直接还原炼铁技术是有效解决优质矿焦资源日趋匮乏,保持钢铁工业可持续发展的重要途径之一。含碳球团是煤基直接还原工艺开发中出现的一种新型炼铁原料,为金属化原料生产、含铁二次资源以及复杂难选矿利用提供了多种可能。然而,由于含碳球团的原料构成与人造富矿显著不同,球团强度难以满足高效反应器生产要求。为此,本文以铁精矿粉、固体碳质还原剂（煤粉和焦粉）为主要对象,系统研究了含碳球团冷态和热态条件下的力学性能变化规律,并通过脉石多元组分调节与功能性粘结剂开发对含碳球团热态强度进行了调控,为含碳球团直接还原技术应用提供新的理论支撑和实践依据。利用经典微观力学公式计算了含碳球团内颗粒间的作用力,研究了固体碳质还原剂和无机粘结剂对球团冷态力学性能的影响。无粘结剂含碳球团内颗粒间的主要粘性力为毛细力Fcap、范德华力Fvan和啮合力Fmes,非粘性力为重力Fgra和静电力Fele。Fcap与Fmes量级水平约为101N,远大于其他作用力,球团冷态强度主要受毛细力和啮合力控制。固体还原剂的加入导致颗粒间啮合作用显著降低是含碳球团冷态强度较差的根本原因。粘结剂通过胶结作用提升含碳球团冷态力学性能,作用效果与粘结剂物性及其硬化机制有关。采用TG/DTG-DTA、SEM-EDS和XRD等测试分析手段对含碳球团热态力学性能与变化机理进行了研究。固体碳质还原剂添加量对含碳球团热强度影响显著,以无烟煤含碳球团为例,随焙烧温度升高,球团热态强度变化趋势由倒V形（添加量0%～8%）转变为N字形（添加量18%）。固定碳氧比为1时,改变固体还原剂种类和升温速率对球团热态强度变化趋势影响微弱,但热强度最值及其拐点对应焙烧温度、阶段强度变化速率明显不同。含碳球团最大热强度一般出现在600℃～800℃,而1000℃～1100℃热强度最低。含碳球团热态下的内部结构特性和颗粒间作用力决定了球团承载能力。热态强度变化分为三个阶段。（1）强度缓增阶段。球团热强度由颗粒间啮合作用和粘结剂胶结作用控制,强度增加得益于粘结剂胶结性能。（2）强度速降阶段。含碳球团内部结构发生改变,颗粒间啮合与粘结剂胶结能力变差使球团承载力急剧降低,维系球团热强度主要作用力仍为啮合力和粘结剂胶结作用。（3）强度回升阶段。维系球团热态强度主要作用力来源于球团内金属键和离子键新生相的生成与聚集。基于含碳球团强度变化规律、粘结剂作用机制和相图理论设计了双组分功能性粘结剂。在粘结剂添加比例同为2.5%时,双组分功能性粘结剂含碳球团生球强度与膨润土相当,而干球强度和焙烧还原热强度最高值分别为35.49 N/Pellet和145.3 N/pellet,远高于膨润土球团的16.98 N/pellet和49.4 N/pellet。功能性粘结剂通过有机组分的良好胶结性和无机组分铝酸盐材料水化反应提升球团冷态强度。焙烧过程中,无机组分持续水化使球团颗粒固结硬化,并且粘结剂中其他外加材料通过高温固相反应形成一定数量二次化Ca A12O4、Ca A14O7,强化了A16Si2O13生成,降低了还原反应对球团结构的破坏作用,利于热态强度提高。