传统钢铁材料在制备过程中必须消耗掉大量的能源和原材料资源，同时向环境排放大量的废弃物。从能量和物质的平衡观点来看，传统钢铁冶金从矿石到钢材的转化的不合理性表现在有相当一部分能量消耗在不必要的物质化学状态和能量状态曲折变化中造成的。绿色冶金是一种低能耗、低排放、高产出、高科技冶金。因此绿色冶金将是21世纪钢铁工业追求的重点目标。用绿色冶金来生产钢铁产品就必须在理论的指导下开发钢铁冶金生产的新方法和新流程。这种新的方法是铁矿的固相提纯、低温固相还原、固态或半凝固态成型的工艺路线，它可以减少无效的能耗和物耗，使物质化学状态和能量状态变化更趋合理。本文主要研究改工艺路线中的低温固相还原环节，此环节的关键是要解决低温下反应速率不足，反应时间过长和反应不彻底等问题。 本文主要通过氧化铁的微纳米化来解决低温固相还原问题。通过不同的球磨时间获得不同粒度的氧化铁粉末，进而研究不同粒度的氧化铁粉末在低温下用氢气还原动力学行为、热力学和还原机理等问题。考虑到以后大量的氧化铁粉末原料来自钢铁冶炼中的废弃物，而这些废弃物中最难还原的是三氧化二铬，因此，为了以后的工业化路线，本文还对原始粉末掺杂5％的三氧化二铬做了对比性的试验，以探索其对还原过程的影响。 研究结果表明：球磨对氧化铁粉末起到明显的细化效果，特别是在球磨开始阶段更为显著，当球磨到了一定时间后，粉末细化趋于平缓。 还原温度、还原时间和原料粒度对氧化铁粉末及其掺杂物粉末还原实验，结果表明：温度是影响氧化铁粉末速率的最大因素，增加还原时间有助于还原率的提高，氧化铁粉经高能球磨可大大促进还原速度，经24h以上的高能球磨，500℃下还原速率大大提高，15分钟还原率可达100％，在380℃的低温下，20分钟还原率可达100％，但随球磨时间延长，粉末细化，还原率并未增加，反而有微小的下降，这一问题说明了在静态恒压下还原剂分子密度因氧化物比表面增加而渗透阻力增加。 通过掺杂5％三氧化二铬研究掺杂物对氧化铁粉末还原速率影响，结果表明：掺杂5％三氧化二铬的对氧化铁粉还原速率几乎没有影响。 通过X衍射分析还原过程中的物相变化情况发现氧化铁粉末在低温下还原的顺序，为Fe2O3→Fe3O4→Fe。透射电子显微镜对原料和还原后的粉末粒度形貌观察发现高能球磨的破碎主要是二次颗粒的破坏和一次颗粒的粉碎，在还原中氧化物单颗粒中可以形成多个铁晶粒，温度降低还原铁晶粒数量增加，这表面温度越低越有利于细晶粒铁的获得。 从热力学角度分析了氧化铁粉在低温下还原的可能性，并进一步分析了氧化铁粉末在低温下的还原机理，热力学分析结果表明，在标准状态下，用H2还原Fe2O3的反应不能进行，在温度升高到150℃，H2还原Fe2O3的反应可以进行，还原机理遵循吸附自动催化理论，通过动力学分层还原模型，计算得该反应的动力学方程为：1-(1-R)1/3=1+K/K (c0-c平)e(3.746-8178.5/T)t