钛是一种化学性质稳定的过渡族金属元素,享有“太空金属”、“海洋金属”和“未来金属”等美誉,在航空航天、海洋工程和生物医疗等领域具有极为重要的实用价值。含钛材料的制备都需要先经过钛铁矿富集成高钛渣工序,因此高钛渣的制备是钛基材料产业的首要环节。高钛渣的高温物化性质与炉渣传质传热、泡沫化、渣铁有效分离、熔池热量分布以及耐火炉衬侵蚀等现象息息相关,进而影响钛渣冶炼周期和能耗,最终决定着冶炼过程的生产效率和成本。由于高钛渣熔点高,反应性和腐蚀性强等特点,使得其物理化学性质测试困难,造成高钛渣基础数据的系统性差。此外高钛渣宏观性质是由其微观结构所决定,而高钛渣高温微观结构研究极为缺乏。因此,开展高钛渣高温物化性质和结构的基础研究对电炉冶炼钛渣生产具有重要意义。本文以高钙镁型高钛渣为基础,通过自主开发的超高温熔体物性测试装置系统研究了炉渣成分和温度对高钛渣粘度、电导率以及高温氧势的影响规律;采用分子动力学对高钛渣高温结构进行模拟研究;基于炉渣氧化物的电子极化率,建立了高钛渣电导率与温度和炉渣成分之间的数学关系;基于改进的VFT方程,建立了钛渣粘度预测模型;基于热力学等温方程,建立了高钛渣氧势与温度和炉渣成分之间的数学关系。论文主要工作和结论如下:（1）高钛渣在液相线温度以上具有良好的流动性,粘度值约为0.6 d Pa·s,且温度和成分的对粘度影响不显著;当温度靠近液相线温度时,高钛渣粘度随温度的降低急剧增大,表现出明显的“短渣”特性;FeO的增加可以显著降低高钛渣熔化性温度,减小高钛渣的粘滞活化能;TiO2、Ti2O3增加则可以显著增大高钛渣熔化性温度以及其粘滞活化能;靠近液相线温度时,金红石（TiO2）和假铁板钛矿（FeTi2O5）非均质形核结晶是导致高钛渣粘度急剧增大主要原因;降温过程中,FeO能与TiO2固溶形成高结晶性能的高温矿物FeTi2O5,且完全凝固后的高钛渣主要由大部分黑钛石（M3O5）和少量的金红石（TiO2）组成;基于高钛渣炉渣成分对液相线温度的影响规律,建立了高钛渣液相线温度与成分之间的数学关系。（2）高钛渣具有良好的导电性,其电导率在43～141S.cm-1范围内,高于硅酸盐炉渣电导率1～2个数量级。从液相线温度以上的降温过程中,电导率呈现先减小后突然增大然后再减小的变化趋势;FeO增加可以显著降低钛渣电导率,TiO2、Ti2O3增加则可以显著增大电导率;在完全熔融状态时,高钛渣导电机制为电子-离子混合导电模式影响,导电机理可以用“电子跃迁机制”解释,即具有热激发的电子在Ti3+和Ti4+之间发生能级跃迁,使得炉渣表现出强烈的电子导电特征,且随温度的降低,电子导电的影响逐渐减弱;当接近熔化性温度时,具有半导体特性（空穴导电）的金红石（TiO2）相析出是电导率突然增加的原因;随后电导率的降低则是因为随着温度的降低,TiO2晶格中氧空位浓度减少,铁板钛矿大量析出以及液相量显著减少所致。基于炉渣氧化物的电子极化率,建立了高钛渣电导率与温度和炉渣成分之间的数学关系。（3）在所研究的炉渣成分范围内,高钛渣的氧势随Ti3+/Ti4+质量比的减小而增大,随FeO含量的增加而增大;高钛渣氧势与成分和温度之间满足以下数学关系,且计算值与实验值吻合较好;基于该模型,建立了高钛渣的等氧势图。（4）基于修正的VFT模型,建立了能够描述TiO2-FeO-Ti2O3熔渣及其子体系在牛顿流体和部分非牛顿流体范围内的粘性行为的数学模型。该模型能够预测TiO2-FeO-Ti2O3体系及其子体系在宽范围内（TiO2:0.598～0.890 mol%,FeO:0.027～0.954 mol%,Ti2O3:0.058～0.375 mol%）以及1663 K～2020 K温度范围的粘度值,平均相对误差为18.82%。基于该模型,建立了高钛渣的等粘度图。（5）通过对不同FeO含量的TiO2-FeO体系高温结构进行分子动力学模拟计算,掌握了电炉高钛渣的三维空间网络结构特点,结果表明:Ti-O、Fe-O离子对的键长分别为1.93?和2.00?,离子对键长越短越稳定;熔体结构中Ti-O的配位数为5.85,说明在高温熔融状态时,高钛渣中稳定存在的Ti-O键结构主要为六配位的[TiO6]8-八面体网络结构。随着FeO的加入,部分Ti-O键断裂,[TiO6]8-八面体构成的三维空间网络结构逐渐被FeO解聚,熔体聚合度大幅度降低,形成大量的低聚合度的网络结构,甚至[TiO6]8-八面体单体（Q~0）结构,同时部分Ti-O-Ti配位结构逐步向低熔点的Fe-O-2Ti（FeTi2O5）及2Fe-O-2Ti（FeTiO3）结构演变,宏观表现为高钛渣流动性显著改善。Fe2+表现出网络修饰子的作用对[TiO6]8-八面体结构进行的解聚,从而形成非桥氧结构Fe-O-Ti。低FeO含量时,高钛渣熔体中Ti原子周围的O原子主要以6配位形式与之成键,O原子则倾向于与周围最邻近的3个Ti原子相结合,表明高钛渣熔体在短程水平的Ti-O键结构具有与金红石（TiO2）类似的结构,高钛渣熔融态到结晶态的结构变化具有“遗传效应”,即熔体微观结构与晶体结构类似是熔融高钛渣结晶性强的主要原因。