我国是钢铁消费大国,但我国铁矿石自给率严重不足,矿石品位低,需要进行选矿处理才能进一步利用。弱磁性铁矿石占比较高,其中菱褐铁矿的探明储量30.64亿吨,具有良好的开发利用价值。磁化焙烧-磁选工艺技术可以有效利用弱磁性铁矿石,改善我国铁矿石的供需结构。结圈现象严重限制了回转窑磁化焙烧工艺的发展和推广,还原煤的选择对回转窑结圈现象有很大的影响,因此,研究煤对磁化焙烧工艺的影响,优化磁化焙烧工艺,完善磁化焙烧工艺的理论基础,探究还原煤对回转窑结圈过程的影响,对我国弱磁性铁矿石的利用和国家钢铁工业的可持续发展具有重要意义。本文以褐煤、烟煤、无烟煤三种物化性能相差较大、比较有代表性的还原剂为研究对象,针对煤与褐铁矿磁化焙烧过程展开热力学分析,得到煤燃烧主要反应的热力学平衡图,结合铁氧化物还原热力学分析,探讨铁氧化物煤基还原特征;通过对焙烧矿物的微观性能分析,探究不同煤对回转窑磁化焙烧结圈过程的影响机理;使用等温动力学研究方法,研究不同煤还原褐铁矿磁化焙烧过程的动力学,为优化磁化焙烧技术,改善回转窑结圈现象提供理论依据和技术支持。主要研究过程及结果如下:(1)铁氧化物煤基磁化焙烧热力学分析针对铁氧化物煤基磁化焙烧过程的特点,分别对煤的燃烧反应和褐铁矿的还原过程进行热力学分析。煤的燃烧反应热力学分析表明:煤中挥发分在铁氧化物磁化焙烧过程中还原作用很小,铁矿焙烧过程的还原剂主要依靠煤中挥发分挥发后的残碳发生气化反应提供,煤的反应性增强对铁氧化物的还原有促进作用。褐铁矿还原热力学分析表明:在923~1123K的温度范围内,反应平衡时的还原气体浓度较低,铁氧化物磁化焙烧反应极易发生,T2的气化反应速率越快,越有利于褐铁矿磁化焙烧反应的进行。(3)煤对回转窑结圈过程的影响机理在1173K的焙烧温度条件下,研究了三种煤为还原剂的焙烧矿的微观特征。发现三种煤的焙烧矿均出现了石榴石的大粒度结块物质。三种煤的焙烧矿中石榴石的结块连结程度由高到低为:烟煤>褐煤>无烟煤。结合回转窑的结圈机理,综合分析结果可以得出:煤灰分量对焙烧过程的结圈现象的产生有很大的影响。(4)铁氧化物煤基磁化焙烧动力学研究使用等温动力学研究方法,分别对不同煤与褐铁矿混合物进行静态焙烧,建立动力学模型,求出不同煤对褐铁矿磁化焙烧相应的动力学参数。动力学研究结果表明:三种煤的磁化焙烧过程均符合气-固间化学反应控制的未反应核模型,褐煤的还原过程的表观活化能最低为43.790 KJ/mol,其反应活性最好。(5)煤对磁化焙烧速率的影响结合煤基磁化焙烧动力学研究结果,发现煤的反应性强,煤的气化反应速率快,还原气氛的浓度较高,磁化焙烧的反应速率较快。在相同的焙烧温度下,煤的反应性越强,焙烧反应的速率越快;煤的反应性随着温度的升高逐渐增大,因此磁化焙烧的温度条件升高,磁化焙烧速率也随之加快。煤的反应性对磁化焙烧速率有很大的影响。