還原膨脹機理 球團礦的還原膨脹特性，還原過程可分為3個階段。

第1階段，Fe2O3還原為Fe3O4，第2階段Fe3O4還原為FexO，第3階段FexO還原為Fe。球團礦在還原過程中產生兩種不同類型的膨脹，即正常膨脹及異常膨脹。在還原最初階段，即還原度在20%~25%時，兩種類型的膨脹率幾乎相等;當還原度繼續上升，正常膨脹的球團礦，其膨脹常隨還原度的上升而上升，體膨脹率的最高值是20%~25%，隨后體積收縮;而異常膨脹的球團礦則隨著還原度的上升，體膨脹系數急劇上升，特別是還原度在25%~70%之間時，最高體膨脹系數可達80%以上。球團礦還原的第1階段，Fe2O3還原為Fe3O4過程中發生晶型轉變，三方晶系菱形六面體轉變成等軸晶系立方體，體膨脹率達到20%;

第2階段由于沒有晶系的轉變所以膨脹很少;

第3階段FexO還原為Fe時，發生體積收縮，這是屬于球團礦的正常還原膨脹過程。球團礦的異常還原膨脹則發生在第2還原階段及第3還原階段，其原因有鐵礦物的各向異性、鐵晶須的生成、某些雜質的存在及生球質量不好或加工過程有缺陷等因素。

(1)鐵礦物的各向異性。赤鐵礦晶粒以板狀形態存在，由于各方向上的還原速度及膨脹率不同而發生開裂引起異常膨脹。赤鐵礦與磁鐵礦共生在同一晶體內，或粗粒磁鐵礦與片狀赤鐵礦共生，晶體排列不規則，各向還原速度不一致，在界面上產生推力，使兩個晶體開裂。

(2)鐵晶須的生成。在還原的第3階段，即FexO還原為Fe時，還原反應不在FexO表面成層進行，而在邊、角、棱位置迅速生長鐵晶須。它的生長促使球團結構松動，使球團體積猛增。

(3)雜質成分。球團礦含有少量堿金屬、氧化鈣及氧化鋅等，它們不均勻地固溶于FexO中，在還原過程中易發生異常還原膨脹。高品位低SiO2球團礦中，當堿度(CaO/SiO2)在0.1~0.6時，特別是在0.4~0.5之間時，有最大的體膨脹率，因為在此堿度下，球團在還原過程中，鈣鐵橄欖石及鐵橄欖石形成共晶體，其熔點最低，當其脈石總量超過10%時，則體膨脹率下降。此外，以MgO代替CaO，共晶體的熔點上升，有利于體膨脹率的下降。

(4)生球質量不好或加工過程有缺陷。配料不當、加熱和冷卻速度不當、化學成分及焙燒溫度不當，這些都可能引起異常還原膨脹，有時甚至是最主要的原因。

防止球團異常膨脹的措施常用措旋有3:

(1)加入添加物調整球團礦的脈石成分。通過改變球團礦內CaO、MgO、SiO2及Al2O3的比例來調整球團礦連接鍵的類型和數量，是抑制球團礦異常膨脹粉化的重要措施。SiO2對提高球團礦熱還原強度，抑制還原膨脹及鐵晶須長大所引起的異常膨脹有良好作用。但當CaO存在時，CaO與SiO2要有適當比例，以免形成低熔點共晶體，使體膨脹率增大。MgO加入時，可提高渣相的熱穩定性，對防止膨脹有利。Al2O3可以形成鋁酸鹽，促使渣相的發展，使膨脹受到限制。

(2)采用保護性的焙燒氣氛。在非氧化氣氛下焙燒球團，球團礦以磁鐵礦再結晶和被部分渣鏈所固結，可防止異常膨脹。此法對于含堿金屬球團也起同樣作用。

(3)適當提高焙燒溫度。這可增加球團液相鏈、減少鐵氧化物的再結晶鏈，此外還可使球團結構更趨均勻，礦物結晶趨向完善并長大，避免多重晶生成。

檢驗方法 檢驗球團礦還原膨脹的方法有國際標準化組織試行方法、日本工業標準方法和中國國家標準方法。

(1)國際標準化組織試行方法(ISO/I)P4698)。采用內徑75mm、長800mm的雙壁還原反應管，還原氣體在雙壁中間加熱后進入反應管內。每次試驗將18個球團礦置于鋼絲籃或專用支架的3個水平面上，互不依靠，讓其自由膨脹。反應管的頂端吊掛在天平上，反應管的下端置于高溫爐內(圖2)。試樣的粒度為10.0~12.5mm，18個球團礦的質量為60g士1g。試樣先在110℃下干燥至恒重，然后放入反應管內，通入惰性氣體，升溫到900℃±10℃，加熱15min，然后在恒溫下通入還原氣體還原60min，連續記錄還原過程的失重。還原后把反應管自高溫爐中提出，以5L/min的流量通入惰性氣體進行冷卻至室溫。還原氣體的成分為CO30%±0.5%、N270%土0.5%，雜質含量要求O2≤0.1%，H2、CO2和H2O均≤0.2%，氣體流量為15L/min士1L/min。使用水銀體積計測定試樣在還原前后的體積。體積膨脹率按下式計算:

△V=(V1-V0)/V0 ×100%

式中V0、V1，為試樣在還原前后的體積。取兩次試驗的平均值作為試驗結果。允許極差小于3%(絕對值)。當差值超過3%時，再做兩次試驗。如后兩次試驗的差值在規定范圍內，則取4次試驗的平均值。否則取兩兩中間值的平均值。

(2)日本工業標準方法(JIS M8715-1977)使用內徑為50mm的臥式電爐，還原反應管為內徑30mm、長300mm的石英管。以3個5mm以上的球團礦作試樣，放到長70mm、寬20mm、深5mm的石英舟內，再將石英舟放入反應管內。還原氣體的成分為CO30%、N270%(H2<1%)，流量為500mI/min。試樣在N2或Ar氣(200mL/min)保護下加熱至900℃，保溫，30min。然后在900℃土10℃的溫度下還原60min，再以N2或Ar氣冷卻至室溫。用排汞法測出每個球在還原前后的體積，然后計算出膨脹率。進行兩次試驗，取6個球的平均值作為試驗結果。

(3)中國國家標準方法(GB/T13240一91)采用國際標準化組織試行的方法，反應管為內徑75mm、長800mm的雙壁不銹鋼管。每次試驗將18個球團礦置于3層試佯容器中，相互間有格條隔開，讓其自由膨脹。試樣的粒度為10.0~12.5mm。試樣先在105℃±5℃的溫度下烘干，然后放入反應管內。將流量為5L/min的惰性氣體通入反應管內，再將反應管放入溫度不超過200℃的高溫爐內。在通惰性氣體條件下升溫，到達900℃±10℃的溫度后恒溫30min。然后在恒溫條件下通入還原氣體連續還原60min。還原后向反應管內通入流量為5L/min的惰性氣體，將反應管連同試樣一起提出爐外，冷卻至l00℃以下。還原氣體的成分為CO30%士0.5%、N270%±0.5%，雜質含量要求O2≤0.1%，H2、CO2、H2O均≤0.2%，流量為15L/min±1L/min。使用排汞法或其他測量體積精度能達0.2mI。的方法測定試樣在還原前后的體積。按試樣在還原前后體積的變化計算出還原膨脹指數(RSI):

RSI=(V1-V0)/V0 ×100%

式中V0、V1分別為還原前后試樣的體積，mL。兩次試驗結果值之差(即極差)絕對值應小于3%。當差值超過3%時，則按規定繼續進行試驗。還原膨脹率按試驗結果的平均值報出。