球团矿较高的还原膨胀率一直对其入炉比例造成影响,为探究球团矿还原过程中产生恶性膨胀的问题,本论文利用第一性原理计算软件,对铁氧化物还原过程的产物进行晶胞体积的计算,比较不同还原产物的体积变化;采用还原气H₂对纯试剂Fe₂O₃压条进行还原实验,使用PCY-G膨胀仪进行在线检测,通过对比不同还原温度、还原时间和焙烧温度条件下还原产物的外观形貌与显微结构,解释还原反应产生膨胀差异的原因。研究结果表明:不同铁氧化物的晶胞类型和结构性质差异很大,在0K温度和晶胞紧密堆积的情况下,随着氧含量的降低,从Fe₂O₃转化到Fe₃O₄体积减小2.02%,从Fe₃O₄转化到FeO体积减小19.78%,从FeO转化到Fe体积减小43.77%。随着还原温度的升高,达到最高膨胀量所用时间逐渐缩短,试样的还原膨胀量呈现先增加后减小的趋势,其中800℃温度下样条膨胀值最高为668um,膨胀率为3.06%;900℃膨胀值急剧减小,铁相的大量生成是膨胀发生提前收缩的主要原因。随着还原时间的进行,膨胀曲线为迅速上升阶段为Fe₃O₄大量生成阶段,曲线上升速度减缓,推测为外层Fe₃O₄率先还原为FeO所致,膨胀曲线达到最高点为FeO大量生成阶段,并且Fe相也开始生成;在还原后期Fe相的大量生成导致体积开始收缩。随着焙烧温度的升高,相同还原温度的条件下,还原达到最大膨胀量所用时间相差不大,试样的还原膨胀量呈现先减小后增加的趋势,其中1200℃的焙烧温度下样条膨胀值最小为85um,膨胀率为0.4%;1250℃膨胀值又会增加,试样孔洞是造成焙烧样条产生膨胀差异的主要原因。