高炉在冶炼生铁的过程中将会排出液态高炉渣,其排渣温度高达1450-1650℃,每吨渣所蕴含的热量约有1600 MJ。高炉渣在经过传统的水淬法处理时被迅速冷却,形成高玻璃体含量的产物,用作水泥熟料的替代料。然而在水淬过程中,高炉渣中高品位余热几乎损失殆尽,并且还会消耗大量水资源,排放的硫化物气体还会导致严重的环境污染。学者们提出了干式粒化余热回收方法以克服水淬法的诸多缺点。由于干式粒化方法相比于水淬法其颗粒的冷却速率较低,尽可能减小颗粒尺寸成为增加其玻璃体含量提高资源化利用价值以及提高系统余热回收效率的关键。在众多干式粒化余热回收方法中,离心粒化余热回收技术具有系统结构简单,粒化品质高,系统能耗低的优点,是目前公认最具发展潜力的方法。然而,在离心粒化这个关键环节中还存在易形成渣棉、粒化颗粒易结渣、颗粒粒径偏大等瓶颈问题尚未解决,限制了该技术的工业化应用。因此,本文将针对高炉渣离心粒化机理及规律开展了实验和数值模拟研究,为工业化应用中的高效离心粒化器和防结渣粒化仓的设计提供指导。本文首先采用模拟工质,研究了不同外沿结构粒化器的分裂模式转变的临界流量以及粒化液滴的尺寸变化规律,得到了粒化性能最优的粒化器外沿结构。随后,采用实际高炉渣为实验工质,分析了不同分裂模式下的粒化机制,研究了粒化器转速和熔渣流量对颗粒粒径、渣棉生成量以及结渣比例的影响规律。同时,测试了粒化颗粒的资源化利用性能,证明了高温液态高炉渣离心粒化方法的可行性。在实验的基础上,建立了离心粒化三维模型,明晰了液丝形成及断裂机理。提出了强化粒化仓壁面换热的方式抑制壁面结渣,且增大了实验中的熔渣流量,使离心粒化的分裂模式处于膜状分裂模式。研究了操作参数对颗粒平均粒径及结渣比例的影响规律,提出了膜状分裂模式下高温液态高炉渣的粒径预测经验关联式。此外,提出新型离心-气淬组合式粒化器和新型双层粒化器,并采用高温液态高炉渣为工质测试其粒化性能。得到的主要结论如下:（1）粘度较低的流体（μ≤0.043 Pa·s）在离心粒化过程中更容易出现液膜粘附粒化器侧壁的现象,液膜粘附粒化器侧壁极大的抑制了膜状分裂模式的形成,提高了丝状-膜状分裂的临界流量。短平沿和长平沿转盘相对于其他粒化器具有较高的临界流量,因此在大流量情况下,这两种粒化器可以使分裂模式维持在丝状分裂模式下,从而得到较小的平均液滴尺寸。在以甘油水溶液（80%）为实验工质的前提下,短平沿转盘相对于其他粒化器其平均液滴直径的最大降低幅度达到了60%之多。长平沿转盘推荐用于粘度较低的流体（μ≤0.043 Pa·s）的粒化,而短平沿转盘更加适用于粘度较高的流体（μ≥0.085 Pa·s）的粒化,比如说用于高温液态高炉渣的粒化。（2）在高温液态高炉渣离心粒化过程中,随着粒化器转速或熔渣流量的增大,离心粒化分裂模式将逐渐由丝状分裂模式过渡到膜状分裂模式。粒化得到的颗粒大多分布于0.5-3 mm粒径范围内,颗粒平均粒径随转速的升高而减小,随熔渣流量的增加而增大。离心粒化过程中液丝的快速冷却凝固是导致渣棉形成的直接原因,增大熔渣流量能够最为有效的减少渣棉的形成。粒化颗粒粘结壁面的现象是由于熔渣液滴在飞行过程中冷却不充分导致的,熔渣流量越大,结渣比例越高。对离心粒化颗粒的资源化利用性能进行了测试,发现离心粒化渣和水淬渣具有相似的易磨性,且离心粒化渣的水化活性仅略低于水淬渣,这说明离心粒化得到的高炉渣颗粒具有很高的物料利用价值。（3）所建立的三维离心粒化模型能够准确的预测高温液态高炉渣离心粒化过程。模拟结果表明,转速的升高将增加液丝数目,缩短液丝断裂长度,减小液丝断裂波长和断裂直径,最终使液滴平均直径减小。熔渣流量不影响液丝数目,但是液丝断裂长度随熔渣流量的增加呈线性增大的趋势。增加熔渣流量还会增大液丝断裂波长和断裂直径,使液滴平均直径增大。熔渣温度对液丝数目和液丝断裂长度影响不大。较低的熔渣温度会增大液丝断裂波长,得到较大的液滴,但是液滴直径的增长幅度不大。（4）证明了较大熔渣流量下形成的膜状分裂模式具有较好的粒化性能,这是由于熔渣液膜形成了网状破裂形式,促进液膜破裂而形成较小的液滴。且在大熔渣流量条件下,渣棉的形成受到了极大的抑制。在粒化仓内壁面设置水冷板,能够极大的抑制熔渣液滴在撞击壁面过程中出现结渣现象,然而仍然会出现少量液滴相互融合以及轻微的壁面粘结,导致粒化颗粒平均粒径增大。粒化仓尺寸越大,熔渣结渣的比例越低,得到的颗粒平均粒径越小。升高粒化器转速、减小熔渣流量能够减小颗粒平均粒径,减少结渣比例。增大粒化器直径能够减小颗粒的平均粒径,但是会很大概率增加结渣的比例,需要相应的增大粒化仓的尺寸。此外,发现熔渣初温对离心粒化性能影响不大,但是更低的熔渣初温能够降低结渣比例,减小粒化仓尺寸,最合理的熔渣初温为1400°C。将实验数据进行拟合,得到膜状分裂模式下粒径预测经验关联式。（5）气淬风的引入能够强化液丝/液膜的破碎过程。丝状分裂模式下,气淬风能够缩短液丝的断裂长度,膜状分离模式下,气淬风能够增加液膜的破裂位点,形成更多网状液丝,同时也能够缩短网状液滴的断裂距离。在粒化仓壁面换热和大熔渣流量条件下,气淬风一方面能够使熔渣液滴更加分散,降低结渣比例而减小颗粒粒径;另一方面,气淬风对液膜/液丝的强化破碎作用能够直接减小熔渣液滴尺寸,从而得到更小的粒化颗粒。对双层粒化器的测试结果表明,双层粒化器能够成功实现熔渣液膜上下分层流动,增加熔渣液滴分散度,抑制结渣,同时还能直接减小熔渣液滴尺寸,提高粒化器单体熔渣处理量。