钢铁工业是能源密集型产业,高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键。目前,低碳高炉技术研究主要集中于使用碳铁复合炉料、含氢物质喷吹、炉顶煤气循环和氧气高炉等。本研究基于我国原燃料条件提出热压铁焦低碳高炉炼铁新炉料技术,重点研究了热压铁焦制备工艺、冶金性能优化、气化反应行为及动力学、高温冶金性能评价方法、对高炉炉料反应过程的影响机制及对高炉综合炉料软熔滴落行为的影响等,揭示了热压铁焦冶金性能协同优化机制、金属铁的催化机理、热压铁焦气化反应与含铁炉料还原反应的耦合作用机制等。热压铁焦碳铁复合炉料制备工艺研究。通过调整矿煤配比、热压温度、炭化温度和炭化时间等工艺参数获得了高强度热压铁焦。适宜的工艺条件为铁矿粉配比15%、烟煤A配比65%、无烟煤配比20%、热压温度300℃、炭化温度1000℃、炭化时间4 h(恒温时间)。在此条件下,热压铁焦炭化前抗压强度为736 N,炭化后抗压强度达到5049 N,金属化率为75.72%。配煤配矿对热压铁焦冶金性能的影响及优化研究。通过调整配煤组成和铁矿粉种类可以协同优化热压铁焦抗压强度、转鼓强度、反应性和反应后强度等冶金性能。优化工艺参数为铁矿B配比15%、烟煤A配比55%、烟煤C配比10%、无烟煤配比20%、热压温度300℃、炭化温度1000℃、炭化时间4 h(恒温时间)。在此条件下,热压铁焦炭化前抗压强度为775 N,炭化后抗压强度为4970 N,转鼓强度为95.97%,反应性达到61.19%,反应后强度为51.23%。研究了热压铁焦高温冶金性能评价方法。采用修正国标法(GB/T 4000-2017)或模拟高炉气氛法进行评价热压铁焦反应性,采用固定失重率法或模拟高炉气氛法进行评价反应后强度。由于金属铁的影响,基于失重率的热压铁焦反应性指数计算公式需修正。国标法下含1 5%铁矿B的热压铁焦,修正反应性指数为61.19%,模拟高炉气氛下修正反应性指数和反应后强度分别为68.35%和53.42%,而固定20%失重率反应后强度为80.70%(焦炭为73.41%)。在新评价方法下,与传统焦炭相比,热压铁焦具有良好的高温冶金性能。热压铁焦气化反应行为及动力学研究。当铁矿粉配比由0%增加至20%时,热压铁焦气化反应开始温度由919℃降低至839℃。不同铁矿粉配比条件下热压铁焦非等温气化反应符合界面反应模型,积分和微分方程分别为G(x)=(1-x)-1-l和f(x)=(1-x)2,当铁矿粉配比由0%增加至20%时,气化反应活化能由312.78 kJ/mol降低至249.83 kJ/mol,指前因子自然对数由26.29 min-1降低至21.81 min-1,且两者存在动力学补偿效应。另外,缩核模型为热压铁焦等温气化过程最概然机理函数,积分和微分方程分别为g(x)=1-(1-x)1/2和f(x)=2(1-x)1/2,活化能为 144.77 kJ/mol,指前因子为 999.37 min-1。金属铁对热压铁焦气化反应催化机理研究。金属铁通过氧化还原反应起到氧载体的作用,进而催化热压铁焦气化反应。铁碳界面的金属铁在一定温度下被CO2气流氧化成铁氧化物,然后被周围的碳还原又生成金属铁,然后与周围的CO2再次结合,这一过程循环发生,从而不断促进碳的气化反应。研究了热压铁焦对高炉炉料反应过程的影响机制。热压铁焦对焦炭具有保护作用,但有一定限度。热压铁焦显著促进含铁炉料的还原,且混装时促进作用更明显,热压铁焦宜采用混装方式。与焦炭相比,热压铁焦对含铁炉料还原过程的促进作用更为显著。还原温度的提高有利于强化铁氧化物的还原和热压铁焦的气化,从而加强两者间的交互耦合作用。随着热压铁焦添加比例由0%增加到30%,球团矿还原率由23.69%增加至33.72%,烧结矿还原率由25.72%增加至29.71%。在此过程中,含铁炉料还原率增幅逐渐变缓,表明热压铁焦对含铁炉料还原的促进作用有一定限度,这与含铁炉料的还原性有关。高还原性的含铁炉料与热压铁焦间的耦合作用更为显著,从含铁炉料还原角度考虑,热压铁焦实际应用时应与还原性较好的含铁炉料搭配使用。研究了热压铁焦对高炉综合炉料软熔滴落行为的影响。当热压铁焦配比由0%增加至40%时,软化区间T40-T4由206.3℃增加到218.9℃,熔化区间TD-Ts由171.1℃降低到124.8℃。综合炉料滴落率先升高后降低,在热压铁焦配比为30%时达到最高值。综合炉料S值逐渐降低,料柱透气性改善。综合考虑炉料的熔滴性能,热压铁焦的使用量不宜超过焦炭的30%。本研究有助于丰富铁焦类碳铁复合新炉料理论和技术体系,为热压铁焦的实际应用奠定基础,促进我国低碳高炉炼铁技术进步。