球团矿是优质的高炉炼铁原料。由于球团矿特别是自熔性碱度球团矿(R=0.33-1.0)在高炉还原过程中易发生体积膨胀、强度下降、粉化而造成料柱透气性下降,因而限制了自熔性碱度球团矿在高炉炉料配比中的进一步提高。因此,通过研究焙烧温度与碱度对赤铁矿球团冶金性能的影响对于解决球团矿的还原膨胀问题以及改善高炉炉料结构,提高自熔性碱度球团矿的高炉产量具有重要意义。本文以在赤铁矿(96%)、SiO₂(3%)、MgO(0.5%)以及Al₂O₃(0.5%)分析纯试剂混合基础上外配CaO分析纯试剂制备不同碱度的(0、0.33、0.67、0.83、1.0、1.33)压块球团。通过FactSage热力学分析指导压块球团在950℃进行预热和不同温度下(1230、1250、1280、1300℃)进行焙烧。对焙烧后的压块球团进行孔隙率、抗压强度的物理性能测定,并分析焙烧后压块球团的物相成分、矿相显微结构和表面微观结构。对焙烧后的压块球团进行还原性和还原膨胀冶金性能测试,并通过SEM-EDS分析还原后的压块球团表面微观结构。从而揭示焙烧温度与碱度对赤铁矿球团孔隙率、抗压强度、还原性以及还原膨胀的影响。探究不同的焙烧温度与碱度对赤铁矿球团孔隙率、抗压强度、还原膨胀以及还原后金属铁析出形貌的影响,研究结果表明:(1)随着焙烧温度的增加,不同碱度球团的孔隙率均逐渐减小。升高焙烧温度,液相量增加有利于赤铁矿间的连晶,球团结构更加致密。碱度在0-0.83范围内,焙烧后的压块球团孔隙率快速的增加;当继续增大球团的碱度(1.0-1.33),球团孔隙率上升较慢或略有下降。随着碱度的增加,焙烧过程中所形成的固溶体阻碍了赤铁矿晶粒的再结晶;同时颗粒间液相增多,导致冷却后的球团内大孔洞逐渐增多,从而提高了球团的孔隙率。在碱度为1.33、焙烧温度为1230℃的条件下,焙烧后的压块球团孔隙率最高可达为24.11%;在碱度为0、焙烧温度为1300℃的条件下,焙烧后的压块球团孔隙率最低可达为5.12%。(2)随着焙烧温度的增加,不同碱度球团的抗压强度均逐渐增大。提高焙烧温度,球团内的液相量上升促进了赤铁矿晶粒的连接,使球团具有较高的强度。不同焙烧温度下球团的抗压强度随碱度的上升均呈先增大后减小的趋势,并且当碱度为0.83时,其抗压强度最大。当碱度在0-0.83范围内,焙烧过程中的液相生成起到粘结赤铁矿晶粒的作用,强化了球团的固结,从而提高了球团的强度;随着碱度的继续增加(1.0-1.33),焙烧过程中的液相量增多有限,而高熔点的固溶体增幅较多,使得赤铁矿再结晶和液相粘结作用受到限制,球团的抗压强度反而降低。其中,球团的抗压强度在碱度为0.83、焙烧温度为1300℃条件下达到最大值,为3122N。(3)随着焙烧温度的增加,不同碱度球团的还原性和还原膨胀率均逐渐减小。焙烧温度增加,球团的孔隙率逐渐减小,不利于还原反应的进行,导致球团的还原膨胀率与还原性降低。不同焙烧温度下球团的还原膨胀率随碱度的增加均呈先增大后减小的趋势,并且当碱度为0.83时,其还原性和还原膨胀率最大。当碱度在0-0.83范围内,孔隙率逐渐增加,有利于还原反应的进行,且Ca²⁺与浮氏体形成固溶体促进了铁晶须的生长,使得还原膨胀率增加;随着碱度的继续增加(1.0-1.33),焙烧球团的孔隙率不再增多,而高熔点的固溶体继续增多,从而抑制了铁晶须的生长和还原膨胀。球团在还原温度为900℃、还原时间为60min,气体成分为CO=30%、N₂=70%条件下,碱度为0.83、焙烧温度1230℃的条件下压块球团的还原性和还原膨胀率达到最大值,分别为56.68%、21.48%。(4)不同焙烧温度与碱度对还原后球团内金属铁析出形貌的影响不同。随着碱度的增加,还原后球团内金属铁的形貌由颗粒状、网状结构逐渐转变为细长的晶须状以及粗短的锥状晶体结构,且多生长于孔洞附近。随着焙烧温度的升高,还原后球团内的金属铁形貌由密集的晶须状逐渐转变为块状、层状金属铁。这表明了,晶须状的金属铁可以促进球团的还原膨胀;而块状、层状金属铁则对球团的还原膨胀没有促进作用。