本文综述了国内外直接还原工艺的发展现状,通过对我国还原剂资源以及直接还原铁市场特点分析及对含碳球团直接还原机理研究,提出在高的渣相碱度下,利用铁精矿粉高温直接还原生产铁粒方法。本研究是一种全新的低成本生产铁粒的方法,它是将铁精粉、煤粉、消石灰和添加剂预先制成球团(或团块),在高温下迅速加热还原,在1350℃以上保温10分钟后随炉冷却,渣相中2CaO·SiO2在冷却过程中发生相变,体积膨胀而自然粉化,通过筛分便可以得到不含炉渣的铁颗粒,铁的收得率在90%以上、S≤0.05%、C在4.0%左右。这种铁粒可作为转炉和电炉炼钢的优质原料。还原实验在具有快速升温功能的高温碳管炉内的进行,通过改变还原温度、内配碳比、渣相碱度、CaF2加入量等工艺参数,研究它们对渣铁分离程度、铁收得率和脱硫率等经济技术指标影响。探索了高碱度内配煤团块直接还原过程中渣铁分离的机理及铁粒长大的影响因素。研究发现:①CaF2的加入降低渣相的熔点、促进铁粒的凝聚,配入适量的CaF2时渣铁的分离效果较好;②合适的配碳比,对渣铁的分离效果、铁的收得率和脱硫率等有利;③还原温度的高低对渣相的成分和铁相的凝聚有较大的影响。高温下有利于铁相渗碳,熔点降低,加速铁相凝聚,温度在1330~1380℃时得到的铁颗粒大小较均匀;④渣相碱度高低对渣铁的分离产生较大的影响。碱度较低时,渣相熔点低,不利于氧化铁气—固相还原反应的进行,同时渣铁的分离便困难。研究发现,在直接还原过程中可以脱除90%以上的硫,脱硫主要机理是气化脱硫,内配煤团块中的硫化物和有机硫进入气相,一部分随炉气脱离团块,一部分被配入的CaO吸收。通过改变还原温度、内配碳比及渣相碱度等工艺参数来提高还原过程中脱硫率。本研究还发现在内配煤直接还原过程中可以脱除30%左右的磷,发展内配煤铁矿团块直接还原可以降低后期炼钢的成本,相对于高炉冶炼过程和其它直接还原工艺有一定优势。