当今，顶底复吹转炉炼钢法是世界炼钢法的主流，转炉钢产量占世界钢产量的70％以上。在转炉控制方面，应用质谱仪对转炉炉气成分进行在线检测，从而利用炉气分析模型对吹炼过程进行实时预报及终点预测技术迅速发展，且以其分析快速、成本低廉、使用广泛等优点，满足了现代冶金工业节能、高效、长寿的发展要求，大有取代副枪的趋势。 鉴于此，本文应用冶金热力学、动力学及传输原理等相关知识，从机理方面深入探讨顶底复吹转炉吹炼过程，对熔池中各组元的氧化机理及其限制环节分别进行了讨论，同时结合质谱仪测得的炉气成分数据，建立了描述转炉吹炼过程的动态预测数学模型。开发出熔池碳含量过程预测的碳积分模型和终点碳含量预测模型；熔池温度预测模型；熔池中各组元氧化的氧分配比模型；炉内氧积累量模型及据此而进行的有关炉渣的预测等。 本文在分析炉气成分变化与特殊炉况关系的基础上，应用建立的数学模型，对吹炼过程中熔池、炉渣各组元及温度的变化进行模拟计算，并将计算结果与现场检测结果进行比较，得到如下结论。 (1)炉渣返干时，炉气中CO摩尔含量上升，CO<,2>下降；炉渣喷溅时，CO摩尔含量突降，CO<,2>微升；出现设备漏水时，H2摩尔含量突升。这些均可作为现场操作的预警信号。 (2)基于物料平衡原理，建立了对吹炼过程熔池碳含量的变化进行动态预测的碳积分模型。为准确获得终点碳含量，在吹炼末期脱碳速率小于2.0kg/s时，根据不同的枪位需切换不同的终点碳含量预测模型。且基于碳氧积原理，分别对吹炼末期的熔池中碳和氧含量关系进行数值拟合，对1860组数据拟合的结果为w[O]=2141.23125exp(-w[C]/3.61925)+102.76371对连续炉次的数据进行拟合，结果为w[O]=2363.32607exp(-w[C]/0.0379813)+47.71654从对比的结果得出：由于冶炼相同钢种的吹炼模式相似，终点碳氧关系便更为密切。在准确预测碳含量的基础上，氧含量也可由碳氧函数关系准确得到。 (3)基于反应平衡和热平衡原理，建立了吹炼过程及终点的熔池温度动态预测模型。熔池温度是碳含量和CO分压的函数，脱碳速率的稳定性对温度的预测至关重要。分别验证了吹炼10、11、12min时切换终点温度预测模型(热平衡原理)的效果。对比确定11min时切换终点温度预测模型效果最佳。 (4)在碳含量和温度都可预测的情况下，建立基于热力学和动力学的氧分配比模型，对熔池中各组元的变化进行动态预测。模型的计算结果与检测结果的对比得出： ①只要初始浓度不成数量级差别，在吹炼前期硅的氧分配比最大，随吹炼的进行而降低，但在后期稍有上升；锰的氧分配比开始保持最低，随着吹炼的进行而上升；磷的氧分配比开始较低，随着吹炼的进行，脱硅反应的结束而逐渐增大。三者最终的氧分配比大小取决于各自的反应平衡条件。 ②各组元的初始浓度只改变各自氧分配比曲线的相对位置，不改变曲线的趋势。 ③温度的变化直接影响反应平衡常数，由反应平衡常数的变化间接影响氧分配比模型的计算结果。从计算结果来看，温度对氧分配比的作用没有初始浓度的作用显著。 (5)基于物料平衡原理和反应平衡原理，建立了炉内氧积累量模型。通过验证计算得出：吹炼终点锰、磷含量取决于反应的平衡状态。因此，可通过调节氧枪的操作来实现终点炉渣中氧化铁含量的控制，进而缩小终点各组元的波动范围。进而根据物料平衡原理，计算炉渣及其组分随吹炼时间的变化规律。 综上所述，转炉吹炼前期，熔池中化学反应进度和钢渣的成分及温度受动力学条件控制；吹炼中期受动力学与热力学混合条件控制；吹炼后期受热力学条件控制。