高磷铁矿为我国典型的低品位,复杂难选铁矿资源,广泛分布于我国的内蒙古、江西、四川、重庆、湖南、云南、贵州等地区。云南惠民地区的高磷铁矿储量丰富,但矿石品位低,粒度细,结构复杂,磷含量高,一直没有得到利用。目前,处理高磷铁矿提铁降磷的主要研究方法有:选矿脱磷,微生物或化学浸出脱磷以及冶炼脱磷等方法,最终都因无法经济有效解决脱磷问题而停滞不前。因此,如何有效降磷合理利用高磷铁矿资源对我国钢铁行业的发展具有重要的意义。熔融还原炼铁工艺以其独特的优势受到业界的高度关注。西澳奎那那HIsmelt熔融还原试验工厂使用含磷0.12%的铁矿石,冶炼得到含磷0.04%的优质铁水。这种冶炼技术显示出了较强的脱磷能力。于是本研究模拟HIsmelt炼铁工艺,开发了富氧顶吹熔融还原炼铁工艺冶炼云南惠民高磷铁矿,探究了在氧气顶吹熔融还原过程中熔渣碱度、碳氧摩尔比、熔炼温度、通氧(氧气纯度为99%)时间、通氧(氧气纯度为99%)流量对铁浴中含磷物相的形成和迁移的影响。以熔渣离子理论脱磷为基础计算出磷分配比的公式,对公式中主要影响因素氧化亚铁活度,炉渣磷容量,铁液中磷分配系数进行了详细的理论分析,揭示了富氧顶吹熔融还原过程中炉渣组分活度对磷分配比的影响规律。通过冶炼高磷铁矿实验对所得数据进行了实验结果分析以及渣—金间磷分配比,磷行为的热力学分析得到以下结论:(1)云南惠民高磷铁矿的矿相分析结果表明:矿石全铁含量41.02%,主要物相为赤铁矿(Fe2O3)和针铁矿水合氧化铁(FeOOH),矿石中磷以磷酸铝结构和少量含钙磷酸盐(Ca3PO4)为片状,针状嵌布,粒度极细小,矿石主要脉石成分为硅、铝、钙化合物,以二氧化硅含量17.98%为最高。(2)温度对于冶炼脱磷效果影响显著,初期1400-1600℃脱磷效果较明显,温度为1550℃脱磷率最高。而超过1550℃铁水磷含量升高发生回磷现象。碱度在1.1-1.2时铁水磷含量较低,通氧时间与流量设定在10min,250L/h配比为最佳,能够显著提升炉渣的氧化性,此时渣中氧化亚铁含量较高为15%左右,属典型低碱度高氧化亚铁型炉渣,碳氧比对脱磷影响不是很显著控制在1.0。温度为1550℃,碳氧比为1.0,碱度为1.1,通氧时间为10min,氧气流量为250L/h时,冶炼出磷含量为0.068%的铁水,脱磷率高达93.2%。(3)炉渣磷分配比随着炉渣氧化亚铁的活度增大而增大,通过实验数据作图分析得到,氧化亚铁活度对数对磷分配比对数关系成斜率为1.65的直线,这与理论值2.5存在偏差。(4)采用炉渣光学碱度分析,当炉渣碱度增大,炉渣中氧离子活度随之增大,反映为炉渣磷容量增大。金属铁液中溶解氧和溶解碳可增大熔铁中磷的活度系数从而促进磷向渣中分配转移,增大了渣—金属间磷分配比。