含鉻原料制備技術(shù)的發(fā)展
對(duì)于含鉻原料，最初采用中低碳鉻鐵，隨著VOD/AOD精煉技術(shù)的進(jìn)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(chǎn)，要求鉻鐵礦塊度為 10mm~70mm，鉻鐵比（Cr2O3/FeO）大于2.5，同時(shí)礦熱爐冶煉電耗高達(dá)2372kWh/t~4024kWh/t。因此礦熱爐生產(chǎn)鉻鐵合金 受到資源條件和能源結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重制約，開發(fā)以粉礦為原料，以煤代電的鉻鐵生產(chǎn)工藝曾引起人們的重視。
轉(zhuǎn)爐熔融還原工藝
熔融還原技術(shù)是建立在直接還原、噴射冶金、轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉和煤氣化等技術(shù)基礎(chǔ)上的一項(xiàng)高度綜合技術(shù)，其基本原理是將氧化物礦或預(yù)還原氧化物礦和還原劑（碳）噴入碳飽和鐵水中進(jìn)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(jìn)熔渣鉻氧化物的還原速度。由于轉(zhuǎn)爐熔融還原法須依托大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，生產(chǎn)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(yīng)用。
高爐冶煉含鉻鐵水
理論和實(shí)踐表明，高爐生產(chǎn)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(duì)不銹鋼冶煉的需要，在高爐內(nèi)冶煉含鉻18%的鐵水，并控制鐵水磷含量，在工藝技術(shù)上是能夠解決的。
含鎳原料制備技術(shù)的發(fā)展
雖然硫化鎳礦占我國(guó)鎳資源的85%左右，但經(jīng)過多年的開采，進(jìn)一步增加產(chǎn)能已十分困難。近年來(lái)，我國(guó)利用進(jìn)口紅土鎳礦生產(chǎn)含鎳生鐵，對(duì)滿足不銹鋼生產(chǎn)對(duì)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(lái)說(shuō)，濕法冶金流程并不十分成熟，高爐法對(duì)紅土礦的適應(yīng)性較差，回轉(zhuǎn)窯—電爐工藝流程長(zhǎng)，能耗尤其是電耗 高，因此國(guó)內(nèi)許多單位都在開發(fā)紅土鎳礦冶金新工藝。主要工藝思路包括含碳球團(tuán)法—磁選富集法、氯化離析法、紅土鎳礦預(yù)脫硅法和一些濕法冶金流程，這些研究 大部分還未達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的水平，仍須不斷探索。
近期，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)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(duì) 應(yīng)200系列不銹鋼，回轉(zhuǎn)窯—電爐流程對(duì)應(yīng)于300系列不銹鋼。該流程的競(jìng)爭(zhēng)力在于從紅土鎳礦礦山到不銹鋼產(chǎn)品生產(chǎn)要素的優(yōu)化組合，而在紅土鎳礦冶煉技術(shù) 上仍采用傳統(tǒng)的火法冶金流程。
現(xiàn)有紅土礦處理流程，都是將紅土礦進(jìn)行全量處理，為減少能耗和增加經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)窯-礦熱爐）工藝必須進(jìn)行全量處理，冶煉溫度高，渣量大，能耗高。在全量處理?xiàng)l件下，若能夠降低處 理溫度，將能夠進(jìn)一步降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)性。日本大江山冶煉廠采用回轉(zhuǎn)窯高溫還原焙燒產(chǎn)出粒鐵被公認(rèn)為是目前最為經(jīng)濟(jì)的處理紅土鎳礦的方法。其基本流程如 下：將紅土礦磨細(xì)后，與碳質(zhì)還原劑和熔劑石灰石混合，然后制成球團(tuán)，通過預(yù)熱器將球團(tuán)送至回轉(zhuǎn)窯。在回轉(zhuǎn)窯中，球團(tuán)與煤燃燒所產(chǎn)生的熱氣流逆流運(yùn)動(dòng)，球團(tuán) 經(jīng)受干燥、脫水、還原和金屬顆粒成長(zhǎng)。金屬是在回轉(zhuǎn)窯中半熔融條件下形成的，從回轉(zhuǎn)窯排出的半熔融產(chǎn)物經(jīng)水淬磨細(xì)后，用淘汰和磁選機(jī)將鎳鐵顆粒分離出來(lái)， 作為不銹鋼生產(chǎn)的原料。
綜上所述，要解決我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)的原料問題，除開發(fā)無(wú)鎳（如400系列）或低鎳（如200系列）不銹鋼品種外，還應(yīng)從鉻鐵礦和鎳礦的資源條件出發(fā)，采用成熟的現(xiàn)代冶金技術(shù)，進(jìn)行不銹鋼原料制備技術(shù)的集成創(chuàng)新，以降低不銹鋼原料的成本、提高不銹鋼產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，不銹鋼粗鋼產(chǎn)量由2000年52萬(wàn)噸增加到2012年的1608萬(wàn)噸，幾乎占到世界不銹鋼產(chǎn)量的一半。與此同時(shí)，中國(guó)的現(xiàn)有國(guó)情是缺鉻少鎳，不銹鋼廢鋼缺乏，如何解決不銹鋼生產(chǎn)的原料供應(yīng)問題，實(shí)現(xiàn)低成本冶煉不銹鋼已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
高爐冶煉含鎳鉻鐵水具競(jìng)爭(zhēng)力
在高爐內(nèi)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(shù)上是可行的，與使用鉻鐵合金相比，具有明顯的經(jīng)濟(jì)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(nèi)，在高爐內(nèi)冶煉18%Cr-8%Ni鐵水，經(jīng)脫碳后直接冶煉成300系列不銹鋼，經(jīng)濟(jì)性將進(jìn)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(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低成本不銹鋼生產(chǎn)。基于上述目標(biāo)，提出用高爐生產(chǎn)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(shí)加入一部分鐵礦石。鎳精礦經(jīng)氧化焙燒后轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸嚨V，鉻鐵礦可采用廉價(jià)的鉻礦粉，進(jìn)行含碳球團(tuán)的高溫預(yù)還原，然后進(jìn)入高爐。以8%Cr-8%Ni鐵水目標(biāo)成分進(jìn)行配料，通過一系列工藝措施，實(shí)現(xiàn)高爐的正常生產(chǎn)。
含鎳原料的選擇和預(yù)處理。紅土礦一般含鎳1%~2%，對(duì)于含鐵大于40%的紅土礦，可在高爐內(nèi)冶煉含鎳1%~3%的鐵水；而對(duì)于含鐵小于25%的紅土 礦，難以進(jìn)行高爐冶煉，通常采用RKEF工藝進(jìn)行冶煉，鐵水鎳含量一般不超過15%。要想在高爐內(nèi)冶煉含鎳達(dá)8%的鐵水，在紅土礦富集鎳的工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)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(jīng)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(jīng)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(jù)市場(chǎng)情況進(jìn)行選擇。
硫化鎳精礦的氧化焙燒已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)某公司曾以二次鎳精礦為原料經(jīng)沸騰爐焙燒生產(chǎn)氧化鎳，產(chǎn)品為含鎳71.5%~72.2%、含硫0.47%~0.67%的氧化鎳礦，但由于當(dāng)時(shí)氧化鎳沒有市場(chǎng)需求而停止生產(chǎn)。
含鉻原料的選擇
傳統(tǒng)鉻鐵生產(chǎn)工藝需要高品位高鉻鐵比的塊礦，而對(duì)于高爐冶煉含鎳鉻鐵水而言，由于生產(chǎn)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(shí)，建議使用廉價(jià)的鉻鐵礦粉，并以含碳球團(tuán)方式進(jìn)行預(yù)還原，以進(jìn)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(duì)高爐冶煉含鎳 鉻鐵水的其他原料選擇，必須考慮對(duì)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(shè)計(jì)，可在高爐內(nèi)冶煉18%Cr-8%Ni鐵水。
須要解決的關(guān)鍵問題
高爐冶煉含鎳鉻鐵水是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及原料的選擇和預(yù)處理、高爐冶煉渣系的優(yōu)化、鐵水磷含量控制和后續(xù)煉鋼工藝的調(diào)整等。
含鎳鉻原料的選擇主要考慮原料品位和互補(bǔ)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(duì)來(lái)說(shuō)，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(shí)研究爐料進(jìn)入高爐前的預(yù)處理工藝。
由于原料條件的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)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(xiàn)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(jìn)一步研究。
對(duì)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(yōu)化也十分重要。例如，采用鉻鐵礦預(yù)還原，不但可以提高高爐冶煉效率，還能降低焦比，對(duì)控磷有 利；采用高風(fēng)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(shí)，為了擴(kuò)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(diǎn)是含鎳鉻高、硅和碳含量高，在進(jìn)行不銹鋼生產(chǎn)時(shí)，須適當(dāng)調(diào)整冶煉工藝。同時(shí)，可根據(jù)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(chǎng)價(jià)格計(jì)算，配制1噸18%Cr-8%Ni鐵水，原料成本約1.45萬(wàn)元。該成分鐵水在高爐內(nèi)冶煉時(shí)，從生產(chǎn)能耗和資源綜合利用來(lái)說(shuō)，或更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)一步分析和優(yōu)化。