钢铁冶炼过程中产生的固体废物(冶金粉尘、污泥等)具有来源广泛、产量大、成分复杂等特点，造成处置困难。转底炉工艺具有较高有价金属收得率和杂质去除率的优势，为金属化原料的生产和含铁二次资源的利用提供了新的途径，但需要解决金属化产品强度低的问题。研究表明，脉石成分（CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂）会对化学成分、物相组成、微观形态和渣相稳定性造成影响，进而影响金属化球团的强度。本文利用FactSage热力学软件模拟和高温还原实验研究了四元碱度R₄（w(CaO+MgO)/w(SiO₂+Al₂O₃)）对金属化球团的还原行为和物理化学性能的影响，包括物相组成、抗压强度、微观结构和软熔性能。结果表明，适宜的碱度可以明显促进含碳球团的还原。较低的碱度（R₄<1.4）有利于SiO₂和Al₂O₃与FeO形成低熔点的含铁化合物，液相生成量增加，但由于铁晶粒的析出和生长受阻，导致金属化率降低。有趣的是，较高的碱度（R₄>1.8）也增加了液相生成的数量，其中液相的主要成分是铁酸钙，并提高了球团的抗压强度，这是由于颗粒状的铁晶粒被连结成片。值得注意的是，尽管液相量增多有利于金属化球团的强度，但在R₄=1.6时球团的平均抗压强度下降到1521.9 N，这是由于该碱度区间形成了硅酸二钙，在冷却过程中硅酸二钙易晶型转变导致球团体积膨胀产生裂纹。

图1  高温熔体物理性能测量仪器

图2  不同w(Al₂O₃+MgO)含量的FeO–SiO₂–CaO体系三元等高线图

图3 R₄对金属化球团的（a）理论液相产量和（b）抗压强度的影响 不同C/A铝酸盐熔渣中各结构单元的比例

图4  R₄对金属化球团金属化率和脱锌率的影响

图5 R₄对熔体高温性能的影响