目前钢铁产能过剩，铁矿石价格持续上涨，钢铁企业成本提高，生存压力越来越大，钢铁企业继续深入研究改善烧结矿质量的方法，旨在降低成本，提高行业竞争力。改善烧结矿质量，需要掌握烧结矿的矿相结构特征、分布规律、矿相形成机理及还原过程中矿相的变化规律。然而，烧结矿矿相结构复杂，传统二维分析方法仍有不足之处，在此背景下，本文采用三维重建方法获得钒钛烧结矿和普通烧结矿的三维矿相图，能全面、直观、准确地反映两种烧结矿的矿相特征，并对比研究了烧结矿矿相结构和含量对其冶金性能的影响。　　首先，采用XRD对钒钛烧结矿与普通烧结矿进行定性分析，并采用三维重建方法获得钒钛烧结矿和普通烧结矿的三维矿相图。利用图像分割技术，对各矿相进行阈值分割，对比两种烧结矿各矿相结构在三维空间的分布及连接情况;对单个矿相进行局部涂色分割，进一步对比两种烧结矿的局部三维结构;采用PhilipsnanoSEM400场发射扫描电子显微镜(SEM-EDS)观察两种烧结矿中常见矿相微观形貌以及对各矿相进行元素定量分析。　　然后，采用维氏压痕法对钒钛烧结矿与普通烧结矿中常见矿相的显微硬度进行测定，对比分析不同矿相的显微硬度值及压痕裂纹的萌生和发展。实验结果表明，钒钛烧结矿显微硬度总体高于普通烧结矿，但部分矿相压痕裂纹多，且延伸较长，钙钛矿和钛赤铁矿断裂韧性差、易碎。烧结矿中减少板块状赤铁矿，多发展铁酸钙和交织熔蚀结构有利于提高烧结矿的显微硬度，改善烧结矿的质量。　　最后，采用阈值分割法对钒钛烧结矿与普通烧结矿进行定量分析，实验发现，普通烧结矿中铁酸钙和磁铁矿明显高于钒钛烧结矿，赤铁矿含量显著低于钒钛烧结矿，其余矿相和气孔相差不大。结合高温还原实验、矿相含量和矿相结构对烧结矿冶金性能与微观结构相关性分析，发现钒钛烧结矿中存在大量再生钛赤铁矿，多以骸晶状菱形分布在烧结矿中，这是导致钒钛烧结矿易还原，但低温还原粉化率高，强度低等特点的主要原因，并为改善烧结矿质量提供了相应的理论依据。