钢铁行业是能源密集型行业之一,我国钢铁生产能耗占国民经济总能耗的15%。每吨高炉渣中约含有1500MJ热量,目前高炉渣中的余热未能得到有效回收利用。本文提出一种高炉渣速冷速破技术,能将高炉渣快速破碎冷却到玻璃相转变温度以下,达到能源资源双重回收的目的。本文开发了新型速冷速破装置,通过数值模拟和实验研究的方法,研究了高炉渣冷却特性以及装置破碎性能。通过数值模拟研究了颗粒直径和换热强度对熔渣颗粒冷却时间以及内部温度分布的影响。模拟结果表明:在颗粒中心冷却至1000K时,(1)熔渣颗粒的粒径越大,所需的时间明显增长,直径4mm颗粒冷却所需时间是直径1mm颗粒的13倍,同时直径越大冷却后颗粒断面温差越大;(2)熔渣颗粒表面对流换热系数越大,冷却时间越短,对流换热系数从100W/(m~2·K)增大到1400W/(m~2·K),冷却时间从17.25s减小至2.32s。结合模拟结果和热工计算,设计并制作高炉渣速冷速破装置,在此基础上开展模拟实验。采用松香石蜡4:1混合物对装置破碎性能进行实验,研究了喷嘴类型、流量和压力对混合物的破碎情况。实验结果表明:(1)实验选用的6520喷嘴对混合物破碎效果最好,破碎后颗粒的整体粒径较小,主要分布在0.1~1mm之间;(2)随着喷嘴压力和流量的增大,破碎后混合物颗粒的粒径减小,压力从0.12Mpa增大至0.33Mpa,平均粒径从0.67mm减小至0.39mm,同时压力和流量越大混合物在壁面上的粘结量减少。开展了热态渣现场实验。实验结果表明:(1)实验选用的6530喷嘴对热态渣的破碎效果最好,热态实验破碎后的炉渣颗粒粒径主要分布在1~3.5mm之间,整体粒径比模拟实验破碎后混合物粒径大;(2)热态实验中,液态炉渣在装置壁面几乎无粘结,但是破碎后的渣粒中存在少许纤维状渣;(3)热态实验中渣粒粒径变化规律与模拟实验相同,随着喷嘴流量压力的增大,破碎后渣粒粒径减小;(4)破碎冷却后的渣粒玻璃相含量为93.8%,能够保证后续高附加利用价值。