钢铁行业作为全球所有工业化国家的基础工业之一,是衡量国家综合竞争力的重要标志。炼铁工艺作为钢铁冶金的上游工艺,目前占主导地位的生产工艺是高炉炼铁,但其存在热量消耗巨大、焦炭依赖度高、环境污染严重等问题,而非高炉炼铁工艺虽然在一定程度上实现了非焦冶炼,但生产规模小、能源利用率低、经济效益差始终是制约其发展的桎梏。因此,本文旨在现有研究的基础上,开发出一种新型非高炉炼铁工艺,达到适用于大规模工业生产,摆脱烧结和炼焦工序,能源利用率高且合理,环境友好,经济效益高的目标。本文在对非高炉炼铁工艺发展历程和技术瓶颈理论分析的基础上,发掘出COREX和FINEX工艺在众多炼铁工艺中脱颖而出所具备的优势和潜力,进而提炼出本文拟解决的技术问题,包括由炉料粘结导致的还原气温度匹配问题、原燃料适应性问题、两段间连接问题以及炉顶煤气循环利用问题,并有针对性的提出改进措施。在对铁氧化物还原熔融过程研究的基础上,建立了熔融气化炉内部化学反应和温度变化图谱,包含熔融过程中发生的主要反应及其吸放热变化、温度分布等。将目前主流的炉料粘结机理归纳为铁晶须、高活性铁单质和低熔点共熔物粘结机理,在分析粘结物成分、形貌和布料条件的基础上,分别确定了竖炉和流化床产生粘结的原因。对粘结机理与还原温度的相关性进行研究,得出通过提高还原气中H₂浓度来抑制粘结是不科学的,并从原理上解释了块矿比球团矿更容易发生粘结的原因,是由球团矿形状、强度和内部熔剂分子的存在造成的。最终猜想在熔融还原炼铁工艺中存在一个理想的极限状态,在较高温度及适宜还原气成分条件下,炉料在竖炉或流化床内顺畅的完成全部还原过程,得到金属化率为100%的直接还原铁,直接还原铁在熔融气化炉内只完成熔融过程,无须终还原。针对熔融还原炼铁工艺现存的技术瓶颈,通过计算对比出各工艺方案的优缺点,得出最佳方案。在此基础上,提出了本文开发的新型非高炉炼铁工艺,对其中的关键技术,包括热压含碳球团工艺和煤气改质调温工艺进行深入探讨。新型炼铁工艺在理论上很好的解决了熔融还原炼铁工艺现存的技术瓶颈,但若要实现工业应用,还需对各关键技术进行深入研究和论证。