随着中国经济的快速发展，铁矿等不可再生资源日益短缺，提高贫矿的高效利用变得愈发重要。我国菱铁矿储量较大，但品位较低，选矿困难，无法用于高炉炼铁，致使菱铁矿开采利用率很低，探索一条高效利用菱铁矿炼铁的新途径意义重大。低温直接还原炼铁和高温熔融还原炼铁是当前非高炉炼铁的两种主要工艺，本文拟将两种工艺结合到一起，通过改造悬浮预热预分解新型干法水泥回转窑系统，实现低温预还原-高温熔融还原的炼铁新工艺。本文选用新疆菱铁矿为原料，系统研究了熔融还原炼铁的影响因素和反应规律。结合相图提出了碱度、石灰系数和铝硅比等配料率值，从理论上指导了不同配料下的熔融还原炼铁实验。研究了石灰石、氟化钙等助熔剂对熔融还原温度、铁收得率、渣铁分离效果的影响规律，研究了不同助熔剂掺加量对高温熔体软化温度、半球温度、流动温度的影响规律，研究了不同配料对渣矿物成分的影响规律。在实验室研究的基础上，对现场炼铁工艺和设备进行了优化改造，进行了菱铁矿炼铁新工艺半工业化试验。实验结果表明，随着还原温度的升高，渣铁分离效果更加明显，在1550℃时铁的收得率达到最大值。随着保温时间的增加，铁收得率呈增加趋势，当保温时间超过90min时，铁收得率变化不大。石灰石掺量对铁收得率影响显著，铁收得率随着石灰石掺量增加先增加后降低，当石灰石掺量为7%时，铁收得率达到最大值92.2%。CaF2可以有效降低菱铁矿的熔化温度，随着CaF2掺量的增加，菱铁矿的软化温度变化不大，半球温度和流动温度降幅较大，铁的收得率随着CaF2掺量的增加而先增加后降低。B2O3对铁矿熔体的开始软化温度有明显的降低作用，对半球温度也有降低作用，但是趋势不明显，B2O3并不能降低菱铁矿的流动温度。通过实验室试验最终确定半工业化试验的配料，根据前期探索性试验对现有工艺设备进行合理改造，以期实现半工业化还原炼铁新工艺顺利运行。