為了降低鋼鐵製造製程中的整體二氧化碳排放，在高爐中利用氫氣部分替代煤炭或焦炭已被視為極具前景的解決方案。本研究由澳洲紐卡索大學的 BHP 永續煉鋼研究中心與 BHP （必和必拓）等機構共同合作，專案團隊藉由在包含氫氣與水蒸氣的真實高爐煤氣成分下，對燒結鐵礦模擬物進行恆溫還原實驗，藉以評估在富氫高爐發展趨勢下，燒結礦礦物相與氣體成分對還原性的影響。
研究團隊利用紅外線快速加熱爐，將澳洲鐵礦砂精粉製成結構比工業燒結礦更均勻、且比粉末樣品更具孔隙代表性的燒結鐵礦模擬物。實驗藉由調控燒結冷卻階段的冷卻速率來改變模擬物的初始礦物組成，成功製備出磁鐵礦為主的快速冷卻樣品，以及鈣鐵礦（SFCA）為主的慢速冷卻樣品。在還原測試中，團隊採用熱重分析儀在 900度C 下對兩種模擬物進行 120 分鐘的恆溫還原。
研究取得的關鍵成果表明，在模擬高爐煤氣成分下，類比物的最終還原度順序為：純氫氣與氮氣混合氣（H2-N2）＞ 純一氧化碳與氮氣混合氣（CO-N2）＞ 富氫高爐煤氣 ＞ 傳統高爐煤氣。儘管調控冷卻速率使初始礦物相（SFCA 與磁鐵礦含量）產生劇烈變化，但在相同還原氣體下兩者還原度並無顯著差異，這顯示在總孔隙率相近（約 26.4% 到 28.6%）的狀況下，氣體在孔隙中的擴散行為對整體還原性更具主導性影響。
微觀結構與動力學分析則揭示了不同氣體成分下的還原機制差異：在不含二氧化碳（CO2）與 水蒸氣（H2O）的簡化氣體下，還原呈現出由表及裡的「局部化學還原」行為，反應介面分明且核心留有未還原相；而在富含二氧化碳與水蒸氣的模擬高爐煤氣下，由於還原勢較低，樣品轉向「均勻還原」行為，整顆礦樣在各處均勻轉化為浮氏體（Wustite）並生成少量金屬鐵。基於縮芯模型（Shrinking Core Model）的擬合結果證實，還原過程在初期主要受到化學反應控制，隨後隨著緻密金屬鐵層外殼增厚，中後期轉變為擴散控制（Diffusion-controlled）。本研究亦證實富氫高爐煤氣在還原初期能有效加速赤鐵礦的還原。
本研究的應用場景在於精進富氫低碳高爐的製程操作。當高爐製程朝向高氫氣注入量轉型時，理解高爐氣體成分對燒結礦還原機制（局部還原與均勻還原）與動力學控制步驟的根本影響，能協助鋼鐵廠在評估燒結操作與富氫高爐配料時，提供關鍵的理論依據與製程操作精進方向。