2/5V2O5(l)+Si+2CaO=4/5V+2CaO SiO2 GT(Si)＝-445640+35.588T (J/mol)
2/3V2O3+Si+2CaO=4/3V+2CaO.SiO2
G
T
(Si)=-341466.67—5.43T
(J/mol)
还原生成的V和Fe形成固溶体，即为钒铁！
第十八节 硅热法冶炼钒铁的生产工艺与设备
K、技术经济指标 （1）贫渣含钒：V2O5≤0.35%。 （2）冶炼时间：80min/t。 （ 3）单耗：见表 。
表 冶炼1t FeV40的单耗，(kg/t)
V2O5 FeSi
100
75
%
铝锭 钢屑 电极 镁砖 镁砂 石灰 水
压缩空气 m3/t
综合电耗 冶炼电耗
kWh/t
kWh/t
735.6 340 130 250 28 130 130 1540 80
(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 V2O5≤0.35%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。
• 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20~30mm；
•
石灰：应煅烧良好，有效CaO>85%，P<0.015%，块
度30~50mm；
•
铝块：30~40mm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
第十七节 硅热法冶炼钒铁的基本原理
整体生产概念的形成： • 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 • 生产钒铁的工艺：硅热还原法
对于给定的原料，如何通过使用主体设备使之变成最终 产品？以下图示可直观表达：
• 当合金中Si量小于2%时出炉，排出的精炼渣含V2O5 10% ~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。
图 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
150~250V，电流为4000~4500A。炉盖、炉底和炉壁用 镁砖砌筑。使用石墨电极操作，电极直径200 ~ 250 mm。 以某厂设备为例。
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 制好电流等措施，可以避免跑渣现象的出现。
V2O5纯度%
2）含钒量高 补加钢屑量=
需降V(%) 炉中合金量 降后合金含钒数
（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= 需增Si % 炉中合金量
硅铁Si % 增后合金含硅
2）硅高
降Si 量% 炉中合金量 364
• 补加V2O5=
140 V2O5纯度%
补加石灰量=
（1）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+CaGOT.(SSiOi)=2 -419340+49.398T (J/mol)
第四章 钒材料
第十六节 钒铁的生产方法简介
(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 炉外法(即铝热法)。
(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。
(3)电极： 石墨电极，GB-3072-82，Φ250mm。
(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。
• 五氧化二钒配入量W=
(3)锭模浇铸后80min要脱模，铁锭立即放入水冷池冷却 30~40min，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=
需增V(%) 炉中合金量 182 102
本次课内容回顾提要
第四章 钒材料
第十六节 钒铁的生产方法简介 第十七节 硅热法冶炼钒铁的基本原理 第十八节 硅热法冶炼钒铁的生产工艺与设备 第十九节 铝热法冶炼钒铁的基本原理 第二十节 铝热法生产钒铁的工艺流程与设备 第二十一节 碳还原法简介 第二十二节 钒渣直接冶炼钒铁简介 第二十三节 钒铁的质量标准 第二十四节 钒铝合金生产简介 第二十五节 钒铝合金生产原理 第二十六节 钒铝合金生产工艺
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。
50~47 25
铝块
35
65
石灰
20~25
50
钢屑
100
0
3精炼期 35 0 0
30~25 0
表 四期冶炼各期炉料分表，（%）
炉料
V2O5 硅铁 铝块 石灰 钢屑
1还原期 20~22 54~58 24~28 16~18
100
2还原期 26~28 21~26 30~35 30~32
0
3还原期 24~27 19~22 39~44 29~31
500
1600
1520
优缺点：
*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1600~1700kWh，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。
(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100~150kg，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 锭模浇铸口上面100mm为宜，渣铁要分离，不得将渣铸入锭模。
G
T
(Si)=-1150300+259.57T
2V2O3+3Si=4V+3SiO2 2VO+Si=2V+SiO2
G
T
(Si)=-103866.7+17.17T
G
T
(Si)=-56400+15.44T
• 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)变压器参数： 规格：HSK7—3000/10，容量：2500KVA，一次电压：
10000 V，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：Φ250mm，炉壳体：内径
Φ2900×1835mm，极心圆：Φ760mm，电极行程：1300mm。
5）石灰配入量=
W2
硅铁Si % 62 28
石灰CaO%
碱度
110%
（2）炉料分配 电硅热法冶炼钒铁有两个过程：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。
表 三期冶炼各期炉料分配/%
炉料
1还原期
2还原期
V2O5 硅铁
15~18 75
这些材料含C≤0.5%，P≤0.035%。
• 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。
0
精炼期 26~27
0 0 0 0
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