我国钢铁产能巨大，铁矿石严重依赖进口，已威胁到国民经济的健康发展，充分开发利用我国储量丰富的贫矿资源已成为当前亟待解决的问题。赤铁矿、菱铁矿等贫矿资源选矿困难，高炉炼铁难以有效利用，而且高炉炼铁工艺流程长，能耗高、污染严重，探索一种技术可靠、经济合理的炼铁新工艺，对缓解国内铁矿资源压力，节能减排，减少环境污染具有重要的科学价值和现实意义。本文以赤铁矿为原料，分别以CO和H₂作还原气体，模拟流化床直接还原，系统研究了赤铁矿粉粒径、还原温度、还原时间、还原气体流速对直接还原铁金属化率的影响规律，对CO和H₂的还原能力以及赤铁矿的还原机理进行了深入分析；分别以赤铁矿和菱铁矿为原料进行煤基直接还原，重点研究了铁矿粉和煤粉的装料方式、反应温度和时间对直接还原铁金属化率的影响规律，探讨了煤基还原的反应机理；在气基和煤基直接还原实验的基础上，在实验室对赤铁矿和菱铁矿进行了一步炼铁的试验研究，为下一步一步炼铁工艺扩大化试验提供参考。实验研究结果表明，模拟流化床CO直接还原赤铁矿粉时，较好的反应条件为：赤铁矿粉粒径40¹60μm，反应温度950℃，反应时间60min，CO流量0.36m3/h，此时直接还原铁金属化率可达到69.10%。还原气体为H₂时，相同条件下还原30min，直接还原铁金属化率达到94.6%，高温下H₂还原能力明显强于CO。赤铁矿中Fe₂O₃的还原是按照Fe₃O₄、FeO、Fe的顺序逐级进行的，FeO还原成为Fe是控速环节，CO作还原气体是放热反应，H₂作还原气体是吸热反应。铁矿粉和煤粉的装料方式对煤基直接还原效果有很大影响，1000℃焙烧还原赤铁矿3.5h，同心圆和分层装料得到的直接还原铁金属化率达到90%以上，而混料装试样金属化率仅为79.81%，这是由于反应界面CO浓度差异导致的。1000℃焙烧还原菱铁矿3.5h，同心圆装料得到的直接还原铁金属化率达到96.22%。实验室一步炼铁实验结果表明，铁矿粉先在1000℃直接还原，然后升温至1550℃熔融还原，渣铁分离良好，冷却后能得到大块金属铁，前期铁矿粉的直接还原对一步炼铁效果非常重要。