钒是钢铁生产中十分重要的合金元素，传统的含钒合金钢冶炼工艺一般是在电炉还原期或转炉出钢过程中加入钒铁进行合金化。冶炼钒铁合金需要大量的能耗，且冶炼钒铁过程中间产物会对环境产生污染。V₂O₅直接合金化工艺可以变“两步冶炼”为“一步冶炼”，符合钢铁行业节能降耗、循环低碳的发展方向。论文首先系统研究了V₂O₅与各种还原剂反应的热力学，并绘制了钒氧化物被不同还原剂逐级还原的热力学状态图。利用高温碳管炉研究了V₂O₅的挥发特性及有效抑制其挥发的方法。在25kg中频感应炉中研究了钒的收得率与自还原压块组成的关系，以确定适宜的还原剂、抑制剂和助熔剂的加入量。最后在某钢厂60t转炉上进行了现场工业试验。结果表明：（1）低温下硅铁还原V₂O₅的能力比碳化硅强；在高温下碳化硅还原V₂O₅的能力比硅铁强。V₂O₅自还原团块可以增大钒氧化物与还原剂的反应接触面，大大改善还原反应动力学条件。（2）V₂O₅挥发率随着温度的升高逐渐变大。在还原剂存在的条件下V₂O₅挥发率下降。CaO与V₂O₅通过固相反应生成钒酸钙，降低V₂O₅活度。因此，添加CaO可有效抑制V₂O₅挥发。当保持FeSi与V₂O₅的质量比为0.96：1不变时，体系中V₂O₅与CaO质量比为1.07：1，V₂O₅的挥发可基本得到抑制。（3）V₂O₅自还原团块直接合金化V的收得率与还原剂及添加剂的配比有关。使用还原剂硅铁时的团块适宜配比为：V₂O₅粉26.90%，FeSi粉33.51%，石灰粉16.74%，萤石粉22.85%；使用还原剂碳化硅时团块适宜配比为：V₂O₅粉26.31%，SiC粉34.97%，石灰粉16.37%，萤石粉22.35%。（4）工业试验V₂O₅自还原团块直接合金化时钒的平均收得率为95.13%。自还原团块的加入对钢液成分及温度变化影响不大，不会给后续冶炼带来不良影响。成品钢的高倍夹杂物评级及超声探伤均达到质量要求。