鋁熱法冶煉FeV80工業化試驗淺析

左 恒，汪 虎，范建斌

（1.陜西五洲釩金屬材料科技有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西五洲礦業股份有限公司，陜西 商洛 726000）

釩在地殼中的總含量排在金屬的第22位，比銅、鉛的含量多，預估為0.02%～0.03%，按照目前用量，可被人類使用幾個世紀。澳大利亞、美國、俄羅斯、南非和中國是世界上的主要釩資源國和生產國。釩因具有許多特殊的性能而成為重要的戰略金屬[1]。釩的應用特別廣泛，主要應用于：

鋼鐵工業：釩是主要的鋼材添加劑。釩加入鋼中，可以顯著地提高鋼的強度和韌度。釩主要用于制造合金鋼和工具鋼。如結構鋼、橋梁鋼、軌道鋼、高壓容器和管道以及油井氣井鉆探用鋼。

航空航天工業：釩在有色金屬領域的重要應用是用于制造航空航天工業用的鈦基合金[2]。

玻璃與陶瓷工業五氧化二釩和釩化合物主要用于玻璃與陶瓷工業的著色劑、硫酸和石油化工生產用的催化劑。在我國85%的釩用于鋼鐵工業中，而鋼鐵行業中使用的釩主要是釩鐵，所以我們對釩鐵生產工藝的研究具有重大的現實意義和經濟效益。

1 釩鐵冶煉方法

鋁熱法生產FeV80產品，主要使用鋁粉作還原劑，在堿性爐襯的爐筒中，采用下部點火法冶煉。先把小部分混合爐料裝入反應器中，即行點火。反應開始后再陸續投加其余爐料。通常用于冶煉高釩鐵（含釩60%～80%），回收率較電硅熱法略低，約90%～95%。

用鋁熱法生產FeV80的原理是以鋁作為還原劑[3]，還原五氧化二釩，同時補充適量的鐵和熔劑，利用化學反應熱熔化物料，使釩和鐵固溶結合形成釩鐵合金，在試驗中加入石灰主要是造渣，增加爐渣的流動性，便于鐵渣分離，但其用量要合適，否則將降低釩的回收率。

公司FeV80的生產工藝還存在一些問題，產品質量不高，為此組織專業人員對FeV80的生產工藝進行攻關性試驗。通過分析上述釩鐵的冶煉方法并結合公司實際情況，采用上部點火法的鋁熱法生產FeV80，因為該方法具有工藝流程短、產品質量高、雜質含量低、回收率較高、可生產高品位釩鐵等優點，并且生產工藝簡單實用、適合大規模工業生產，并且經濟效益良好。

2 試驗過程

該試驗的目的主要是控制產品中硅、磷、鋁的含量使產品合格率達95%以上；提高釩的回收率，使釩綜合回收率達95%以上；消除夾渣、減少噴濺、找出合理的工藝參數；總結影響FeV80生產的各種因素。為了達到以上目的我們具體進行了如下工作。

試驗所需原料及工藝流程如下。

2.1 試驗原輔材料

（1）五氧化二釩：符合GB3283-2004標準的V205 98牌號。粒度：55mm×55mm×5mm。

（2）鋁粒：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）鐵屑：含w（C）<0.40%，粒度小于15mm。

（5）返回渣：即鋁熱法生產得到的爐渣（剛玉渣），粒度：5mm～10mm。

（6）鐵鱗：含Fe>65%，粒度小于3mm。

（7）鎂砂：Mg0≥88%，SiO2<4%，粒度小于3mm。

2.2 試驗設備

在本實驗中，原輔材料的攪拌采用小型混料機，化學反應采用筒式爐生產。工藝流程見圖1。

圖1 鋁熱法冶煉FeV80工藝流程圖

2.3 尋找最佳鋁輔料

由鋁熱法的生產原理可知鋁在生產FeV80中是很重要的因素[4]，因為鋁輔料的粒度、形狀、純度等都會直接影響反應效果，所以首先通過試驗我們要確定最佳的鋁輔料。

2.4 試驗過程

首先將鋁粒、鐵屑、鐵鱗、石灰、鎂砂進行烘干，選擇干燥、潔凈的V205，將各種物料按照配料單精確稱量，然后加入混料機中攪拌10分鐘，使物料充分混合均勻后并加入筒式爐內，采用上部點火法進行點火，反應完放置10～15小時后拆爐，將渣和釩鐵分開放置，然后精整、破碎，分別進行計量分析。針對每個方配方，試驗不低于三爐，根據產品化驗結果和產品重量調整配方，直到達到最佳為止，找出最佳配方后再進行重復實驗三爐，以檢查其復現性和穩定性，同時采集了第一手的可靠試驗數據，其配料和試驗結果見表1、表2和表3。

表1 試驗爐料配比

表2 FeV80化學成分（%）

表3 爐渣化學成分（%）

3 試驗數據分析

通過分析上表1、表2、表3的試驗數據，我們找出了影響試驗結果的主要因素有：

3.1 單位爐料發熱量的影響

鋁熱法生產FeV80，主要是通過化學反應熱實現還原和熔化，化學反應熱量太大，造成反應劇烈，物料噴濺嚴重，而且不利于安全生產；化學反應熱量太小，則造成物料熔化困難，還反應不充分，渣中夾鐵較多，回收率偏低，故合適的發熱量（物料配比）是鋁熱法生產FeV80成功的前提。

3.2 還原劑鋁粒配入量影響

配鋁量對FeV80的影響較大，當配鋁量較小時，反應不充分，發熱量較低；當配鋁量較大時，發熱量增大，釩的回收率較高，但釩鐵中鋁含量增大，影響釩鐵質量。

3.3 石灰加入量的影響

在釩鐵生產中加入石灰，有利于還原反應的進行，有利于渣的流動，同時石灰還是反應的冷卻調節劑，石灰的用量要適當。石灰加多了，爐渣的粘度太大，不利于渣鐵分離，石灰加少了，不利于還原，回收率降低，因此石灰的加入量一定要適當。

此外，鋁熱法生產還與物料的粒度、質量以及發熱沉降劑的加入量有關。

4 結論

本試驗采用了上部點火法的電鋁熱法生產FeV80，通過試驗得出以下結論：

（1）在上述試驗條件下，用鋁熱法生產FeV80在工藝技術上是可行的，可以生產出合格的產品，產品平均回收率可以達到92.16%，回收率還不夠完美，未達到95%目標，這需繼續改進試驗方法。

（2）釩鐵的質量主要取決于合金中鋁含量，而鋁含量則主要取決于配鋁量；釩鐵中釩的回收率主要取決于爐料的單位發熱量。一般來講，配鋁量為99%～102%，單位發熱量為3300KJ/kg～3500KJ/kg。

（3）采用鋁熱法生產FeV80合金，與電硅法相比，生產工藝簡單，成本較低，但釩的回收率較低，在實際生產中要根據實際情況進行選用。

（4）影響FeV80生產的各種因素：鋁粒的純度、大小和形狀；鋁粒的含量直接影響到反應的速度和產品質量，其大小和形狀對反應也有響應；石灰的粒度和含量影響程度同鋁；其他輔料的粒度和含量也對反應存在一定的影響；各種物料的干燥程度，這是一個非常重要的因素，對反應的安全很重要；物料的混勻程度，它影響反應的充分性；料型，它同樣影響反應分性；拆爐，拆爐時間掌握不好將影響反應充分性，還存在安全隱患；天氣，不同的天氣對反應存在一定的影響；鋪爐，鋪爐的好壞直接影響到沉鐵的效果。