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我国钢铁产能巨大,铁矿石严重依赖进口,已威胁到国民经济的健康发展,充分开发利用我国储量丰富的贫矿资源已成为当前亟待解决的问题。赤铁矿、菱铁矿等贫矿资源选矿困难,高炉炼铁难以有效利用,而且高炉炼铁工艺流程长,能耗高、污染严重,探索一种技术可靠、经济合理的炼铁新工艺,对缓解国内铁矿资源压力,节能减排,减少环境污染具有重要的科学价值和现实意义。 本文以赤铁矿为原料,分别以CO和H2作还原气体,模拟流化床直接还原,系统研究了赤铁矿粉粒径、还原温度、还原时间、还原气体流速对直接还原铁金属化率的影响规律,对CO和H2的还原能力以及赤铁矿的还原机理进行了深入分析;分别以赤铁矿和菱铁矿为原料进行煤基直接还原,重点研究了铁矿粉和煤粉的装料方式、反应温度和时间对直接还原铁金属化率的影响规律,探讨了煤基还原的反应机理;在气基和煤基直接还原实验的基础上，在实验室对赤铁矿和菱铁矿进行了一步炼铁的试验研究,为下一步一步炼铁工艺扩大化试验提供参考。 实验研究结果表明,模拟流化床CO直接还原赤铁矿粉时,较好的反应条件为:赤铁矿粉粒径40～160μm,反应温度950℃,反应时间60min,CO流量0.36m3/h,此时直接还原铁金属化率可达到69.10％。还原气体为H2时,相同条件下还原30min,直接还原铁金属化率达到94.6%,高温下H2还原能力明显强于CO。赤铁矿中Fe2O3的还原是按照Fe3O4、FeO、Fe的顺序逐级进行的,FeO还原成为Fe是控速环节,CO作还原气体是放热反应,H2作还原气体是吸热反应。 铁矿粉和煤粉的装料方式对煤基直接还原效果有很大影响,1000℃焙烧还原赤铁矿3.5h,同心圆和分层装料得到的直接还原铁金属化率达到90%以上，而混料装试样金属化率仅为79.81%,这是由于反应界面CO浓度差异导致的。1000℃焙烧还原菱铁矿3.5h,同心圆装料得到的直接还原铁金属化率达到96.22%。实验室一步炼铁实验结果表明,铁矿粉先在1000℃直接还原,然后升温至1550℃熔融还原,渣铁分离良好,冷却后能得到大块金属铁,前期铁矿粉的直接还原对一步炼铁效果非常重要。