“高溫液態熔渣作為冶金工業的副產物，溫度高

，產量大，蘊含有豐富的餘熱亟待回收。工信部印發的《“十四五”工業綠色發展規劃》中也明確指出，要加強對液態熔渣餘熱的回收利用，以及推進冶煉渣的規模化綜合利用。”12月9日(ri)
，在(zai)鋼(gang)鐵(tie)行(xing)業(ye)能(neng)效(xiao)標(biao)杆(gan)三(san)年(nian)行(xing)動(dong)方(fang)案(an)現(xian)場(chang)啟(qi)動(dong)會(hui)上(shang)，北(bei)京(jing)科(ke)技(ji)大(da)學(xue)教(jiao)授(shou)馮(feng)妍(yan)卉(hui)在(zai)做(zuo)報(bao)告(gao)時(shi)指(zhi)出(chu)，實(shi)現(xian)液(ye)態(tai)高(gao)爐(lu)渣(zha)餘(yu)熱(re)回(hui)收(shou)和(he)資(zi)源(yuan)化(hua)利(li)是(shi)國(guo)家(jia)戰(zhan)略(lve)需(xu)求(qiu)
，對(dui)實(shi)現(xian)“雙碳”目標具有重要意義。

圖為馮妍卉通過視頻方式作《高爐渣高溫高效回收利用技術進展》的報告

　　“去年

，我國的高爐渣總量為3.55億噸，餘熱資源折合約為1300餘萬噸標準煤。”fengyanhuijieshao
，gaolurongzhazhuyaoyousizhongyanghuawuzucheng，duiqijinxingkuaisulengquehouxingchenggaohanliangdeboliti

，keyongyushuinihehunningtuchanheliao。qizhuyaochuligongyibaokuoshuicuifaheganfa。

　　馮妍卉進一步介紹

，水淬法冷卻速率快，易得到高玻璃體含量的渣粒
，但存在浪費水資源、浪費熔渣餘熱等弊端。幹法則是先對渣液進行粒化，再進行餘熱回收，根據粒化方式的不同，可以分為機械破碎
、風淬和離心粒化技術。其中，離心粒化結合移動床餘熱回收技術

，不消耗水量、能耗低，獲得渣粒尺寸小、品質高，冷卻速率快，餘熱回收率高，是液態高溫熔渣處理的優選方案。“但其要在工業生產中獲得進一步的應用
，仍要解決3個技術難點。”她特別指出
，一是熔渣成分複雜、溫度高、物性變化大
、粒化過程複雜。二是耦合礦物物相演變的相變顆粒在複雜條件下非穩態複合換熱過程難以描述。三是粒化-餘熱回收多相多參數多過程信息傳遞困難。

　　“針對這些‘瓶頸’問題，我們團隊開展了相應的基礎研究工作。”馮妍卉介紹
，圍繞“變物性多組分液態熔渣粒化機製及相變傳熱與物相演化協同調控方法”的關鍵科學問題
，該團隊以工藝流程為主線

，對各環節展開了研究，包括粒化器內的高溫熔渣離心粒化機理與特性、渣粒飛離粒化器後在粒化倉中的碰壁相變沉積特性
、麵向餘熱回收的移動床內流動換熱機理
，以及貫穿整個過程的渣粒相變換熱與礦物物相演化耦合作用機理。

　　一是針對高溫熔渣離心粒化，該團隊建立了轉盤法粒化液態高爐熔渣的數值模型來探究液絲斷裂機製和粒化液滴特性。該團隊研究發現，高溫渣粒粒化從不穩定到穩定，經曆了液膜鋪展
、液環脫落、液指形成、液ye絲si斷duan裂lie的de過guo程cheng，且qie液ye絲si上shang的de不bu穩wen定ding毛mao細xi波bo直zhi接jie導dao致zhi液ye絲si斷duan裂lie形xing成cheng液ye滴di，是shi根gen本ben原yuan因yin。進jin而er在zai加jia入ru鼓gu風feng技ji術shu複fu合he粒li化hua後hou，氣qi淬cui風feng的de垂chui直zhi剪jian切qie作zuo用yong促cu進jin了le不bu穩wen定ding波bo擾rao動dong
，強qiang化hua液ye絲si破po碎sui，加jia速su粒li化hua進jin程cheng。最zui終zhong，他ta們men建jian立li了le同tong時shi適shi用yong於yu常chang規gui和he複fu合he離li心xin粒li化hua的de通tong用yong粒li徑jing預yu測ce關guan聯lian式shi，助zhu力li複fu合he粒li化hua技ji術shu的de開kai發fa，並bing優you化hua粒li化hua性xing能neng。

　　二是針對熔融渣粒碰壁沉積，該團隊通過冷態工質撞擊壁麵的替代實驗結合模擬仿真手段開展研究。經過實驗
，他們獲得了單/兩個熔融渣粒碰撞壁麵的多種現象，包括鋪展、回縮、穩定

、空氣卷入、破碎、飛濺、重(zhong)熔(rong)等(deng)。針(zhen)對(dui)高(gao)溫(wen)高(gao)粘(zhan)度(du)且(qie)複(fu)雜(za)變(bian)物(wu)性(xing)熔(rong)融(rong)渣(zha)粒(li)，他(ta)們(men)建(jian)立(li)了(le)表(biao)征(zheng)形(xing)變(bian)程(cheng)度(du)的(de)鋪(pu)展(zhan)因(yin)數(shu)無(wu)量(liang)綱(gang)關(guan)聯(lian)式(shi)

，並(bing)通(tong)過(guo)調(tiao)控(kong)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)降(jiang)低(di)壁(bi)麵(mian)液(ye)滴(di)聚(ju)並(bing)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)；預測了Nu數（努塞爾數），可通過壁麵冷卻促進渣粒與壁麵換熱
，有利於渣粒快速凝固後從壁麵剝落。

　　三是針對移動床內流動換熱，該團隊提出了半熔融渣粒下降換熱的CFD-DEM耦合方法。結果表明，在顆粒自由沉降階段，中心溫度會急劇降低，但由於凝固潛熱的釋放
，表麵溫度會回升，出現“再輝”現象；在移動床內逐層推移階段
，隨著顆粒流率的減小、氣流量的增大
，餘熱回收率升高


，析出晶體含量減小/玻璃體含量增加。他們針對實際中的渣粒的寬篩分粒徑展開分析，結果表明相對均一/zhengtailijing，eryuanhunhelijingxitongdeyurehuishoulvhepingjunwenjiangsulvzuida。duici，tamenjinyibujianlileshiyongyukuanshaifenlijingxitongdezonghehuanrexishuyuceguanlianshi，bingzaixiaoxingmaiguanyidongchuangshangkaizhanshiyanyanzheng
，xiuzhenglejingyanyuceshi
，nenggenghaodiyucekelizhiliangliulvjiyurehuishoulv。

　　四是針對熔渣顆粒相變結晶，該團隊建立了渣粒相變傳熱耦合礦物物相演化的模型。他們得到了渣粒最終晶體含量與（晶體生成區間內的）表麵平均冷卻速率近似呈線性關係
，並獲得了無晶體析出的臨界表麵冷卻速率。“也就是說，控製冷卻速率大於20℃/s才能避免晶體的析出。”馮妍卉介紹，“我們進一步從機理層麵上構建了渣粒表麵冷卻速率與冷卻條件的關係，表征渣粒的冷卻快慢；從工藝層麵上建立了關聯式，可直接預測渣粒玻璃體含量。同時還可指導更多參數的協同優化
，來提高渣粒品質。”

　　“在(zai)以(yi)上(shang)的(de)係(xi)列(lie)研(yan)究(jiu)中(zhong)，對(dui)工(gong)藝(yi)每(mei)個(ge)環(huan)節(jie)都(dou)獲(huo)得(de)了(le)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)的(de)預(yu)測(ce)關(guan)聯(lian)式(shi)。我(wo)們(men)以(yi)粒(li)化(hua)粒(li)徑(jing)作(zuo)為(wei)傳(chuan)遞(di)參(can)量(liang)，進(jin)行(xing)各(ge)環(huan)節(jie)預(yu)測(ce)關(guan)聯(lian)式(shi)之(zhi)間(jian)的(de)銜(xian)接(jie)
，最(zui)終(zhong)得(de)到(dao)了(le)整(zheng)個(ge)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)最(zui)終(zhong)的(de)熔(rong)渣(zha)粒(li)徑(jing)、品質及餘熱回收率的終極預測關聯式。相關小試、中試試驗的結果也很好地驗證了我們理論關聯式的可靠性。”馮妍卉進一步解釋，“也就是說，隻要有係統裝備的結構參數、操作參數等設計參數，用我們的理論公式就能直接預估粒化粒徑
、玻璃體含量
、餘熱回收率等係列重要技術指標，而且理論公式還可進一步指導工藝參數的優化。”

　　“希望我們的研究能夠為高溫液態熔渣規模化綜合利用技術，包括目前大家關注的離心粒化、離心-鼓風複合、水淬-鼓風複合等粒化技術，還有渣粒移動床餘熱回收及資源化利用技術等，以及相關裝備的研發乃至係統集成提供理論支持和依據。”馮妍卉最後說道。