目前，我国钢铁产量巨大、优质焦煤资源短缺和环境问题严峻之间的矛盾日益突出。故优化高炉炼铁工艺，实现节能减排迫在眉睫。而降低高炉焦比，提升炉身反应效率对节能减排意义重大。基于此，研究者提出了开发兼具高反应性和高强度铁焦的新思路。但在铁焦制备的同时，面临着铁焦反应性提升机理研究不深入、铁焦强度低及其在高炉演变行为不明确等问题，限制了铁焦的生产与应用。针对上述问题，本文首先阐明了含铁物质对煤热行为及所得铁焦性能结构的影响特征，优化铁焦制备时含铁物质配加种类及配比，然后从热解过程热塑性区间内煤基质结构及胶质体的变化揭示了铁焦强度下降机理，进而选取粘结剂优化铁焦强度，得到性能优良的铁焦，最终明晰了铁焦在高炉软熔带碱金属富集时性能结构演变及风口回旋区燃烧行为，为铁焦的实际应用奠定基础。
　　采用基式流动度测定仪和热重-差热法研究了含铁物质对混合煤热塑性特征及热解行为的影响，并探讨了热解过程动力学特征参数。结果表明：添加不同种类含铁物质(Fe2O3、Fe3O4和FeC2O4)可导致混合煤的热塑性下降，其中Fe2O3的作用效果最为明显；随着Fe2O3添加量的增加，热塑性减小程度增大。添加含铁物质后混合煤的热失重行为存在差异；添加不同种类含铁物质的混合煤主要热解阶段和二次热解阶段的表观活化能和指前因子均增大，且增大程度顺序为Fe2O3＞Fe3O4＞FeC2O4，添加不同含量Fe2O3时，混合煤主要热解阶段和二次热解阶段的表观活化能和指前因子均随着添加量的增加而增大。
　　通过将含铁物质配加入混合煤制备铁焦，研究了含铁物质对铁焦冷、热态性能的影响，进而采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪及矿物质物相定量分析方法阐释了含铁物质对铁焦结构的影响特征，确定了铁焦制备过程中含铁物质的最优配加种类及比例。结果表明：含铁物质的添加可降低铁焦冷态强度、反应后强度、芳香度、微晶尺寸、类石墨化程度、微晶体积及碳有序度，增大铁焦反应性和粉化率，且含铁物质在焦化后主要转化为金属铁，在气化反应后部分转化为Fe3O4。铁焦冷态性能随碳有序度的减小和金属铁含量的增加而降低。随着微晶体积和碳有序度的降低、金属铁含量的增加，铁焦的反应性增强，反应后强度减弱，且添加3%Fe2O3对铁焦性能及结构影响效果最佳。故而铁焦的制备采用Fe2O3为添加剂，且添加量为3%。
　　采用丙酮和四氢呋喃梯度萃取主焦煤基质中的胶质体，确定了胶质体的具体组分及热解过程中结构转化行为，进而采用基式流动度测定仪、热重分析仪、X射线衍射仪、红外光谱仪和气相色谱质谱仪阐释了Fe2O3对主焦煤基质和混合煤基质热行为及热塑性区间内结构特征的影响行为，揭示了Fe2O3影响铁焦强度下降机理。结果表明：胶质体组成主要为单环苯类化合物和碳原子数为19-26的长直链烷烃。胶质体在热塑性区间内结构变化可以分胶质体的生成与稳定和胶质体的交联缩合与粘结吸附。添加Fe2O3抑制了煤基质热塑性区间内Cal-O、Cal-S、Cal-N、Cal-Car和Cal-Cal的断裂，阻碍了单环苯类化合物(乙苯和邻二甲苯)和直链烷烃(碳原子数24-26)的生成，导致胶质体的含量下降，促使煤基质的芳香性和平均堆积高度降低，层间距、脂肪链长度和生烃潜力增大，造成最大流动度和热塑性区间下降，终而导致铁焦强度下降。
　　通过煤焦油萃取装置获取混合煤焦油，确定了煤焦油的具体组分，继而采用焦炭反应性测定装置、X射线衍射仪和氮吸附仪明晰了煤焦油对铁焦性能及结构的影响特征。结果表明：煤焦油中复杂多环化合物和脂肪类化合物的高温分解产物与胶质体组分类似，故选择煤焦油作为铁焦的强度优化添加剂。添加煤焦油可增大铁焦的类石墨化程度、芳香度及微晶尺寸，减小铁焦比表面积，促使铁焦的冷态性能和反应后强度增大，且在添加量为3%时达到最优值。进而明确了选取添加量为3%的煤焦油作为铁焦的强度优化粘结剂，制备出反应性为40.21%、反应后强度为55.86%的铁焦。
　　通过焦炭反应性测定装置、X射线衍射仪、氮吸附仪、矿物质定量分析方法对比揭示了碱金属碳酸盐(Na2CO3和K2CO3)对普通焦炭和铁焦性能及结构的影响特征，通过研究焦炭燃烧过程热失重行为、可燃指数、发热量及动力学参数，对比阐释了热处理后普通焦炭和铁焦在空气中的燃烧特性。结果表明：添加碱金属碳酸盐导致普通焦炭和铁焦碳结构中堆积高度、横向尺寸和微晶体积下降，比表面积增大，进而使得两种焦炭气化反应性增大，反应后强度下降，其自身碱金属在气化反应后主要转化为钠、钾霞石，但碱金属碳酸盐对铁焦的影响程度大于普通焦炭。铁焦的着火温度、燃尽温度和最大燃烧速率对应温度较普通焦炭低，最大燃烧速率、可燃指数和发热量较高，其燃烧表观活化能和指前因子比普通焦炭低17.179kJ/mol和29.374s-1，具有更好的燃烧反应性和燃烧活性。