剛玉冶煉工藝目的有兩個(gè)，一是使礬土熔融后重結(jié)晶，獲得磨料工業(yè)所需的α-剛玉，二是用碳作還原劑，使雜質(zhì)還原從而提高制品的氧化鋁成分。本著這個(gè)目的，冶煉爐發(fā)生如下三個(gè)化學(xué)反應(yīng)：

SiO2+2C=Si+2CO

Fe2O3+3C=2Fe+3CO

TiO2+2C=Ti+2CO

　　這三種反應(yīng)都是在礬土熔化之后，熔液與固體炭之間發(fā)生的，雖然一氧化碳對(duì)氧化硅、一氧化鐵、氧化鈦也有還原作用，但在礬土熔化之前發(fā)生上列反應(yīng)對(duì)剛玉冶煉來(lái)說(shuō)是輕微的，所以毋需去仔細(xì)研究固相——?dú)庀喾磻?yīng)。

剛玉冶煉爐

　　化學(xué)反應(yīng)既然是在礬土熔化后進(jìn)行，所以礬土的熔點(diǎn)對(duì)反應(yīng)的進(jìn)程有極大的影響，通常礬土的熔點(diǎn)在1850℃以上，所以還原反應(yīng)是在1850℃以上溫度進(jìn)行，如所周知，溫度提高，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的越快，為此應(yīng)該選擇熔點(diǎn)高的礬土作為冶煉剛玉原料將是極為有利的，但是，關(guān)于礬土熔點(diǎn)，并沒(méi)有提出特別的要求，這是因?yàn)榈\土熔點(diǎn)與其品位有關(guān)，品位越高，其熔點(diǎn)也高，既然有了品位的要求，高熔點(diǎn)也就有保證了。

　　在冶煉過(guò)程中，由于熔液成分逐步純化，熔點(diǎn)也在不斷提高，從而使?fàn)t缸溫度升高。這對(duì)冶煉是有利的。

　　以上三種化學(xué)反應(yīng)，首先是氧化鐵還原，其次是氧化硅，再之是氧化鈦。

　　當(dāng)?shù)\土熔化后，在炭粒的周?chē)l(fā)生氧化鐵的還原，并有大量的一氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生，當(dāng)氧化鐵還原進(jìn)展到氧化鐵濃度極低之后，氧化硅被還原。氧化硅的還原是在剛剛還原出來(lái)的鐵的參與下進(jìn)行的，所以還原后生成鐵合金;氧化鈦的還原也是在有鐵參與下發(fā)生的，所以鈦還原后也是生成鐵合金。氧化鈦還原在氧化硅之后，當(dāng)氧化鈦還原到一定程度便發(fā)生氧化鋁的部分還原。金屬態(tài)鋁也是進(jìn)入鐵合金之中，因鋁的還原也是在鐵參與下進(jìn)行的。

　　在炭粒周?chē)l(fā)生的一系列還原反應(yīng)而生成成分復(fù)雜的鐵合金，由于鐵合金和爐液是二個(gè)相系，所以當(dāng)鐵、硅、鈦、鋁還原生成鐵合金后脫離了原來(lái)反應(yīng)系統(tǒng)，從而保證還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，另一方面因還原反應(yīng)而使炭粒周?chē)母鞣N氧化物濃度迅速降低，于是在爐液內(nèi)自然造成氧化物濃度差。借液態(tài)分子擴(kuò)散作用在爐液中氧化物持續(xù)不斷地接近炭粒，直至炭氧化完為止。

　　新生成的鐵合金是微粒體的，因與熔液比重不同而下沉，在下沉運(yùn)動(dòng)中由于合金微粒之間接觸而聚集成大顆粒的鐵合金，顆粒越來(lái)越大，下沉速度越來(lái)越快，***后集中在爐底形成硅鐵層。

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