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高炉熔渣是高炉冶炼生铁时排出的副产品，随着我国钢铁产量的逐年增加，高炉熔渣的排放量也日益增大。高炉熔渣的显热是一种高品位的余热资源，目前对其回收利用的比较少。高炉熔渣干法粒化及余热回收工艺优于目前普遍采用的水淬法，它不仅回收了高炉熔渣的高温显热，而且不污染环境，已受到各国的广泛关注与研究开发，但是该工艺技术尚未得到成功地应用。因此，开展高炉熔渣干法粒化及余热回收技术的基础研究不仅具有重要的科学意义，而且对钢铁企业的节能减排工作具有重要的现实指导意义。本文对高炉熔渣转杯法粒化机理、炉渣非晶态形成机制以及高温渣粒的余热回收过程进行了研究。主要研究内容和获得结果如下: (1)搭建了高炉熔渣转杯法粒化冷态实验平台，进行了转杯法粒化的粒化器优选;分析了转杯法粒化机理，基于受力平衡，推导出了分别用于计算滴状破碎和丝状破碎模式下液滴直径的无量纲关系式;建立了滴状破碎模式向丝状破碎模式转换和丝状破碎模式向膜状破碎模式转换的无量纲关系式，理论值与实验值吻合较好。基于波理论，分析了膜状破碎模式下液膜在转杯上的流动特性及破碎过程，建立了转杯法粒化过程的数学模型，并验证了数学模型的合理性。 (2)搭建了高炉熔渣干法粒化热态实验平台，探寻了转杯转速、转杯直径和熔渣温度对粒化效果的影响规律。随着转杯转速的提高，转杯直径的增加，渣粒的直径逐渐减小，渣粒的质量分布向远离转杯中心的方向移动。 (3)阐述了高炉渣中非晶态矿相的演变及调控机制，掌握了渣粒飞行速度、渣粒直径和熔渣温度对炉渣非晶态含量的影响规律。受到渣盘尺寸的限制，渣粒中的非晶态含量随着飞行速度的提高而降低;随着渣粒直径的减小、熔渣温度的提高，渣粒中的非晶态含量逐渐升高。渣粒的非晶态含量最高可达94％，高于水淬渣中的非晶态含量，从理论上证明了干法粒化高炉渣粒作为水泥替代料的可行性。 (4)建立了固定床、移动床和流化床回收高温渣粒余热的传热数学模型，分析了空气流量、渣粒直径和渣粒流量对换热床余热回收效果的影响规律，揭示了阻碍空气回收高温渣粒余热技术推广与应用的症结。由于空气的温度波动较大，固定床不适宜回收高温渣粒的余热;受空气流速的限制，移动床出口处渣粒的温度偏高，不适合回收大流量、小直径炉渣颗粒的余热;流化床出口处渣粒的温度和空气的温度几乎相等，要想获得较高的空气温度，流化床的排渣温度也会相应提高，导致整个系统的余热回收效率降低。 (5)提出了自流床余热锅炉直接回收高温渣粒余热生产蒸汽的技术路线，结合试验数据，阐述了固体颗粒间壁换热机理，掌握了换热管内水的雷诺数Re、水的流动方式、渣粒直径、渣粒流速、渣粒初始温度和换热管排列方式对余热锅炉传热特性的影响规律。通过试验发现:综合传热热阻的大小取决于渣侧换热热阻的大小，换热管内水的Re及其流动方式对换热效果几乎没有影响;随着渣粒直径的减小，渣粒流速的提高，渣粒初始温度的提高，渣侧换热系数和热回收效率逐渐增加;换热管叉排排列时换热装置的换热效果明显好于顺排时的换热效果。以上结果验证了自流床余热锅炉直接回收固态高炉渣颗粒余热生产蒸汽技术的可行性。结合实验数据，整理出了渣侧换热的实验关联式，其在一定参数范围内具有较高的适用性，为自流床余热锅炉工业装置的设计提供了理论依据。