电热还原法生产铝硅铁母合金(production   of  aluminium-sillicon-iron   master   alloy  by  electrothermal  reduction)

铝基母合金生产方法之一。以碳作还原剂并加入废铁，在电弧炉内同时还原氧化铝和氧化硅产出铝硅铁母合金的过程。与电解法生产铝硅母合金的原理不同，过程输入的电能主要起加热和升温的作用。由于本法制得的产品纯度低，生产成本高，已为其他生产铝硅铁母合金的方法所取代。

筒史      采用电热还原法生产铝硅合金始于19世纪中叶，美国于1886年用此法生产了第一批商业铝硅合金。当时生产的合金含铝15％，其余为铜、铁、镍等。以后，德国在1935～1945年间，生产出含铝60％、余为硅的铝硅合金。只要往这种合金中添加少量的纯铝便可以制得可供直接使用的铸造铝合金，从而把电热还原法生产铝硅合金的技术向前推进了一大步。美国在1965～1969年问用电热还原法生产铝硅合金，经离心分离后，得到含铝86％、硅13％的铝硅合金。这种合金可以直接用作铸造合金。

中国抚顺铝厂于20世纪60年代进行过电热还原法生产铝硅合金的研究，制得含铝60％的铝硅合金。在70年代初期，唐山钢厂也进行了工业规模的试验，得到了含铝30％～40％、余为硅和铁的铝硅铁合金。这种合金可直接用作炼钢的脱氧剂。

工艺    电热还原法生产铝硅铁母合金主要由炉料准备、电弧炉还原、净化、缓慢冷却、离心分离等作业组成(见图)。

铝土矿、还原剂碳和返回料混合后，经粉碎制团、干燥，然后在电弧炉中还原。电弧炉为埋弧电弧炉，其特点是电极深埋，防止有价金属挥发和长炉底。

所得合金含Al60％、Si30％～35％、(Fe+Ti)5％、C1％。此种粗合金需要经过净化和精炼，清除其中所含夹杂和碳化物，然后缓慢冷却到883K温度。此温度接近A1-Si合金共晶点的温度。在冷却过程中，首先析出钛、铁、硅等高熔点金属及其化合物。析出的固态物质呈海绵状，而在海绵状产物之间的孔洞中充填着接近共晶组成的铝硅合金液体。最后采用离心的方法把富铝合金液体从孔洞中分离开来，便得到含Al86％、Sn3％、Fe1％左右的铝硅铁合金最终产品。

主要反应    电热还原生成铝硅铁母合金的反应机理相当复杂，至今尚未研究清楚。一般认为，在电弧炉温度到1839～2019K时，氧化硅首先被还原：

Al2O3的还原比较困难，高于2273K温度开始被还原：

但被还原的铝极易生成碳化铝：

在温度高于2273K时，碳化铝和SiO2作用生成金属铝：

上面是仅考虑分别生成铝和硅时的还原过程和起始温度。如果考虑到在反应过程中直接生成铝硅铁母合金，开始还原反应温度则要低些。考虑到工业生产要达到一定的速度，电弧炉反应区的温度一般仍控制在2273K之上。

设备   电热还原法生产铝硅铁母合金的主体设备是单相或三相的电弧炉，单相一般优于三相；可用交、直流电，直流一般优于交流。相电流为5000～40000A，相电压50～80V。

通常采用长2～3m、直径为0．5～1．5m内连接的预焙电极或石墨电极。也有采用自焙电极的。自焙电极成本较低，但悬挂装置较复杂。在生产中，由于电极中的碳逐渐氧化并部分参与还原反应，因此电极必须随着消耗而逐渐地降落。电极降落和插入深度的调节是在额定负荷下进行的。

为避免在易还原的氧化物之间过早地产生交换反应而引起炉子故障，以及使炉料接触充分，原料和还原剂必须经过细磨并混合均匀。为使反应生成的气体能顺利地从电弧炉中逸出，减少烟尘飞扬，物料在入炉前必须先制成团。制团用的粘结剂有高岭土、粘土等，也可使用造纸工业的亚硫酸盐废液。