含鉻原料制備技術的發展

對于含鉻原料，最初采用中低碳鉻鐵，隨著VOD/AOD精煉技術的進步，大量采用高碳鉻鐵為原料。但由于高碳鉻鐵由礦熱爐生產，要求鉻鐵礦塊度為 10mm~70mm，鉻鐵比（Cr2O3/FeO）大于2.5，同時礦熱爐冶煉電耗高達2372kWh/t~4024kWh/t。因此礦熱爐生產鉻鐵合金 受到資源條件和能源結構的嚴重制約，開發以粉礦為原料，以煤代電的鉻鐵生產工藝曾引起人們的重視。

轉爐熔融還原工藝

熔融還原技術是建立在直接還原、噴射冶金、轉爐復合吹煉和煤氣化等技術基礎上的一項高度綜合技術，其基本原理是將氧化物礦或預還原氧化物礦和還原劑（碳）噴入碳飽和鐵水中進行直接還原。

研究表明，頂吹氧和底吹氣攪拌、大渣量、合適的爐渣成分和焦礦比等都能促進熔渣鉻氧化物的還原速度。由于轉爐熔融還原法須依托大型鋼鐵聯合企業，生產的不銹鋼母液的含鉻量低，鉻元素回收率低，投資大，沒有得到廣泛推廣，目前僅在日本川崎鋼鐵公司應用。

高爐冶煉含鉻鐵水

理論和實踐表明，高爐生產含鉻鐵水，隨著鐵水鉻含量的增加，其工藝難度增加，鐵水磷含量的控制也更加困難。針對不銹鋼冶煉的需要，在高爐內冶煉含鉻18%的鐵水，并控制鐵水磷含量，在工藝技術上是能夠解決的。

含鎳原料制備技術的發展

雖然硫化鎳礦占我國鎳資源的85%左右，但經過多年的開采，進一步增加產能已十分困難。近年來，我國利用進口紅土鎳礦生產含鎳生鐵，對滿足不銹鋼生產對鎳的需求起到了重要作用。

在紅土鎳礦處理方面，多種工藝各具特色。總體來說，濕法冶金流程并不十分成熟，高爐法對紅土礦的適應性較差，回轉窯—電爐工藝流程長，能耗尤其是電耗 高，因此國內許多單位都在開發紅土鎳礦冶金新工藝。主要工藝思路包括含碳球團法—磁選富集法、氯化離析法、紅土鎳礦預脫硅法和一些濕法冶金流程，這些研究 大部分還未達到工業應用的水平，仍須不斷探索。

近期，國內出現了以紅土鎳礦為主要原料的鎳鐵—不銹鋼一體化流程，基本模式是高爐流程對 應200系列不銹鋼，回轉窯—電爐流程對應于300系列不銹鋼。該流程的競爭力在于從紅土鎳礦礦山到不銹鋼產品生產要素的優化組合，而在紅土鎳礦冶煉技術 上仍采用傳統的火法冶金流程。

現有紅土礦處理流程，都是將紅土礦進行全量處理，為減少能耗和增加經濟性，首先要解決選礦問題。

鑒于紅土礦直接富集鎳的困難，高爐法和RKEF（回轉窯-礦熱爐）工藝必須進行全量處理，冶煉溫度高，渣量大，能耗高。在全量處理條件下，若能夠降低處 理溫度，將能夠進一步降低能耗、提高經濟性。日本大江山冶煉廠采用回轉窯高溫還原焙燒產出粒鐵被公認為是目前最為經濟的處理紅土鎳礦的方法。其基本流程如 下：將紅土礦磨細后，與碳質還原劑和熔劑石灰石混合，然后制成球團，通過預熱器將球團送至回轉窯。在回轉窯中，球團與煤燃燒所產生的熱氣流逆流運動，球團 經受干燥、脫水、還原和金屬顆粒成長。金屬是在回轉窯中半熔融條件下形成的，從回轉窯排出的半熔融產物經水淬磨細后，用淘汰和磁選機將鎳鐵顆粒分離出來， 作為不銹鋼生產的原料。

綜上所述，要解決我國不銹鋼生產的原料問題，除開發無鎳（如400系列）或低鎳（如200系列）不銹鋼品種外，還應從鉻鐵礦和鎳礦的資源條件出發，采用成熟的現代冶金技術，進行不銹鋼原料制備技術的集成創新，以降低不銹鋼原料的成本、提高不銹鋼產業競爭力。

進入21世紀以來，我國不銹鋼產業迅速發展，不銹鋼粗鋼產量由2000年52萬噸增加到2012年的1608萬噸，幾乎占到世界不銹鋼產量的一半。與此同時，中國的現有國情是缺鉻少鎳，不銹鋼廢鋼缺乏，如何解決不銹鋼生產的原料供應問題，實現低成本冶煉不銹鋼已成為業界關注的焦點。

高爐冶煉含鎳鉻鐵水具競爭力

在高爐內冶煉高含鉻量（例如Cr>30%）鐵水是困難的，但冶煉含鉻小于20%的鐵水，技術上是可行的，與使用鉻鐵合金相比，具有明顯的經濟性，可直接冶煉成400系列不銹鋼。若能將鐵 水鎳含量提高，并將磷含量控制在0.035%以內，在高爐內冶煉18%Cr-8%Ni鐵水，經脫碳后直接冶煉成300系列不銹鋼，經濟性將進一步提高。因 此高爐冶煉含鉻或含鎳鉻鐵水，將徹底改變不銹鋼冶煉的原料結構，實現低成本不銹鋼生產。基于上述目標，提出用高爐生產含鎳鉻鐵水的工藝方案。

該工藝以硫化鎳精礦和鉻鐵礦為主要原料，必要時加入一部分鐵礦石。鎳精礦經氧化焙燒后轉變為氧化鎳礦，鉻鐵礦可采用廉價的鉻礦粉，進行含碳球團的高溫預還原，然后進入高爐。以8%Cr-8%Ni鐵水目標成分進行配料，通過一系列工藝措施，實現高爐的正常生產。

含鎳原料的選擇和預處理。紅土礦一般含鎳1%~2%，對于含鐵大于40%的紅土礦，可在高爐內冶煉含鎳1%~3%的鐵水；而對于含鐵小于25%的紅土 礦，難以進行高爐冶煉，通常采用RKEF工藝進行冶煉，鐵水鎳含量一般不超過15%。要想在高爐內冶煉含鎳達8%的鐵水，在紅土礦富集鎳的工藝實現工業化 之前，可采用鎳精礦氧化焙燒的方法獲得氧化鎳精礦，作為高爐冶煉的原料。

硫化鎳原礦一般含鎳1%左右，經浮選后可得到含鎳大于7%的鎳精礦，鎳精礦或二次鎳精礦經氧化焙燒、尾氣制酸后，將硫含量降低到0.5%以下，可作為高爐冶煉含鎳鉻鐵水的原料。鎳精礦或二次鎳精礦兩者的鎳含量和脈石成分差別很大，可根據市場情況進行選擇。

硫化鎳精礦的氧化焙燒已實現工業化生產，國內某公司曾以二次鎳精礦為原料經沸騰爐焙燒生產氧化鎳，產品為含鎳71.5%~72.2%、含硫0.47%~0.67%的氧化鎳礦，但由于當時氧化鎳沒有市場需求而停止生產。

含鉻原料的選擇

傳統鉻鐵生產工藝需要高品位高鉻鐵比的塊礦，而對于高爐冶煉含鎳鉻鐵水而言，由于生產低鉻含量（約20%Cr）鐵水，反而使用低鉻鐵比鉻鐵礦更有利。 同時，建議使用廉價的鉻鐵礦粉，并以含碳球團方式進行預還原，以進一步降低高爐冶煉的焦比和燃料比，有利于高爐操作和鐵水磷含量的控制。針對高爐冶煉含鎳 鉻鐵水的其他原料選擇，必須考慮對鐵水磷含量的控制要求，例如選擇低磷的焦炭、熔劑和鐵礦石等。通過原料的合理選擇和工藝設計，可在高爐內冶煉18%Cr-8%Ni鐵水。

須要解決的關鍵問題

高爐冶煉含鎳鉻鐵水是一個系統工程，涉及原料的選擇和預處理、高爐冶煉渣系的優化、鐵水磷含量控制和后續煉鋼工藝的調整等。

含鎳鉻原料的選擇主要考慮原料品位和互補性。鎳精礦一般SiO2含量比較高，而二次鎳精礦很少含脈石成分；鉻鐵礦主要脈石成分為MgO和Al2O3，相 對來說，鐵礦石脈石含量很低。因此，站在高爐冶煉渣量的角度，須綜合考慮各種原料的配合，同時研究爐料進入高爐前的預處理工藝。

由于原料條件的特點，與傳統煉鐵工藝相比，高爐冶煉含鎳鉻鐵水的爐渣成分差別很大，突出表現在渣中MgO和Al2O3含量高，從減少渣量考慮，宜采用酸性渣冶煉，其爐渣冶金性能有待進一步研究。

對于鐵水磷含量的控制，除了選擇低磷原燃料外，冶煉工藝的優化也十分重要。例如，采用鉻鐵礦預還原，不但可以提高高爐冶煉效率，還能降低焦比，對控磷有 利；采用高風溫和降低渣量，同樣也可以降低焦比，有利于降低鐵水磷含量。同時，為了擴大原料選擇的范圍，高爐含鎳鉻鐵水脫磷工藝的研究也值得重視。

與普通鐵水相比，含鎳鉻鐵水的成分特點是含鎳鉻高、硅和碳含量高，在進行不銹鋼生產時，須適當調整冶煉工藝。同時，可根據各種合金元素在煉鋼過程中的行為，綜合考慮高爐冶煉過程的貴重元素合金化問題。

以目前鎳和高碳鉻鐵市場價格計算，配制1噸18%Cr-8%Ni鐵水，原料成本約1.45萬元。該成分鐵水在高爐內冶煉時，從生產能耗和資源綜合利用來說，或更具有競爭優勢，值得進一步分析和優化。