作为生产不锈钢的重要原料，铬铁生产以块矿为主要原料，粉矿的利用受到限制。在转炉内利用铬铁粉矿的铁浴还原技术已进行了大量的基础研究，虽然日本能够利用熔融还原技术生产不锈钢母液和炉料级铬铁，但由于生产周期长，生产的母液铬含量低和铬的收得率低等因素，该技术仍没有广泛应用于工业生产。煤基二步法冶炼含铬铁水，可充分利用廉价的铬粉矿资源，直接为不锈钢生产提供铬源，从而大大降低不锈钢生产成本。针对我国铬铁矿资源匮乏的状况和铬铁生产特点，这一技术的开发符合西部大开发和可持续发展战略。 本文在热力学分析基础上，结合铬铁矿还原过程的特点，提出了利用铬粉矿生产含铬铁水的技术路线，即冷固结含碳球团一转底炉预还原—熔化还原竖炉终还原的工艺(煤基二步法)，分析了该工艺技术的可行性和应采取的强化冶炼措施，并确定了开发这一工艺的研究思路。 以生产含铬30％的铁水为目标，利用炉渣的分子-离子共存理论，计算得到终还原过程渣金平衡时，铬的理论收得率大于98％，依据炉渣碱度的不同，含铬铁水中硅含量可控制在0.62～2.22％。 本文测定了高MgO和高Al2O3炉渣的粘度，结果表明，近中性炉渣中Al2O3=20％为宜，15％＜MgO＜20％时，其含量变化对炉渣粘度无明显影响，中性炉渣粘度最小；若采用弱酸性渣冶炼，必须使用助熔剂，CaF2比MnO更能降低炉渣的粘度，二者在高温下对炉渣粘度的影响程度变弱； 含碳球团的固态还原实验表明，预还原球团的还原率和强度与配碳量、反应温度、反应时间和催化剂等因素有关，其中强度还受球团碱度的影响。在配碳量一定时，酸性球团固结温度低，还原率亦低；高碱度球团固结温度高，但不满足自熔性的要求；当配碳量为1.2倍理论量时，生球团下落强度大于3次/0.5m，在1300℃温度下恒温30min，球团总还原率可达80％，其中氧化铬的还原率约50％，还原后球团冷态压溃强度大于1000N/个，能够满足熔化-还原竖炉对球团还原率和强度的要求。 催化研究表明，碳酸盐和氟化物对球团的还原没有任何促进作用，而硼酸盐和氯化物对球团的还原具有明显的促进作用，其中硼酸盐的促进作用最强。实验表明，即使球团具有相同的成分含量，但铬铁矿种类不同，其还原率和还原后强度差别很大，因此对于不同原料条件应做具体的分析。 含碳球团还原过程的差热分析表明，在449℃、989℃和1300℃存在明显的吸热过程，温度大于1000℃时，还原反应才能较快的进行。恒温过程的失重分析表明，在1200℃～1300℃温度下，随温度的升高，球团还原率明显升高，但在1350℃温度下，由于过早生成液相，反而使还原率降低。球团的固态还原符合未反应核模型，反应速度受物质扩散控制，反应活化能为175.70kJ/mol。 矿相结构分析表明，铬铁矿颗粒被还原的难易程度与其结构有关，内部具有裂纹的颗粒具有较高的还原率。本实验条件下，低于1300℃为固态还原阶段，无粘结相生成，随着时间的延长，金属还原率将进一步提高；1350℃时球团开始软化，还原率难以进一步提高。因此，在转底炉内进行含碳球团的预还原时，应采取高温固态还原(1250～1300℃)和高温固结(1300～1350℃)的两段式加热，为熔化-还原竖炉提供高还原率和适当强度的球团。 以生产含铬20～40％铁水为目标，三种含碳铬铁矿球团的预还原熔分研究表明，球团的总还原率在90％左右，铬的收得率在65～70％之间，收得率低的原因在于渣金分离状况差和渣中存在未溶解的细小铬铁矿颗粒。 综上所述，煤基二步法冶炼含铬铁水应使用自熔性铬铁矿球团，在转底炉内进行热固结和预还原，配碳量以1.2倍理论量为宜，控制适当的反应温度，30min就能获得满足要求的预还原球团。球团中未还原的细小铬铁矿颗粒可在穿过熔化-还原炉下部的死料柱时得到进一步还原。