钒铁合金[精选].doc

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。 2/5V2O5(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）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)=-341466.67—5.43T (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20~30mm； 石灰：应煅烧良好，有效CaO85%，P0.015%，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。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200~250mm。以某厂设备为例。 (1)变压器参数： 规格：HSK7—3000/10，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：Φ250mm，炉壳体：内径Φ2900×1835mm，极心圆：Φ760mm， 电极行程：1300mm。 (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(%)×