“双碳”背景下,钢厂绿色转型升级面临众多问题。一方面钢厂碳排放量大,石灰窑烟气CO2浓度为20%左右,部分因煅烧石灰石而产生的CO2,无法通过更换燃料的方式实现CO2净零排放;另一方面炼钢会产出副产物-钢渣,熔融钢渣具有1500℃高温,这部分热量一直未被有效利用;同时钢渣作为建筑材料的利用受制于内部CaO遇水膨胀等问题。本文主要聚焦于基于石灰窑烟气的熔融钢渣气淬固碳同步余热回收工艺的设计、性能研究,期待同时实现钢渣碳酸化、烟气碳捕集、余热回收。首先构建钢渣-CO2反应动力学模型,探究钢渣碳酸化性能较低的内在机制;然后开发基于石灰窑烟气的熔融钢渣气淬固碳同步余热回收工艺路线,通过Aspen Plus进行流程模拟,探究工艺运行性能;最后计算工艺运行成本,利用层次分析法和逼近理想解法（AHP-TOPSIS）对工艺运行综合性能进行评价。通过引入衰减指数构建钢渣-CO2反应动力学模型,研究钢渣碳酸化性能较低的内在机制,探究反应温度、钢渣粒径、钢渣孔隙率、CO2浓度对钢渣碳酸化性能的影响。结果表明CO2气体分子在产物层的扩散效果不理想是钢渣碳酸化性能较低的内在机制;反应温度、钢渣孔隙率、CO2浓度增大和钢渣粒径减小会强化钢渣碳酸化性能。灵敏度分析结果显示1h钢渣碳酸化反应中影响因素由强至弱排序为:反应温度、CO2浓度、钢渣粒径、钢渣孔隙率。构建基于石灰窑烟气的熔融钢渣气淬固碳同步余热回收工艺路线,补充反应气体以确保固碳反应顺利进行。利用Aspen Plus进行流程模拟,分析工艺运行时反应温度、初始CO2浓度、补充流量变化对工艺钢渣碳酸化、烟气碳捕集、余热回收性能的影响。结果表明反应温度、初始CO2浓度、补充流量升高有助于提高工艺碳酸化性能、理论回收热总量;反应温度升高有助于提高工艺烟气碳捕集性能,可根据初始CO2浓度不同配置不同补充流量,使工艺烟气碳捕集性能处于较高水平;（火用）回收最佳温度随初始CO2浓度的上升而上升,补充流量增大虽然会提高理论回收热总量,但未被有效回收。计算工艺运行成本,利用AHP-TOPSIS方法对不同工况方案进行排序,探究工艺运行综合性能随反应温度、初始CO2浓度、补充流量变化响应规律。结果表明:运行最理想10项工况中,1t钢渣（碳酸化转化率15.169%）可固定55.19kgCO2,处理6.08kmol烟气（碳捕集率92.733%）,回收热量2.04GJ,回收0.43GJ,运行成本0.68MWh;反应温度对工艺运行综合性能的影响较初始CO2浓度大,补充流量更小有助于提高工艺运行综合性能;石灰窑烟气无需提纯直接作为钢渣气淬固碳的原始烟气时,工艺运行综合性能良好。