高炉熔渣作为炼铁过程的主要副产品,是一种高品位热源,由于传统高炉熔渣处理的水淬法存在耗水量大、污染环境等问题,而高炉熔渣机械离心粒化及热回收工艺具有能耗低、无水资源消耗的优势,可以高效实现高炉熔渣的余热回收,所以高炉熔渣的机械离心粒化及热回收工艺成为高炉熔渣处理的研究热点。机械离心粒化环节是整个工艺过程的关键环节,基于此,本文以高炉熔渣机械离心粒化机理研究为出发点,研究了渣粒粒径与运行工况、流体物理性质等多个物理量间的关系。设计并研制了高炉熔渣机械离心粒化实验平台,利用该实验平台进行高炉熔渣的粒化冷态模拟实验和热态实验。本文要点如下:(1)对流体的离心运动特性进行研究,建立流体离心运动的物理模型,明确离心粒化过程各个环节的流体运动规律,包括液膜平铺、液膜边缘凸起、液膜分裂、分离成粒四个步骤;同时以液膜运动数学模型为基础,推导出熔渣粒径与流量、粒化器半径、粒化器转速、密度、黏度、表面张力之间的关系式。(2)研制高炉熔渣机械离心粒化实验平台。由流体的离心运动特性和粒化机理分析,初步设计出锯齿边沿粒化器结构,目的是将高炉熔渣分裂模式控制在丝状分裂;研究了粒化器转速调控方法,采用可编程控制器(PLC)和变频器技术手段,并引入粒径反馈调节系统,实现粒化器转速的自动、实时调节;同时对渣流流量的控制方法进行研究,使用PLC和步进电机调节塞棒的位置,从而改变出渣口的开合度,间接控制渣流流量的大小。(3)进行高炉熔渣离心粒化实验研究。冷态模拟实验以同物性的松香、石蜡混合物代替高炉熔渣进行,对粒化过程中粒径的实验测量值和模型预测值进行对比,结果表明二者数据基本吻合,验证了建立的熔渣粒径数学模型的准确性;研究了锯齿边沿粒化器对粒化效果的影响,发现无论冷态还是热态实验,锯齿边沿粒化器的粒化效果都要优于同工况的圆盘状粒化器;同时在高炉熔渣的热态实验中,实验数据表明,将粒化器转速控制在1600rpm以下时,可以有效避免渣棉生成。