礦熱爐生產的基本任務就是把金屬等有用元素從礦石或氧化物中提取出來。礦熱爐生產過程中的化學反應主要是氧化物的還原反應，同時也有元素的氧化反應。

    礦熱爐生產的基本原理是基于選擇性氧化還原反應熱力學，其本質是所需元素的氧化物與還原劑反應生成所需元素和還原劑中主要元素的氧化物。

礦熱爐冶金原理:還原反應的通式及反應的熱效應

    還原反應的通式

    礦熱爐冶煉產品的品種十分繁雜，其冶煉方法也比較多樣。但從其根本上來說，礦熱爐冶煉就是利用適當的還原劑，在一定溫度范圍內，從含有所需元素氧化物的礦石中還原出所需元素的氧化還原過程。

    例如，冶煉電石、硅鐵、高碳錳鐵和高碳鉻鐵時，基本反應式分別為：

    CaO+3C=CaC?+CO

    SiO?+2C=Si+2CO

    MnO+C=Mn+CO

    Cr?O?+3C=2Cr+3CO

    以上產品在礦熱爐中用電熱法生產，都是以碳作還原劑，碳分別奪取了氧化物CaO、SiO?、MnO、Cr?O?中的氧而生成CO，元素Ca、Si、Mn、Cr從各自的氧化物中被還原出來，組成化合物或適當的合金。

    再如，冶煉中低碳錳鐵和金屬鉻時，基本反應式分別為：

    2MnO+Si=2Mn+SiO?

    Cr?O?+2Al=2Cr+Al?O?

    此時則分別用Si和Al作還原劑，冶煉方法也不同。生產中低碳錳鐵用硅質還原劑，在精煉電爐中冶煉，采用電熱法和金屬熱法;生產金屬鉻用鋁質還原劑，在筒式爐中冶煉，采用金屬熱法。

    盡管各種冶煉產品的生產方法不同、選用的還原劑性質不同，但其冶煉實質相同，可用一通式表達：

    式中：

    還原反應的通式意味著，還原劑對氧的親和力大于被還原金屬對氧的親和力，這就是金屬氧化物還原的熱力學條件。

    由于各種元素在礦石中富集程度不同、存在狀態不一樣，冶煉過程就產生了區別。如果石灰和硅、錳、鉻礦中的有用元素含量較高、雜質含量少，可將其直接入爐冶煉;如果所用金屬氧化物礦較貧且雜質多，則需富集后才能冶煉，例如錳鐵比低而磷含量高的貧錳礦，必須先在高爐或電爐中冶煉，將礦石中的磷、鐵還原成高磷生鐵，使錳在爐渣中富集，用其生成的富錳渣代替部分或全部錳礦來進行錳合金的冶煉;還有一些礦石，其中有用元素的含量很低，則必須先經過選礦富集成精礦，對于多元素化合物共生礦還必須采用化學方法富集所需元素，然后才能用于冶煉生產;而有些多元素化合物共生礦例如釩鈦磁鐵礦則采取選擇性還原進行冶煉生成或富集。

    在礦熱爐冶煉生產中，由于礦石帶入雜質，大多數品種的冶煉需要采用有渣法。有渣法冶煉需在爐料中配入適當的熔劑，使礦石帶入的雜質在冶煉過程中生成熔點低、堿度適宜且流動性能良好的爐渣，出爐后便于爐渣與產品的分離操作。此時，冶煉者的主要任務是掌握好爐渣成分、熔點和流動性等，通過對爐渣的控制來保證產品的成分及質量，但其冶煉本質仍然是金屬氧化物礦石被還原的過程。

    反應的熱效應

    當物質發生化學反應和物理變化時，放出或吸收的熱稱為這個過程的熱效應，用△H表示。反應的熱效應是一個重要的熱力學函數。它告訴我們物質發生化學反應和物理變化時所需要或放出的熱。

    在利用礦熱爐進行鐵合金的生產中，爐內的主要物質和各相主要成分如表1所示。爐內各相是互相聯系的，彼此進行著物質、熱量和能量的交換，因此，用熱效應研究和分析反應進行的可能性及金屬氧化物可還原性的順序，對冶金生產具有重要意義。在冶金生產過程的熱平衡計算中，熱效應計算及結果也是重要內容和主要依據。

    礦熱爐冶金原理:還原反應的通式及反應的熱效應  表1鐵合金爐內使用的主要物質和各相主要成分

    實驗和統計分析表明，反應的熱效應可以通過標準生成熱進行計算，對于反應通式(2-1)，在溫度為298K(25℃)時反應的熱效應可以用式(2-2)計算：

    式中

    即在標準狀態下，反應的熱效應等于生成物標準生成熱的代數和與反應物標準生成熱的代數和之差。

    若Me和M都是穩定單質，它們的標準生成熱等于零，則式(2-2)可簡化為：

    在任意溫度下反應的熱效應，可以利用基爾霍夫公式的積分式計算：

    式中：

    各種物質的標準生成熱、比定壓熱容和相變熱，可以從有關的物理化學數據表中查得。將查得的數據代入式2-4即可算出反應的熱效應。