钢铁工业是世界上能耗最大的制造业之一,占我国钢铁工业生产总能耗的50%～70%。铁矿石和焦炭是钢铁生产的主要原料。由于需求的逐渐增加及多年开发利用,优质铁矿石和焦炭进一步减少。另一方面,传统高炉对矿石品位要求较高,大量低品位矿石不能恰当利用,且工艺流程长,投资规模大,能源消耗高,污染严重,影响了钢铁工业的良性可持续发展。近几年,国内外专家在实验和理论上已经对CO、H₂和CO-H₂混合气氛中铁矿石的机理和动力学进行了大量研究。但是,前人的研究大多针对磁铁矿及赤铁矿的还原过程,对褐铁矿还原过程的研究却很少。因此,研究褐铁矿球团直接还原性能变得十分重要。本文以贵沙褐铁矿为例,研究褐铁矿球团的焙烧性能和直接还原性能,研究结果为褐铁矿的应用提供了基础,主要研究工作和成果包括以下几个方面:（1）采用响应曲面法对纯褐铁矿球团进行优化实验设计。得到球团抗压强度最佳焙烧工艺为:膨润土含量1.479%、焙烧温度1557.684 K、焙烧时间18.870min。最佳条件下的纯褐铁矿球团抗压强度为1431.8 N/P,此球团可应用于2000m³以下的小型高炉。（2）研究褐铁矿球团在H₂、CO和两种气体混合气氛的等温还原机制。实验结果表明,球团颗粒的还原度随着还原时间和还原温度的增加而增大。还原时间随H₂/（H₂+CO）比值的增加和温度的升高而减少。在整个还原过程中,动力学结果表明,气体还原过程的早期受界面化学反应控制,后期受扩散控制。SEM结果表明,在H₂气氛中还原的颗粒具有大量微孔,更有利于反应还原的进行。（3）以焦炭和还原性气体（CO和H₂）作为还原剂,研究褐铁矿含碳球团的还原特性与变化规律。经研究结果表明,球团还原度随着温度的升高逐渐增大。C/O摩尔比在N₂气氛中对球团还原度影响较大,在CO和H₂气氛中则不会产生明显影响。且最大还原速率随着温度的升高而升高。还原反应在N₂气氛中反应最难进行,在CO气氛中反应最容易发生。采用EPMA和XRD对球团矿微观进行分析发现,在N₂气氛中还原的球团矿孔隙度最小,在H₂气氛中还原的球团孔隙度最大,更有利于气体的扩散。（4）研究了温度、气氛和C/O摩尔比等因素对褐铁矿球团还原过程体积变化的影响。结果表明,不同还原气氛下褐铁矿球团的还原配置指数相似。褐铁矿球团随着还原度的升高球团矿的还原膨胀系数先升高后降低,随温度的升高而增大,随着CO/（CO+H₂）的升高而增大。含碳球团在CO和H₂气氛中随着C/O摩尔比的升高收缩系数逐渐增大,随着温度的升高颗粒收缩系数逐渐增大,在CO气氛中当温度小于1240K时,含碳球团会发生膨胀。