我国钒钛磁铁矿资源储量丰富、分布广泛,综合利用价值巨大。当前,高炉-转炉流程是钒钛矿综合利用的主要流程,该流程具备处理量大、生产稳定、技术成熟等诸多优势。然而,由于钒钛矿自身的资源特点,其传统造块难度大、能耗高,且钒钛烧结矿/球团矿的冶金性能及传统炉料结构仍有待优化,使得高炉冶炼核心技术指标偏低。作为一种新型炼铁原料,铁矿含碳复合炉料具备良好的还原性能、高温强度及原料适应性等诸多优势,高炉使用铁矿含碳复合炉料是实现低碳、低温、超高效率炼铁的有效途径之一。因此,本研究提出开发钒钛磁铁矿含碳复合新炉料,旨在提升现有钒钛矿高炉冶炼效率和经济技术指标、促进钒钛矿资源的高效利用。本研究重点进行了新炉料的制备及优化、冶金特性及演变机制、还原热力学及动力学、熔滴行为及对综合炉料的影响、与传统炉料的高温交互行为及作用机制等研究;此外,对比普通矿焦混装和新炉料混装时综合炉料的熔滴、透气性能,评估高炉使用新炉料的技术可行性。钒钛矿含碳复合炉料优化制备及固结机理研究。钒钛矿含碳复合炉料的强度获得机制为压块成型过程中内配煤粉的软化和局部胶质体的析出以及炭化过程中胶质体的固化和半焦的形成。新炉料优化后制备工艺参数为:压块温度200℃、煤粉粒度<0.075 mm、矿粉粒度<0.075 mm、配碳比1.4、炭化温度500℃、炭化时间3h、升温速率3℃/min。此条件下新炉料抗压强度达2588.8N,挥发分质量分数1.58%,满足高炉冶炼要求。研究了钒钛矿含碳复合炉料冶金特性及演变机制。新炉料具备良好的还原粉化性能、收缩性能、还原后强度和高温强度。在500～900℃时,局部煤粉经二次脱气形成的多孔类焦炭结构具备一定强度,可缓冲铁氧化物还原膨胀应力,RDI+3.15均在95%以上;在900～1100℃时,还原收缩取决于铁氧化物还原膨胀、矿物颗粒烧结收缩、煤粉消耗及铁晶须抑制生长;温度高于1100℃时,收缩率取决于液态渣铁聚集长大及残碳行为;新炉料遵循铁矿含碳复合球团线性收缩模型,收缩方程为Sh=t2/5exp（a-b/T）,收缩活化能随配碳比提高而降低;模拟高炉条件下的还原后强度和高温强度均随温度提高而降低,当温度1100℃、配碳比1.4时,还原后强度和高温强度分别为603.4 N和348.0 N。钒钛矿含碳复合新炉料还原热力学及动力学研究。新炉料中含铁物相的还原性从高到低依次为:Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe2TiO4、Fe2VO4、FeTiO3、FeTi2O5;还原过程中转变历程为:Fe3O4→FeO→Fe,Fe2.75Ti0.25O4→Fe2.5Ti0.5O4→Fe2TiO4→FeTiO3→TiO2;FeTiO3→TiO2;Fe2VO4→V2O3;FeCr2O4→Cr2O3;可采用多孔物料模型描述新炉料还原过程,当温度低于1000℃时,受碳气化反应控制;当温度高于1000℃时,受内扩散控制;还原初始阶段活化能为40.26kJ·mol-1,受气体扩散和界面化学反应共同控制,中间阶段和终点阶段活化能分别为66.46 kJ·mol-1和90.96 kJ·mol-1,受界面化学反应控制;新炉料具备良好的还原性,当还原温度1100℃、配碳比1.4时,金属化率达91.95%。研究了新炉料在软熔过程中的演变行为及对综合炉料熔滴性能的影响。在软熔过程中,随配碳比提高,新炉料软化性能改善;而当配碳比高于1.2时,渣-金界面析出大量Ti（C,N）,熔化、滴落性能恶化,新炉料由致密渣铁混合结构转变为外层金属铁壳、内层渣、铁、碳疏松共存的双层结构;混装20%新炉料（FC/O=1.2）时,综合炉料软熔、透气性能改善,（TD-Ts）最窄,为129.5℃;当混装比例高于25%时,Ti（C,N）的析出恶化熔滴性能。普通矿焦混装可改善综合炉料熔滴、透气性能,强化含铁炉料还原,减少软熔带滞留渣量;混装率为50%时,渣-金界面Ti（C,N）析出明显,适宜的矿焦混装率为20%。钒钛矿含碳复合炉料混装对综合炉料软熔、透气性能的改善显著优于普通矿焦混装。研究了新炉料与传统含铁炉料的高温交互行为及作用机制。新炉料和烧结矿/球团矿界面碳气化反应和铁氧化物还原反应的耦合效应促进烧结矿和球团矿还原,且对烧结矿还原促进作用显著优于球团矿,当温度1100℃、配碳比1.4时,烧结矿和球团矿还原度提升幅度分别为11.70%和2.03%。从强化炉料还原来看,采用钒钛矿含碳复合炉料代替综合炉料中部分球团矿更为合理。在新炉料和球团共软熔过程中,随配碳比提高,二者界面由以铁橄榄石为主的粘接层转变为致密金属铁壳,粘接抑制,T4和T40先降低后升高,Ts逐渐上升。在与烧结矿共软化过程中,当配碳比为0.8时,界面形成以烧结矿边缘为基体的液态渣为主、金属铁为辅的渣铁混合结构,T4和T40降低;当配碳比为1.4时,残碳阻碍金属铁连晶及液态渣铁聚集,界面粘结失效,料柱软化、收缩受阻,T4和T40上升;共熔化过程中,随配碳比提高,界面粘接层逐渐由以烧结矿边缘为基体的液态渣、铁混合结构转变为致密金属铁壳,有效抑制料柱熔化坍塌,改善透气性,强化还原,Ts则逐渐升高;提高新炉料配碳比可强化渗碳,降低TD,而当配碳比为1.4时,渣-金、渣-碳界面析出大量Ti（C,N）,恶化渣铁滴落性能,透气性变差,TD急剧升高。综合考虑新炉料与传统炉料在还原、软熔、滴落过程中的交互行为及Ti（C,N）的析出,适宜配碳比不应高于1.2。本研究开展的钒钛矿含碳复合炉料研究,丰富了钒钛矿高炉新型炼铁炉料造块方法和理论,为钒钛矿含碳复合新型炉料高炉实际应用提供了重要的理论依据,为进一步促进钒钛矿高炉强化冶炼和钒钛矿高效利用奠定了坚实基础。