第九章 烧结原料及其特性
第九章 烧结分析
可见，作为烧结动力的表面张力可以通 过流动、扩散和液相或气相传递等方式 推动物质的迁移。
三、 烧结机理
(一) 颗粒的粘附作用 (二) 物质的传递
1. 颗粒的粘附作用 例子： 把两根新拉制的玻璃纤维相互叠放在一起，
金属粉末Ts≈（0.3—0.4）Tm 无机盐类Ts≈0.57Tm 硅酸盐类Ts≈（0.8—0.9）Tm
实验表明，物料开始烧结温度常与其质点开始明 显迁移的温度一致。
§9.2 烧结过程及机理 一、烧结过程
首先从烧结体的宏观性质随温度的变化上
来认识烧结过程。
+ (一)烧结温度对烧结体性质的影响
+
图1是新鲜的电解铜粉(用氢还原的)， 经高压成型后，在氢气气氛中于不同温度 下烧结2小时然后测其宏观性质：密度、比 电导、抗拉强度，并对温度作图，以考察 温度对烧结进程的影响。
烧结中期
烧结后期
二、烧结推动力
粉体颗料尺寸很小，比表面积大，具有
较高的表面能，即使在加压成型体中，颗料
间接面积也很小，总表面积很大而处于较高 能量状态。根据最低能量原理，它将自发地 向最低能量状态变化，使系统的表面能减少。
烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面 能降低是推动烧结进行的基本动力。
表面张力能使凹、凸表面处的蒸气压P分别低 于和高于平面表面处的蒸气压Po，并可以用开尔 文本公式表达： 对于球形表面
二、烧结的定义
压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温 作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递， 气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具 有一定的几何形状和坚固坯体的过程。 通常用烧结收缩、强度、容重、气孔率等物理 指标来衡量物料烧结质量的好坏。
三、烧结分类
按照烧结时是否出现液相，可将烧结分为两类： 固相烧结
第九章 材料的烧结
第九章 材料的烧结烧结的基本概念:根据烧结粉末体所出现的宏观变化提出了烧结的宏观定义，一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、粘土……）粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。
为了揭示烧结的本质提出了烧结的微观定义，由于固态中分子（或原子）的相互吸引，通过加热，使粉末体产生颗粒粘结，经过物质迁移使粉末体产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。
烧结与烧成。
烧成包括多种物理和化学变化。
例如脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。
而烧结仅仅指粉料成型体在烧结温度下经加热而致密化的简单物理过程，显然烧成的含义及包括的范围更宽，一般都发生在多相系统内。
而烧结仅仅是烧成过程中的一个重要部分。
烧结和熔融。
烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。
烧结和熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组元都转变为液相，而烧结时至少有一个组元是处于固态的。
烧结与固相反应。
这两个过程均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的。
并且在过程的自始至终都至少有一相是固态。
两个过程的不同之处是固相反应必须至少有两个组元参加（如A 和B ），并发生化学反应，最后生成化合物AB 。
AB 的结构与性能不同于A 与B 。
而烧结可以只有单组元，或者两组元参加，但两组元之间并不发生化学反应。
仅仅是在表面能驱动下，由粉末体变成致密体。
从结晶化学观点看，烧结体除可见的收缩外，微观晶相组成并未变化，仅仅是晶相显微组织上排列致密和结晶程度更完善。
烧结过程推动力：根据近代烧结理论的研究认为:粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这就是烧结的推动力。
粉末体经烧结后晶界能取代了表面能，这是多晶材料稳定存在的原因。
烧结模型：G.C.Kuczynski 提出粉末压块是由等径球体作为模型。
随着烧结的进行，各接触点处开始形成颈部，并逐渐扩大，最后烧结成一个整体。
由于各颈部所处的环境和几何条件相同，所以只需确定二个颗粒形成的颈部的成长速率就基本代表了整个烧结初期的动力学关系。
(完整word版)烧结原料介绍
原料工技能知识1烧结原料的特性、标准与检测1.1烧结特性的特性与要求1。
1。
1铁矿粉的特性与要求1。
1.1。
1简述铁矿粉的分类组成地壳的各种岩石大部分都含有铁，已经知道的铁矿石有300多种。
但是目前能作为炼铁原料的只有20多种。
它们按照贴矿物的不同存在形态，又分为磁铁矿(Fe3O4）、赤铁矿(Fe2O3）、褐铁矿(Fe2O3.H2O)、菱铁矿(FeCO3）四大类.1。
1.1。
2烧结对含铁物料的要求铁矿粉是烧结生产的主要原料，它的物理化学性质对烧结质量影响最大，主要要求铁矿石品位高、成份稳定、杂质少、脉石成份适用于造渣、粒度适宜。
烧结用的精矿粒度不宜太细，一般小于0.074mm（-200目）的量小于80％。
褐铁矿、菱铁矿的精矿或粉矿要考虑结晶水、二氧化碳的烧损.国内褐铁矿烧损为9%-15%,菱铁矿烧损为17%-36%。
烧损大，烧结时体积收缩，褐铁矿收缩8%左右,菱铁矿收缩10%左右。
精矿水分大于12％时，影响配料准确性，混合不易均匀。
粉矿粒度要求控制在8mm 以下，便于烧结矿质量.当含铁原料中二氧化硅含量不足时，可添加含硅熔剂或部分高硅含铁原料.硅砂是烧结使用的增硅熔剂.1.1.1。
3高炉入炉矿中有害元素界限含量及其影响。
烧结矿质量要求：高炉入炉矿中有害元素界限含量：1。
1。
2熔剂的特性与要求1。
1.2.1熔剂的分类熔剂可分为碱性熔剂、酸性熔剂和中性熔剂三类。
我国铁矿的脉石多以SiO 2为主，所以普遍使用碱性熔剂。
碱性熔剂即含CaO 和MgO 高的熔剂。
常用的熔剂有：石灰石(CaCO 3）生石灰（CaO ）、消石灰（Ca(OH)2)和白云石（主要是CaCO 3和MgCO 3）。
1.1。
2。
2熔剂的要求碱性氧化物含量要高;S 、P 杂质要少；酸性氧化物含（SiO 2+Al 2O 3） 越低越好；粒度和水分适宜。
①有效熔剂性高：即碱性氧化物CaO+MgO 含量要高，而酸性氧化物SiO 2含量要低。
评价熔剂品质的重要标准，是根据烧结矿碱度要求,扣除本身酸性氧化物所消耗的碱性氧化物成分，所剩余的碱性氧化物的含量而确定的。
烧结原料总结汇报
烧结原料总结汇报烧结原料总结汇报烧结原料是指用于制备烧结矿的各种原材料，包括铁矿石、焦炭、石灰石和配料等。
烧结过程是指将这些烧结原料经过炉内高温煅烧、氧化还原和结晶等反应，形成烧结矿的过程。
烧结原料在烧结过程中起着至关重要的作用，对烧结矿的质量和性能具有直接影响。
下面将对常见的烧结原料进行总结汇报。
1. 铁矿石：铁矿石是制备烧结矿的主要原料，它是由铁矿石矿石和氧化铁矿石组成的。
常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿等。
铁矿石的物理性质和化学成分直接影响烧结矿的组成和性能。
2. 焦炭：焦炭是烧结过程中重要的还原剂，它具有高固定碳含量、低灰、低硫和良好的机械强度等特点。
焦炭在高温条件下能够和铁矿石反应产生一系列还原反应，从而促进烧结矿中的铁矿石氧化还原反应的进行。
3. 石灰石：石灰石是烧结矿的主要熔剂，它在高温条件下能够与铁矿石中的硅酸盐和氧化铁石进行反应，生成易熔的矽酸钙和液相。
石灰石的质量和石灰石与铁矿石的配比对烧结矿的熔融性、融化温度和液相组成等有很大影响。
4. 配料：配料是指将各种烧结原料按一定的比例混合制备成的烧结原料混合料。
配料的质量和配比直接影响烧结矿的成分和物理性能。
通过合理的配料，可以在一定程度上改善烧结矿的熔融性、弹性、抗返矿性能等。
综上所述，烧结原料对烧结矿的质量和性能具有重要的影响。
铁矿石是烧结矿的主要原料，其物理性质和化学成分对烧结矿的组成和性能起着决定性作用。
焦炭作为还原剂能够促进烧结矿中的氧化还原反应。
石灰石作为熔剂能够改善烧结矿的熔融性和融化温度。
通过合理的配料，可以改善烧结矿的物理性能和抗返矿性能。
合理选择和使用烧结原料，优化烧结矿的质量和性能，对冶金行业的发展和节能减排具有重要意义。
通过对烧结原料的总结汇报，我们可以更好地理解烧结过程和烧结矿的形成机制，为冶金行业的研究和生产提供技术支持。
同时，我们也要强调烧结原料的合理使用和资源综合利用，提高烧结矿质量，减少能源消耗和环境污染，助力可持续发展的目标实现。
烧结耐火材料
烧结耐火材料烧结耐火材料是一种常用的耐火材料，具有优良的机械性能和耐高温性能，广泛应用于冶金、化工、建材等行业。
本文将从烧结耐火材料的定义、原料、制备工艺、性能特点及应用等方面进行详细介绍。
一、烧结耐火材料的定义烧结耐火材料是指以高纯度氧化物、氮化物、碳化物等为主要原料，经过烧结工艺制成的具有良好耐火性能的材料。
它的主要特点是具有较高的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性，能够在高温下长时间保持稳定的物理和化学性能。
烧结耐火材料的原料主要包括氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锆等高纯度氧化物，以及氮化硅、碳化硅等耐火非氧化物。
这些原料具有高熔点和良好的耐热性，能够在高温下保持稳定的物理和化学性能。
三、烧结耐火材料的制备工艺烧结耐火材料的制备主要包括原料的选取、研磨、混合、成型、烧结等工艺。
首先，将各种原料按照一定的比例进行精细研磨，以提高原料的反应性和烧结性能。
然后，将研磨后的原料进行混合，通过干法或湿法混合，使各种原料均匀分布。
接下来，将混合后的原料进行成型，常见的成型方式有挤压成型、压坯成型、注浆成型等。
最后，将成型后的坯体进行烧结，通过高温烧结使原料颗粒之间发生固相反应，形成致密的结构。
四、烧结耐火材料的性能特点烧结耐火材料具有以下几个主要性能特点：1. 耐高温性能好：烧结耐火材料能够在高温下长时间保持稳定的物理和化学性能。
2. 耐磨性好：烧结耐火材料具有良好的耐磨性，能够抵抗颗粒冲击和磨擦磨损。
3. 耐腐蚀性好：烧结耐火材料能够抵抗酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀，保持稳定的化学性能。
4. 机械性能好：烧结耐火材料具有较高的强度和韧性，能够承受一定的力学应力和冲击载荷。
5. 热震稳定性好：烧结耐火材料能够在急剧变温、急剧冷却的条件下保持稳定的物理和化学性能。
五、烧结耐火材料的应用烧结耐火材料广泛应用于冶金、化工、建材等行业。
在冶金行业，烧结耐火材料主要用于高炉、转炉、电炉等冶炼设备的内衬和炉底。
在化工行业，烧结耐火材料主要用于炉窑、反应器、热交换器等设备的内衬和炉底。
材料科学基础--第九章-烧结
中心距L缩短 坯体收缩
适用： 蒸发-凝聚传质
扩散传质
球体-平板模型
扩散传质
烧结会引起体积的收缩和致密度增加，常用线收缩率或密度值来评
价烧结的程度。对模型(B)，烧结收缩是因颈部长大，两球心距离 缩短所引起的。故可用球心距离的缩短率 L 来表示线收缩率（L0烧结前两球心距离，L-烧结后缩短值）： L0
烧结后期：传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密 度达到95%以上，制品强度提高。
（二）烧结推动力
能量差（具体表现为：压力差、空位浓度差、溶解度差）
1、能量差 粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，即能量差是烧结的 推动力，但较小。烧结不能自发进行，必须对粉料加以高温，才 能促使粉末体转变为烧结体
2、颈部空位浓度分析
1）无应力区（晶体内部）的空位浓度：
c0
n0 N
exp
EV kT
2）应力区的空位浓度：
受压应力时，形成体积为Ω空位所做的附加功为：
En
受张应力时，形成体积为Ω空位所做的附加功为：
Et
所以，在接触点或颈部区域形成一个空位所做的功为：
3）温度的影响
T↑，D*＝D0exp（－Q/RT）↑↑， x/r、△L/L↑↑。
温度升高，加快烧结。温度在烧 结中往往起决定性作用。
在扩散为主的烧结中，除体积扩
散外，质点还可以沿表面、界面或
位错等处进行多种途径的扩散。库
津斯基综合各种烧结过程，得出烧
结动力学典型方程为：
( x)n r
F(T ) rm
多相反应和熔融、溶解、烧结等，其包括范围较宽。 烧结：仅是粉料经加热而致密化的简单过程，是烧成过程的一个
材料科学基础第九章烧结
材料科学基础第九章烧结
二. 溶解-沉淀传质
1. 条件：
❖显著的液相量
❖固相在液相内有显著的可溶性
❖液相润湿固相
2. 原因(推动力)：颗粒的表面能
3. 过程： 颗粒重排
溶解-沉淀传质
材料科学基础第九章烧结
❖颗粒重排：
颗粒在毛细管力作用下，通过粘性流动或在一些 颗粒间接触点上由于局部应力的作用而重新排列， 使堆积更致密。 致密化速率与粘性流动相应，线收缩与时间呈线 性关系：
材料科学基础第九章烧结
粘性蠕变通过粘度系数(η)把粘性蠕变速率(ε)与
应力(σ)联系起来 ，
又 KTd 2 8D* 8D* KTd 2
粘性蠕变产生区域：晶界区域、位错区域
材料科学基础第九章烧结
❖动力学关系：
烧结模型：双球模型(中心距缩短)
颈部增长公式：
x
( 3
1
)2
1
r 2
1
t 2
1、 推动力：粉末物料的表面能大于多晶烧结体的晶界 能 2、 衡量指标：通常用晶界能γGB和表面能γ SV之比值来衡 量烧结的难易。 GB S越V 小越易烧结。
❖对球形颗粒：弯曲表面由于表面张力而造成的压差 P 2
r
❖对非球形曲面： P ( 1 1 )
r1 r2
❖烧结的推动力： G VP
烧成后期空隙率：
6D*
Pt 2KT3L(tf t)
材料科学基础第九章烧结
材料科学基础第九章烧结
第三节 液相参与的烧结
液相烧结特点和类型：
凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结。 液相烧结与固相烧结的异同点：
相同点：烧结的推动力都是表面能，烧结过程都是 由颗粒重排、气孔充填和晶粒生长等阶段组成 不同点：由于流动传质比扩散传质快，因而液相烧 结致密化速率高，可使坯体在比固态烧结温度低得 多的情况下获得致密的烧结体；影响液相烧结的因 素比固相烧结更为复杂，为定量研究带来困难。
三、烧结原料的准备及加工处理
三、烧结原料的准备及加工处理一、烧结原料及其特性烧结用的原料有铁矿石、锰矿石、溶剂、燃料及工业废弃物。
1、铁矿石在地壳中含铁矿物种类很多，凡能在现代技术条件下较为经济地提出含铁矿物的岩石称之为铁矿石。
根据铁矿石的主要含铁矿物可以把铁矿石分为磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石和菱铁矿石等四种类型。
⑴、磁铁矿石磁铁矿石主要的化学成分为Fe3O4，理论含铁量为72.4%。
磁铁矿也可看作FeO·Fe2O3，磁铁矿的晶体多成八面体，它的组成结构比较致密坚硬，一般成块状或粒状。
它的外表颜色为钢灰色和黑灰色，条痕色为黑色。
磁铁矿的密度为4.9～5.2克/厘米3，硬度为5.5～6.5，它具有金属光泽但较暗，并有磁性，因此比其它类型铁矿石易于分选。
磁铁矿的脉石主要为石英，各种硅酸盐（如绿泥石等）于碳酸盐，有时还含有少量粘土。
此外由于矿石中含有黄铁矿及磷灰石，有时有闪锌矿黄铜矿，所以一般磁铁矿含硫、磷均高，并且含有锌和铜。
含钛和钒较多的磁铁矿叫钛磁铁矿和钒钛磁铁矿。
地表层的磁铁矿由于氧化作用部分被氧化成赤铁矿，但仍保持磁铁矿的结晶形态，这种矿石叫假象赤铁矿或半假象赤铁矿。
根据磁铁矿和假象赤铁矿在矿石中含量不同，一般用磁性率，即FeO/TFe的百分率来分类：磁性率=FeO/TFe×100%式中：FeO——矿石中全铁含量，%；TFe——矿石中氧化铁含量，%。
磁性率=42.8%为纯磁铁矿；磁性率> 28.6%为磁铁矿；磁性率=28.6%～14.3%为半假象赤铁矿；磁性率< 14.3%为假象赤铁矿。
硅酸铁矿及碳酸铁矿中含有FeO，但这部分铁不具有磁性，。
所以菱铁矿（磁性率为1.4）、黄铁矿、磁黄铁矿（磁性率> 3.5）、褐铁矿及镜铁矿都不能用磁性率来衡量。
磁铁矿结晶结构很致密，所以它的还原性比其它铁矿差。
⑵、赤铁矿石主要的含铁矿物为赤铁矿，化学式为Fe2O3，含铁70%，含氧30%。
它的结晶外形为片状和板状集合体，片状表面有金属光泽，明亮如镜的叫镜铁矿；细小片状的叫云母状赤铁矿；红土状赤铁矿（铁赭石）系红色粉末，没有光泽。
烧结原料介绍
原料工技能知识1烧结原料的特性、标准与检测1.1烧结特性的特性与要求1.1.1铁矿粉的特性与要求1.1.1.1简述铁矿粉的分类组成地壳的各种岩石大部分都含有铁，已经知道的铁矿石有300多种。
但是目前能作为炼铁原料的只有20多种。
它们按照贴矿物的不同存在形态，又分为磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe z Q）、褐铁矿（Fe2Q.H2O）、菱铁矿（FeCQ）四大类。
1.1.1.2烧结对含铁物料的要求铁矿粉是烧结生产的主要原料，它的物理化学性质对烧结质量影响最大，主要要求铁矿石品位高、成份稳定、杂质少、脉石成份适用于造渣、粒度适宜。
烧结用的精矿粒度不宜太细，一般小于0.074mm （-200目）的量小于80%褐铁矿、菱铁矿的精矿或粉矿要考虑结晶水、二氧化碳的烧损。
国内褐铁矿烧损为9%-15%菱铁矿烧损为17%-36%烧损大，烧结时体积收缩，褐铁矿收缩8流右，菱铁矿收缩10流右。
精矿水分大于12%寸，影响配料准确性，混合不易均匀。
粉矿粒度要求控制在8mm以下，便于烧结矿质量。
当含铁原料中二氧化硅含量不足时，可添加含硅熔剂或部分高硅含铁原料。
硅砂是烧结使用的增硅熔剂。
—^=1=^元糸符号允许含量/%说明硫S< 0.1使钢产生“热脆”，每炼1t生铁的原、燃料总含硫量一般在8-10kg以下。
磷P< 0.2对于一般炼钢生铁，磷使钢产生“冷脆”，炼铁、烧结过程均不能去磷锌在900 C挥发，沉积在炉墙，使炉墙膨胀，破坏炉壳，锌Zn< 0.1与炉尘混合易形成炉瘤，烧结过程能除去50%-60%，>时不允许其直接入炉铅Pb< 0.1铅易还原，但沉积、破坏炉底铜Cu< 0.2少量铜能改善钢的耐蚀性，量多使钢材热脆，不易轧制和焊接，在咼炉中铜全部还原进入生铁中砷As < 0.07（生产优质刚砷使钢冷脆和焊吉接性变坏，生铁含砷应小于 F 1%，优质生铁才要求w 0.07）要求不含砷。
砷B在咼炉中100%还原进入生三铁锡Sn< 0.08锡熔解后进入铁和钢中，使钢具有脆性，在咼炉中易使炉壁结瘤钛能改善钢的耐磨性和耐蚀性，但使炉渣性质变坏，在冶钛Ti w 1.5炼7时有90%进入炉渣。
烧结基础知识
1. 烧结基础知识2. 烧结的含义将含铁粉状料或细粒料进行高温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的过程。
铁矿粉烧结是一种人造富矿的过程。
2.1. 烧结的方法(1)鼓风烧结：烧结锅，平地吹；(2)抽风烧结：(a)连续式：带式烧结机和环式烧结机等；(b)间歇式：固定式烧结机，如盘式烧结机和箱式烧结机；移动式烧结机，如步进式烧结机；(3)在烟气中烧结：回转窑烧结和悬浮烧结。
2.2. 烧结生产的工艺流程一般包括：原燃料的接受、贮存，溶剂、燃料的准备，配料，混合，制粒，布料，点火烧结，热矿破碎，热矿筛分，热矿冷却，冷矿筛分，铺底料、成品烧结矿及返矿的贮存、运输等工艺环节。
机上冷却工艺不包括热矿破碎和热矿筛分。
现代烧结工艺流程不再使用热矿工艺，应使用冷矿工艺。
在冷矿工艺中，宜推广具有铺底料系统的流程。
2.3. 烧结厂主要技术经济指标烧结厂的主要技术经济指标包括利用系数、作业率、质量合格率、原材料消耗定额等。
2.3.1. 利用系数每台烧结机每平方米有效抽风面积(m2)每小时(h)的生产量(t)称烧结机利用系数，单位为t/(m2*h)。
它用台时产量与烧结机有效抽风面积的比值表示：利用系数==台时产量是一台烧结机一小时的生产量，通常以总产量与运转的总台时之比值表示。
这个指标体现烧结机生产能力的大小，它与烧结机有效面积的大小无关。
利用系数是衡量烧结机生产效率的指标，它与烧结机有效面积的大小无关。
2.3.2. 烧结机作业率作业率是设备工作状况的一种表示方法，以运转时间占设备日历时间的百分数表示：设备作业率=×100%日历台时是个常数，每台烧结机一天的日历台时即为24台时。
它与台数、时间有关。
日历台时=台数×24×天数事故率是指内部事故时间与运转时间的比值，以百分数表示：事故率=×100%设备完好率是衡量设备良好状况的指标。
按照完好设备的标准，进行定期检查。
设备完好率是全厂完好设备的台数与设备总台数的比值，用百分数表示：设备完好率=×100%2.3.3. 质量合格率烧结矿的化学成分和物理性能符合原冶金部YB/T421标准要求的叫烧结矿合格品，不符合的烧结矿叫出格品。
第九章 烧结
G 1卡/g G 200卡/mol G 几万卡 / mol
- 石英
一般化学反应
*烧结难易程度的判断：
比值=
GB SV
GB晶界能 SV 表面能
比值：愈小愈易烧结，反之难烧结。 例：Al2O3 : 两者差别较大，易烧结； 共价化合物如Si3N4、SiC、AlN 难烧结。
*
晶界移动速率：
G RT
V (v AB
RT G * G vBA ) exp( )[1 exp( )] Nh RT RT
1 1 又 G VP V ( ) r1 r2
RT V 1 1 S * H * v [ ( )] exp exp( ) Nh RT r1 r2 R RT
时 间 （ min）
（b) 原料粒度r:
x r r
3 5
0.5
0.4
x 0.3 r 0.2
0.1 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
r 3 / 5 ( m 3 / 5 )
1600℃烧结Al2O3颗粒尺寸对x/r的影响
(c) 温度T:
x 160 D 1 / 5 ( ) r r kT
其次由颈表面内部扩散
原子扩散：与空位扩散方向相反，
扩散终点：自由表面、晶界和位错。
2、扩散传质的动力学关系
1）初期（x/r﹤0.3)：表面扩散为主
(因为表面扩散温度<<体积扩散温度)
例 Al2O3 T表面＝330℃ T体积＝900℃；
特点：气孔率大，收缩约1％。
x 160D ( r kT
影响因素：t、r、T
a、 f一定时，d Dl
*
3 1 1/ 5 ) r 5t 5
烧结生产中的主要燃料、熔剂和辅料
烧结生产中的主要燃料、熔剂和辅料1烧结主要燃料主要燃料包括：焦粉和白煤（无烟煤）。
焦粉和白煤因其烧损失、残存量少、调整频繁等特点，所以有的烧结生产单位把燃料的配比放置在总配比的100%之外。
但是燃料灰分中几乎都是硅、铝、铁、钙、镁的氧化物，这些氧化物无一不影响烧结的结矿和烧结矿的成分组成，所以在下达配料配比时必须把燃料配比计入烧结配比100%之内。
挥发分在烧结中的概念燃料中除去碳的氧化物外被气化的物质（主要成分是CH4和结晶水，少量的二氧化硫和氨气）变成气体被气流抽走成分的百分比含量。
挥发分越多燃料的燃烧性能越差，分解挥发分带走的热量也越多。
所以要求挥发分越少越好。
燃料粒度和铁料粒度相匹配当经过混匀造球的物料中3-5mm粒积比增大到40%以上或者3-8mm粒积增加到60%以上时可相应增大燃料粒度3mm-5mm的比例，5mm-8mm的比例不能增大。
2烧结主要熔剂熔剂在烧结过程中的作用从表面理解就是降低物料熔点。
在烧结料层焙烧过程中负压增加到1.15-1.19个大气压时，这些新生成的低熔点化合物容易生成更多的液相。
熔剂的烧损熔剂的烧损为烧结过程的物料熔化，液相渗透、包裹、收缩和结晶创造了空间上的条件。
熔剂的烧损由结晶水的析出和碳酸盐分解造成，化验的烧损包括这两点。
由氧化钙和氧化镁成分含量可以算出失去的二氧化碳成分含量，总烧损减去二氧化碳造成的烧损剩余部分就是结晶水的成分含量。
这也是全量公式在烧结配料计算中的主要应用之一。
3烧结主要辅料使用时要对其在烧结过程性能和作用分析到位。
在用法和用量适当的情况下对烧结矿的优质、高产、低耗都能产生非常有利的作用。
高炉重力除尘灰（重灰）高炉重力除尘灰是由高炉重力除尘器（一级除尘）过滤高炉煤气所收集的除尘灰。
其主要成分是：氧化铁、固定碳、二氧化硅、少量的氧化钙、氧化镁、三氧化二铝和微量杂质。
重力除尘灰（重灰）相对于高炉布袋除尘灰（轻灰）有较多的全铁含量和较少的固定碳。
烧结知识
一、原燃料性质及其对烧结过程和质量的影响1、含铁原料精矿粉是含铁贫矿经过细磨选矿处理，除去了一部分脉石和杂质使含铁量提高的极细的矿粉。
在烧结生产过程中，除了精矿粉外，往往还添加一些其它的含铁原料（如高炉返矿、铁皮和富矿粉等），这样做有两个目的，一是为了增加烧结混合料成球核心，改善混合料的透气性，提高烧结机利用系数，降低烧结矿成本。
二是为了提高烧结矿的品位，为高炉顺产、高产创造条件。
返矿具有多孔的结构，含低熔点化合物，有利于烧结过程液相的生成，提高烧结矿的强度，有利于烧结料粒度的组成，改善透气性，提高烧结矿质量。
因此，返矿的配加量、返矿质量的好坏，直接影响烧结生产过程的进行。
2、熔剂（1）熔剂的分类熔剂可分为碱性熔剂、酸性熔剂和中性熔剂三类。
多国铁矿的脉石多以SiO2为主，所以普遍使用碱性熔剂。
碱性熔剂即含CaO和MgO高的熔剂。
常用的熔剂有：石灰石（CaCO3）生石灰（CaO）、消石灰（Ca(OH)2）和白云石（主要是CaCO3和MgCO3）。
（2）烧结对熔剂的要求碱性氧化物含量要高；S、P杂质要少；酸性氧化物含量(SiO2+Al2O3 ) 越低越好；粒度和水分适宜。
（3）配加熔剂的目的烧结生产过程中配加熔剂的目的主要有三个；一是将高炉冶炼时高炉所配加的一部分或大部分熔剂和高炉中大部分化学反应转移到烧结过程中来进行，从而有利于高炉进一步提高冶炼强度和降低焦比；二是碱性熔剂中的CaO和MgO与烧结料中的氧化物及酸性脉石SiO2、Al2O3等在高温作用下，生成低熔点的化合物，以改善烧结矿强度、冶金性和还原性；三是加入碱性熔剂，可提高烧结料的成球性和改善料层透气性，提高烧结矿质量和产量。
白灰也称生石灰，主要成分是CaO,其遇水即消化成消石灰（Ca(OH)2）后，在烧结料中起粘结剂的作用，增加了料的成球性，并提高了混合料成球后的强度，改善了烧结料的粒度组成，得高了料层的透气性。
其次，由于消石灰粒度极细，比表面积比消化前增大100倍左右，因此与混合料中其它成分能更好的接触，加快固液相反应，不仅加速烧结过程，而且防止游离CaO存在，而且它还可以均匀分布在烧结料中，有利于烧结过程化学反应的进行。
烧结
第九章烧结§9-1 概述本节主要内容有：1）烧结定义；2）与烧结有关的一些概念；3）烧结过程推动力；4）烧结模型一、烧结定义如下图9.1所示，为烧结过程中坯体所发生的变化。
由图可见，在烧结过程中，体系发生如下物理化学过程：颗粒间由点接触开始（图9.1a）→接触面积扩大→颗粒聚集→颗粒中心距逼近（图9.1b）→逐渐形成晶界→气孔形状发生变化→体积缩小，连通的气孔变成各自孤立的气孔→大部分气孔从晶体中排除。
这些物理过程随烧结温度的升高而逐渐推进。
图9-1烧结过程中坯体所发生的变化1.定义：根据烧结过程中所出现的宏观变化可以认为：一种或多种固体（金属、氧化物、氮化物、粘土…）粉末经过成型，在加热到一定温度后气孔排除、体积收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这种过程称为烧结。
2、烧结程度衡量指标：在烧结过程中，宏观上出现体积收缩、致密度提高和强度增加。
通常采用坯体收缩率、气孔率、吸水率、烧结体密度与理论密度之比（相对密度）等指标来衡量。
如下图9-2所示。
二、与烧结有关的一些概念1、烧结与烧成：烧成包括多种物理或化学变化，如脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等。
而烧成仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程。
因此，烧结仅仅是烧成过程的一个重要部分。
2、烧结与熔融：烧结是在远低于固态物质的熔融温度下进行的。
烧结与熔融这两个过程都是由原子热振动而引起的，但熔融时全部组元均转变为液相，而烧结时至少有一组元是固态。
3、烧结与固态反应：这两个过程均在低于材料熔点或熔融温度之下进行，并且在过程的自始至终至少有一相是固态。
在固相反应的过程中，组分间在高温下发生化学反应，但在烧结过程中，组分间并不发生化学反应。
三、烧结过程推动力：1、推动力：近代烧结理论认为，粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，这就是烧结的推动力。
粉体经烧结后，晶界能取代了表面能，这就是多晶材料稳定存在的原因。
2、表面能来源：粉料在粉碎与研磨的过程中消耗的机械能，以表面能形式贮存在粉体中；粉碎引起晶格缺陷，使内能增加。
无机材料科学基础 第9章 烧结
二、与烧结有关的一些概念
1、
烧结（sintering）与烧成（firing）
烧成包括多种物理和化学变化。而
烧结仅仅指粉料经加热而致密化的 简单物理过程，显然烧成的含义及 包括的范围更宽，一般都发生在多 相系统内。而烧结仅仅是烧成过程
的一个重要部分。
二、与烧结有关的一些概念
2、
烧结和熔融（melting）
固体颗粒表面曲率不同，在高温时必然在 再凝聚实现质点的迁移，促进烧结。 这种传质过程仅仅在高温下蒸气压较大的
系统的不同部位有不同的蒸气压。质点通过蒸发，
系统内进行，如氧化铅、氧化铍和氧化铁的烧结。
蒸发—凝聚传质采用中心距不变的双球模型， 如图9—4示。 在球形颗粒表 面有正曲率半 径，而在两个 颗粒联接处有 一个小的负曲 率半径的颈部
3/ 2
1/ 3
r
2 / 3
t
1/ 3
此方程得出了颈部半径(x)和影响生长速
率的其它变量(r，P0，t之间的相互关系。
如图9-5（A）和9-5（B）。
影响蒸发—凝聚传质的因素：
1、不能用延长烧结时间促进烧结。
2、粉末的起始粒度愈小，烧结速率愈大。 3、提高烧结温度，可以提高烧结速率。
第九章 烧 结
Chapter 9 Sintering
§9—1
概
述
§9—1 Introduction
烧结目的：把粉状物料转变为致密体
当原料配方、粉体粒度、成型等工序完成以后，烧结 是使材料获得预期的显微结构以使材料性能充分发挥 的关键工序 一般说来，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体 是一种多晶材料。其显微结构由晶体、玻璃体和气孔 组成。烧结过程直接影响显微结构中晶粒尺寸、气孔 尺寸及晶界形状和分布。
烧结原料技能PPT课件
品位高 成分稳定 杂质少 脉石成分适用于造渣 粒度适宜
碱性熔剂 中性熔剂 酸性熔剂 由于脉石成分绝大多数以SiO2为主，所以通
常采用含CaO和MgO的碱性熔剂。
石灰石CaCO3 消石灰Ca(OH2) 生石灰CaO 白云石Ca.Mg(CO3)2 菱镁石MgCO3
理论含铁量70%
条痕为红色
褐铁矿（Fe2O3.nH2o)是一种含结晶水的三氧 化二铁，可用mFe2o3.nH2o来表示
含铁量 55.2-66.1%，密度2.5-5%之间。
是一种含铁的碳酸盐（FeCO3),理论含铁量 48.2%，密度为3.9，硬度为3.5-4.
颜色为灰色和黄褐色。
天然矿石经过破碎、磨碎、选矿等加工处 理成的矿物叫精矿粉。
用锹撮一点熔剂，用水冲洗，观察留在锹 上的粒状熔剂，颜色等就更清楚了。
磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿 菱铁矿
主要的存在形态是Fe3O4,比密度为4.9-5.2,硬 度为5.5-6.5，有金属光泽，具有磁性。
理论含铁量为7 （Fe2O3),密度为4.8-5.3，硬度不一，结晶完 整的赤铁矿硬度为5.5-6。
从颜色来判断：颜色越深，品位越高
矿物经手握成团有指痕，但不粘手，料球 均匀，表面反光，这时水份7%-8%；若料握 成团抖动不散，粘手，这时水份大于10%；
若料握不成团经轻轻微动即散，表面不反 光，这时水份小于6%。
抓一把熔剂在手中，用另一只手掌将其压 平，如被压平的表面暴露的青色颗粒多， 则说明氧化钙含量高，若很快干燥，形成 白圈，说明氧化镁含量高。
有效成分含量高 酸性氧化物和硫、磷等有害杂质少 粒度适宜 水份适宜
点火燃料 烧结燃料
碎焦 无烟煤
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含铁矿物 名称和化 学式 Fe3O4
颜色
冶炼性能 坚硬、 坚硬、致 密、难还 原 较易破碎、 较易破碎、 软易还原
黑色或 灰色 红色至 淡灰色 甚至黑 色 灰色带 黄色
45~70
S.P 高
Fe2O3
70.0
4.9~5.3
55~60
少
菱铁矿（ 菱铁矿（碳 酸盐铁矿石） 酸盐铁矿石）
从2002年到2006年，虽然铁矿价格连续上涨，澳大利亚和巴西铁矿 2002年到2006年 虽然铁矿价格连续上涨， 年到2006 产量都有一定增加，但在国际铁矿生产份额上，基本没有变化， 产量都有一定增加，但在国际铁矿生产份额上，基本没有变化，而中国的 生产份额增加了7.6个百分点。 7.6个百分点 生产份额增加了7.6个百分点。
山东 2.86% 湖北 安徽 1.75% 四川 2.41% 5.27% 北京 2.95% 山西 5.09%
其他 10.91% 河北 43.39%
内蒙古 7.23%
辽宁 18.14%
全球铁矿石资源储量及基础储量
2005年世界主要铁矿石生产国产量及进出口量 年世界主要铁矿石生产国产量及进出口量
2002年以来，中国在世界铁矿的份额显著增加 年以来， 年以来
我国10个特大型铁矿床资源 储量 我国 个特大型铁矿床资源/储量 个特大型铁矿床资源 单位： 单位：亿吨
资源/储量 资源 储量 矿床名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 辽宁齐大山铁矿 辽宁胡家庙子（红旗） 辽宁胡家庙子（红旗）铁矿 辽宁东鞍山铁矿 辽宁西鞍山铁矿 辽宁南芬铁矿 河北司家营铁矿 内蒙白云鄂博铁矿 四川攀枝花铁矿 四川红格铁矿 云南惠民铁矿 14.54 11.10 9.1 17.36 9.43 23.48 13.5 15.9 35.73 19.94
单位：元/吨
2006年河北唐山66%铁精粉价格 2005年河北唐山66%铁精粉价格
2006年铁精粉市场走势（以唐山为例）
9.2 含铁杂料
(1) 冶金粉尘 种类：烧结粉尘、高炉粉尘、 种类：烧结粉尘、高炉粉尘、炼钢粉尘 品位： 品位：30~70%，另外：C、CaO、MgO ，另外： 、 、 粒度：很细，干粉尘、 粒度：很细，干粉尘、湿粉尘 Fe、CaO、MgO 、 、 (3) 钢渣
冶炼性能 颜色 实际含 铁 量 （％） 有害 强度及还原 性 物质
60.0 57.2 55.2
3.0~4.2 3.0~4.0 2.5~4.0
37~55
P高 高
9.1 铁矿石
类别
（一）铁矿石的分类及特性-3 铁矿石的分类及特性
原则烧结特性
磁铁矿 在温度不高和燃料用量较少的情况下，可得到熔化度 在温度不高和燃料用量较少的情况下， 适当， 含量较低， 适当，FeO含量较低，还原性和强度较好的烧结矿。 含量较低 还原性和强度较好的烧结矿。 赤铁矿 与磁铁矿相近，但其开始软化温度较高，要在料层各 与磁铁矿相近，但其开始软化温度较高， 部均匀达到这样高温度有一定困难。 部均匀达到这样高温度有一定困难。一般赤铁矿在烧 结时比磁铁矿需要的燃料消耗高。 结时比磁铁矿需要的燃料消耗高。 褐铁矿 褐铁矿因含结晶水和气孔多，用烧结球团造块时收缩 褐铁矿因含结晶水和气孔多， 性很大，使产品质量降低，只有有延长高温处理时间， 性很大，使产品质量降低，只有有延长高温处理时间， 产品强度可相应提高，但导致燃料消耗增大， 产品强度可相应提高，但导致燃料消耗增大，加工成 本提高。 本提高。 烧结性差，质量差， 菱铁矿 烧结性差，质量差，能耗高
从铁矿种类来看，我国铁矿石以磁铁矿、赤铁矿为主，其他矿较少， 从铁矿种类来看，我国铁矿石以磁铁矿、赤铁矿为主，其他矿较少， 磁铁矿约占我国铁矿石总储量的55.4%左右 左右 磁铁矿约占我国铁矿石总储量的 赤铁矿约占18.1%左右 左右 赤铁矿约占 钒钛磁铁矿约占5.3% 钒钛磁铁矿约占 菱铁矿约占14.4%。 。 菱铁矿约占
（4）粒度和强度 ）
粒度适中、 粒度适中、强度高
（5）冶金性能 ）
还原度、还原粉化、 还原度、还原粉化、软熔性
（6）矿石化学成分的稳定性 ）
波动小
9.1 铁矿石
中国铁矿资源现状
（三）铁矿石资源状况
年底， 至2005年底，中国保有铁矿产地 年底 中国保有铁矿产地1995处，基础储量 处 基础储量224亿 亿 亿吨， 亿吨。 吨，资源量365亿吨，实际保有储量 资源量 亿吨 实际保有储量126亿吨。 亿吨
国内铁矿资源储量现状地区统计
地区 全国 辽宁 四川 河北 山西 安徽 云南 湖北 内蒙 山东 湖南 河南 北京 矿区数（ 矿区数（个） 2469 204 163 202 106 174 107 147 142 121 113 74 47 查明资源储 量 593.85 121.47 99.47 72.6 38.56 38.39 35.68 27.26 24.84 23.55 10.96 10.64 10.55 单位： 单位：亿吨
我国主要铁矿石生产地区铁矿石产量 单位：万吨
地区 河北 辽宁 内蒙古 山西 北京 四川 安徽 山东 湖北
2005 15227 9005 2998 2103 1834 1692 1099 1077 864
2006（E） （ ） 24852 10137 4026 2767 1682 2877 1328 1645 1002
20291 25185 26108 31011 34926 37818 15072 16320 14812 20809 29884 37129 46.72 52.88
2006年我国进口各国铁矿石数量比例 年
其他 南非 11.3% 3.8%
澳大利亚 38.9%
巴西 23.3% 印度 22.8%
我国从澳大利亚、巴西、印度进口铁矿石价格（到岸价） 我国从澳大利亚、巴西、印度进口铁矿石价格（到岸价）对比
2002和2006年世界主要铁矿生产国产量和份额(成品矿 亿吨) 年 份 产量 地 区 世界 中国 巴西 澳大利亚 印度 9.89 1.08 2.25 1.87 0.86 100 10.92 22.75 18.91 8.69 14.5 2.70 3.30 2.90 1.65 100 18.62 22.76 20.00 1.38 2002 份额(%) 产量 2006 份额(%)
碳酸铁 FeCO3
48.2
3.8
30~40
少
易破碎最 易还原 焙烧后） （焙烧后）
9.1 铁矿石
矿石名 称 含铁矿物名称 和化学式 水赤铁矿 2Fe2O3·H2O 针赤铁矿 Fe2O3·H2O 褐铁矿 （含水 氧化铁 矿石） 矿石） 水针赤铁矿 3Fe2O3·4H2O 褐铁矿 2Fe2O3·4H2O 黄针铁矿 2Fe2O3·2H2O 黄石 Fe2O3·3H2O
（一）熔剂的种类
石灰石（ 石灰石（CaCO3） 消石灰（Ca(OH) 2） 消石灰（ 生石灰（CaO） 生石灰（ ） 白云石 (CaCO3•MgCO3) （2）酸性熔剂 ） 橄榄石（（ 橄榄石（（Mg•Fe）O2•SiO2） （（ ） 蛇纹石（ 蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O） ） 石英石 （SiO2 ）
结
烧结 成品 处理
整 粒
成品烧结矿
冷 却
第九章 烧结原料及其特性
9.1 铁矿石 9.2 含铁杂料 9.3 熔剂 烧结燃料（第四章） 9.4 烧结燃料（第四章） 9.5 锰矿石
9.1 铁矿石
矿石名称 磁铁矿（ 磁铁矿（磁 性氧化铁矿 石） 赤铁矿（ 赤铁矿（无 水氧化铁矿 石）
（一）铁矿石的分类及特性-1 铁矿石的分类及特性
90 80 70 澳大利亚 巴西 印度
单 位 ： 美 元 /吨
60 50 40 30 20 10 0
1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年
2003～2008年全球铁矿石协议矿价上涨幅度变化 ～ 年全球铁矿石协议矿价上涨幅度变化
2003 铁矿石 离岸价 上涨幅 度
2001～2006年我国铁矿石生产、消费状况 ～ 年我国铁矿石生产、 年我国铁矿石生产 单位： 单位：万吨
2001 生铁产量 国内铁矿产量（ 国内铁矿产量（统计 局数） 局数） 国内铁矿产量（ 国内铁矿产量（推算 数） 国内铁精矿产量 进口矿石量 成品矿消费合计 进口铁矿石比重% 进口铁矿石比重 15554 21702 31617 13644 9231 22875 37.98 2002 17079 23143 32405 13984 11149 25133 41.78 2003 2004 2005 33040 42049 48285 20837 27246 48083 53.32 2006 40416 58817 62000 26755 32630 59755 53.0
其他 23.0% 内蒙 4.1% 湖北 4.6% 云南 山西 6.1% 6.6%
辽宁 20.1%
四川 17.2% 安徽 6.9% 河北 11.4%
我国主要铁矿资源地区分布
序号 铁矿资源集中区 矿产地数 量 （处） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 鞍山－ 鞍山－本溪 冀东－ 冀东－密云 攀枝花－ 攀枝花－西昌 五台－ 五台－吕梁 宁芜－ 宁芜－庐枞 包头－ 包头－白云鄂博 鲁中 邯邢 鄂东 海南 合计 45 118 67 32 60 16 46 73 75 7 539 资源/储量 资源 储量 （亿吨） 亿吨） 125 62.7 61.3 33 21.9 11.6 9.25 8.3 7.12 4.24 344.41 23.00% 11.50% 11.30% 6.10% 4.00% 2.10% 1.70% 1.50% 1.30% 0.70% 63.30% 占当时查明铁矿资源/储量 占当时查明铁矿资源 储量