本发明公开了一种基于全氧富氢低碳还原熔化炉两段式碳循环炼铁工艺，属于冶金行业低碳炼铁生产技术领域。本发明工艺中炉顶煤气经过除尘、脱水、除二氧化碳后，一部分气体与部分氢气混合，加热后从熔化炉上部风口通入，为还原熔化炉上部铁氧化物的还原提供足够的还原势和热量，使还原熔化炉上部金属化率达90％以上；另一部分气体从还原熔化炉下部通入，为还原熔化炉下部提供热量，同时调整下部风量。本发明通过上下两部分气体的配合，优化全氧富氢低碳还原熔化炉上下部气体分配，达到在炉内块状带不同高度上金属化率径向均匀的目的；通过下部循环炉顶煤气，可以实现顶煤气的零外排。本工艺可大幅度的减少焦比，降低碳排放。