综合考虑国内炼铁资源条件及钢铁产业发展现状,发挥国内丰富的非焦煤资源优势,煤制气-气基竖炉直接还原是我国海绵铁生产的主要发展方向。世界上占主导地位的气基竖炉直接还原工艺是Midrex法和HYL法,二者均对所用氧化球团的性能提出了严格要求。另外,这些工艺的还原条件也各不相同,主要体现在还原气中H2/CO值不同,但都有着成功的生产经验。同时,现今主要煤制气工艺的还原气产物中有效还原组分差异很大,工业生产成本和能耗各异。因此,在我国发展煤制气-气基竖炉直接还原的过程中,针对我国原料条件生产质量及冶金性能合格的氧化球团、合理选择适宜的煤制气工艺、深入开展竖炉还原机理和还原条件的研究是非常关键的课题,日益凸显其迫切性和重要性。本研究重点围绕氧化球团的气基竖炉直接还原进行了系统研究。首先对基于国内资源制备的氧化球团进行相关的性能检测,考察了其应用于气基竖炉直接还原的可行性。在此基础上,改变还原温度和气氛进行球团的气基直接还原实验,研究了不同还原条件对球团还原速率及膨胀率的影响,并且分析了球团的气-固反应动力学机理,阐明了不同温度和气氛下还原过程的限制性环节、气体热力学利用率以及综合热效应。从而,为我国发展氧化球团气基竖炉直接还原选择适宜的煤制气工艺和确定合理的竖炉还原工艺条件提供依据。通过本论文研究,得出以下结论：(1)基于国内资源条件制备的氧化球团性能良好,满足HYL各项性能指标,可作为气基竖炉直接还原所用球团；(2)本研究条件下,在2h内球团的金属化率均可达95%左右,满足竖炉实际生产对还原性的要求。当温度低于950℃且还原气氛中H2含量在30%-75%时,球团还原膨胀率均低于20%,符合气基竖炉直接还原对所用原料膨胀性能的要求。对于所选定的煤制气工艺,煤制合成气的有效还原组分中H2含量在30%～75%时均可满足竖炉生产对还原气的要求；(3)本研究温度范围内,还原温度上升和还原气氛中H2含量增加均有利于还原反应的进行。随着温度的提高,气氛中H2含量增加对反应速率的影响逐渐加强。但H2含量高于50%后,增加H2含量对加速还原反应的影响逐渐减弱。H2还原气氛下,界面化学反应成为限制性环节；而CO还原气氛下,反应的进程受气体内扩散和界面化学反应混合控速；(4)本研究温度范围内,反应过程中还原气热力学利用率是由还原第三阶段(FeO-Fe)的平衡气相成分所决定。还原气氛中H2含量约45%时,还原反应综合热效应为0；当还原气氛中H2含量低于45%时,还原过程为放热效应,而高于45%时,还原过程为吸热效应。