高炉炼铁生产的长远发展面临着能源、环境、投资等方面的困扰，为了从根本上解决传统炼铁工艺存在的问题，世界各国的冶金工作者们开始研究和发展各种非高炉炼铁技术，其中包括铁矿固相低温还原技术。 本课题来源于国家自然科学基金项目：“铁矿微粉在低温还原下微区间尺度中传输特性的研究”中的一部分，主要目标是证明低温固相还原工艺路线的可行性，实现铁矿微粉在600℃以下的预还原，并确定对应于最大还原率的还原温度、矿粉直径限度、反应固气比、还原时间等一系列反应参数。 本文作者设计了一套还原反应装置，由密封式螺旋给料器、高纯氢气供应装置、加热反应炉及防氧化收集器等部分组成。使用粗铁矿粉、经气流磨研磨得到的细矿粉、外购的超细矿粉以及转炉细尘等作为冷态气相输送及热态输送还原试验的原料。 分别采用水平直管、螺旋管及斜直管进行铁矿粉冷态气相输送试验，结果表明矿粉在水平螺旋管内输送停留时间随着总气量的增加而减少，当总气量为34.61/min时，矿粉停留时间为1～2s。水平螺旋管的输送压损大，其中主要是通过螺旋段的摩擦阻力损失。斜直管内输送时矿粉停留时间随总气量增加、管道与水平夹角的加大和振动强度提高而减少。总体上，斜直管气相输送停留时间长且压损较少。当斜直管与水平夹角为24°、总气量6.7l/min时，停留时间约为211s。 作者还采用水平螺旋管及斜直管进行输送还原铁矿粉的热态试验，根据正交试验设计在不同的工作条件下收集并测定矿粉样品的还原率。试验结果表明：当采用水平螺旋管时，因矿粉在反应区停留时间太短而未发生有效的还原反应。采用斜直管时，当反应温度在180℃～570℃、反应时间在10～40s时矿粉得到不同程度地还原。其中当还原剂H2以10l/min的流速流经管道、反应固气比为1g/l、矿粉加热温度为570℃、在恒温带停留在40s左右时，能达到39.2％左右的还原率。 试验结果的单因素分析表明：铁矿粉的还原率随着反应温度的提高、反应时间的增加和固气比的降低而升高。而铁矿粉粒径对还原率的影响则稍显复杂，在较低的温度下，细粉的还原率要稍优于粗粉的还原率；而温度升高后，细粉的还原率略低于粗粉。 通过方差分析确定反应温度、矿粉粒径、反应固气比、及反应时间等反应参数对矿粉还原率的影响。结果表明：反应温度对还原率的作用最显著，铁矿粉的还原率随温度的升高而升高；中位径在61.7～6.7μm的铁矿粉还原率较高，随着矿粉粒径进一步减小，其还原率反而有所降低，原因可能是细矿粉比表面积增大后更容易相互粘结形成团块，影响还原剂分子在矿粉颗粒间的扩散；粉气比对还原率影响的显著性比较显著；而时间因素的显著性最低。通常延长反应时间能促进反应，但本试验中由于总反应时间相对较短，所以其影响作用就不如其它因素那样显著。 对还原样品粉末进行的X射线衍射分析表明，铁矿粉中的Fe2O3已部分转化为Fe3O4甚至金属铁。同时使用扫描电镜对样品粉末进行形貌观察，发现铁矿粉颗粒表面部分出现裂痕及空位，表明有氧原子被还原，脱离了原来的分子表面。 作者尝试使用H2+C粉还原铁矿粉，但还原率较低，据分析是在短暂的反应时间内因碳粉吸热致使铁矿粉受热不足而造成的。此外还尝试在480℃～570℃下以1g/L的固气比还原转炉粉尘，反应40s后达到了25.7的预还原率，验证了直管低温输送还原工艺在钢铁厂废尘回收利用上的可能性。