矿热炉生产的基本任务就是把金属等有用元素从矿石或氧化物中提取出来。矿热炉生产过程中的化学反应主要是氧化物的还原反应，同时也有元素的氧化反应。
矿热炉生产的基本原理是基于选择性氧化还原反应热力学，其本质是所需元素的氧化物与还原剂反应生成所需元素和还原剂中主要元素的氧化物。
矿热炉冶金原理:还原反应的通式及反应的热效应
还原反应的通式
矿热炉冶炼产品的品种十分繁杂，其冶炼方法也比较多样。但从其根本上来说，矿热炉冶炼就是利用适当的还原剂，在一定温度范围内，从含有所需元素氧化物的矿石中还原出所需元素的氧化还原过程。
例如，冶炼电石、硅铁、高碳锰铁和高碳铬铁时，基本反应式分别为：
CaO+3C=CaC₂+CO
SiO₂+2C=Si+2CO
MnO+C=Mn+CO
Cr₂O₃+3C=2Cr+3CO
以上产品在矿热炉中用电热法生产，都是以碳作还原剂，碳分别夺取了氧化物CaO、SiO₂、MnO、Cr₂O₃中的氧而生成CO，元素Ca、Si、Mn、Cr从各自的氧化物中被还原出来，组成化合物或适当的合金。
再如，冶炼中低碳锰铁和金属铬时，基本反应式分别为：
2MnO+Si=2Mn+SiO₂
Cr₂O₃+2Al=2Cr+Al₂O₃
此时则分别用Si和Al作还原剂，冶炼方法也不同。生产中低碳锰铁用硅质还原剂，在精炼电炉中冶炼，采用电热法和金属热法;生产金属铬用铝质还原剂，在筒式炉中冶炼，采用金属热法。
尽管各种冶炼产品的生产方法不同、选用的还原剂性质不同，但其冶炼实质相同，可用一通式表达：
式中：
还原反应的通式意味着，还原剂对氧的亲和力大于被还原金属对氧的亲和力，这就是金属氧化物还原的热力学条件。
由于各种元素在矿石中富集程度不同、存在状态不一样，冶炼过程就产生了区别。如果石灰和硅、锰、铬矿中的有用元素含量较高、杂质含量少，可将其直接入炉冶炼;如果所用金属氧化物矿较贫且杂质多，则需富集后才能冶炼，例如锰铁比低而磷含量高的贫锰矿，必须先在高炉或电炉中冶炼，将矿石中的磷、铁还原成高磷生铁，使锰在炉渣中富集，用其生成的富锰渣代替部分或全部锰矿来进行锰合金的冶炼;还有一些矿石，其中有用元素的含量很低，则必须先经过选矿富集成精矿，对于多元素化合物共生矿还必须采用化学方法富集所需元素，然后才能用于冶炼生产;而有些多元素化合物共生矿例如钒钛磁铁矿则采取选择性还原进行冶炼生成或富集。
在矿热炉冶炼生产中，由于矿石带入杂质，大多数品种的冶炼需要采用有渣法。有渣法冶炼需在炉料中配入适当的熔剂，使矿石带入的杂质在冶炼过程中生成熔点低、碱度适宜且流动性能良好的炉渣，出炉后便于炉渣与产品的分离操作。此时，冶炼者的主要任务是掌握好炉渣成分、熔点和流动性等，通过对炉渣的控制来保证产品的成分及质量，但其冶炼本质仍然是金属氧化物矿石被还原的过程。
反应的热效应
当物质发生化学反应和物理变化时，放出或吸收的热称为这个过程的热效应，用△H表示。反应的热效应是一个重要的热力学函数。它告诉我们物质发生化学反应和物理变化时所需要或放出的热。
在利用矿热炉进行铁合金的生产中，炉内的主要物质和各相主要成分如表1所示。炉内各相是互相联系的，彼此进行着物质、热量和能量的交换，因此，用热效应研究和分析反应进行的可能性及金属氧化物可还原性的顺序，对冶金生产具有重要意义。在冶金生产过程的热平衡计算中，热效应计算及结果也是重要内容和主要依据。
矿热炉冶金原理:还原反应的通式及反应的热效应 表1铁合金炉内使用的主要物质和各相主要成分
实验和统计分析表明，反应的热效应可以通过标准生成热进行计算，对于反应通式(2-1)，在温度为298K(25℃)时反应的热效应可以用式(2-2)计算：
式中
即在标准状态下，反应的热效应等于生成物标准生成热的代数和与反应物标准生成热的代数和之差。
若Me和M都是稳定单质，它们的标准生成热等于零，则式(2-2)可简化为：
在任意温度下反应的热效应，可以利用基尔霍夫公式的积分式计算：
式中：
各种物质的标准生成热、比定压热容和相变热，可以从有关的物理化学数据表中查得。将查得的数据代入式2-4即可算出反应的热效应。
华昌公司专业冶金装备、工业电炉开发制造项目建设综合服务商,提供一站式专业服务！
如果您正在寻找相关产品或有其他任何问题，可随时拨打公司服务热线，或点击下方按钮与我们在线交流！
