海绵铁可以代替优质废钢作为电炉原料,近年来废钢资源短缺,海绵铁生产已显得越来越重要。本课题对气基竖炉生产海绵铁做了一些基础性研究,在球团矿还原特性、析碳和渗碳等方面进行了理论和实验研究,为实际生产提供参考。金属化率是衡量海绵铁质量的重要指标,还原时间直接影响到实际的生产效率。本课题设计了冶金性能实验装置,并在该装置上模拟竖炉的实际升温过程,采用含CO和H₂的还原气对含铁球团进行了还原实验,还原气中CO+H₂的含量在90%左右。改变还原气中氢碳比进行了大量实验,结果表明,用不同氢碳比还原气还原球团矿时,只要还原时间达到5.5小时,海绵铁金属化率均能达到92%,还原气中H₂含量升高,能加快反应速率,但对还原时间的影响不大。此外,还进行了向还原气中配加5%～10%CO₂,降低还原气中CO+H₂的浓度的还原实验。结果表明,还原气中加入CO2后,还原时间需延长到6.5小时,金属化率才能达到92%。在实验的基础上,对CO和H₂在低温下的还原特性进行了理论研究,结合实验结果建立了适用于气基竖炉还原球团矿的反应速率模型。在竖炉生产海绵铁过程中,还原气中的CO—CO₂具有析碳、使炉料渗碳的性质。本课题以实验为基础,结合理论分析,探讨了气体析碳的温度条件,发现在500℃左右,还原气析碳较为严重。采用还原实验结束后称量碳粉质量的方法,研究了还原气氢碳比不同的条件下,析碳的规律及影响因素。另外还研究了Al₂O₃球代替球团矿通入还原气时的析碳规律,并与球团矿还原时的析碳规律进行对比,发现金属铁的生成对析碳有明显的催化作用。通过化验金属化球团中的C含量,得到还原气体成分对海绵铁碳含量的影响。并得到用不同成分还原气还原球团矿时海绵铁中的碳含量在0.6%～1.1%之间。