伴随着我国钢铁行业资源匮乏、环境污染等日益突出的问题，粉矿直接炼铁技术越来越得到人们的关注。目前，人们针对低温下粉矿气-固还原的动力学研究较多，而针对高温下粉矿的还原动力学研究较少。本文采用高温实验与数值模拟相结合的方式，以高温管式滴落炉为反应器，针对铁粉矿在高温下、飞行中气-固还原的动力学机理进行了探讨，实验温度范围为1450～1550K，还原剂为H2，气体组成为20％H2+80％N2、40％H2+60％N2和60％H2+40％N2，粉矿的平均粒径分别为62μm和82μm。
　　通过对粉矿在高温下、飞行过程中气-固还原的动力学实验，采用化学滴定法和XRD分析得到了样品的还原度和含铁相的组成及变化规律，采用金相显微镜和SEM观察粉矿颗粒微观形貌及其演变规律。基于实验结果，确定了该实验条件下粉矿颗粒与H2发生的气-固还原反应符合单界面未反应核模型，粉矿气-固还原过程的限制环节是界面化学反应。
　　在实验操作条件下，对高温管式滴落炉内的气-固两相流进行数值模拟，气相湍流采用Realizable k-ε模型，离散相铁矿粉采用DPM模型。模拟得出，气体在水冷给料管出口区域形成了射流，而在反应区的后半段流场达到稳定状态。由于射流扩散和水冷给料管的综合影响，在水冷给料管的下方存在一段低温区域，且该低温区域的长度随着载气流量的增大而略有变长，但增大载气流量对反应炉管中轴线上温度分布的影响可以忽略。通过对颗粒相的分析发现，在所研究的粉矿粒度下，粉矿颗粒能在偏离轴线较小的范围内向下运动，如62μm的粉矿，所有颗粒偏离轴线的距离都在10mm以内、偏离轴线4mm以内的颗粒占99％。因此，采用反应区轴线上气相的温度和速度作为反应过程中还原气体的温度和速度。
　　基于高温实验和反应器内气-固两相流模拟，进一步对铁矿粉气-固还原的动力学参数进行了计算，采用4th-order Runge-Kutta方法在MATLAB中求解拉格朗日坐标系下颗粒运动方程、传热方程和还原速率方程。在反应区的前半段粉矿颗粒温度较低，且基本无反应发生。粉矿颗粒在反应区内的运动并不一直是匀速运动，而是先减速运动，在距离给料管出口一定距离后达到终极沉降速度，且粉矿颗粒达到终端沉降速度的位置与载气流量、实验温度和还原气氛有关。粉矿颗粒的实际停留时间要小于实验估算值。修正后的粉矿发生气-固还原反应的指前因子为9.2×106，活化能为223kJ/mol。