钒是一种稀缺的战略资源,有着“现代工业味精”的美誉,被广泛应用于钢铁、航空航天、化工和医疗等领域,钢铁行业对抗震钢筋钒合金化的新标准,使得钒的需求量进一步加大。转炉生产能力高,能快速高效地分离含钒铁水中的钒,因此转炉吹氧提钒是我国目前从含钒铁水中提取钒资源的有效方法。然而,转炉吹氧提钒不仅要考虑让钒最大限度地氧化进入钒渣,同时还需要保证后续炼钢的原料,转炉提钒工序的另一产品半钢,有足够的碳含量来保证合适的出钢温度及钢水质量。因此,在转炉提钒过程中要同时实现“深提钒”和“保碳”的冶炼目标,即保证半钢中的残钒低且碳含量高。攀钢西昌钢钒有两座200t复吹提钒转炉,是我国目前炉容量最大的复吹提钒转炉,对“深提钒”和“保碳”双命中目标要求是,半钢残[V]≤0.05wt%且[C]≥3.4wt%。而对于200t大型复吹转炉,在去钒保碳热力学原理基础上,明确冶炼过程碳钒选择性氧化所遵循的热力学规律及各阶段碳钒氧化速率的特征,合理的终点控制平衡点是实现“深提钒”和“保碳”双命中目标及提钒自动化的关键;含钒铁水中钒的氧化是炉渣中铁氧化物传氧的间接氧化,炉渣需要有合理的熔化性及流动性以保证熔池动力学条件,但攀西昌高炉属于中高钛冶炼,铁水[Si]含量低,须合理调控炉渣中SiO₂含量（即添加辅料石英砂）以调节炉渣熔化及流变性能,因此需要得出合理的钒渣熔化及流变性能的调控参数及其影响规律;复吹提钒转炉由于底吹的存在有良好的动力学条件,然而钒渣的渣态粘稠,同时是留渣操作（2到3炉出一次渣）,导致底吹元件维护困难,这是提钒复吹转炉相对炼钢转炉的先天性缺陷,因此在不增大顶吹流量避免碳过度氧化的条件下,通过优化顶吹氧枪喷嘴结构提高熔池的搅拌能力,对保证200t大型复吹提钒转炉的动力学条件尤为重要;溅渣护炉是目前炼钢转炉提高炉龄降低成本的关键技术,但提钒转炉钒渣护炉的问题,特别是针对CaO<2%条件下的钒渣护炉问题还少有相关报道,因此开展钒渣改质用于溅渣护炉的基础研究对于提钒转炉降低成本有重要意义。本文基于攀钢西昌钢钒200t提钒复吹转炉开展了针对上述问题的研究,得到如下结论。（1）采用工业性实验研究了各阶段碳钒氧化速率的特征,分析了冶炼后期碳钒氧化遵循的热力学规律和满足“深提钒”和“保碳”双命中要求的终点温度控制热力学温度。结果表明:熔池温度低于“碳钒氧化转折温度”的阶段,熔池钒的氧化率仅为56%、碳的氧化率5.6%,不能满足“深提钒”对半钢残钒含量≤0.05wt%的要求;有约30%钒的氧化是在熔池温度高于“碳钒氧化转折温度”的条件下进行,这一阶段碳的氧化率增加为13.4%。转炉提钒冶炼过程熔池温度的控制应是以“碳钒氧化转折温度”作为冶炼前期的温度控制热力学温度,在“保碳”（[C]≥3.4wt%）基础上最大化提钒的“钒氧化平衡温度”作为冶炼中后期及终点温度控制热力学温度。冶炼后期碳钒氧化遵循“钒氧化平衡温度”的热力学规律,在熔池温度高于“钒氧化平衡温度”后,熔池中钒含量将是处于缓慢降低状态,但是碳大量损失,“钒氧化平衡温度”是实现“深提钒”和“保碳”双命中终点温度控制的最高目标温度。（2）结合攀钢西昌钢钒200t提钒转炉生产实际,基于吉布斯自由能最小化和金属液滴产生原理研究了提钒冶炼过程元素氧化宏观动力学。结果表明:吹炼开始后最先氧化的是[Ti]和[Si],其次是[V]和[Mn],[C]氧化贯穿于整个冶炼过程且大量氧化的时间与[V]氧化重合。冶炼开始时渣量少未形成有效渣层,可在开吹前添加适量的富FeO冷却剂,使[Ti]和[Si]开吹即迅速氧化;冶炼前期渣中成分以FeO-SiO₂-TiO₂三元为主,中后期成分以FeO-SiO₂-MnO-V₂O₃-TiO₂五元为主;冶炼前期冷却剂的加入使炉渣成分剧烈波动,但也保证了冶炼前期熔池温度平缓上升。为了同时实现“深提钒”和“保碳”的冶炼目标,须保证分批次加入足量的冷却剂,同时避免铁水[Ti]和[Si]含量过高和供氧强度过大。（3）钒渣熔化及流变性能研究表明,一定FeO含量下的SiO₂/V₂O₃比是钒渣熔化及流变性能的调控参数。在一定FeO含量的条件下,随着SiO₂/V₂O₃比增大,低熔点2FeO·SiO₂增加,高熔点FeO·V₂O₃和FeO·Fe₂O₃减少,钒渣熔化温度先降低,然后因SiO₂单独析出而升高;随着FeO含量增加,熔化温度最低点对应的SiO₂/V₂O₃比值增大。随着SiO₂/V₂O₃比增加,FeO·V₂O₃晶体生成减弱,钒渣粘度随温度变化的趋势变缓;高温熔融态钒渣粘度随着SiO₂/V₂O₃比增加而增大,低温阶段由于晶体FeO·V₂O₃析出减弱粘度随着SiO₂/V₂O₃比增加而减小。综合考虑钒渣流失和渣金界面反应,FeO=44%时钒渣SiO₂/V₂O₃比应控制为0.7。提钒冶炼应首先根据铁水温度和成分条件确定富FeO的冷却剂加入量,以此得出炉渣中相应的FeO含量,再根据铁水中[Si]和[V]含量添加熔剂石英砂（SiO₂）调整SiO₂/V₂O₃比以获得合理的炉渣熔化和流变性能。（4）在不增大顶吹流量,保证碳不过度氧化的基础上,通过建立物理模拟模型优化氧枪喷头设计参数以增强顶吹搅拌能力。研究表明随着喷孔夹角减小,反映熔池搅拌能大小的混匀时间先减小后增大,在12°时最小;5孔喷头混匀时间比4孔喷头小;Ma数2.20和2.10的喷头相比原Ma数1.99的喷头混匀时间分别减小7.36%和6.95%。随着喷孔夹角减小,反映熔池液面活跃度的1/3大波波高先增大后减小,在12°最大;5孔喷头相比4孔喷头波高减小;Ma数2.20和2.10相比原Ma数1.99的喷头波高分别增大8.68%和5.89%。喷头参数对混匀时间和波高影响程度排序依次为Ma数>喷孔夹角>喷头孔数,在底吹流量低时影响效果更为明显。优化喷头选用4孔、喷孔夹角12°和Ma数2.10的参数。（5）在攀钢西昌钢钒4#200t提钒复吹转炉上开展了工业性生产试验,将熔池温度控制、元素氧化宏观动力学和钒渣熔化及流变性能的工艺优化研究结果应用于生产实际中,“深提钒”和“保碳‖双命中率（半钢[V]≤0.05wt%且[C]≥3.4wt%）由不足46.5%提高到82.4%。将氧枪喷头设备参数优化结果应用于生产实际中,“深提钒”及“保碳”双命中率由63.5%提高到80.2%,获得了良好的冶金效果。采用VB语言编写了提钒冶炼控制软件将工艺优化结果和生产操作参数冷却剂加入、辅料石英砂加入和吹炼时间结合起来,在操作参数一定偏差范围内半钢和炉渣成分预测准确率达到83.6%以上,能对提钒冶炼进行有效的指导辅助。（6）为了探究钒渣改质后用于溅渣护炉的可行性,研究了向钒渣中添加MgO和降低TFe对其熔化温度和结晶特性的影响规律。结果表明:MgO加入钒渣中促使部分FeO转变为Fe₂O₃,形成新相固溶体MgO-FeOss和MgO·Fe₂O₃,钒渣熔化温度增加。MgO加入还使钒渣聚合度降低,结晶趋势增强,结晶活化能降低。TFe含量的降低使渣中Fe₂O₃含量降低从而使熔化温度降低、结晶活化能增加。改质后MgO=12wt%、TFe=16wt%时钒渣熔化温度能满足溅渣护炉对过热度的要求;结晶相由分散的颗粒状钒尖晶石（FeO·V₂O₃）变为尺寸更大的块状镁铁尖晶石（MgO·Fe₂O₃）和连接于块状之间的带状固溶体（MgO-FeOss）,有利于增加溅渣层强度及耐热侵蚀;结晶活化能与炼钢转炉溅渣护炉渣相差仅6.8%,能满足溅渣对结晶能力的要求。