1 前言

本研究以氢基竖炉为模型，关注从低温还原到金属铁生成过程中铁矿石球团的气孔结构变化，旨在明确使用不同铁矿石球团进行氢气还原时的还原性与气孔结构的关系。针对铁矿石球团在500℃附近出现的还原停滞现象，研究了400-700℃温度范围内球团试样在氢气还原中的还原性与气孔结构的关系。

2 试验方法

试验采用三种不同碱度的铁矿石球团：A（CaO/SiO₂=1.12）、B（CaO/SiO₂=0.96）、C（CaO/SiO₂=0.05）。在常压下使用卧式石英管炉在50%H₂-50%N₂（1L/min）气氛下进行还原试验。试验设定400-700℃四个温度梯度，还原时间不超过1h。通过称重法计算还原率，并在室温下以10mm/min的压缩速度测定球团压溃强度；同时结合SEM、XRD及水银压入法对还原后球团的微观组织、晶体结构及气孔率进行表征分析。

3 试验结果

球团等温还原试验结果如图1所示。在700℃、60min还原条件下，球团A、B、C的还原率分别为87.3%、90.6%、86.3%。通过30min和60min还原的比较可知，球团A和C在500℃时出现了还原停滞。

其次，通过水银压入法测定了球团A、B、C还原前后的气孔率，结果如图2所示。还原前球团A的气孔率为26%，为三者最高。所有还原球团试样在600℃以下气孔率均随温度升高上升，但在700℃时与600℃相比几乎无变化。从球团A、B、C还原后的组织观察发现，500℃时试样略有膨胀，在试样内部可确认存在较大的裂纹和空隙。

球团A、B、C还原前的压溃强度结果如表1所示。表中列出了各球团3次测定结果及其平均值。虽然不同种类铁矿石球团的压溃强度存在波动，但平均值分别为球团A 2.45kN、球团B 2.55kN、球团C 2.50kN，差异较小。图 3展示了使用H₂（50%）-N₂（50%）气氛在400-700℃下60min定温还原后球团A、B、C的压溃强度结果。400℃、60min还原试样的压溃强度平均值分别为球团A 1.88kN、球团B 1.60kN、球团C 1.66kN；500℃、60min还原球团的压溃强度平均值分别为1.22kN、0.28kN、0.61kN。由此可知，60min还原球团从400℃到500℃的压溃强度分别降低了35.1%、82.5%、63.3%。综合以上结果可以推断，500℃氢气还原时压溃强度的下降是由球团内部的裂纹和空隙所致。

4 结论

本研究三种不同碱度球团在400-700℃范围内的氢气还原试验表明，尽管700℃时球团还原率较高，但球团A、C在500℃附近出现还原停滞；微观上，600℃以下球团气孔率随温度升高而增加，500℃还原后内部出现裂纹与空隙，导致球团压溃强度下降，证实500℃附近既是还原停滞区，也是气孔结构破坏与强度劣化的敏感温度带。