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氧化物矿直接合金化是由直接还原和熔融还原技术发展而来的又一炼钢新技术，其主要特点是将氧化物矿作为合金添加剂加入到炉内或钢包中，通过外配还原剂或利用钢液中脱氧元素将合金元素还原出来，进入钢液，从而达到直接合金化的目的。与传统炼钢合金化方法相比，氧化物矿直接合金化省去了铁合金冶炼过程，即在一个反应器中实现氧化物的还原和钢的合金化，因而具有简化流程、降低能耗、节约成本、改善环境以及提高资源利用率等一系列优势。本文对MoO3和V2O5直接合金化冶炼含钼钢和含钒钢进行了系统的基础研究，主要包括：MoO3和V2O5直接合金化的热力学原理；抑制MoO3和V2O5高温挥发的方法；MoO3和V2O5自还原反应机理。在此基础上，在中频感应炉中采用MoO3和V2O5自还原压块对钢液进行了直接合金化实验，研究了适宜的自还原压块组成。在实验室研究的基础上完成了用MoO3和V2O5自还原压块直接合金化冶炼含钼钢和含钒钢的工业试验，取得了令人满意的结果。（1）利用基础热力学数据推导出了以C、Si、Al和SiC等作为还原剂还原Mo和V各价氧化物的标准吉布斯自由能，并绘制了相应的热力学状态图。热力学状态图分析表明，C、Si、Al和SiC等在低温下能与MoO3和V2O5发生固相还原反应；根据分子离子共存理论建立了CaO-MgO-FeO-SiO2-Al2O3-MoO2、CaO-MgO-FeO-SiO2-Al2O3-V2O3六元渣系活度模型，计算了在实际LF精炼条件下渣中低价氧化钼（MoO2）和低价氧化钒（V2O3）的活度，并以此计算了利用钢液中[C]和[Si]还原渣中微量的低价态氧化钼和氧化钒的可能性。（2）MoO3熔点为795℃，熔化后会迅速挥发；V2O5熔点也较低，为670℃，高温下也较易挥发。通过TG-DTA实验研究了添加还原剂FeSi和添加碱性氧化物CaO（或MgO）对MoO3和V2O5挥发的抑制效果，结果表明：利用FeSi将MoO3（或V2O5）预还原成不易挥发的低价氧化物能抑制其高温挥发；另外，添加碱性氧化物CaO（或MgO）与MoO3低温下发生固相反应生成钼酸盐也能抑制其挥发。在升温到1400℃时，纯MoO3挥发率达94.27%，在硅热还原中MoO3挥发率降为25.7%，而在添加CaO（或MgO）后MoO3挥发率仅为4.5%左右；在升温到1500℃时，纯V2O5挥发率达3.39%，而在硅热还原中V2O5挥发率仅为0.41%。（3）在碳管炉中进行了工业MoO3和V2O5自还原实验研究，结果表明，温度升高到900℃时FeSi能将MoO3还原成MoO2；1300℃下产物中出现MoSi2和FeMo；在添加CaO（或MgO）条件下，硅热还原产物SiO2能与其结合生成CaSiO3、MgSiO3和Mg2SiO4等硅酸盐，从而促进还原反应向右进行，同时能有效抑制MoO3挥发，此时工业MoO3挥发率可降低至2%以下；压块中添加CaF2有利于渣快速熔化，从而促进被还原出来的金属与熔渣分离。在升温到600℃时，FeSi就能将V2O5还原成VO2；随着温度的提高，V2O5逐渐被还原生成低价钒氧化物；在升温到1500℃时，产物检测到少量FeV；而在添加了MgO和CaF2时，1500℃时产物渣相呈熔融状态，产物检测出大量的FeSiV2和FeV存在，表明添加MgO能促进硅热还原反应，添加CaF2能促进渣熔化，实现金属相与熔渣分离，这将有利于直接合金化时金属快速溶入钢液。（4）将MoO3和V2O5配加还原剂FeSi以及添加剂MgO、CaF2，压成自还原压块后在实验室中频感应炉内进行MoO3和V2O5直接合金化试验。结果表明：氧化钼和氧化钒自还原压块加入到钢液后，在3~6min之内压块就能熔化，氧化钼和氧化钒被还原成金属并溶入到钢液中。在自还原压块中保持合理的还原剂配比和添加剂配比，Mo的收得率可达到95%以上，V收得率可达94%以上。（5）在60t转炉-LF精炼流程下进行了MoO3和V2O5自还原压块直接合金化冶炼含钼钢和含钒钢的工业试验。MoO3和V2O5自还原压块在转炉出钢过程中加入到钢包中，由于硅热还原是放热反应，且压块中添加了萤石，自还原压块能迅速熔化，且渣熔化良好。当钢包运输到LF进站工位后取样分析钢液中Mo和V的含量，然后以此计算MoO3和V2O5自还原压块直接合金化时的收得率，Mo的平均收得率达97.69%，V的平均收得率达95.77%。最后对直接合金化冶炼的钢产品进行夹杂物和探伤检测，结果表明产品质量均合格。（6）通过分别计算利用MoO3（或V2O5）自还原压块和利用钼（或钒）铁进行合金化的成本，建立直接合金化经济效益计算模型，并利用Visual Basic语言编写经济效益计算可视化系统，根据当前市场原料价格，可以预测出使钢液每增加钼（或钒）0.1%时，采用直接合金化工艺所带来的经济效益。