随着能源短缺和环境问题的突出,节能降耗、发展循环经济是我国钢铁行业发展的必然趋势。高炉渣作为炼铁生产的副产物,具有很高的余热回收价值和产品利用价值。目前常用水淬法处理高炉渣,既排放有害气体,也造成水资源浪费。现有的干渣法虽然原理可行,但粒化效果不稳定,未能投入大规模使用。本文打破了以水或空气作为单一粒化介质破碎熔渣的束缚,提出以气粉两相流作为粒化介质,依靠粉体较大的惯性冲击力和空气的吹散作用来促进熔渣破碎使其粒化。本文建立了气粉流喷射方法,并设计了完整的气粉流粒化熔融高炉渣及余热回收工艺,期望为钢铁工业技术创新提供思路,引导更节能、有效益的发展生产。在气粉流输送、喷射和熔渣破碎过程的动力学和经济学分析中,确定了气粉流粒化法将300 t/h的熔融高炉熔渣粒化到5 mm粒径以下的最优设计参数匹配如下:粉体粒径为0.8~1.2 mm,粉体质量流量为16.8 t/h,压缩空气出口压力为1.0 mPa,空气流量为117 Nm~3/h,产生的空压机电耗约12.44 kW。若取得相同的熔渣破碎效果,风淬粒化法则需要1.5 mPa空气压力、6700 Nm~3/h空气流量,气源电耗约是气粉流粒化法的68倍。在熔渣冷却的热力学分析中,完成了渣滴冷却、渣滴凝固和渣粒冷却过程的热量转换,建立了熔渣和空气温度随动的数学模型,确定了以900℃作为熔渣换热分界温度和分别以360 Nkm~3/h、440 Nkm~3/h作为一次和二次换热的空气流量。研究发现,与风淬粒化渣相比,被浸入粉体的气粉流粒化渣的传热厚度更薄,可缩短10%以上的换热时间,利于提高粒化渣玻璃体率和减小设备造价。