本发明涉及一种纯氧二段式预热还原炼铁工艺，是与纯氧二段式预热还原炼铁炉配套用的工艺，工艺步骤为将铁矿石或铁粉矿/除尘灰预处理后送至矿仓，经喷枪喷入炼铁炉预热段；矿粉被加热至熔化和部分热解/还原后流到还原段；矿粉在还原段还原成氧化亚铁滴落到金属熔池中；煤粉喷入炉缸段熔池，部分溶解到熔池中并与氧化亚铁发生还原反应生成CO和铁水；CO和煤挥发物上升带动高温液态金属和渣形成“涌泉”；上升的气体与还原段通入的O2燃烧将热量传递给“涌泉”带起的液态金属和渣滴，液滴回落将热量传给熔池、搅拌熔池并保证还原反应进行；出炉烟气经重力除尘器除尘，烟气余热用于预热矿粉和煤粉。本发明工艺流程简洁，环境友好。