[科普中国]-电铝热法

简介

铝热法（Aluminothermy） 又称铝热还原法。用铝粉为还原剂的一种金属热还原法。当铝粉与金属氧化物起反应时，发生足够的热量，使生成的金属（或合金）和渣熔融分离而获得金属（或合金）。如将铝粉和三氧化二铁（或四氧化三铁）粉朱按一定比例混合，用引燃剂点燃，反应即猛烈地进行，得到氧化铝和单质铁并放出大量的热，温度可上升到3000℃，能使生成的铁熔化。广泛用于生成工业纯金属（如铬、锰、钒、钼等）、无碳铁合金、低碳铁合金以及焊接金属（如铁轨）等方面。

而电铝热法是在铝热法的基础上发展出来的一种新型热还原方法。在电铝热法中，铝粒依然作为还原剂。电铝热法工艺用电供应（电炉）补充热量，替代铝发热。这样可以持续保持高温状态，会使得反应进行的更加彻底。在有些情况下甚至可以产生更高的温度（高于铝热法产生的），应用范围更加广泛。

冶炼操作铝热法冶炼钒铁是在底铺镁砂，内衬镁砖的熔炉内进行时，镁砂以及所需的全部炉料都要充分烘干。炉料配好后要在混料机内混合均匀，点火方法有上部点火和下部点火两种。采用上部点火时，直接把混好的炉料装入炉内，用BaO2和铝粉作引火剂，在炉料上部中央点火冶炼。用这种方法由于反应激烈，热量集中，炉料喷溅严重，影响钒的回收率，因此一般都采用下部点火的方法。采用下部点火冶炼时，首先在炉筒底部镁砂筒上装入少量炉料，用点火剂点然，根据炉内反应情况逐步从上部把全部炉料加入炉入，加料速度为200kg/（m2·min），控制反应速度平稳。冶炼结束后，自然冷却15~20小时，将合金表面上的渣子清除干净，按技术要求碎成小块，装入包装桶内。每吨高钒铁消耗；五氧化二钒1.88t，铝粒0.77t，钒的回收率80%~90%。1

钒铁成分：V82%，Al0.88%，Si 1.22%，P 0.020%，S 0.025%，C 0.06%，Mn 0.131%。

炉渣成分为：V2O5 3.45%， Al2O3 64.7%，SiO2 0.75%，CaO 15%，MgO 5.9%，C 0.22%，P 0.02%，S
0.006%。
如果用含量V2O598%以上纯度的五氧化二钒作原料，冶炼钒铁时可用钢屑调节其单位发热量，因为高纯五氧化二钒用铝还原发热量很大，钢屑的配入量可增加，因此可冶炼含钒50%以上的各牌号钒铁。
铝热法生产钒铁时，如在反应结束时立即加入补热剂，精炼钒的回收率可达到94.5%。
用铝热法冶炼钒铁时，渣中含钒量较高，为了回收渣中的钒，可在电弧炉内进行铝热法冶炼钒铁。先将铝热法的炉料在电炉内冶炼，反应结束后下放电极加热沪渣，使钒充分下沉，钒降低到1%以下后，把渣倒掉。电铝热可使钒的回收率提高到97%。

电铝热法

锦州铁合金厂电铝热法钛渣电炉问断冶炼钛铁工艺试验：底料由高钛渣和石灰组成；主料由钛铁精矿、铝粒、硅铁粉和钢屑组成；副料基本由钢屑和发热剂组成。先在电炉内将底料全部融化，接着向熔池内加主料，主料可自动反应。此时电极上抬，并停止送电。副料在主料反应结束时加入。反应时问很短，一旦停止即插下电极精炼炉渣。试验整个过程顺利，铝耗明显下降。

钛铁合金成分：Ti 29.75%，AI 6.42%，Si 4.72%，Mn 1.33%，P 0.038%，S 0.005%，C 0.055%。
炉渣成分：TiO2 10.63%，Al2O3 53.41%，CaO 14.28%。

主要经济指标：铝耗为397kg/t，金属回收率为71.72%，电耗为406kW·h。

两者比较：

铝热法冶炼产生的炉渣含有较高的Al2O3，黏度高的炉渣带走少量金属使回收率降低，需要重熔回收利用金属废料。 使用电能具有生产过程灵活、容易控制及提高金属和炉渣温度的优点。电铝热法对原料条件的要求较宽，可以使用不同粒度的原料，也可混合使用铝、硅、碳质还原剂。电炉熔炼可以根据成分要求延长精炼时间、调整炉渣组成、降低合金中杂质含量。
目前使用电铝热法生产的铁合金有钒铁、钛铁、硼铁等。1

电铝热法生产工艺电铝热法钒铁工艺以片状五氧化二钒、三氧化二钒、钒酸钙、钒酸铁或者上述混合物为钒原料，铝粒作还原剂，电铝热法工艺用电供应补充热量，替代铝发热。在碱性电弧炉中，经还原、精炼两个阶段冶炼生产合格钒铁产品。还原期将一炉的全部还原剂与钒原料装入电炉，在高氧化钙炉渣条件下，进行铝热还原。还原结束后出贫渣，加入精炼剂，调节合金成分，铁合金成分达到要求，即可出渣出合金。精炼渣为含V2O5，的富渣，在下一
炉开始加料时，返回利用。合金液一般铸锭，经冷却、脱模、破碎和清渣后即为成品。电铝热法钒铁典型生产工艺流程见下图。1

实际生产应用电铝热法冶炼硼铁所采用的电炉容量通常为500～1000 kV·A，工作电压60～80 V。炉体采用镁质炉衬的熔炉，设有排渣口。该炉体放置在可以从电极下面拉出的平板车上，为取铁方便，炉底上应铺以镁砂粉。

炉料由引火剂（硼酐、铁鳞和铝粒）、主料（硼酐、铝粒、铁鳞或铁矿）和沉降剂（铁鳞或铁矿、铝料和石灰）组成的。

冶炼时先将引火剂加人炉内，熔化后通电。用螺旋给料器将主料均匀地加入炉中，加热熔化。炉料全部熔化后停电。静置10 min左右以后，加沉降剂，以便使渣中的金属珠充分沉降。经5 min左右，排出大部分炉渣，合金在炉内冷却后取出。

如果冶炼含硼低的硼铁时，可采用硼矿代替昂贵的硼酐。2