钛精矿经电炉冶炼得到主产品高钛渣和副产品半钢，高钛渣可以作为硫酸法钛白的原料；而副产品半钢具有碳含量低、硫含量高的特点，难以在钢铁流程中大量使用，导致其价格低廉。因此，副产品半钢的高附加值利用成为影响整个电炉冶炼流程经济性的关键环节。另一方面，高品质铁粉供不应求，在粉末冶金和化工等领域都有应用。现阶段，国内工业生产铁粉的工艺主要包括赫格纳斯法和水雾化法。从生产原料的角度考虑，熔融半钢适合采用水雾化法。然而，水雾化法存在能耗高、耗水量大、铁粉颗粒与水分离困难以及余热基本没有回收等问题。基于上述背景，本文提出了一种转杯与冷却水幕相结合的离心粒化工艺。以电炉半钢为对象，对铁粉颗粒的粒度控制、熔融半钢的分裂机理、半钢熔滴的冷却行为以及铁粉颗粒的氧化行为开展了系统的研究，建立了适用于转杯离心粒化的颗粒粒度预测模型和冷却换热模型，为实现副产品半钢的高附加值利用和余热回收提供了理论指导。
　　论文通过熔融半钢离心粒化实验研究了转杯结构和工艺参数对粒化铁粉的影响，结果表明：铁粉颗粒的平均粒径随着转杯转速、转杯直径、转杯内倾角和转杯深度的增加而减小；在现有实验条件下，转杯直径为150mm、转杯内倾角为45°、转杯深度为50mm和转杯转速为1800rpm时，粒径小于0.45mm的铁粉颗粒占比达到93.12wt.%，基本满足硫酸法钛白还原用铁粉的粒度要求。
　　熔融半钢转杯离心粒化过程中半钢液滴的成型机理为线状分裂。在前人开发的离心粒化粒度预测模型基础上，考虑转杯内倾角和转杯深度对半钢液膜厚度的影响，建立了适用于转杯离心粒化颗粒粒度的预测模型。本文提出的模型能有效预测线状分裂模式下的转杯离心粒化颗粒粒度，平均相对误差为11.43%。
　　建立了半钢熔滴在不同冷却介质组合模式下的传热和运动模型，可以预测熔滴的飞行轨迹以及熔滴颗粒的温度变化。模型计算结果表明，增加水幕流速和水幕厚度均能加速半钢熔滴的冷却进程，且后者的作用更明显。增加转杯转速，缩短了半钢熔滴到达水幕的时间，提高了熔滴和水幕的热交换效率，加速了熔滴的冷却进程；与此同时，熔滴与水幕的接触时间减少，不利于熔滴和水幕之间的热量交换。铁粉颗粒的氧化是冷却过程中与水蒸气反应的结果。实验结果表明，氧化反应速率随着温度的升高和粒度的减小而增大；氧化过程大致可以分为两个阶段，
　　铁粉颗粒单位质量的氧化增重在反应初始阶段遵循线性规律，氧化反应速率受化学反应控制；在反应中后期阶段遵循线性和抛物线综合规律，氧化反应速率受化学反应和扩散共同控制。对于粒径范围为0.1–0.15mm、0.3–0.35mm和0.5–0.55mm的铁粉颗粒，第一阶段的氧化活化能分别为40.03、61.28和49.92KJ/mol；第二阶段的氧化活化能分别为107.52、118.75和111.97KJ/mol。
　　工艺参数对粒化铁粉颗粒氧化程度的影响研究表明，铁粉颗粒的氧含量随着转杯转速和水幕流速的增大而减少。对于粒径范围为0.3–0.55mm的粒化铁粉颗粒，当转杯转速为1200rpm时，空冷颗粒的氧含量约为21.53–13.78%；当水幕流量设置为0.125L/min和0.25L/min时，颗粒的氧含量分别约为12.01–7.83%和10.67–5.23%。当水幕流量为0.25L/min，转杯转速增加至1800rpm时，颗粒氧含量为8.73–4.35%。
　　粒化铁粉颗粒的粒径越小，其球形度越好；粒化铁粉颗粒表面光滑、致密，存在一层铁氧化物，主要物相为Fe3O4,FeO和少量的Fe2O3。氧化层中的氧含量沿着铁颗粒的半径方向从内到外增加，与未反应核模型规律一致。还原后铁粉颗粒表面粗糙，粗糙的表面大大增加了铁粉颗粒的比表面积，有利于铁粉颗粒在硫酸法钛白工艺中发挥还原剂的作用。