钒钛磁铁矿是我国具有特色的多金属共生矿石,储量巨大,也是冶炼钢铁以及提取钒、钛等有价组元的重要战略资源。现行的火法冶炼工艺由于在提钒转炉内采用酸性造渣工艺氧化提钒而不具备脱磷能力。这导致了后续半钢炼钢脱磷负荷重,从而束缚了炼钢的生产效能和洁净钢的生产。在提钒转炉内加碱性造渣剂提钒的同时脱出部分磷元素将是解决上述问题的一有效途径。因此,弄清加入碱性物质后形成的碱性钒渣的组成-结构-性质的关系将是实现转炉提钒与脱磷耦合新工艺的关键之一。本文以碱性钒渣为研究对象,利用分子动力学模拟和光谱学表征技术研究熔渣结构,再通过高温实验测定碱性钒渣的粘度,探明了V2O3、P2O5和碱度对碱性钒渣结构和粘流性质的影响机制。采用经典分子动力学模拟对钒渣中典型的Fe O-Si O2-V2O3三元体系高温熔融结构进行研究。构建的经验力场能较好的重现此体系包含的晶体结构和性质数据。熔渣的结构模拟结果显示,Si-O键长和配位数分别稳定在1.6?和4,表明硅氧结构的强稳定性。随V2O3含量的增加,V-O键长从1.92?增加到1.96?,配位数从4.50逐渐增大到4.96,其中5配位的V占比最大。熔渣中离子的配位环境分析表明Fe2+和V3+呈现不均匀的分布,存在离子间的团簇现象。分析模拟得到的硅氧网络聚合度表明,V2O3含量的增加导致熔渣网络的解聚。红外光谱结构表征验证了模拟结果,表明了V2O3对此渣系的网络破坏作用。采用旋转粘度计法研究了P2O5和碱度对Fe O-Si O2-V2O3-Ca O-P2O5五元碱性渣粘流特性的影响。在测定温度范围1400℃-1500℃内,熔渣粘度值范围为0.1-0.3 Pa.s,与类似渣系的文献报道吻合。固定熔渣碱度,增加P2O5含量导致熔渣粘度及粘流活化能的升高,表明P2O5有促进熔渣网络聚合的作用。固定熔渣P2O5含量,碱度增加导致熔渣粘度及粘流活化能的降低,表明Ca O的加入促进熔渣网络解聚。当Ca O/Si O2>1.3后,此解聚作用变得微弱。结合光谱学实验技术和分子动力学模拟研究了Fe O-Si O2-V2O3-Ca O-P2O5五元碱性钒渣体系的结构随P2O5含量和碱度的演变。淬冷渣样的红外光谱和拉曼光谱检测结果显示,表征不同的具有网络形成作用的结构单元的振动模的高频波带(750-1200 cm-1)随P2O5的增加而向更高频区移动,随碱度的增加向低频区移动,表明组成的变化导致了熔渣网络聚合度的变化。拉曼光谱半定量分析显示硅氧网络聚合指数NBO/Si随P2O5增加而降低,随碱度增加而增加。分子动力学模拟结果显示硅氧网络连接度NC随P2O5的加入从0.43增加到0.74,随碱度的增加从2.57降低到0.39,表明P2O5促进硅氧网络聚合而Ca O促进网络解聚,与光谱学实验结果一致,解释了熔渣粘流性质随成分的变化。模拟结果还表明P主要以低聚合的3-4PO和4-2 7P O阴离子单元形式存在。V在熔渣中主要形成[VO4]四面体,并与[PO4]四面体发生共连接,形成复杂V-P结构单元,与拉曼光谱半定量分析的推论一致。V-P结构单元的形成可能为后续碱性钒渣中钒、磷的有效分离带来困难,需结合钒渣结晶行为和物相演变进一步研究,探寻调控和解决方法。