近年来,随着经济发展,对于不锈钢的需求也是与日俱增,然而我国镍、铬资源严重短缺,每年都需要从国外大量进口红土镍矿和铬铁矿,资源对外依存度高。随着优质高品位矿的消耗,品位低的红土矿和价格低廉的铬铁粉矿成为当下镍铁、铬铁合金冶炼的主要原料。我国要实现钢铁大国向钢铁强国的转变,应对激烈的不锈钢市场竞争。如何利用这些低品位的矿石,降低生产成本,成为提高企业竞争力的关键因素。针对目前整个不锈钢冶炼工序复杂,流程长和工艺重复的问题,本文提出采用复合烧结-小高炉冶炼直接生产不锈钢母液的紧凑型工艺利用低品位镍铬资源。该方法采用新的烧结、冶炼整合方案,将原来的镍铁、铬铁合金生产以及混合冶炼制钢的三条生产线合并为一条紧凑型的生产流程,达到以简化奥氏体不锈钢的生产线和工艺流程、减少能耗、降低成本的目的。本文围绕这一短流程中的关键技术环节：复合烧结、熔融还原,开展了系统的理论研究和实验分析。首先,从原料基础性质入手,考虑添加铬铁矿混合烧结,并对镍铬复合矿的制备进行实验研究。原料分析表明：红土镍矿与铬铁矿单独烧结均存在能耗高、烧结矿质量差等问题。原因在于,红土矿烧结过程中水分的脱除需要较多的热量,水分脱除后烧结矿孔洞多,降低了烧结矿的质量；南非精矿过于细小而光滑,亲水性差,难以有效粘附制粒效果极差,物相以尖晶石为主导致烧结过程液相生成不充分。通过烧结实验发现,红土矿和铬铁矿混合烧结制备的烧结矿质量明显改善,最佳红土矿与铬铁矿比例为7：3,随着加水量增加,制粒效果改善,适宜的配水量为20%,随着配碳量的增加复合烧结矿的质量先增加后降低,适宜配焦量为13%。蛇纹石和返矿的添加对烧结效果改善不明显。混合烧结的固结方式是以尖晶石为“骨架”,铁橄榄石及少量铁酸钙(高碱度时)液相粘接的方式来完成,液相主要是红土矿自身物质产生。铬铁矿尖晶石固结再结晶形成晶粒分布其中,烧结矿结构致密。然后,利用热力学分析软件Factsage研究了复合矿还原的热力学条件。计算结果表明,镍铬复合矿在高炉条件下还原生成含Ni、Cr铁水在热力学上完全是可行的。复合矿还原分两个阶段,首先是在高炉上部通过CO间接还原,此时铁和镍氧化物发生还原反应,铬氧化物在低温段基本不被还原；随后进入高炉软熔带由于温度升高渣相开始形成,铬铁矿部分融入渣中发生熔融还原从渣中还原出来。此外,含Cr不锈钢母液熔点比普通铁液熔点高,且随着Cr含量的增加熔点有所升高。适当的渗碳量能够降低合金熔点改善其流动性,对于含Cr17%左右的不锈钢母液适宜的渗碳量在3%～6%之间。炉渣熔化温度和粘度较一般铁矿石冶炼炉渣稍高,添加CaO、MgO熔剂能够降低炉渣粘度。最后,用电阻炉模拟高炉下部较高温度条件下复合烧结矿的熔融还原行为。分别研究了不同温度和熔剂对合金中Ni、Cr、Fe品位和回收率的影响。结果表明,添加CaO和Si02对Ni、Cr、Fe的还原回收均有明显改善作用。随着CaO和Si02含量的增加金属聚集效果改善,合金中Ni、Cr、Fe品位提高,三者的元素回收率也有所增加。在1600℃,CaO含量35%时,矿物还原效果最佳。此时合金中Ni、Cr、Fe的含量为别为1.82%、19.33%、75.12%,回收率分别为97.26%、84.46%、95.64%。MgO的添加不利于还原,元素回收率均较低。将红土矿与铬铁矿两种矿物混合烧结制备烧结矿然后用小高炉冶炼生产含Ni、Gr不锈钢母液是可行的,该工艺投资小,能耗较低,具有良好前景。