孔隙重构是指多孔材料孔隙结构(如孔隙率、孔径、形状因子、结构均匀度等)的变化过程。由于孔隙不仅是影响多孔介质内部结构特性的重要条件,也是影响流体传输特性的关键参数。炼铁材料球团矿内部具有大量孔隙,孔隙在其内部的分布情况势必影响还原前后的强度;此外,球团矿在还原的过程中,还原性气体在其内部的扩散能力也定会影响球团矿的还原度。众所周知,球团矿在还原的过程中,随着还原度的不断升高,其强度在不断地下降,给实际生产和经济效益造成了一定的困扰。基于此,本文采用压汞法和扫描电镜法对球团的孔隙结构进行表征,得到孔隙的关键参数和基本分布情况;同时采用模拟退火算法,对球团矿还原过程的孔隙变化进行重构,并将重构结果与球团的冶金性能(强度、还原度)相关联,初步得到抑制球团冶金性能劣化的合理孔隙分布;最终,通过研究孔隙的控制机制,实现对球团矿孔隙结构的适度控制,得到更加合理的孔隙分布;同时采用相同的模拟方法对该球团进行孔隙重构,以验证孔隙控制机制的可行性与模型的准确性。另外研究孔隙控制机制还可以为实际生产更加优质的球团提供相应的理论依据。论文主要结论如下:(1)球团矿初始孔隙率对其强度与还原度都有一定影响。试验制备了成分、尺寸相同,抗压强度和孔隙率不同的三种球团矿,并命名为A1、A2、A3。随着球团矿A1、A2、A3孔隙率的逐渐递增,抗压强度逐渐降低,还原度逐渐升高;A3抗压强度以及A1还原度不符合国家标准,因此将A2作为主要研究对象,A1、A3作为参考对象。(2)球团孔隙结构的物理表征。球团矿还原前后,孔隙率、平均孔径逐渐增大,导致强度逐渐减低;还原前A1与A2的孔径分布范围相差不大,但还原后A2的孔径分布范围较窄,导致A2还原后的强度较高。因此,初始孔隙结构会影响还原后的孔隙分布,孔隙率、平均孔径小,孔径分布范围窄,球团矿的强度高。此外,应用图像法对孔隙结构的表征结果与压汞法所得到数据结论相吻合。(3)球团还原过程孔隙重构结果及孔隙骨架提取。重构结果表明,球团矿还原初期,孔隙分布比较均匀,形状比较规则,孔径较小;还原过程中,孔隙逐渐聚集,形状不一,孔径逐渐变大。由于孔隙与基质相互覆盖、叠加,造成视觉堆积,需进行骨架提取,提取后孔隙结构十分清晰。A2孔隙率较小,孔隙分布比较均匀,因此,A2还原后的强度要高于A3;但A2周围存在大量单孔、闭孔,孔隙连通性较差,影响还原性气体在其内部的扩散,导致A2的还原度要低于A3。(4)球团矿孔隙结构的适度控制。通过对原料粒度、造球工艺(适当增加压实时间)以及矿物组成(添加MgO)的调整可实现孔隙的适度控制。其中,对比A0球团(制备条件:-200目粒径矿粉占比85.9%、添加2.0%MgO、生球压实10min)与A2、A3的孔隙结构,A0孔隙分布的均匀性高于A3,孔隙的连通性高于A2,导致A0还原后强度高于A3,还原度高于A2,因此,A0孔隙分布更加合理。