铝热法冶炼FeV80工业化试验浅析

左 恒，汪 虎，范建斌

（1.陕西五洲钒金属材料科技有限公司，陕西 西安 710000；2.陕西五洲矿业股份有限公司，陕西 商洛 726000）

钒在地壳中的总含量排在金属的第22位，比铜、铅的含量多，预估为0.02%～0.03%，按照目前用量，可被人类使用几个世纪。澳大利亚、美国、俄罗斯、南非和中国是世界上的主要钒资源国和生产国。钒因具有许多特殊的性能而成为重要的战略金属[1]。钒的应用特别广泛，主要应用于：

钢铁工业：钒是主要的钢材添加剂。钒加入钢中，可以显著地提高钢的强度和韧度。钒主要用于制造合金钢和工具钢。如结构钢、桥梁钢、轨道钢、高压容器和管道以及油井气井钻探用钢。

航空航天工业：钒在有色金属领域的重要应用是用于制造航空航天工业用的钛基合金[2]。

玻璃与陶瓷工业五氧化二钒和钒化合物主要用于玻璃与陶瓷工业的着色剂、硫酸和石油化工生产用的催化剂。在我国85%的钒用于钢铁工业中，而钢铁行业中使用的钒主要是钒铁，所以我们对钒铁生产工艺的研究具有重大的现实意义和经济效益。

1 钒铁冶炼方法

铝热法生产FeV80产品，主要使用铝粉作还原剂，在碱性炉衬的炉筒中，采用下部点火法冶炼。先把小部分混合炉料装入反应器中，即行点火。反应开始后再陆续投加其余炉料。通常用于冶炼高钒铁（含钒60%～80%），回收率较电硅热法略低，约90%～95%。

用铝热法生产FeV80的原理是以铝作为还原剂[3]，还原五氧化二钒，同时补充适量的铁和熔剂，利用化学反应热熔化物料，使钒和铁固溶结合形成钒铁合金，在试验中加入石灰主要是造渣，增加炉渣的流动性，便于铁渣分离，但其用量要合适，否则将降低钒的回收率。

公司FeV80的生产工艺还存在一些问题，产品质量不高，为此组织专业人员对FeV80的生产工艺进行攻关性试验。通过分析上述钒铁的冶炼方法并结合公司实际情况，采用上部点火法的铝热法生产FeV80，因为该方法具有工艺流程短、产品质量高、杂质含量低、回收率较高、可生产高品位钒铁等优点，并且生产工艺简单实用、适合大规模工业生产，并且经济效益良好。

2 试验过程

该试验的目的主要是控制产品中硅、磷、铝的含量使产品合格率达95%以上；提高钒的回收率，使钒综合回收率达95%以上；消除夹渣、减少喷溅、找出合理的工艺参数；总结影响FeV80生产的各种因素。为了达到以上目的我们具体进行了如下工作。

试验所需原料及工艺流程如下。

2.1 试验原辅材料

（1）五氧化二钒：符合GB3283-2004标准的V205 98牌号。粒度：55mm×55mm×5mm。

（2）铝粒：w（Al）>99.2%，w（Fe）<0.13%，w（C）<0.005%，w（Si）<0.1%，w（P）<0.05%，w（S）<0.0016%.粒度：10mm～15mm。

（3）石灰：w（CaO）≥85%，w（MgO）<5%，w（SiO2）≤3.5%，w（S）≤0.15%，w（P）≤0.03%。

（4）铁屑：含w（C）<0.40%，粒度小于15mm。

（5）返回渣：即铝热法生产得到的炉渣（刚玉渣），粒度：5mm～10mm。

（6）铁鳞：含Fe>65%，粒度小于3mm。

（7）镁砂：Mg0≥88%，SiO2<4%，粒度小于3mm。

2.2 试验设备

在本实验中，原辅材料的搅拌采用小型混料机，化学反应采用筒式炉生产。工艺流程见图1。

图1 铝热法冶炼FeV80工艺流程图

2.3 寻找最佳铝辅料

由铝热法的生产原理可知铝在生产FeV80中是很重要的因素[4]，因为铝辅料的粒度、形状、纯度等都会直接影响反应效果，所以首先通过试验我们要确定最佳的铝辅料。

2.4 试验过程

首先将铝粒、铁屑、铁鳞、石灰、镁砂进行烘干，选择干燥、洁净的V205，将各种物料按照配料单精确称量，然后加入混料机中搅拌10分钟，使物料充分混合均匀后并加入筒式炉内，采用上部点火法进行点火，反应完放置10～15小时后拆炉，将渣和钒铁分开放置，然后精整、破碎，分别进行计量分析。针对每个方配方，试验不低于三炉，根据产品化验结果和产品重量调整配方，直到达到最佳为止，找出最佳配方后再进行重复实验三炉，以检查其复现性和稳定性，同时采集了第一手的可靠试验数据，其配料和试验结果见表1、表2和表3。

表1 试验炉料配比

表2 FeV80化学成分（%）

表3 炉渣化学成分（%）

3 试验数据分析

通过分析上表1、表2、表3的试验数据，我们找出了影响试验结果的主要因素有：

3.1 单位炉料发热量的影响

铝热法生产FeV80，主要是通过化学反应热实现还原和熔化，化学反应热量太大，造成反应剧烈，物料喷溅严重，而且不利于安全生产；化学反应热量太小，则造成物料熔化困难，还反应不充分，渣中夹铁较多，回收率偏低，故合适的发热量（物料配比）是铝热法生产FeV80成功的前提。

3.2 还原剂铝粒配入量影响

配铝量对FeV80的影响较大，当配铝量较小时，反应不充分，发热量较低；当配铝量较大时，发热量增大，钒的回收率较高，但钒铁中铝含量增大，影响钒铁质量。

3.3 石灰加入量的影响

在钒铁生产中加入石灰，有利于还原反应的进行，有利于渣的流动，同时石灰还是反应的冷却调节剂，石灰的用量要适当。石灰加多了，炉渣的粘度太大，不利于渣铁分离，石灰加少了，不利于还原，回收率降低，因此石灰的加入量一定要适当。

此外，铝热法生产还与物料的粒度、质量以及发热沉降剂的加入量有关。

4 结论

本试验采用了上部点火法的电铝热法生产FeV80，通过试验得出以下结论：

（1）在上述试验条件下，用铝热法生产FeV80在工艺技术上是可行的，可以生产出合格的产品，产品平均回收率可以达到92.16%，回收率还不够完美，未达到95%目标，这需继续改进试验方法。

（2）钒铁的质量主要取决于合金中铝含量，而铝含量则主要取决于配铝量；钒铁中钒的回收率主要取决于炉料的单位发热量。一般来讲，配铝量为99%～102%，单位发热量为3300KJ/kg～3500KJ/kg。

（3）采用铝热法生产FeV80合金，与电硅法相比，生产工艺简单，成本较低，但钒的回收率较低，在实际生产中要根据实际情况进行选用。

（4）影响FeV80生产的各种因素：铝粒的纯度、大小和形状；铝粒的含量直接影响到反应的速度和产品质量，其大小和形状对反应也有响应；石灰的粒度和含量影响程度同铝；其他辅料的粒度和含量也对反应存在一定的影响；各种物料的干燥程度，这是一个非常重要的因素，对反应的安全很重要；物料的混匀程度，它影响反应的充分性；料型，它同样影响反应分性；拆炉，拆炉时间掌握不好将影响反应充分性，还存在安全隐患；天气，不同的天气对反应存在一定的影响；铺炉，铺炉的好坏直接影响到沉铁的效果。