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1、1 钒铁冶炼（钒渣- 五氧化二钒 - 三氧化二钒 - 金属钒 - 钒铁-钒铝合金 -碳氮化钒 - 钒电池） 原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等 1 钒铁冶炼方法及特点 (1)以还原剂来区分：通常分为硅热法、铝热法、碳热法三种。 (2)以还原设备区分：在电炉中冶炼的有电炉法（包括碳热法、电硅热法和电铝热 法）。不用电炉加热，只依靠自身反应放热的方法称为铝热法（即炉外法）。 (3)以含钒原料不同区分：用五氧化二钒、三氧化二钒、钒渣原料冶炼钒铁的方法。 (4)根据热源不同可分为：碳热法、电热法、电硅热法、金属热法。 不同方法，特点不同，一种是耗电能大，工序复杂，但产品质量稳定，还原剂价格 低。另一种是耗铝
2、量大，回收率低，合金品位高，不用电能。 2 钒铁产品的牌号及成分 钒铁牌号根据含钒量分为低钒铁：FeV3550，一般用硅热法生产；中钒铁：FeV55 65；高钒铁： Fe7080，一般用铝热法生产。国内钒铁牌号及成分如表5.5.1，国际钒铁牌 号及成分如表5.5.2。80 FeV 产品外观如图5.5.1。 （1）我国钒铁标准（GB 4139-2012） 表 5.5.1 我国钒铁牌号及成分标准 牌号 化 学 成 分/ % V C Si P S Al Mn 2 FeV-40-A FeV-40-B FeV-50-A FeV-50-B FeV-75-A FeV-75-B 40.0 40.0 50.0
3、50.0 75.0 75.0 0.75 2.0 0.10 0.06 1.0 1.00 3.0 0.20 0.10 1.5 0.40 2.0 0.07 0.04 0.5 0.5 0.75 2.5 0.10 0.05 0.8 0.5 0.20 1.0 0.05 0.04 2.0 0.5 0.30 2.0 0.10 0.05 3.0 0.5 （2）钒铁国际标准（ISO 5451-80） 表 5.5.2 国际钒铁牌号及成分标准 代号 化学成分 /% V Si Al C P S As Cu Mn Ni FeV40 35.050.0 2.0 4.0 0.30 0.10 0.10 FeV60 50.065.
4、0 2.0 2.5 0.30 0.06 0.05 0.06 0.10 FeV80 75.085.0 2.0 1.5 0.30 0.06 0.05 0.06 0.10 0.50 0.15 FeV80Al2 75.085.0 1.5 2.0 0.20 0.06 0.05 0.06 0.10 0.50 0.15 FeV80Al4 70.080.0 2.0 4.0 0.20 0.10 0.10 0.10 0.10 0.50 0.15 图 5.5.1 80 FeV 产品外观 图 5.5.2 冶炼钒铁的电弧炉 3 金属热法冶炼钒铁的原理 金属热法冶炼铁合金一般是用比较活泼的金属去还原比较不活泼的金属氧化物
5、，并获 得该金属与铁熔于一起，从而生成铁合金。主要反应原理为： MexOy+Al Al2O3+Me 298 H(Al)=Q kJ/mol MexOy+Si SiO2+Me 298H(Si)=Q kJ/mol MexOy+Mg MgO+Me 298 H(Mg)=Q kJ/mol 3 MexOy+CaCaO+Me 298H(Ca)=Q kJ/mol 上述Q 值等于 -301.39kJ 时，该反应式能自发进行，反应放热能达到使炉料熔化、反 应、渣铁分离的程度。当然，要使Me 的收率达到高的指标，这个值不一定是最佳的。 若 Q 值不够 -301.39kJ， 就必须采取别的措施。一般是提供放热副反应及给
6、体系通电 等手段。副反应一般是根据本国的国情及参加副反应物质的价格水平来选择一些不致于污 染合金的氧化物来和还原剂发生化学反应，并放出大量的热，以补充上述Q 值的不足。在 我国通常是选用KClO3、NaNO3。如： 6NaNO3+10Al=5Al2O3+3Na2O+3N22 9 8H(Al)=-710.90 kJ/mol KClO3+2Al=Al2O3+KCl 298 H(Al)=-868.59 kJ/mol 若上述反应的Q 值超过 -301.39kJ，也应采取其它办法，比如配入一定量的炉渣、碎合 金等吸收多余的热量，以免反应过于激烈而造成的喷溅。 4 电硅热法冶炼钒铁 4.1 基本原理 整体
7、生产概念的形成： 生产钒铁的原料：V2O5、硅铁。 生产钒铁的辅料：石灰、铝块、废钢。 最终产品：块状FeV 合金。 生产钒铁的主体设备：电弧炉，如图5.5.2 所示。 生产钒铁的工艺：硅热还原法。 电弧炉内化学反应为： 2/5V2O5(l)+Si=4/5V+SiO2 T G (Si)=-326840+46.89T(J/mol) V2O5(l)+Si=V2O3+SiO2 T G (Si)=-1150300+259.57T (J/mol) 2V2O3+3Si=4V+3SiO2 T G(Si)=-103866.7+17.17T (J/mol) 2VO+Si=2V+SiO2 TG (Si)=-564
8、00+15.44T (J/mol) 硅热还原时，在高温下用硅还原钒的低价氧化物自由能的变化是正值，说明在酸性介 4 质中用硅还原钒的低价氧化物是不可能的。用硅还原钒的氧化物时，由于热量不足，反应 进行得很缓慢且不完全，为了加速反应必须外加热源。一般硅热法冶炼钒铁是将V2O5铸片 在铁合金电弧炉内用硅铁冶炼成钒铁。 此外，这些氧化物与二氧化硅进行反应后生成硅酸钒，钒自硅酸钒中再还原就更为困 难。因此炉料中配加石灰，原因在于： 它与二氧化硅反应使SiO2与 CaO 生成稳定的硅酸钙，防止生成硅酸钒。 降低炉渣的熔点和粘度，改善炉渣的性能，强化了冶炼条件。 在有氧化钙存在的情况下，提高炉渣的碱度，改
9、善还原的热力学条件，从而使热力 反应的可能性更大了。其反应为： 2/5V2O5(l)+Si+CaO=4/5V+CaO.SiO2 T G (Si)=-419340+49.398T (J/mol) 2/5V2O5(l)+Si+2CaO=4/5V+2CaO SiO2 T G (Si)-445640+35.588T (J/mol) 2/3V2O3+Si+2CaO=4/3V+2CaO SiO2 T G (Si)=-341466.67 5.43T (J/mol) 硅还原低价钒氧化物的能力，在高温下不如碳，为了避免增碳，生产中在还原初期是 用硅作还原剂，后期用铝作还原剂。 4.2 原辅材料 V2O5是钒的初
10、级产品，85% 以上用于炼制钒铁，然后作为炼制合金钢的原料。硅热法 所用原料要求如下： 五氧化二钒：GB3283 87中的冶金 90牌号。 V2O598（ V2O590）， S 0.2%，P 0.04%，片状不大于 200200mm ，厚度 8mm 。 硅铁 GB2272 87中FeSi75 ABC任何牌号。 Si 72% ，Mn 0.3%，C0.2%，P 0.035%，S 0.02%，Cr0.5 ，块度： 20 30mm 。 铝（硅铝铁）GB/T 1196 93中。 Al 62.5%， (Al+Si) 89% ， P 0.03%， S 0.03%，C0.20%，Cu 0.10%，Mn0.4%
11、，块度： 3050mm 。 钢屑：按 QTJ TJT0504-84 要求。其中Fe96% ， C0.2%，P 0.035%，Mn 0.4%，S 0.04%，Si 1.0%，必须是碳素钢屑，不得混有有色金属、泥砂、油质等杂物，块度小于 5 300300500mm 。 冶金石灰：YB T 042 93中。普通冶金石灰二级技术条件，CaO 85% ，MgO 5% ， SiO23.5%，S 0.15%， CO22% ，P0.01% ，生烧率过烧率15，块度 2050mm ，灼 减 7，活性度（4mol/mL 40 1， 10min） 250。 4.3 冶炼操作 冶 炼 操 作 分 还 原 期 和 精
12、炼 期 两 步 。 冶 炼 都 是 在 电 弧 炉 内 进 行 ， 容 量 一 般 为 8401800KVA ，分还原期和精炼期，还原期又分为二期冶炼和三期冶炼法，用过量的硅铁 还原上炉的精炼渣，至炉渣中含V2O5低于 0.35%，从炉内排出废渣开始精炼，再加入五氧 化 二 钒 和 石 灰 等 混 合 料 精 炼 。 当 合 金 中Si量 小 于2%时 出 炉 ， 排 出 的 精 炼 渣 含 V2O510%15% ，返回下炉使用。国内普遍采用的三期冶炼钒铁的工艺流程如图5.5.3 所 示。 图 5.5.3 电硅热法冶炼钒铁的典型工艺 （1）还原期 还原作业的第一步是先将钢屑、硅铁熔化，加入精炼
13、期返回的精炼渣，再加入少量 V2O5，熔炼后形成的渣称为贫渣，其 V2O5含量小于0.35%，倒出贫渣，转入还原期第二步 冶炼，加入铝粒，控制合金中的Si、V 含量，以FeV40 为例，要求保持表5.5.3 的成分转 入精炼期。 6 表 5.5.3 合金成分 成分V Si C P S 含量， % 3137 34 0.6 0.08 0.05 还原期的配混料的计算可按照冶炼1t 钒铁为例进行配比： a. 五氧化二钒配入量：理论需V2O5量 W1=1钒铁含钒 (%)182/102 其中： 182/102 为 V2O5中的含 V 比。 实际五氧化二钒配入量W 比理论量过剩7%左右。 五氧化二钒配入量W
14、= %OV %107W 52 1 回收率纯度 b. 硅铁需要量：还原中有80%的五氧化二钒用硅铁还原，20%用铝还原，由于烧损， 需要 Si 过剩 10%，Al 过剩 30%，石灰过剩10%。 按反应 2V2O5+5Si=4V+5SiO2计算出还原 1kg V2O5理论需硅0.385kg，则： 硅铁配入量W2%110 %Si 285.0%80W1 硅铁中 c. 铝块配入量：按反应3V2O5+10Al 6V+5Al2O3 计算出还原1kg V2O5理论需铝 0.5kg，则： 铝块配入量W3= %130 % 5. 0%20W1 铝纯度 d. 钢屑配入量：需钢屑量W4=11-钒铁含钒 (%)-钒铁杂
15、质 (%)- 硅铁带入铁量 其中：硅铁带入铁量=需硅铁 W2(1-硅铁含 Si%) e. 石灰配入量 =%110 %CaO 28 62 %SiW2 石灰 碱度硅铁 （2）精炼期 目的在于脱硅，提高钒的含量，继续加入V2O5和石灰，使其与过量的硅一起转入渣 中，提高合金中的钒含量，达到FeV40 的要求，产品的成分如表5.5.4 所示。 表 5.5.4 产品成分 7 成分V Si C P S 含量， %402 0.75 0.1 0.06 精炼期产生的富钒渣返回还原期再炼，富钒渣的典型成分如表5.5.5 所示。 表 5.5.5 富钒渣成分 成分V2O5 CaO SiO2MgO CaO / SiO2
16、 含量， %8134550 2325 815 1.82.0 冶炼各期炉料的分配如表5.5.6 所示。 表 5.5.6 冶炼各期炉料分配/% 炉料还原期 1 还原期 2 精炼期 3 V2O51518 5047 35 硅铁75 25 0 铝块35 65 0 石灰2025 50 3025 钢屑100 0 0 （3）操作过程 首先，上一炉出完炉后，炉顶倾回，扒出炉渣和炉坡残存渣，用混合好且有足够粘度 的镁砂 (卤水镁砖粉镁砂=135)，针对炉衬损伤情况高温快补，且堵好出铁口。补 完炉后炉底要垫上一定数量的精炼渣。钢屑加入后，根据电极烧损情况落放或拆换电极， 检查各系统，正常后给电。此时用大电压，小电流
17、，并且立即倒入上一炉以液态存在的精 炼渣。返完精炼渣后，加一期混合料。根据电弧稳定情况增大电流至最大值。一期混合料 下完后，尽量将炉料推至三相电极中心区域。当炉料熔化到一定程度，可开始分批加入硅 铁还原，同时调整炉渣碱度。硅铁还原较充分后，碱度合适时加铝块还原，还原反应激 烈，火焰较大时停电。当炉渣中V2O50.35%时，可倒出贫渣，倒渣过程要用低电压，小 电流。倒渣后期要慢，且用拉杆检查，防止铁水倒出。贫渣倒完后用铁棍沾取渣样送化验 分析五氧化二钒含量。 8 其次，一期贫渣倒完后，用大电压给电加料，随着二期混合料的加入，电流逐渐给至 最大值。炉料基本熔化后开始加入硅铁还原，同时调整炉渣碱度，
18、继续加硅铁还原，而后 加铝贫化炉渣，出渣与一期相同。 最后精炼时，与二期给电加料相同。按合金成分调整精炼期料量，先用大电压，大电 流熔化炉料，炉料化渣后调整炉渣碱度。炉渣碱度合适时，根据电弧长短及时改用小电 压，大电流升温。当炉渣与合金具有合适的温度和流动性时，搅拌，取合金样送化验分析 V、Si、C、P、S 成分，正常出炉。出炉时先用小电压，小电流，从出渣口倒出精炼渣， 并打开出铁口后，停电出铁，再完成浇铸。 4.4 技术经济指标 通常钒的回收率可达97% 98%；贫渣含钒，V2O50.35%；冶炼时间， 80min/t。每 1t FeV40 的消耗如表5.5.7 所示。 表 5.5.7 冶炼
19、 1tFeV40 的典型单耗(kg/t) V2O5 FeSi75 铝锭钢屑石灰综合电耗， kWh/t 冶炼电耗， kWh/t 330 740 3804006080 390410 120013001600 1520 4.5 主要设备 硅热还原法生产钒铁，在铁合金电炉里进行熔炼，代表型容量为：840 2500KVA ， 典型的电压为150250V ，电流为40004500A 。炉盖、炉底和炉壁用镁砖砌筑。使用石墨 电极操作，电极直径200250mm。攀枝花某厂代表性设备如下。 变压器参数。规格：HSK73000/10，容量： 2500KVA ，一次电压： 10000V ，二次 电压： 121， 9
20、2/210，160V，额定电流： 6870A。 电炉参数。规格：3t 电弧炉，电极直径： 250mm ，炉壳体：内径 2900 1835mm，极心圆： 760mm，电极行程：1300mm。 电极。石墨电极，GB-3072-82 ，250mm。 5 铝热法冶炼钒铁 5.1 基本原理 由于钒的价态较多，用铝热法生产钒铁的原理通常可用下面反应描述。 9 3V2O5(s)+10Al 6V+5Al2O3 298H(Al)=-368.36kJ/mol G(Al)= 681180+112.773T (J/mol) 3VO2+4Al 3V+2 Al2O3 298 H(Al)=-299.50kJ/mol G (
21、Al)=-307825+40.1175T (J/mol) V2O3+2Al 2V+Al2O3 298 H(Al)=-221.02kJ/mol G(Al)=-236100+37.835T (J/mol) 3VO+2Al 3V+Al2O3298H(Al)=-195.90kJ/mol G(Al) -200500+36.54T (J/mol) 可见，上述反应的G均为负值，在热力学上都是容易进行的。从反应放热值来说， 铝热反应完全可满足反应自发进行要求的热量，称为铝热法。实际上该反应是爆炸性的 (在绝热情况下，反应温度可以达到3000左右 )，因此必须人为地控制反应速度。 用三氧化二钒还原的反应少耗铝4
22、0%。但是在用铝热法冶炼高钒铁时，反应的热量明 显不足，无法维持反应自动进行，所以需要补充一部分热量才行，目前是以通电的方式来 补充热量的称为电铝热法。当然也可以采用副反应。铝热法冶炼可制得含钒品位高，杂质 少的钒铁合金。 5.2 铝热法冶炼钒铁工艺与设备 （1）原料 五氧化二钒：符合GB3283-87 标准的 V2O598 牌号。粒度：55555mm。 铝豆： Al99.2 ， Fe0.13， C0.005， Si0.1， P0.05， S0.0016，粒 度： 1015mm。 石灰：CaO 85， MgO5 ， SiO2 3.5， S 0.15， P 0.03，灼减 7 。 铁屑：含C 0
23、.40，粒度 15mm。 返回渣：即铝热法生产得到的炉渣(刚玉渣 )，粒度： 510mm。 铝热法生产钒铁的典型工艺流程见图5.5.4。 10 图 5.5.4 铝热法冶炼钒铁流程 （2）配料 首先按反应：3V2O5+10Al=6V+5Al2O3计算出理论耗铝量： 理论耗铝量 3OV 10AlOVOV 52 5252 分子量 原子量品位重量 铝热法冶炼钒铁配料的最佳工艺条件是单位炉料反应热为31403350kJ/kg炉料。配铝 量按 V2O5反应所需理论量的100%102%配入。一般而言，增加铝热反应的铝量，可使反应 进行得很完全、充分，达到较高的钒回收率。但当配铝量超过一定限度后，多余的铝将进
24、 入合金中，达不到质量要求；另一方面，由于合金中含铝高，使其比重降低，影响合金在 炉渣中的沉降速度，使渣中夹杂的合金增多，降低了钒回收率；同时由于耗铝量增加，使 生产成本增高，不经济。 铝热反应发热量超过需要数值，故炉料中加入惰性料，如返回渣、石灰、碎合金等，以降低 炉料发热量，保证反应平稳进行。惰性物料的加入量可视情况按V2O5用量的20%40%配 入。 钒铁的产量(投入的金属V 量钒收率 %)/合金含钒量 % 钢屑加入量钒铁产量(1合金含钒量 %合金杂质量%) 由于铝热反应后即成为自发反应，反应时间短，难以控制，因而配料工序质量的好坏 直接影响到钒铁产品质量，故要求配料务必准确(计算与称量
25、 )、混料均匀、以免造成炉料 11 偏析。 生产钒铁的各类原料都要彻底干燥，以避免冶炼时发生喷溅。 （3）冶炼主要设备 混料机：根据情况选择。 反应炉：用铸铁或钢制成的圆筒型炉壳，外部用钢夹紧环加固，内衬镁砖砌筑，为 了提高镁砖寿命，炉子内壁用磨细的刚玉渣和卤水混合料打结，炉底可铺镁砂，然后烘烤 干燥。可将整体炉子按放在可移动的平车上。炉子大小视其产量确定，一般内径为 0.51.7m，高 0.61.0m。 反应室：带有抽风烟罩系统的冶炼空间。是铝热法进行冶炼的场所。 （4）冶炼操作 钒铁冶炼是在筒式炉内进行的。冶炼炉准备过程分砌炉、打结和烘炉三道工序。钒铁 冶炼炉的炉衬分永久层和临时层。永久层
26、是用镁砖和高铝砖分三段砌筑的，临时层是用返 回渣打结的。耐急冷急热性较差，拆炉时，砖很容易损坏，良好的炉衬打结质量是防止漏 炉的关键，打结强度适中，以免拆炉困难，同时炉体底部打结层要比上半部厚一些。另 外，打结材料中不得混入其它低熔点的杂物；炉身和炉底的接缝处必须塞紧。 冶炼钒铁时，先将冶炼炉吊放到平车上，采用下部点火时在炉筒底部装入少量炉料， 布好底料，表面放一些混合好的V2O5粉末和铝粉，在放一些点火剂，点火剂有BaO2、氯 酸钾或镁屑等。再将平车送入冶炼室内。用点火剂点火后，依据反应情况逐渐从上部加入 全部炉料，加料速度要合适，加料速度过快，炉料反应速度快，炉温升高，喷溅严重，使 钒和铝
27、损失增加；加料速度过慢，反应进行慢，冶炼温度低，会使炉渣过早粘结，渣铁分 离 不 完 全 ， 合 金 凝 聚 不 好 ， 钒 回 收 率 随 之 下 降 。 经 验 表 明 ， 加 料 速 度 控 制 在 160200kg/(m 2.min)较合适。 采用上部点火时，先将炉料全部加入炉内，再点火，这种方法由于反应激烈，热量集 中，炉料喷溅严重，因此一般采用下部点火法。 冶炼拆炉后，先将合金锭进行水淬冷却处理，然后进行合金表面精整，再进行砸铁、 破碎、筛分、包装，最后入库。 12 炉渣吊运到破碎系统，经处理后，一部分作为配料返回渣，一部分用来打结炉衬，余 下的炉渣卖给耐火材料厂。 （5）技术经济
28、指标 产量：视炉子容积大小在5001000kg 之间，但不超过2000kg。 产 品 质 量 ： 一 般 可 得 到 含 钒75%82% 的 产 品 。 其 它 成 份 (%) 为1.01.5Si ； 1.02.0Al ；0.150.2C； 0.05S； 0.025P。 钒回收率：一般85%90%，最高可达到95%。 （6）提高钒回收率的方法 由于铝热法反应激烈，炉渣中将夹杂有一些金属珠，炉渣中含有较高的钒。为提高钒 收率，一般采用如下的两种方法。 加发热沉降剂法 铝热反应结束后，立即往炉渣表面加入由三氧化二铁和铝粒组成的发热沉降剂，有两 个目的： 一是由于沉降剂的放热反应而使炉渣继续保持熔融
29、状态，有利于炉渣与钒铁的分 离，使合金继续下降；二是由于沉降剂反应产生的铁铝合金穿过渣层下降时，继续还原渣 中尚未还原的钒氧化物和吸附悬浮在炉渣中的合金微粒而提高了钒的收率。通常采用这种 方法可提高收率2%以上。 加入沉降剂的方法可人工加入或用机械方法(如喷枪喷入)。需要指出，在计算配料时 要考虑到这部分增加的铁量，避免合金中的铁过高而降低钒的品位。 电热法 铝热反应完毕后，立即将平车送到电加热器位置，通电加热炉渣，保持炉渣的熔融状 态，使合金继续下降，从而提高钒收率。 6 碳还原法冶炼钒铁 实验室或小规模生产时可选用碳热法，冶炼钒铁的化学反应方程式为： V2O5+C=2VO2+CO T G
30、(C)49070-213.42T(J/mol) 13 2VO2+C=V2O3+COTG (C)=95300- 158.68T (J/mol) V2O3+C=2VO+CO T G (C)=239100-163.22T(J/mol) VO+C=V+C T G (C)=310300- 166.21T (J/mol) V2O5+7C=2VC+5CO TG (C)= 79824- 145.64T (J/mol) 上述还原反均为吸热反应，需用电补充热量才能进行。在形成碳化物反应的同时，自 由能会大量减少，所以反应急剧增强，结果形成含有一定比例的碳合金。实际上在此情况 下炼得的合金含碳4%6%，因此工业上采
31、用碳还原法炼不出低碳钒铁。但在实验室中，采 用高温高真空却可以制出低碳钒铁。国外一些工厂用类似的方法生产了含38%40%V ， 2%3%C ，5%12%S 的钒铁。这种合金对于大多数含钒合金钢都无法使用，所以很少采用 碳热法。 7 钒渣直接冶炼钒铁 国内外采用钒渣直接炼钒铁的方法很多，大都处于研究状态，实际生产的很少。钒渣 直接冶炼钒铁的方法分两步进行，首先将钒渣中的铁(氧化铁 )采用选择性还原的方法在电 弧炉内，用碳、硅铁或硅钙合金将钒渣中的铁还原，使大部分铁从钒渣中分离出去，而钒 仍留在钒渣中，这样得到了V/Fe 比高的预还原钒渣。 第二阶段是在电弧炉内，将脱铁后的预还原钒渣用碳、硅或铝还
32、原，得到钒铁合金。 我国攀钢、中信锦州铁合金公司等单位也都试验过用电炉直接冶炼钒铁的工作。 奥地利特雷巴赫工厂（TCW ）采用该方法，工艺流程见图5.5.5。 14 图 5.5.5 特雷巴赫钒渣直接炼钒铁工艺 8 三氧化二钒冶炼钒铁 生产高钒铁时，可以采用铝热法冶炼三氧化二钒，可以节省铝还原剂的耗量，降低生 产成本。与一般炉外法用五氧化二钒冶炼钒铁不同的是由于三氧化二钒与铝反应的热量不 足，不能自动进行，因此冶炼设备是在电弧炉中冶炼的。用电弧炉的目的有三点，一是为 了补充用V2O3冶炼时的热量不足，二是为了提高钒的回收率，三是使炉内的温度达到使炉 渣能排出，且使铁水能浇铸到锭模的要求。德国Gf
33、E电炉的容积为5m3，功率为 1.2MVA ， 4.5 吨三相电弧炉，石墨电极直径为300mm，炉衬全部用本渣(刚玉渣 )打结，不 用耐火砖，每次只需要用炉渣补炉即可。 将V2O3、铝粉 (粒)，钢屑和石灰称量并混合放入储罐内，用运料叉车把混合料罐安 放在电炉炉顶下料装置上； 将部分钢屑熔化约510 分钟； 再将混合料用电磁振动阀加入到炉内熔炼50 分钟左右 (电压为 130V)； 经过5 分钟倾注排渣，使熔体在熔融状态下(温度为2100)，出炉铸入衬有本渣的 弧型锭模内； 待金属在锭模内冷一天(500 )后，脱模后将合金放入水池内急冷，以后经过精整、 破碎得到高钒铁。炉渣除了作为补炉用之外，
34、多余的可外卖。 钒铁冶炼时间共1 小时左右，炉料一次配好，冶炼过程不再加其它炉料。每炉电耗约 1900KWh ，可得合金2t 及含 V 23%的炉渣 2.4t，钒回收率可达97%。 9 钒铁冶炼新技术 （1）河北钢铁公司承德分公司发明了一种钒铁合金清洁生产工艺。通过集成创新将电 硅热法电铝热法两种钒铁生产工艺在同一场地实施，实现具备全牌号钒铁合金生产能力， 充分利用两种冶炼钒铁合金过程原、材料互补性，钒铁成品破碎产生的钒铁粉直接用于氮 化钒铁生产，不再返回流程二次熔炼，对电铝热法工艺的炉渣、衬、工艺废料等，回收用 于电硅热炉再利用，实现了钒铁合金冶炼的高效与清洁生产；对两种工艺产生的冶炼贫 渣
35、、除尘灰、工业废水进行资源化再利用，降低工艺流程的综合能耗，提高冶炼钒铁合金 15 的资源利用率，使整个工艺流程无废水废渣排放。符合循环经济理念，将电硅热法与电铝 热法两种钒铁生产工艺在同一场地实施一体化整体设计建设，降低工程成本。 （2）浙江欣万飞科技有限公司发明了一种防止合金烧制后粘结的氮化钒铁合金的制备 方法，包括以下步骤：步骤一：将含钒化合物、粉末状碳质还原剂、铁粉和粘结剂混匀后 压制成直径为3060mm 的半成品球；步骤二：投料时将半成品球与颗粒状碳质还原剂混 合，然后干燥、碳化氮化反应、冷却、出料，这样每隔68 小时投料一次，出料一次。利 用颗粒状碳质还原剂将半成品球隔开，一方面增
36、加了传热性，使升温更快，降低了能耗， 另一方面烧好的球彼此分开，能够做到连续进料出料，大大降低了生产成本，提高了生产 效率；并且通过该方法制备的氮化钒铁合金质量稳定，密度大。 （3）攀枝花市银江金勇工贸公司发明了一种以攀西钒原料冶炼制取钒铁合金的方法。 其具体方法步骤为：按配方称量好上述各种原材料和辅助材料，将称量好的上述原料和辅 助材料放入混料设备充分搅拌至均匀，混合均匀后放入经过预热到200-300的反应装置 内，进行火开始反应，反应结束后加入30-50kg 缓凝剂，冷却48-72h，最后分离渣和合 金；钒铁合金产品经检验、精整、包装入库。本工艺步骤相对于现有技术有所简化，既提 高了安全性
37、，又降低了生产成本；该发明的高钒铁产品钒品位高，硫磷水平低，铝硅含量 低，有效降低了可能带入杂质对钢种产生的危害，对钢铁生产的脱氧合金化有积极的促进 意义。 （4）攀钢集团公司发明了一种电铝热法冶炼钒铁合金的生产工艺，重点改进是提供一 种廉价的、易控制的、对炉衬无侵蚀的调渣步骤，生产工艺为：A、配料； B、还原冶炼； C、调渣； D、按常规方法浇铸、破碎成型即可；改进之处是：步骤C 中加入铁氧化物调 渣，铁氧化物的添加量为铝重量的15 20；铁氧化物熔化后，当冶炼至炉温达1600 1900，钒铁合金液中铝含量低于0.5时，钒铁合金液和炉渣一并出炉。加入铁氧化物利 于残余铝脱除，降低合金中的铝含
38、量至0.2 0.5之间，同时可调整渣态，降低炉渣的 熔点，使冶炼顺利进行、渣中金属沉降到合金溶液里，且钒收率高达97 99，从而降 低钒铁冶炼成本，提高产品质量，增加企业效益和资源利用率。 （5）中南大学发明了一种石煤酸浸液生产钒铁合金的方法，工艺过程包括：石煤酸浸 16 液加铵 (氨)除铝；除铝后液中和或氧化后中和沉铁钒化合物；铁钒化合物净化除杂；铁钒 化合物还原熔炼生产钒铁等步骤，本发明工艺流程简短，试剂耗量小，生产成本低，产品 质量好，环境友好，易实现工业化生产。 （6）湖南省冶金材料研究所发明了氮化钒铁合金及其制备方法。氮化钒铁合金的成分 是：含钒47-81、氮8-16、铁4-44、碳
39、 1 、硅 1.50 、铝 0.01 、锰 0.50 、 硫0.05 、磷 0.05 ；方法是，将粉末状钒化合物、碳质还原剂、铁粉混合后加入粘结 剂，压块，烘干后放入通保护气氛冶金炉中进行碳热还原、渗氮及烧结反应，碳热还原段 的温度为： 900-1200、渗氮段的温度为：1200-1350 、烧结段的温度为：1350- 1490，总反应时间为2-18 小时。该法简化了传统工艺、极大缩短了反应周期、降低了设 备投入和生产成本，所得产品质量稳定、钒的收得率高、密度大，在钢中应用熔点低。 参考文献 1 陈厚生 . 钒和钒合金 . 化工百科全书 M. 第 4 卷. 北京：化学工业出版社, 1993:7
40、392 2 杨绍利，刘国钦，陈厚生.钒钛材料 M. 北京：冶金工业出版社，2007 3 廖世明 , 柏谈论 . 国外钒冶金 M. 北京：冶金工业出版社, 1985 4 黄道鑫 , 陈厚生 . 提钒炼钢 M. 北京：冶金工业出版社,2000.415 5 杨守志 . 钒冶金 M. 北京：冶金工业出版社, 2010 6王永刚 .V2O5和 V2O3冶炼钒铁的工艺探讨 J.铁合金 .2002,（3）： 10-13 7杨仰军 .用三氧化二钒电硅热法冶炼FeV50 试验研究 J.钢铁钒钛 .2003,24（2）： 19-23 8白风仁，刘福泉.用钒渣直接冶炼钒铁的新工艺探讨J.铁合金 .1995,（1）： 30-35 9卢森 .低价钒冶炼钒铁的研究J.钒钛 .1992,（6）： 43-48 10 中华人民共和国国家知识产权局网站 参考文献：钒钛产品生产工艺与设备，北京：化学工业出版社，作者：邹建新等， 2014.01 钒钛物理化学，北京：化工出版社，作者：邹建新，2016 17 （钒钛资源综合利用四川省重点实验室【攀枝花学院】， ） 四川省钒钛材料工程技术中心