硅铝热法冶炼钼铁的原理_百科知识_行业资讯

金属热法也是铁合金冶炼中常见的一种方法。它采用硅、铝（有时还用镁）作还原剂，还原金属氧化物。冶炼中，通常不需再供热或供热不多，主要依靠炉料自身反应释放的热来生产金属或铁合金。除了用以冶炼钼铁，还可用以冶炼钒铁、钛铁、硼铁等。金属热法能冶炼铁合金的原理在于：一定的温度下，硅或铝对氧的亲合力比欲置换的金属氧化物中金属对氧的亲合力大。这种差距越大，金属热法反应越易进行。金属热法能否进行的判据依据热力学的计算：当反应自由能△x⁰＜0（此时，反应为放热过程），而且，反应所释放热量足以使被还原出的金属和反应产生的炉渣熔融，足以补偿炉内物（包括给料和产物）熔化热、蒸发热和反应中热传导、热辐射等热量损耗。唯此，金属热法才能自热进行。谢姆楚施尼提出更具体的判据：如果每克炉料反应放出的热量超过2717J，或反应热焓大于300kJ/mol时，铝热反应一经点火，就能自热反应。采用硅铝热法生产钼铁时，炉内反应如下：

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MoO₃+Si＝	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Mo+SiO₂
normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3		normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3

△x⁰＝-468745+65.42T

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MoO₃+	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>4	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Al＝	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Mo+	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Al₂O₃
normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3		normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3		normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3		normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3

△x⁰＝-631890+51.08T MoO₂+Si＝Mo+SiO₂ △x⁰＝-342091+19.48T

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MoO₂+	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>4	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Al＝	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Mo+	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Al₂O₃
	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3			normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3

△x⁰＝-517902+5.14T 几个反应中自由能均低于0（△x＜0）。再用谢姆楚施尼的判据对照，用铝还原MoO₃和MoO₂时，每克炉料在反应中所释放热量分别为4682J和3252J均高于2717J；每mol反应热焓分别为463.6kJ和400kJ，均高于300kJ。显然，硅铝热法熔炼钼铁时，一经点火反应就能自热进行。[next] 在熔炼过程，99%以上的氧化钼被还原成金属进入钼铁合金。硅、铝还原剂在还原氧化钼的同时还会还原氧化铁（炉料中的铁矿石或氧化铁皮）并放出热量（每lkg Fe₂O₃放热5350J）。

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Fe₂O₃+Si＝	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Fe+SiO₂
normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3		normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>4

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>1	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Fe₂O₃+Al＝Fe+	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3	normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Al₂O₃
normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2		normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>4

钼铁中铁的来源除了由炉料中钢屑提供外，大约有42%的氧化铁按上述反应被还原成金属铁进入合金。其余的氧化铁仅被还原成氧化亚铁而进入炉渣中： 2Fe₂O₃+Si＝4FeO+SiO₂ 为保持反应所需炉温（1850~1950℃），有时还须加入强载化剂（比如硝石），它能在被还原时释放更多热量。钼可与硅组成合金，常见的固态化合物有Mo₃Si、Mo₃Si₂、MoSi。而钼铁中硅含量往往低于1%。熔炼条件下Mo—Si状态图如下图所示。

图钼-硅状态图冶炼钼铁时，自热反应的速度很迅速。一埃反应结束，炉温很快下降。为保持炉内物料的流动性，确保钼铁与炉渣充分分离，尽力降低炉渣的熔点和粘度显得很必要。反应时，硅被氧化成二氧化硅，它与钼焙砂里的二氧化硅一起形成了粘度大的酸性硅渣。而反应生成的氧化亚铁、氧化铝等碱性炉渣又能起到中和、稀释硅渣的作用。但这还不够，炉料通常还加入萤石、石灰、石灰石。它们可起到稀释炉渣及降低炉渣熔点的作用。但须注意，添加剂能降低炉渣熔点和粘度，但它们被熔化也须消耗许多的热量。所以，添加剂多少要适量，要避免过量后造成热损耗。

硅铝热法冶炼钼铁的原理

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