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由于市场对钢材质量的要求日趋苛刻，因而寻求一种能够取代废钢和直接还原铁的优质炼钢原料一直是冶金工作者的努力方向。在众多的废钢代用品中，碳化铁以其质优价廉而备受冶金界的青睐。
本文以Fe-C-O-H热力学计算与分析为基础，在550℃至850℃之间进行了在流化床中用CO-CO2-H2系混合气体还原铁矿石生成碳化铁的实验研究，利用化学分析、X射线衍射、穆斯堡尔谱以及金相显微镜等实验分析手段探讨了碳化铁生成的机理及影响因素。取得了如下成果：
1、当温度高于628℃时，碳化铁由铁矿石还原出的金属铁与CO反应得到；当温度介于586℃和628℃之间时，碳化铁主要由FeO与CO反应得到，少部分碳化铁由铁矿石还原出的金属铁与CO反应得到，主要是因为气体流速很快，反应不能达到平衡所致；当温度低于586℃时，碳化铁主要由Fe3O4与CO反应得到，少部分由金属铁与CO反应得到。
2、在矿石中配加一定量催化剂对碳化铁生成有明显促进作用。催化动力学研究表明，各种反应尾气成分曲线可归纳为两种类型，配加催化剂的反应尾气与对比实验相比出现了明显第三次CO/CO2下降峰，且其实验产物有较高的Fe3C含量，这一下降峰即为碳化铁生成反应加速区。
3、在初始还原气体中配加N2也可以得到碳化铁产品，这表明使用冶金废气在一定条件下可以还原铁矿石得到碳化铁；还原气体中配加N2后延缓了反应进程，对碳化铁生成反应的影响尤为明显。N2影响反应的主要原因：一是N2加入还原气体降低了反应气体的分压；二是N2在矿石表面有一定量的吸附，占据了部分矿石活性表面，削弱了还原气体的内扩散和外扩散。
4、适当条件下可以得到外层为Fe3C，而内部为金属铁的新型碳化铁产品，这种产品既有碳化铁的诸多优点，又能够减少炼钢能源消耗。实验中得到的碳化铁产品化学成分与直接还原铁化学成分基本相同，因此可以作为废钢代用品来进行炼钢生产。
5、根据实验结果，考虑生产稳定、节能等因素，最佳操作条件为：温度750℃，还原气相组成70％CO+10％CO2+20％H2，矿石中配加1～2％CaCl2，反应80～100分钟，可以得到Fe3C含量大于90％的碳化铁产品；温度750℃，还原气体配加20％左右的氮气，矿石中配加1％CaCl2，反应120分钟左右可以得到碳化铁含量大于20％，金属铁含量大于66％，铁氧化物含量低于8％的新型碳化铁产品。