1 前言

在氢基竖炉直接还原工艺中，高温下球团间的聚结会破坏气体渗透性与炉内下料均匀性，成为稳定运行的主要阻碍。该现象与球团膨胀、烧结及晶须铁析出密切相关，且受矿石化学组成影响显著。为系统验证不同矿石种类对晶须铁生成行为的差异，本研究利用大型热天平还原炉，对不同化学组成的赤铁矿球团进行多粒同时还原，实时评估其膨胀、烧结及团聚行为；并结合微观组织观察，分析晶须铁的形态特征，以期为抑制聚结的原料设计与还原条件优化提供指导。

2 试验方法

试验采用了表1所示化学组成的两种赤铁矿球团（A、C）。将各球团置于H₂:N₂=90:10或CO:N₂=90:10的还原气氛下，在1200℃还原60min，比较了聚结的发生情况。还原过程中大型热天平还原炉同时装入3粒球团，并采用重量变化曲线评估了还原率。此外，对还原后的球团进行了外观观察，并利用光学显微镜和扫描电子显微镜（OM/SEM）进行了断面组织观察，以确认聚结的有无及其组织特征。关于聚结的强度，通过还原后球团的落滴试验，以及如图1所示的在载荷下固定两个球团并观察软化行为的载荷软化试验，对结合界面的构造与粘附程度进行了评估。此外，断面的微观分析还并用能量色散X射线光谱（EDS）进行了表征。

3 试验结果

如图2所示，聚结仅在1200℃条件下发生于所有球团中，在850℃及1000℃下未观察到。对于球团A，在H₂气氛还原下，CaO-SiO₂-FeO系渣相生成于粘结部位，起到了抑制聚结的作用；而在CO气氛还原下，晶须铁偏聚于表面，形成了牢固的结合。对于球团C，铁橄榄石系低熔点渣相形成于表面，可能会减弱聚结。

在落滴试验中，确认形成明显团聚的试样破损率会降低，特别是在CO气氛还原下的球团A中显现出很高的结合强度。在载荷软化试验中，将发生聚结的两个试样在载荷下保持并观察其断面（图3），结果显示：在CO气氛还原下观察到了由金属铁形成的牢固结合；而在H₂气氛还原下，则有渣相介入，呈现出包含微细孔隙的弱结合构造。

4 结论

本研究阐明了赤铁矿球团在氢基直接还原过程中的聚结机理，指出该现象具有显著的温度与气氛依赖性，且表面析出相性质是决定结合强度的关键因素。在1200℃条件下，CO气氛还原促使金属铁在表面偏聚并形成牢固的金属键合；相比之下，H₂气氛还原则诱导CaO-SiO₂-FeO系渣相介入，有效抑制了颗粒间的强力粘结。结合载荷软化试验与微观组织表征，研究进一步在微观尺度可视化了聚结强度的起源，证实了通过调控还原气氛优化表面渣相分布是抑制球团聚结、保障竖炉顺行的有效途径。