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与传统炼钢工艺采用烧成石灰进行转炉前期造渣相比,采用石灰石直接进行转炉造渣新工艺具有节约能源,减少CO2排放,降低冶炼成本等诸多优点。然而,转炉冶炼条件下石灰石的分解与溶解速率尚缺乏系统研究。本文基于高温动力学实验,考察了熔渣温度、渣池搅拌速率以及石灰石粒径等工艺条件对石灰石分解与溶解速率的影响规律,建立了熔渣条件下石灰石分解及溶解宏观动力模型,确定了分解与溶解过程的限制性环节。同时,结合对石灰石分解产物层微观结构的研究,探讨了石灰石分解与溶解机制,主要结论如下。(1)熔渣温度和石灰石粒径对石灰石分解速率有重要影响。对于10mm石灰石在熔渣碱度0.5,转速100r/min条件下的分解过程而言,1400℃时石灰石分解速率是1300℃下分解速率的1.51～3.76倍。15mm石灰石完全分解所需时间是10mm石灰石的1.5倍。(2)搅拌速率对石灰石分解与溶解速率无明显影响,表明可忽略石灰石颗粒外部边界层的传热或传质阻力对分解与溶解过程的影响。(3)转炉初渣中石灰石分解过程的限制性环节为CaO产物层内的导热与界面化学反应的联合控制,分解反应的活化能约为159.416kJ/mol。(4)石灰石分解产物层CaO的晶粒度随熔渣温度升高及分解时间增加而不断增大。]300～1400℃条件下,石灰石分解90～270s时所产生CaO晶粒度约为0.594～0.919μm,小于锻烧CaO1～3μm的晶粒度。CaO层孔隙率随熔渣温度和分解时间增加表现出小幅降低。分解时间90s、分解温度为1300℃和1400℃时,CaO层孔隙率分别为37.91%和35.49%,与煅烧CaO的孔隙率35.28%相当,表明石灰石直接分解所生成CaO适宜于成渣。(5)熔渣温度和碱度对石灰石溶解速率有重要影响。随温度升高和碱度降低,溶解速率增大,且1400℃条件下的溶解速率为1300℃下溶解速率的3.16～3.39倍;熔渣碱度为0.5的溶解速率为碱度1.0时的1.35～1.61倍。(6)转炉初渣中石灰石溶解过程的限速环节为所生成石灰的溶解反应,且溶解反应的活化能约为457.893kJ/mol。(7)石灰石溶解过程中,在CaO-熔渣界面处形成了 CaO-FeO富集带,且随着熔渣温度升高及碱度降低,富集带的厚度随之增加。同时,随溶解过程进行,石灰石内部形成渗渣带,表明石灰石的溶解过程是伴随渗渣的CaO溶解至熔渣的过程。