我国高磷鲕状赤铁矿储量丰富,约占全国铁矿资源的1/9,此类铁矿石含P高(0.4～1.0%)、品位较低(35～50%),现有选矿流程无法实现铁、磷元素的有效分离,造成此类矿石长期处于闲置状态。通过对高磷鲕状赤铁矿进行矿物学研究得知,矿石中氧化铁晶粒嵌布粒度细,并且与磷灰石、鲕绿泥石相互夹杂在一起,形成同心层状相间的鲕粒结构,若不改变铁的赋存形态,铁就无法精选富集,磷也无法有效去除。为了达到“提铁脱磷”的目的,本文在查阅大量文献的基础上,提出了采用含碳球团气基竖炉直接还原工艺流程冶炼此类矿石。本文为该工艺的基础研究,分别从反应热力学计算、实验研究和数值模拟三个方面对该工艺进行了研究。实验发现,气基直接还原下得到的高金属化率球团,被还原的铁晶粒没有聚集长大,约为101μm,以针刺状弥散在脉石矿物中,经磨碎磁选时“提铁脱磷”效果不佳；煤基直接还原下,铁晶粒聚集长大明显,晶粒尺寸大于50μ.m,磁选过程中“提铁脱磷”效果显著,但是煤基直接还原温度高,球团熔融粘连,不利于竖炉顺行。为了促使铁晶粒凝聚的同时保证球团不相互粘连,采用煤基竖炉工艺(气体加热含碳球团)进行了实验,并得到了球团的最佳配煤量(C/O)及最佳碱度(R)。实验发现,要保证磁选精矿铁品位达到75%以上,铁回收率高于90%,精矿脱磷率达到80%的精矿指标,球团的C/O应为0.8～1.0之间,R≥1.1。对优化条件下的球团进行了竖炉模拟实验,对还原过程中的还原温度、还原时间、还原气氛和气体流量等影响因素进行了讨论与分析。同时对优化条件下的球团进行了还原动力学研究,确定了还原过程中的限制性环节为界面化学反应和内扩散混合控制,通过动力学回归得到了直接还原反应速率的表达式为k+=0.324exp(-76.527×103/RT),反应的活化能为76.527kJ·mol-1。含碳球团气基竖炉数值模拟表明,对于高度为9m的竖炉而言,高磷鲕状赤铁矿球团运行约2m可完全转变为磁铁矿,运行约5m即可完全变成FewO,在5m-9m深度范围内,进行FewO的还原。球团金属化率和还原率随气体温度、气体流量的增加而增加,随下料速度、球团半径的增大而减小。