t钢）。转炉污泥是一种宝贵的二次资源,但同时又含有大量水分,在回收利用前必须进行浓缩、脱水及干燥处理。现在问题主要出在干燥工序上,传统干燥技术存在能耗成本高、干燥效率低等问题。因此,本文提出了一种内置热钢球的滚筒干燥新技术,钢球利用冶金渣余热加热后,将其作为热源和破碎介质,通过滚筒转动使湿污泥被热钢球破碎及加热。该技术具有系统简单、占地面积小、成本低、效率高及处理能力大等优势,可推广至更多种类的固废处理。本文从不同的质量/尺寸级别考察滚筒内转炉污泥干燥的传热传质过程,以揭示关键污泥干燥过程的热质传递规律和滚筒整体干燥特性及能效等。主要研究工作包括以下几个方面:（1）转炉污泥基础理化性质研究对转炉污泥开展了基础理化性质分析,包括:组分、粒度、密度、导热系数、比热容和含水率与表观形态关系等。研究结果表明:转炉污泥为无机污泥,铁含量很高（TFe:50.6～55.0 wt%）,多以亚铁氧化物形式存在;具有骨架密度大（5619 kg/m3）、粒径细（0.314～586 μm）等特性;不同的含水率下会呈现不同的表观状态（固态/塑态/流态）,但无明显的吸水膨胀（或干燥收缩）现象。这部分研究工作明确了转炉污泥性质,所测基础数据为后续干燥研究提供必要的参数取值。（2）转炉污泥微粒干燥过程的热质传递研究通过热重实验（TGA-DSC）,研究了转炉污泥干燥中的水分析出特性和能耗,确定出污泥干燥中的骨架化学稳定性、干燥阶段划分、结合能及水活度等关键参数。研究结果表明:转炉污泥骨架的化学性质稳定;转炉污泥干基含水率降至0.32 g/g以下后,结合能开始大于零,随着含水率的降低先缓慢增加而后再迅速增加,增加速率突变的临界点约为0.024g/g;转炉污泥干基含水率降至0.165 g/g以下后,水活度开始小于1,随着含水率的降低先缓慢减小而后再迅速减小,减小速率突变的临界点约为0.024g/g。这部分研究工作为后续污泥团及滚筒系统级别干燥过程的研究提供基础和模拟所需参数取值。（3）转炉污泥团干燥过程的热质传递研究通过热重实验和数值模拟,研究了不同工况下的滚筒干燥关键过程（污泥团级别）规律并获取热质传递参数,主要包括:实验研究球状污泥的热风干燥过程,明确关键因素对干燥过程的影响,讨论干燥机理,获取扩散系数等参数;基于干燥机理,建立流动-传热-传质多物理场耦合的干燥过程数学模型,模拟研究料床内部钢球加热周围厚层污泥、料床表层包裹钢球的薄层污泥被加热干燥以及料床表层碎成球状的污泥被周围环境加热干燥等过程,获取传热传质系数与关键影响因素间的关系。这部分研究明确了滚筒内污泥团级别的干燥过程,可更好地认识干燥机理,为后续滚筒系统级别的研究提供基础。研究结果表明:（a）对于料床内部,污泥实时含水率或滚筒转速越低,钢球-厚层污泥综合传热系数越低。在本研究工况中综合传热系数在170～940 W/（m2·℃）之间;（b）对于料床表层包裹钢球的薄层污泥干燥过程,降低钢球直径、污泥厚度及热风流速,或提高钢球温度,都能提高钢球-薄层污泥综合传热系数。污泥初始含水率仅影响干燥前期的综合传热系数。热风温度对综合传热系数的影响可忽略。在本研究工况中综合传热系数在180～275 W/（m2·℃）之间。钢球直径、钢球温度、污泥厚度和热风流速对钢球向环境的热损失率的影响可忽略。污泥初始含水率仅影响干燥前期的热损失率。热风温度越高,热损失率越小;（c）对于料床表层球状污泥干燥过程,降低泥球直径或初始含水率,提高热风温度或流速,都能缩短泥球干燥时间。本文提出的经验模型MR=exp（-at-bt2）可准确描述干燥曲线（R2＞0.99）。提高泥球直径、热风温度及热风流速,或降低污泥初始含水率,都能提高水分有效扩散系数。在本研究工况中扩散系数在6.60×10-9～1.78×10-8 m2/s之间。降低泥球直径,或提高热风温度及流速,都能提高泥球表面与环境的对流传热传质系数。污泥初始含水率仅影响干燥前期的传热传质系数。在本研究工况中对流传热传质系数分别在48～130 W/（m2·℃）和0.05～0.15 m/s之间。同时建立了球状污泥对流干燥情况的传热努塞尔数Nu和传质舍伍德数Sh无量纲准则方程（RNu2＞0.994和RSh2＞0.996）。（4）转炉污泥滚筒内干燥过程的热质传递研究实验研究了不同工况下的滚筒内热钢球干燥污泥过程,考察运行参数对转炉污泥干燥过程及能效的影响。利用前面研究获得的传热及干燥参数,建立描述滚筒干燥过程的数学模型,包括描述干燥曲线的无量纲准则方程和描述温度曲线的传热模型。通过改进的自标定法,从能耗和效率角度综合优化和分析了多种运行参数的组合,并以某钢厂生产要求为例结合滚筒干燥模型计算出满足要求的能效综合最优组合。研究结果表明:（a）本研究提出的干燥技术是可行且高效的。经过1200 s的干燥,污泥都已干燥彻底且呈粉末状,干基含水率低于0.024 g/g;（b）适当降低污泥处理量,提高钢球温度,提高钢球直径,选用适当的滚筒转速,降低污泥初始含水率,或提高钢球数量,都可以加快污泥干燥。（c）在本文研究工况中,系统能效ηe在40～84%,钢球热能利用率ηb在50～95%,比能耗SEC在0.8～1.5 kW·h/kgw,平均干燥速率DRc在1.0×10-4～1.8×10-3 g/（g·s）。钢球温度和污泥处理量是能效的主要影响因素,选用合理的钢球直径和滚筒转速可以同时提高能量利用率和干燥效率。若运行参数设置合理,可保证ηe＞67%,ηb＞78%,SEC＜1.0kW·h/kgw,DRc＞9.9×10-4g/（g·s）;（d）Weibull 分布函数模型MR=exp[-（t/a）b]可准确描述干燥曲线（R2＞0.97）;（e）所建立的滚筒干燥数学模型可较准确地预测干燥过程。本文研究成果为滚筒干燥技术的工程实施提供了坚实的理论指导和实验依据,为钢铁行业余热回收利用及废弃物处理提供了新途径。