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1钒铁概述1.1简介钒铁（Ferrovanadiumalloy）通过还原而得到的铁和钒中间合金(铁钒二元合金)，其钒含量不小于35.0%（重量），不大于85.0%（重量），常用的钒铁有含钒40%、60%和80%三种。钒作为元素周期表中钒族元素中的一员，其原子数为23，原子量为50.942，熔点为1887度，沸点为3337度，纯钒呈现为闪亮的白色，质地坚硬，为体心立体机构。大约80%的钒和铁一起作为钢里的合金元素。含钒的钢很硬很坚实，但一般其钒含量少于1%。四川攀枝花钒钛资源十分丰富，其中钒的储量占全国的62%，居世界第三位。我国从1978年开始出口钒渣、V2O5、钒铁。从此我国从钒进口国变为钒出口国。1.2钒铁用途钒铁是钢铁工业重要的合金添加剂。钒可提高钢的强度、韧性、延展性和耐热性。世界上消耗的钒约90%用于钢铁工业。钒在普通低合金钢中主要是细化晶粒，增加钢的强度并抑制其时效作用；在合金结构钢中是细化晶粒，增加钢的强度和韧性，在弹昔钢中与铭或锰配合使用，增加钢的弹性极限，并改善其质量，在工具钢中王要细化钢的组织和晶粒，增加钢的回火稳定性，增强其二次硬化作用，提高其耐磨性，延长工具的使用寿命，在耐热钢和抗氢钢中，钒也起有益的作用，铸铁中加入的钒，由于形成碳化物而促进珠光体形成，使渗碳体稳定，石墨颗粒的形状细而均匀，细化基体的晶粒，因而使铸件的硬度、抗拉强度和耐磨强度提高。1.3产品粒度钒铁以块状或粒状作为产品，其粒度要求如下表：粒度组别粒度小于下线粒度/%大于下线粒度/%不大于15-1555210-5055310-10055表1粒度要求表1.4生产方法及特点钒在地壳中的丰度为135×10-4%。钒矿物有70多种，但单一的钒矿床很少(仅秘鲁的米纳拉格拉为单矿床。已采完。)，都是与别的矿共生。用作生产钒的原料有钒钦磁铁矿（含V0.4%-1.40），铀钒矿（合V2051.5%-2.05%），原油灰烬（合V20520%-40%），合钒磷铁（合V3%-6%），废钒催化剂，生产氧化铝的残渣等。这些原料含钒低，都需要用湿法冶金的方法，首先从这些原料中提取五氧化二钒，然后再将五氧化二钒冶炼成钒铁及钒添加剂。钒磁铁精矿是生产钒的主要原料，世界钒产量的90%是用这种原料生产的。①以还原剂来区分：通常分为砧热法、铝热法、碳热法三种。②以还原设备区分：在电炉中冶炼的合电炉法(包括碳热法、电硅热法和电铝热法)。石用电炉加热，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、钒滔原料冶炼钒铁的方法。④根据热源不问可分为：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。另一种是耗铝量大，回收率低，合金品值高，不用电能。2电硅热法冶炼钒铁2.1基本原理片状五氧化二钒用75%硅铁和少量铝作还原剂，在碱性电弧炉中，经还原、精炼两个阶段炼得合格产品。还原期将一炉的全部还原剂与占总量60～70%的片状五氧化二钒装入电炉，在高氧化钙炉渣下，进行硅热还原。当渣中V2O5小于0.35%时，放出炉渣（称为贫渣，可弃去或作建筑材料用），转入精炼期。此时，再加入片状五氧化二钒和石灰，以脱除合金液中过剩的硅、铝等，铁合金成分达到要求，即可出渣出铁合金。精炼后期放出的炉渣称为富渣（含V2O5达8～12%），在下一炉开始加料时，返回利用。合金液一般铸成圆柱形锭，经冷却、脱模、破碎和清渣后即为成品。2.2特点此法一般用于含钒40～60%的钒铁冶炼。钒的回收率可达98%。炼制每吨钒铁耗电1600千瓦·时左右。2.3冶炼流程冶炼操作分还原期和冶炼期两步，冶炼都是在电弧炉内进行。用过量的钒铁还原上炉的精炼渣至炉渣中含V205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V20510%-15%，返回下炉使用。（1）还原期：还原作业的第一步是先将钢屑、硅铁熔化，加入精炼期返回的精炼渣，再加入少量V205，熔炼后形成的渣称为贫渣，其V205含量小于0.35%，倒出贫渣，转入还原期第二步冶炼，加人铝粒，控制合金中的Si、V含量。（2）精练期：目的在于脱硅，提高钒的含量，继续加入V205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，达到产品的要求。（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，针对炉衬损伤情况高温快补，且堵好出铁口。补充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，检查特系统，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。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。当护料熔化到一定程度．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V205＜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。贫渣倒完后用铁棍能取渣样送化验分析五氧化二饥含量。其次、一期贫渣倒完后，用大点压给电加料，随着二期混合料的加入，电流逐渐给电最大位。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。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，停电出铁，再完成浇铸。图2.3电硅热法冶炼钒铁工艺流程图3电硅热法冶炼钒铁主要设备——三相电弧炉3.1电弧炉简介电弧炉，英文名称为electricarcfurnace，是一种通过金属/非金属产生电弧过程中产生的高温来对矿石或金属等物质进行熔炼的工业炉，具有体积小、操作简单、灵活性大、温度受控、性能较强等诸多优点，起初仅用于冶炼合金钢，现还可用于碳素钢的生产，已在我们的生产生活中占据越来越重要的地位。3.2三相电弧炉简介三相电弧炉是一种以三相交流电为电源的电弧炉，其使用的电极一般为石墨电极或碳素电极，在电极与炉料之间产生电弧进而升高温度将矿石等熔化。在有些三相电弧炉的炉底还装有电磁搅拌器，对炉料一直进行一个方向的搅拌进而提高电弧炉熔化炉料的效率;在某些超大型的电弧炉内还装有炉体回转机构，可将炉体进行一定角度的旋转，使得炉料受热更加均匀。3.3三相电弧炉结构及其原理电弧炉主要由电极夹持器、电极、炉盖、熔池、炉门、倾动摇架、液压钢等部件构成，如下图所示，其炉底、炉壁使用的是酸性或碱性耐火材料构建的，首先通过电极向炉内输送电能，然后电极与炉料发生作用产生电弧来升高炉内温度，最后高温使得矿石金属等被融化。图3.3三相电弧炉结构示意图