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1、5.7 钒铁合金5.7.1 冶炼钒铁的方法分类 (1)以还原剂来区分：根据冶炼钒铁使用的还原剂不同，通常分为碳热法、硅热法或铝热法三种。 (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、三氧化二钒原料冶炼的方法和用钒渣直接冶炼钒铁的方法。5.7.2 硅热法5.7.2.1 硅热法冶炼钒铁的基本原理 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铸片在炼钢电弧炉内用硅铁冶炼成钒铁。 2/5V2
2、O5(l)+Si=4/5V+SiO2 (Si)=-326840+46.89T (J/mol) V2O5(l)+Si=V2O3+SiO2 (Si)=-1150300+259.57T (J/mol) 2V2O3+3Si=4V+3SiO2 (Si)=-103866.7+17.17T (J/mol) 2VO+Si=2V+SiO2 (Si)=-56400+15.44T (J/mol)硅热还原，在高温下用硅还原钒的低价氧化物自由能的变化是正值，说明在酸性介质中用硅还原钒的低价氧化物是不可能的。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，其作用是：（1）
3、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。（2）降低炉渣的熔点和粘度，改善炉渣的性能，强化了冶炼条件。（3）在有氧化钙存在的情况下，提高炉渣的碱度，改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 (Si)=-419340+49.398T (J/mol) 2/5V2O5(l)+Si+2CaO=4/5V+2CaO SiO2 (Si)-445640+35.588T (J/mol) 2/3V2O3+Si+2CaO=4/3V+2CaO·SiO2 (Si)=-341466.675.43T (
4、J/mol) 此外，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。 5.7.2.2 硅热法冶炼钒铁工艺 A、原料 硅热法所用原料如下： V2O5：厚度不超过5mm，块度不大于200mm； 硅铁：通常用75%硅铁，块度2030mm； 石灰：应煅烧良好，有效CaO>85%，P<0.015%，块度3050mm； 铝块：3040mm块度； 废钢：用废碳素钢或从钒渣中磁选出的废钢，这些废钢应清洁、少锈。也可用废钢屑或其它优质钢铁料，但要求这些材料含C0.5%，P0.035%。 B、生产工艺流程电硅热法冶炼钒铁的技术是很成熟的技术，冶
5、炼都是在电弧炉内进行，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。现将目前国内普遍采用的三期冶炼钒铁的工艺流程示于图5-29。 图5-29 硅热法冶炼钒铁工艺流程C、生产设备 硅热还原法生产钒铁，在炼钢型电炉里进行熔炼，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。以某厂设备为例。 (1)变压器参数： 规格：HS
6、K73000/10，容量：2500KVA，一次电压：10000V，二次电压：121，92/210，160V，额定电流：6870A。 (2)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。 (3)电极： 石墨电极，GB-3072-82，250mm。 (4)冶炼操作 D、配混料 (1)以冶炼1t钒铁为例配比计算： 1）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
7、二钒配入量W= 2）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 3）铝块配入量：按反应3V2O5+10Al6V+5Al2O3计算出还原1kg V2O5理论需铝0.5kg，则：铝块配入量W3= 4）钢屑配入量：需钢屑量W4=1×1-钒铁含钒(%)-钒铁杂质(%)-硅铁带入铁量 其中：硅铁带入铁量=需硅铁W2×(1-硅铁含Si%) 5）石灰配入量= （2）炉料分配 电硅热法冶炼钒铁有
8、两个过程：还原过程和精炼过程。 还原过程可分为二阶段(三期冶炼法)和三个阶段(四期冶炼法)。对三期和四期冶炼各阶段炉料分配见表5-35和表5-36。表5-35 三期冶炼各期炉料分配/%炉料1还原期2还原期3精炼期V2O51518504735硅铁75250铝块35650石灰2025503025钢屑10000表5-36 四期冶炼各期炉料分配表，（%）炉料1还原期2还原期3还原期精炼期V2O52022262824272627硅铁5458212619220铝块2428303539440石灰1618303229310钢屑100000 E、第一期冶炼 (1)上一炉出完炉后，炉顶倾回，迅速扒出炉渣和炉坡残存
9、渣，用混合好的、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，不漏一铲，且堵好出铁口。 (2)补完炉后炉底要垫上一定数量的精炼渣。 (3)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，并且立即倒入上一炉以液态存在的精炼渣。 (4)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。 (5)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
10、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。 F、第二期冶炼 (1)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。 (2)炉料基本熔化后开始加入硅铁还原，同时调整炉渣碱度，继续加硅铁还原，而后加铝贫化炉渣。出渣与一期相同。 G、第三期冶炼 与二期给电加料相同，炉料化清后，用木耙搅拌，取金属样送化验分析V、Si、C、P、S。取样位置在三相电极中间。取样前样勺要清洁、烤干、沾渣。尔后调整炉渣碱度，加硅铁还原，加铝贫化，出渣与一期相同。 H、精炼期冶炼 (1)与二期给电加料相同。精炼期料量根据三期合金
11、成分调整，先用大电压，大电流熔化炉料，炉料化渣后调整炉渣碱度。 (2)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，用铁、木耙搅拌，取合金样送化验分析V、Si、C、P、S成分，正常出炉。 (3)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。 I、浇铸 (1)铁水包连续使用时要保持干燥，无积渣，各部分机械要灵活好用，包底垫河砂适量(约60kg)，锭模底垫钒铁粉100150kg，上下模间用石棉绳垫好。 (2)浇铸时对包要迅速、准确，以免跑漏，浇铸速度要根据铁水温度和排气情况适当控制，每锭浇铸量要适当，一般铁水面离锭模浇铸口上
12、面100mm为宜，渣铁要分离，不得将渣铸入锭模。 (3)锭模浇铸后80min要脱模，铁锭立即放入水冷池冷却3040min，水冷池水量一般占池容的2/3。放入铁锭后再注满水，取出铁锭干燥后送精整包装。 J、冶炼过程中的几个问题的处理 （1）合金含钒不正常 由于配料不准造成。 1）含钒量低补加V2O5量= 2）含钒量高补加钢屑量= （2）合金含硅不正常 由于配料不准及反应不正常造成。 1）硅低补加硅铁量= 2）硅高 补加V2O5= 补加石灰量= （3）合金含碳、磷高 由于原料含碳、磷高造成，用钢屑冲淡，同时要控制合金含钒量。补加钢屑量= （4）炉衬的维护 由于冶炼过程渣铁对炉衬的侵蚀，为了提高其使
13、用寿命，每次出炉后要尽快扒掉残留在炉壁上的精炼渣，同时要在高温下用具有一定粘度的补炉剂补炉。补炉后炉底要垫一层炉渣保护炉底，防止给电时将炉底烧穿。在搅拌和耙料时，要避免木耙或铁耙接触炉底，因木耙产生的气体会使变软的炉底泛起。一、二、三期冶炼操作时的温度不要提得过高，保持炉衬硬度，避免炉底烧软化。 正常情况下，一个炉体可炼70炉以上。 （5）跑渣 跑渣是在冶炼过程中，炉渣沸腾，上涨，以致从炉门冲出的现象。很易造成人身和设备事故。产生原因是由于还原时还原剂投入过快，还原反应激烈。炉内反应不平衡局部反应过于集中。五氧化二钒中S含量高，石灰消化等。因此针对上述问题，要加强物料管理、注意加料速度、控制好
14、电流等措施，可以避免跑渣现象的出现。 L、技术经济指标 （1）贫渣含钒：V2O50.35%。 （2）冶炼时间：80min/t。（3）单耗：见表5-37。表5-37 冶炼1tFeV40的单耗，(kg/t)V2O5100%FeSi75铝锭钢屑电极镁砖镁砂石灰水压缩空气m3/t综合电耗kWh/t冶炼电耗kWh/t735.63401302502813013015408050016001520 硅热法制得的钒铁含钒品位一般35%55%。钒的冶炼回收率很高，可达98%以上，由于采用价格比铝低很多的硅铁作还原剂，每吨含V40%的钒铁耗电16001700kWh，冶炼成本较低。但难于冶炼V>80%的钒铁，产品含碳量一般难于降到0.2%0.3%以下。5.7.3
