我国钒钛磁铁矿资源丰富,以铁为主,共伴生钛、钒等元素,其中钒资源占全国的53%,钛资源占全国的95%。钒钛磁铁矿储量居我国铁矿第三位,是低合金高强度钢、重轨钢、钒电池、航天材料等国家重要基础产业的原料,战略地位非常突出。钒钛磁铁矿综合利用形式主要有“高炉法”和“非高炉法”两种,其中“高炉-预处理-转炉-精炼-连铸”工艺仍是当前最主要的形式。“高炉法”冶炼钒钛磁铁矿工艺的铁水/半钢预处理脱硫过程十分复杂,铁水脱硫存在终点硫高、回硫多、铁损大、温降大等问题,半钢脱硫存在铁损大、扒渣难等问题,且钒钛对脱硫过程的影响机制尚不明确。针对上述问题,本文系统研究了钒钛及其氧化物对铁水/半钢脱硫的影响机制,重点分析了含钒钛炉渣对脱硫及回硫控制的影响,并探究了喷吹脱硫过程中的温降因素,为提高钒钛铁水/半钢预脱硫效果提供理论依据。主要研究内容与结果如下:(1)基于V-Ti-C-O-S热力学模型,结合高温脱硫实验,分析了钒钛对CaO脱硫的影响。并阐明了钛对硫传质作用的机理:钛与CaO中的氧结合生成高熔点TiO2、CaTiO3包裹在CaO表面,阻碍硫在脱硫产物层的传质;钛与碳反应生成碳化物,增加铁液中固相颗粒,降低硫在铁液中的扩散速率。(2)设计顶渣脱硫实验,结合脱硫动力学理论模型,研究了顶渣在喷吹脱硫过程中的作用。发现顶渣脱硫量占总脱硫量的10～15%。在喷吹后期,顶渣向铁液中回硫,这是喷吹脱硫难以达到理论计算值的重要原因之一。并给出了调整铁水脱硫剂组成的建议:减少Al2O3含量至3～6%,加入3～5%的Na2O。(3)基于炉渣结构离子分子共存模型,研究了钒钛氧化物对脱硫过程中炉渣硫分配比的影响。结合含钒钛炉渣脱硫实验,揭示了钒钛弱化顶渣脱硫能力的原因:高碱度渣中,V2O3和TiO2呈酸性,与渣中O2-结合,消耗自由CaO。并提出了V2O3-TiO2-FeO系半钢脱硫渣硫分配比碱度模型,将钒钛氧化物纳入碱度表达式中。(4)基于Young模型以及KTH模型,建立了含钒钛氧化物脱硫渣的硫容量模型。并通过高温实验较好地预测扒渣过程中的回硫。综合分析脱硫渣硫容量、熔点和黏度,给出了优化铁水脱硫渣扒渣性能的调渣剂配方:CaO(45～5 5%)、SiO2(10～12%)、A12O3(5～8%)、B2O3(15～20%)、Na2O(5～10%);半钢脱硫渣的调渣剂配方:CaO(70～80%),C粉(20～30%)。(5)基于热量平衡和传热学原理,建立了喷吹脱硫过程温降理论模型,计算结果与现场实际情况吻合良好,精度为±5 K的合格率达85%。研究发现,铁水脱硫成本最主要的因素是铁损,占50%以上;半钢脱硫成本最主要的因素是脱硫剂,占40%以上。