高炉渣是钢铁生产过程中的主要副产物，其排出温度高达1500℃，蕴含大量的高温余热，是目前钢铁行业中极少数未能回收的高温余热资源。在2016年，中国的高炉渣总产量为2.34亿吨，蕴含总热量相当于1355万吨标煤。目前，为追求经济效益，水淬急冷是高炉渣主要的处理方式。该技术的优点是冷却速率快，可以获得高玻璃相含量的炉渣，用于做水泥熟料，但存在余热、水资源浪费及环境污染等问题。为此，国内外学者提出了多种干式粒化余热回收方法，如机械破碎法、风淬法、转鼓法和离心粒化法等。在这些方法中离心粒化余热回收技术因具有回收余热品位高、能耗低、粒化效果好、装置稳定性及可靠性高等优点是目前最可行的方案。然而，到目前为止该技术仍处于实验室研究阶段，尚无工业应用。其主要原因在于该技术仍存在余热回收率低、液滴冷却速率与玻璃体含量的关系尚不明晰等瓶颈问题。因此，本文将针对高炉渣的相变冷却与物相演化特性展开系统的研究，为离心粒化余热回收系统的设计和最佳运行工况的选取提供理论指导。　　本文采用实验和模拟相结合的手段对高炉渣的相变冷却与物相演化特性进行了系统研究。首先采用DSC获取了高炉渣的物性参数，并讨论了组分对其的影响。随后，采用定向凝固技术与XRD和SEM相结合的手段获得了高炉渣在相变冷却过程中的温度场和物相演变规律，明晰了相变冷却与物相演化的耦合作用机制，探明了组分对高炉渣相变冷却和物相演化特性的影响规律。在此基础上，提出了适用于我国典型高炉渣的物相演化特性预测关联式。在实验研究的基础上，构建了耦合物相演化的变物性熔融高炉渣液滴相变传热理论模型，获得了冷却介质参数和液滴参数对液滴内部的温度场和玻璃体含量分布的影响规律。最后，综合考虑了高炉渣液滴在离心粒化余热回收系统中经历不同阶段的变冷却条件，获取了兼顾物料品质、回收余热品位以及装置稳定运行的最佳运行工况:流化床内等效对流换热系数为50～76W.m-2.K-1、流化风温为889～973K(以直径为5mm、初温为1673K的重钢高炉渣液滴为例)，明晰了液滴参数对最佳运行工况的影响规律。获得的主要结论如下:　　①CaO和MgO含量的降低、SiO2含量的升高有利于降低高炉渣的液相线温度，且CaO的影响远大于MgO;相比之下，随着Al2O3含量的增加液相线温度先降低后升高。然而，组分的变化对玻璃转化温度的影响并无规律可循。不同组分高炉渣玻璃相的潜热为其晶体潜热的37～79％;尽管高炉渣四种主要组分含量的增加均会造成晶体和玻璃相潜热的增加，但MgO的影响最为显著，其次是Al2O3，而SiO2的影响最小。　　②高炉渣的相变冷却特性主要受冷却条件、高炉渣的导热热阻及等效热扩散系数这三个因素的影响。在靠近冷却端时，平均冷却速率主要受冷却条件、等效热扩散系数的影响，随着冷却界面处等效换热系数的增加，平均冷却速率的限制因素从等效换热系数转变为高炉渣的等效热扩散系数。相比之下，在远离冷却端时，导热热阻决定了平均冷却速率。在高炉渣的相变冷却过程中，平均冷却速率与玻璃体含量是相互影响的。在冷却速率较快时，高炉渣会生成玻璃相，会在一个较大的温度范围内释放较少的潜热，这有利于维持一个较高的冷却速率，从而抑制晶体的析出;而在冷却速率较慢时，高炉渣会在一个较窄的温度区间内释放大量的结晶潜热，导致冷却速率的进一步降低，从而析出更多的晶体。　　③组分对高炉渣相变冷却与物相演化特性影响的本质是造成析出晶体的改变。析出晶体的改变会造成结晶潜热及其释放温度区间的显著变化，进而影响平均冷却速率。随着CaO和MgO含量的增加以及SiO2和Al2O3含量的降低，其结晶能力逐渐增强，析出的初生晶体从钙铝黄长石逐渐变为钙镁黄长石，并最终演变为镁硅钙石，相应地，临界冷却速率从2.4逐渐增加至14.4℃·s-1，临界过冷度从244℃逐渐至4.5℃，结晶温度区间从918～1180℃逐渐迁移至1212～1380℃。此外，随着冷却速率的降低，晶体的生长方式逐渐从柱状生长转变为等轴生长。在此基础上，采用修正光学碱度来表征高炉渣的主要组分，提出了适用于我国典型高炉渣的物相演化特性预测关联式。　　④受液滴内部导热热阻变化和潜热释放的影响，液滴在结晶温度区间的平均冷却速率沿径向方向逐渐降低，这意味着，沿着径向方向晶体的生长速率逐渐增加、生长时间不断延长，导致球心处的玻璃体含量低于液滴外表面处。此外，整个液滴的平均玻璃体含量，随着冷却风速的提高和冷却风温的降低而逐渐提高。与液滴初温相比，直径对液滴物相演化特性具有更显著的影响。因此，改善离心粒化系统的粒化性能是兼顾物料品质与回收余热品位的关键。　　⑤高炉渣液滴在离心粒化余热回收系统中冷却时，液滴外表面的温度先迅速降低、随后逐渐反升、最终缓慢降低，相应的，液滴内部的晶体含量在温度反升区域的边界附近存在两个峰值。相比之下，球心处的温度先维持不变随后逐渐降低，且晶体含量远低于温度反升区域处。值得注意的是，由于在液滴飞行过程中辐射换热占主导，相同条件下飞行时间延长0.1s，液滴表面温度可降低约50K，这能有效促进液滴表面结壳，从而防止液滴粘接。因此，在保证粒化性能的前提下，适当的降低粒化器的转速有利于解决液滴粘接问题。此外，较大的等效对流换热系数和较低的流化风温有利于保证系统的稳定运行和物料的品质。同样的，在满足系统稳定运行和物料品质的前提下，液滴直径从5降低至4mm，流化风温可提高190K;初始温度每降低25K，流化风温可提高160K。这意味着，在满足粒化性能的前提下，适当的降低高炉渣的初始温度十分有必要。