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虽然转底炉直接还原铁矿石工艺已在个别钢厂得到成功应用，但其流程中始终存在能量利用效率低的问题，具体原因为转底炉烟气与炉料之间几乎没有对流传热，烟气从高温炉膛直接进入烟道。能量主要靠辐射传热由上向下传递至料层，传热效率低，只能进行薄料层操作。本文以攀枝花钒钛铁精矿为对象，以改进转底炉直接还原工艺为目的，分别通过CFD软件模拟、多层含碳球团还原及球团强化还原方法进行了研究。通过软件对炉内温度场和流场模拟可知，在本模拟的工况中α=15°时的温度场更适宜多层布料条件下转底炉快速加热的要求。在氩气保护条件下进行热分析实验，得到硅铁强化含碳钒钛铁精矿碳热还原机理：1)当T<1148K时，硅铁对含碳铁精矿的还原基本没有影响；2)当1148K<T<1423K时，由于布多尔反应的大量发生及矿粉与硅铁接触点较少，此时样品中矿粉的还原主要以气固反应为主，硅铁对还原的强化效果较小；3)当1423K<T<1560K时，此时主要发生硅热还原反应Si+4FeTiO3=2Fe+2FeTi2O5+SiO2，反应生成的FeTi2O5随即被进一步还原Si+2FeTi2O5=2Fe+4TiO2+SiO2；4)当1560K<T<1673K时，添加硅铁的样品由于前温度段内还原反应主要消耗硅铁，残碳剩余较多，继续参与还原反应，没有添加硅铁样品其内所含少量残碳将缓慢消耗完。利用实验室自制转底炉模拟设备在完全燃烧气氛下进行等径多层球团还原实验。结果表明，温度及气氛对实验结果的影响最大，温度越高，球团还原反应越快，CO2在气氛中所占比例越高，还原后球团越易发生二次氧化。由于多层球团的还原不同步，球团平均金属化率会随着还原温度的升高而增高；随着还原时间的延长出现先增高后降低的现象。因为高温烟气向不同球层传热速率不同步和还原后期表层球团发生二次氧化，故存在取得最大金属化率的最佳还原时间，在本实验中为25min。利用实验室三段式还原炉设备在氩气保护下进行强化多层球团同步还原实验，结果表明：添加硅铁的球团金属化率在25min时达到82%以上，硅铁对强化球团同步还原有显著作用，且主要作用在前25min。