(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+2CaOSiO2 (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。
数字模型 (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=
2）硅铁需要量：还原中有80%的五氧化二钒用硅铁还原，20%用铝还原，由于烧损，需要Si过剩10%，Al过剩30%，石灰过剩10%。
按反应2V2O5+5Si=4V+5SiO2计算出还原1kg V2O5理论需硅0.385kg，则：
硅铁配入量W2＝
3）铝块配入量：按反应3V2O5+10Al＝6V+5Al2O3丝瓜伤流液计算出还原1kg V2O5理论需铝0.5kg，则：
铝块配入量W3=
4）钢屑配入量：需钢屑量W4=1×[1-钒铁含钒(%)-钒铁杂质(%)]-硅铁带入铁量
其中：硅铁带入铁量=需硅铁W2×(1-硅铁含Si%)
5）石灰配入量=
（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5-35和表5-36。
表5-35 三期冶炼各期炉料分配/%
炉料 | 张刚宁1还原期 | 2还原期 | 3精炼期 |
V2O5 | 15~18 | 50~47 | 35 |
硅铁 | 75 | 25 | 0 |
铝块 | 35 | 65 | 0 |
石灰 | 20~25 | 50 | 30~25 |
钢屑 | 100 | 0 | 0 |
| | | |
表5-36 四期冶炼各期炉料分配表，（%）
炉料 | 1还原期 | 2还原期 | 3还原期 | 精炼期 |
V2O5 | 20~22 | 26~28 | 24~27 | 26~27 |
硅铁 | 54~58 | 21~26钢丝绳滑轮 | 19~22 | 0 |
铝块 | 24~28 | 30~35 | 39~44 | 0 |
石灰 | 16~18 | 龙芯一体机30~32 | 29~31 | 0 |
钢屑 | 100 | 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残存渣，用混合好的、有足够粘度的镁砂(卤水∶镁砖粉∶镁砂=1∶3∶5)，针对炉衬损伤情况高温快补，不漏一铲，且堵好出铁口。
(2)补完炉后炉底要垫上一定数量的精炼渣。
(3)钢屑加入后，根据电极烧损情况落放或拆换电极，检查各系统，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。
(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。
F、第二期冶炼
(1)一期贫渣倒完后，用大电压给电加料，随着二期混合料的加入，电流逐渐给至最大值。
(2)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。
G、第三期冶炼
与二期给电加料相同，炉料化清后，用木耙搅拌，取金属样送化验分析V、Si、C、P、S。取样位置在三相电极中间。取样前样勺要清洁、烤干、沾渣。尔后调整炉渣碱度，加硅铁还原，加铝贫化，出渣与一期相同。
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。
(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。
(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=
2）含钒量高
补加钢屑量=
角蛋白酶 （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=
2）硅高
补加V2O5=
补加石灰量=
（3）合金含碳、磷高
由于原料含碳、磷高造成，用钢屑冲淡，同时要控制合金含钒量。
补加钢屑量=
（4）炉衬的维护
由于冶炼过程渣铁对炉衬的侵蚀，为了提高其使用寿命，每次出炉后要尽快扒掉残留在炉壁上的精炼渣，同时要在高温下用具有一定粘度的补炉剂补炉。补炉后炉底要垫一层炉渣保护炉底，防止给电时将炉底烧穿。在搅拌和耙料时，要避免木耙或铁耙接触炉底，因木耙产生的气体会使变软的炉底泛起。一、二、三期冶炼操作时的温度不要提得过高，保
持炉衬硬度，避免炉底烧软化。
正常情况下，一个炉体可炼70炉以上。
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