增加球团矿入炉比可以实现高炉生产节能减排。而高碱度球团矿尤其是自溶性球团矿(R=0.33-1.0)在高炉还原过程中发生的膨胀行为限制了球团矿在炉料结构中的发展。同时,脉石成分SiO₂、CaO等与球团矿还原膨胀性能密切相关。因此,研究SiO₂、CaO和碱度对球团矿不同还原阶段还原膨胀的影响对于解决球团矿还原膨胀问题、增加高碱度球团矿入炉比例具有重要意义。本文以纯试剂Fe₂O₃、SiO₂和CaO为原料,制备不同SiO₂、CaO含量的球团,并采用外配CaO的方法调整球团碱度。首先在1250℃下对球团焙烧过程进行热力学分析,并观察焙烧后球团的矿相结构;然后控制还原气氛组成对球团进行阶段还原实验,还原时间为120min。分析不同球团各阶段还原度、还原膨胀率以及微观形貌的变化,从而揭示SiO₂、CaO及碱度对不同阶段还原膨胀的影响机理。得到以下结论:(1)含SiO₂球团、含CaO球团及自溶性球团焙烧后赤铁矿连晶状态变差。原因分别为:含SiO₂球团中的SiO₂均匀分布在赤铁矿中,增加了赤铁矿分散程度,从而抑制赤铁矿连晶;含CaO球团焙烧过程中CaO与Fe₂O₃结合产生低熔点渣相,导致球团焙烧后孔洞增加,从而抑制赤铁矿连晶;自溶性球团焙烧过程中CaO、SiO₂与Fe₂O₃互相结合分别产生渣相、钙铁榴石相和钙橄榄石相,从而抑制赤铁矿连晶。(2)含SiO₂球团在Fe₂O₃→Fe₃O₄阶段发生少量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生大量体积收缩;含CaO球团在Fe₂O₃→Fe₃O₄阶段发生少量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生大量体积膨胀;自溶性球团碱度R2O₃→Fe₃O₄阶段发生少量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生大量体积膨胀;自溶性球团碱度R>1.0时在Fe₂O₃→Fe₃O₄阶段发生大量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生少量体积膨胀。(3)含SiO₂球团在FeO→Fe阶段金属铁发生连晶是造成体积收缩的主要原因;含CaO球团以及自溶性球团在FeO→Fe阶段产生的铁晶须是造成还原膨胀的主要原因;CaO促进铁晶须的生长,自溶性球团碱度R1.0时,铁晶须生长受到抑制。