近年来,随着全球电炉炼钢产量不断增加,废钢短缺及废钢质量恶化问题日益严重,对优质的废钢替代物直接还原铁的需求越来越大。另外,随着高品位铁矿资源的日益紧缺,低品位、难选矿及多元素共生矿的利用成为炼铁生产的主要发展方向。在此背景下,直接还原工艺的研究越来越蓬勃兴旺,其中转底炉粒铁生产工艺是直接还原工艺发展的一个重要突破。本研究在转底炉粒铁生产工艺(ITmk3)和回转窑粒铁生产工艺(Kurrup-renn)的基础上,提出了低配碳球团低温熔分制备粒铁的工艺,并系统地研究了低配碳球团的还原及低温熔分特性、熔分行为及机理,考察了熔剂添加量、配碳比及反应时间等主要工艺参数对熔分的影响,确定了最佳的熔分条件。在此基础上,对褐铁矿和低品位红土镍矿的熔分进行了试验研究,探讨了含碳球团低温熔分生产粒铁或镍铁粒工艺的可行性。本研究的工作和成果主要包括以下内容：(1)低配碳球团还原过程中,通过调节配碳比可控制球团还原度及还原后FeO量,还原反应基本结束后球团中的脉石与FeO结合生成低熔点的铁橄榄石,在1300℃下易熔化,可保证渣铁的低温熔分。(2)球团还原后,渣相开始熔化并出现在球团外面(熔分开始),经理论分析可知,1300℃下配碳比为0.75,0.8的磁铁矿球团还原后渣相理论成分均处于SiO2-Al2O3-FeO三元相图中的液相区。试验发现,1300℃下配碳比为0.75,0.8的球团熔分开始时间分别为44min,46min,比较有利于低温熔分。(3)熔分开始后,渣相与石墨垫料接触,垫料中C还原渣中FeO生成金属铁,渣相中FeO质量分数和渣质量急剧下降,金属铁质量分数上升。与渣相分离后粒铁与石墨垫料的接触良好,粒铁急速渗碳,熔分2min时粒铁的碳质量分数可达3.0%以上,粒铁开始熔化,而渣相中生成的金属铁凝聚长大成小铁颗粒,若与粒铁接触,会形成更大的粒铁,因此粒铁质量和铁回收率增加。(4)球团添加熔剂时,配碳比为0.75，0.8的条件下,CaO添加量(球团配料中)为2%的球团熔分最快,铁回收率也最高。随着配碳比增加,球团熔分开始时间延长,但铁回收率上升。在配碳比为0.8,CaO添加量为2.0%,温度为1300℃,反应时间为40min的条件下得到的粒铁中铁质量分数约为94.0%,金属化率可达93%以上,碳质量分数约为4.4%,铁回收率约为85%,可作为优质的电炉炼钢原料。渣中部分较大的小铁颗粒若能回收,可进一步提高铁回收率(5)低配碳球团低温熔分过程中渣铁界面反应不是脱硫的主要过程。应尽可能减少煤粉和铁矿带入球团中的的硫量。垫料中硫的增硫作用较大,应尽可能选择硫质量分数较低的碳质垫料,垫料中混合适量的固硫剂有利于降低粒铁硫质量分数,(6)对褐铁矿含碳球团的熔分进行了试验研究：综合考虑烘干后球团的爆裂温度和急速加热时的爆裂特性,确定适合于本工艺的球团入炉温度约为850℃。经过考察工艺参数对熔分效果的影响,可确定比较适合于低温熔分的球团配碳比为0.7,CaO添加量为2%,该球团的熔分开始时间为19min,获得的粒铁中Fe质量分数为94.08%,C质量分数为4.35%,铁回收率约为88.3%。(7)对红土镍矿含碳球团的熔分进行了试验研究,认为高铁类红土镍矿比较适合于本研究所提出的低配碳球团低温熔分生产镍铁粒的工艺。综合考虑镍铁粒的凝聚、镍质量分数及镍回收率,熔分效果较好的条件为：配碳比为0.7；CaO添加量为8%；反应时间为40min,获得的镍铁粒中镍质量分数为4.75%,铁质量分数为87.51%,镍回收率为85%,镍和铁基本以合金态存在,无明显的脉石成分。综上所述,本文所提出的低配碳球团低温熔分生产粒铁工艺是可行的,而且具有一些独特的优势。研究结果表明,该工艺在较低的温度条件下可生产符合于电炉炼钢原料要求的优质粒铁,又可合理利用褐铁矿、低品位红土镍矿等特殊矿。