氧化球团具有良好的机械强度和冶金性能，已成为高炉炼铁不可或缺的优质炉料。然而，由于国内磁铁矿精矿供应不足，导致许多国内钢厂使用进口赤铁矿生产氧化球团。与磁铁矿球团矿相比，赤铁矿球团矿的焙烧温度高、范围窄（1300℃~1350℃），球团矿的抗压强度低。此外，酸性赤铁矿球团的冶金性能也较差。其中，镜铁矿属于赤铁矿的一个重要类型，其球团的焙烧性能和冶金性能均比普通赤铁矿球团差。

研究人员对如何利用赤铁矿生产高强度氧化球团进行了大量研究。研究表明，在赤铁矿中加入磁铁矿制备氧化球团，可以有效降低预热焙烧温度，提高预热焙烧球团的抗压强度；加入助熔剂制备助熔赤铁矿球团也是一种解决方案。

国内球团厂一般采用赤铁矿和磁铁矿生产高强度球团，但随着赤铁矿比例的增加，加入磁铁矿的效果大大减弱。添加 CaO 助熔剂生产助熔剂球团可以在较低温度下获得较高的机械强度和较好的还原性，但高温回流性能较差，还原膨胀严重。早期研究表明，在颗粒中加入氧化镁可以降低还原膨胀率，改善高温回流性能。

目前，关于碱度和氧化镁含量对镜面球团强度和冶金性能影响的报道较少，尤其是碱度和氧化镁对球团冶金性能的影响。因此，本文研究碱度和氧化镁含量对镜面球团强度和冶金性能的影响，对改善球团焙烧和强化高炉炼铁具有重要的理论价值。

原材料特性和研究方法

本实验使用的原材料是巴西镜面石、膨润土、石灰石和菱镁矿。由于巴西镜铁矿、石灰石和菱镁矿的粒度相对较粗，因此要在实验室中用球磨机将它们研磨到生产球团所需的粒度和比表面积。镜铁矿的铁品位较高，煤矸石矿物和其他有害杂质较少，是一种优质的球团原料。石灰石和菱镁矿的二氧化硅含量低，其他有害杂质少。它们是优质的钙镁熔剂。

试验所用粘结剂为优质钠基膨润土，指标如下：蒙脱石含量为 92.76%，膨胀量为 20mL/g，2 小时吸水率为 342%，-0. 074mm 含量达到 100%。

实验研究包括配料、混合、青球制备、青球干燥、干球预热焙烧和焙烧球团性能测试等过程。成品球团的 SiO2 含量控制在 3.1%。通过添加石灰石和菱镁矿调整成品球团的碱度和氧化镁含量，研究碱度和氧化镁含量的变化对焙烧球团抗压强度、还原度、还原膨胀、低温还原粉碎和高温软熔特性的影响。影响。

测试结果和影响分析

\碱度和氧化镁含量对抗压强度和孔隙率的影响。\球团的抗压强度是反映球团在运输和储存过程中以及在还原炉中可承受压力的重要指标。大型高炉要求球团的抗压强度大于 2500 N/块。

在天然氧化镁含量下，球团的抗压强度首先随着碱度的增加而增加。当碱度增加到 0.2 时，球团的抗压强度从天然碱度的 2400 牛顿/片增加到 3,500 牛顿/片；达到 0.4 后，球团的抗压强度不再增加。这是由于 CaO、Fe2O3 和 SiO2（如铁酸钙和硅酸钙）的碱度增加所致。适当的液相有利于赤铁矿的再结晶，但过多的液相不利于球团抗压强度的提高。在天然碱度条件下，球团的抗压强度会随着氧化镁含量的增加而降低。这是因为菱镁矿在球团的预热和焙烧过程中会分解，从而增加了球团的孔隙率。

当碱度和氧化镁共同作用时，在氧化镁含量相同的情况下，碱度对煅烧球团抗压强度的影响与碱度对天然氧化镁含量下球团抗压强度的影响基本相同，即球团的抗压强度。强度首先随着碱度的增加而增加。当碱度达到一定值后，球团的抗压强度不再显著增加；在相同碱度下，球团的抗压强度随氧化镁含量的增加而降低，这是由于随着氧化镁含量的增加，球团的孔隙率增大，同时氧化镁进入渣相增加了煤矸石矿物的熔点，对液相的形成有一定的阻碍作用。试验结果表明，当碱度高于 0.2 时，不同碱度和氧化镁含量的镜铁矿球团的抗压强度可达 2500 N/ 块以上。

随着助熔剂用量的增加，预热焙烧时助熔剂分解留下的孔隙也会增加。助熔剂的添加不仅会影响球团的化学成分和矿物组成，还会影响球团的结构和孔隙率。这将在一定程度上影响球团的抗压强度和冶金性能。

碱度和氧化镁含量对还原度的影响。还原度（RI）是评价高炉还原区温度和气氛条件下铁矿石脱氧倾向和难度的重要指标。影响铁矿石还原度的因素包括粒度、孔隙度、矿物组成和结构以及煤矸石矿物组成。

天然碱度和天然氧化镁含量的酸性颗粒的还原度较低，仅为 62.22%.随着氧化镁含量的增加，还原度也随之增加。当氧化镁含量为 3. 0% 时，球团的还原度可达 68%；当氧化镁含量增加碱度时，镜面球团的还原度大大提高。当碱度增加到 1.2 时，球团的还原度升至 72.82%。这是因为石灰石的加入增加了球团的孔隙率，同时 CaO 与 Fe2O3 反应形成易还原的钙铁矿。

当碱度和氧化镁共同作用时，在相同碱度下，镜面石颗粒的还原度随氧化镁含量的增加而增加；在相同氧化镁含量下，还原度随碱度的增加而增加。

当碱度达到 1. 2 和氧化镁含量增加到 3. 0% 时，颗粒的还原度高达 76.94%.这是因为在球团的预热和焙烧过程中，菱镁矿还能增加球团的孔隙率，氧化镁能提高渣相和浮体的熔点，使其在还原过程中不易熔化，球团的孔隙也不会被熔化。材料填充后保持较高的孔隙率，有利于气体扩散。

碱度和氧化镁含量对还原膨胀的影响。

在天然氧化镁含量下，镜面颗粒的还原膨胀率先增大后减小，碱度在 0.4 至 0.6 之间达到最大值，最大值高达 32%。

这是因为添加到球团中的一小部分 CaO 会与 Fe2O3 反应生成钙铁氧体，而大部分 CaO 会进入渣相。当它未被还原时，渣相中主要是 CaO-SiO2 二元体系。当碱度介于 0.4 和 0.6 之间时，即渣相中 SiO2 的含量介于 62.5%到70%之间，这是偏硅酸钙（CaOSiO2）和 SiO2二元共晶点组成的区间，其低温共晶点为1436℃，但在还原条件下，由于加入了 FeO，这种渣相变成了 CaO-SiO2-FeO 三元渣系。在该渣系中，CaO 和 SiO2 的比例保持不变。熔渣相的熔点随着 FeO 含量的增加而急剧升高。在纯三元渣体系中，熔点可低至 1093℃，低熔点渣相只会加剧球团的还原和膨胀。

在天然碱度条件下，随着氧化镁含量的增加，球团的还原膨胀率略有下降，但并不明显。这是由于天然碱度和天然氧化镁球团渣相在 SiO2 含量为 90% 时熔点为 1700℃。加入 MgO 后，渣相以 MgO-SiO2 二元体系为主，但其低温共晶温度也较低，共晶温度为1543°C.当碱度与氧化镁共同作用时，在氧化镁含量相同的情况下，碱度对球团还原膨胀率的影响与天然氧化镁含量基本相同。加入氧化镁后，由于氧化镁熔入渣相，渣相的熔点会提高。同时，渣相中的氧化镁也会提高渣相的熔点。

因此，在碱度相同的情况下，增加氧化镁含量可以减少还原膨胀。

氧化球团中的赤铁矿体积膨胀，还原成磁铁矿和浮铁矿。这种膨胀主要是由于赤铁矿还原为磁铁矿时晶体结构发生了变化。球团的还原膨胀率与煤矸石成分和渣相承受赤铁矿颗粒还原产生的应力的能力有关。

高熔点渣相在还原过程中不易熔化，保持高强度可有效限制球团的还原膨胀率，而低熔点渣相会加剧球团的还原膨胀。

颗粒的还原膨胀率低于 20% 属于正常膨胀范围，镜面颗粒的碱度应控制在小于 0.2 或大于等于 1.0 的范围内。

但在一般工业生产中，球团的还原膨胀率要求控制在 15%以下。对于含有 3. 0%~3. 1% SiO2 的天然碱度镜面球团，还原膨胀率低于 15%，还原度仅为 62.2%.通过提高碱度来提高还原度时，必须降低碱度 只有当碱度提高到 1. 0，氧化镁含量达到 3. 0%，或碱度提高到 1. 2，氧化镁含量≥1. 0%时，还原膨胀率才能低于 15%。

碱度和氧化镁含量对低温还原粉碎的影响。低温还原粉碎（RDI）反映了球团在高炉或直接还原竖炉上部 400°C 至 600°C 温度范围内还原时产生粉末的趋势。低温还原粉碎的主要原因是赤铁矿还原成磁铁矿时，晶体结构的转换导致体积膨胀和晶格畸变。

预热和焙烧球团时形成的粘合方式主要有三种：

氧化铁再结晶、硅酸盐结合和铁素体结合。

其中，赤铁矿再结晶键是最常见也是最强的，但赤铁矿在还原条件下极不稳定，而赤铁矿还原成磁铁矿时，硅酸盐键相可以保持。变化。

因此，可以通过添加助熔剂来增加这种均匀分布，并在低温还原条件下保持稳定的结合相，从而减少镜面石颗粒的低温还原和粉碎。

天然碱度和天然氧化镁含量的球团主要是赤铁矿固相扩散固结，硅酸盐结合相较少。因此，在低温还原过程中产生的粉末较多，其 RDI-3.15mm 值高达 12.75.%.在天然氧化镁含量下，碱度增加到 0.2，球团低温还原粉碎率 RDI-3.15mm 值迅速下降到 0. 52%；碱度继续上升，RDI-3.15mm 值基本维持在 0.这是因为 CaO 的加入使球团在预热和煅烧过程中形成更多低温还原时稳定的硅酸盐液相，从而达到降低球团低温还原粉碎的目的。

在天然碱度条件下，增加氧化镁含量，颗粒的低温还原率和粉碎率 RDI-3.15mm 都降到 3. 0% 以下。当碱度和氧化镁共同作用时，低温还原球团的 RDI-3.15mm 值较低。RDI-3.15mm 值随碱度的增加而降低，随氧化镁含量的增加而略有升高。这是因为氧化镁会阻碍液相硅酸盐的形成。

碱度和氧化镁含量对回流特性的影响。球团的熔化特性可反映球团在高炉下部软熔区的形成及其在软熔区的表现。炉料的回流特性对高炉的运行影响更大。球团软化温度低，回流间隔大，高炉下部回流区的透气性会变差，不利于还原气体与炉料的对流，严重影响还原过程。

天然碱度和天然氧化镁含量的酸颗粒在 1009°C 开始软化，滴落温度为 1272°C。2 时，颗粒的软化温度升高到 1034°C，软化间隔和软化区间缩小，滴落温度也升高到 1299°C。当碱度为 1.2 时，增加氧化镁含量可提高软化起始温度和滴落温度。当氧化镁含量为 1. 0% 时，球团软化温度将升至 1072℃，滴落温度将达到 1319℃，氧化镁含量将继续增加，球团软化温度不会再增加，滴落温度也有所提高。

球团的回流特性主要受还原过程中产生的低熔液相（如磷灰石和熔渣）的影响。酸性球团高温回流特性较差的主要原因是还原过程中富含 FeO 的橄榄石渣相熔点较低，而加入氧化镁可以提高渣相的熔点。高熔点固溶体的形成也会对改善球团的高温回流特性起到一定作用。