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非高炉炼铁技术是近年来钢铁工业技术发展的主要方向之一,国内直接还原铁的生产主要以煤基为主。含碳球团由于具有原料适用范围广、矿粉粒度适应性强、轻环境污染等优点,近年来得到了快速发展。含碳球团的应用在一定程度上改善了还原反应,但还原过程中依然存在着生产能耗高、产品质量差、容易粘结等问题。因此,研究利用少量还原性气体克服现有煤基直接还原的缺点显得十分必要。本文以铁精矿和赤泥为研究对象,以气基和固基直接还原为基础,对气-固基协同作用下含碳球团直接还原的特性进行了系统的研究,研究结果为更深入的分析和应用提供了基础,主要研究工作和成果包括以下几个方面：（1）应用不同物理化学手段对铁精矿、赤泥的性能进行实验研究,明晰了铁精矿、赤泥的化学成分、物相组成和颗粒形貌等基本特性,考察了含水量和粘结剂对含碳球团性能的影响。在此基础上,通过正交实验确定影响直接还原的因素从大到小依次为：反应温度>矿粉粒度>反应时间。（2）通过实验研究含碳球团在N2气氛中还原特性的变化规律。采用均差与平方根差衡量不同控速模型计算结果与实验结果的误差来确定反应的控速环节。发现还原温度低于900℃时,精矿含碳球团和赤泥含碳球团的还原反应由碳气化反应控制,当温度升高到900℃以上时,还原反应机制发生了改变,三维气相扩散成为含碳球团直接还原的控速环节。（3）以CO对普通球团的直接还原为基础,研究CO协同作用下含碳球团直接还原特性的变化规律。研究认为普通球团的还原反应由化学界面反应控制,含碳球团的还原反应由三维气相扩散控制,还原剂煤的加入改变了含碳球团的还原机制,CO的通入有效改善了含碳球团局部还原性差的缺点。（4）以H2对普通球团的直接还原为基础,研究H2协同作用下含碳球团直接还原特性的变化规律,实验发现,随着温度的升高,普通球团和含碳球团的还原速率均迅速增大,H2气体的通入对改善赤泥含碳球团的还原具有很好的效果。1100℃时,H2协同作用下精矿含碳球团和赤泥含碳球团分别获得了98.02%和98.37%的金属化率（5）研究不同气氛中含碳球团在还原过程强度的变化规律,发现精矿含碳球团和赤泥含碳球团的抗压强度都随着温度的升高呈现出先降低后升高的趋势,当还原温度低于900℃时,含碳球团的抗压强度变化不大,还原温度高于900℃时,虽然含碳球团抗压强度均有所增大,但H2气氛中含碳球团抗压强度要明显低于N2,CO气氛中的含碳球团,H2气氛中含碳球团具有更好的还原性。