固相反应对烧结有什么意义
烧结的问题和解答
烧结的问题和解答第九章烧结1、解释下列名词（1）烧结：粉料受压成型后在高温作用下而致密化的物理过程。
烧成：坯体经过高温处理成为制品的过程，烧成包括多种物理变化和化学变化。
烧成的含义包括的范围广，烧结只是烧成过程中的一个重要部分。
（2）晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。
二次再结晶：少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。
（3）固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。
液相烧结：有液相参加的烧结过程。
2、详细说明外加剂对烧结的影响?答：（1）外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变，缺陷增加，有利结构基元移动而促进烧结；（2）外加剂与烧结主体形成液相，促进烧结；（3）外加剂与烧结主体形成化合物，促进烧结；（4）外加剂阻止多晶转变，促进烧结；（5）外加剂起扩大烧结范围的作用。
3、简述烧结过程的推动力是什么?答：能量差，压力差，空位差。
4、说明影响烧结的因素？答：（1）粉末的粒度。
细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速；（2）外加剂的作用。
在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。
（3）烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。
（4）保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。
（5）气氛的影响：氧化，还原，中性。
（6）成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。
5、在扩散传质的烧结过程中，使坯体致密的推动力是什么？哪些方法可促进烧结？说明原因。
第四章-固相反应与烧结
4.1 固相反应 (Solid State Reaction) 一、概 述
1、固相反应的定义：
广义：凡是有固相参与的化学反应。 例：固体的分解氧化、 固体与固体的化学反应、 固体与液体的化学反应 狭义：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体 产物的过程.
2、固相反应的特点：
固体质点间具有很大的作用键力，扩散受到限制，故固 态物质的反应活性通常较低，速度较慢。在多数情况下， 固相反应是发生在两种组分分界面上的非均相反应。
如 化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等，只有每个
步骤都完成反应才结束，因而速度最慢的对整体反应速度有决 定性作用。
以金属氧化为例，建立整体反应速度与各阶段反应速 度间的定量关系。
MO
O2
M
C0 C
前提： 稳定扩散 过程： 1、 M－O界面反应生成MO；
2、O2通过产物层(MO)扩散到新界面 3、 继续反应，MO层增厚
2DC0 R0 2
微分式
2
dG dt
KJ
1
(1 G)3
1
(1 G)3
1
FJ (G) [1 (1 G)3 ]2 KJ t
讨论：
(1) FJ(G)～t 呈直线关系，通过斜率可求KJ，
又由
K
J＝Cexp(-
G R RT
)
可求反应活化能。
(2) KJ与D、R02有关
KJ
4r
2
(
C r
)
r
R
x
dt
dx dt
D
C r
r R x
(1)
无机非中的固相反应及烧结
一 、固相反应1、固相反应：是固体直接参与化学反应并起化学催化作用，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反应。
这时，控制速度不仅限于化学反应，也包括扩散等物质迁移和传热等过程，可见，固相反应除固体间的反应外也包括有气、液相参与的反应。
2、固相反应的两个特点：（1）固体质点（原子、离子或分子）间具有很大的作用键力。
因此，固态物质的反应活性通常较低，速度较慢。
在多数情况下，固相反应总是发生在两种组分界面上的非均相反应。
对于粒状物料，反应首先是通过颗粒间的接触点或面进行，随后是反应物通过产物层进行扩散迁移，使反应得以继续。
因此，固相反应一般包括相界面上的反应和物质迁移两个过程。
（2）在低温时，固体在化学上一般是不活跃的，因而固相反应通常需在高温下进行。
由于反应发生在非均相系统，于是传热和传质过程都对反应速度有重要的影响，而伴随反应的进行，反应物和产物的物理化学性质将会变化，并导致固体内温度和反应物浓度分布及其物性的变化。
这些都可能对传热、传质和化学反应过程产生影响。
3、固相反应历程：固相反应一般是由相界面的化学反应和固相内的物质迁移两个过程构成的。
4、相界面上化学反应：不同的反应系统都包括以下3个过程，即反应物之间的混合接触并产生表面效应，化学反应和新相形成，以及晶体成长和结构缺陷的校正。
5、反应物通过产物层的扩散：当中两反应颗粒间形成一层产物之后，进一步反应将依赖于一种或几种反应物通过产物层的扩散得以继续，这种迁移扩散可能通过晶体内部晶格、表面、晶界或晶体裂缝进行。
6、影响固相反应的因素：（1）反应物化学组成、结构及活性影响：反应物化学组成与结构是影响固相反应的内因，是决定反应方向和反应速率的重要因素。
反应物活性与结构状态有关。
显然，新生态的反应物晶格常数大、晶格缺陷多、结构松弛，反应物活性高。
（2）反应物颗粒尺寸、均匀性及比例的影响：a 、反应物颗粒尺寸通过下述途径影响反应速率：首先是通过改变反应界面和扩散截面以及改变颗粒表面结构等效应来完成的。
铁氧体的烧结原理
铁氧体的烧结原理铁氧体是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用领域，如电磁设备、电子元器件、电力工业等。
其中，烧结是铁氧体的主要制造工艺之一。
烧结是指将形状成型的粉末材料，在一定的温度和压力条件下加热处理，使其颗粒之间发生结合，形成致密的块状材料的过程。
铁氧体的烧结原理是通过粉末颗粒之间的扩散与固相反应使颗粒之间结合。
在烧结过程中，粉末颗粒之间的扩散是烧结结合的基础。
一般来说，烧结粉末颗粒表面产生活性溶胶，溶胶中的矿物质成分通过扩散逐渐从所制成的颗粒表面向内部扩散，形成晶体晶界。
当接触到其他表面的颗粒时，这些晶界之间的矿物质再次扩散，并与其他颗粒表面上的矿物质形成新的连接。
这种扩散和结合过程在整个烧结过程中不断进行，最终形成一个致密的块状材料。
在烧结过程中，粉末颗粒之间的结合还涉及到固相反应的过程。
固相反应是指当矿物质在烧结过程中达到一定温度时，发生化学反应，产生新的矿物质。
这些新的矿物质能够填充粉末颗粒之间的空隙，增强颗粒之间的结合，提高材料的致密度。
常见的固相反应有矿物质的相互转化、矿物质和添加剂的反应等。
烧结过程中的温度和压力是影响烧结效果的重要因素。
温度是促使颗粒扩散和固相反应发生的主要驱动力。
适当的温度能够提高颗粒之间的扩散速率，促进烧结过程的进行。
然而，过高的温度可能导致颗粒表面烧结过度，损坏颗粒原有的形态和特性。
压力则能够改善颗粒颗粒之间的接触性和结合力，降低颗粒扩散的活化能，促进颗粒之间的结合。
适当的压力能够提高材料的致密度，改善烧结效果。
此外，烧结过程中还存在一些其他因素对烧结效果的影响。
例如，材料粉末的粒径和分布对烧结效果具有重要影响。
通常，较小的粒径有利于提高烧结效果，因为较小的颗粒扩散速率更快。
另外，添加剂的选择和添加量也对烧结效果起到重要作用。
添加剂可调节烧结过程中的反应速率和固相反应产物的形成，进而影响材料的致密性和磁性能。
总的来说，铁氧体的烧结原理是通过粉末颗粒间扩散和固相反应来实现颗粒结合的过程。
烧结生产工艺
8）、烧结矿整粒
主要设备： 1、一次冷矿筛（椭圆振动筛） 2000×6000、筛孔20mm 2、二次冷矿筛（直线振动筛） 2000×6000、筛孔5mm； 10mm。 整粒分级为： 1、大成品≥20mm； 2、铺底料：10-20mm； 3、小成品：5-10mm； 4、冷返矿：≤5mm。 我厂大小成品分后又混供。
4）、烧结配料
一、主要设备： 1、配料圆盘； 2、拉式皮带机； 3、配消器及湿 式除尘器； 4、配料矿槽； 5、称量设备；
二、配料的目的： 1、使烧结料化学成份和物理性质稳定，符合烧结生 产需要； 2、使烧结料有一定的原始透气性，提高烧结生产率； 3、使烧结料化学成份稳定，符合高炉冶炼需要； 4、实现烧结和炼铁的物料平衡、资源利用和效益最 大化。 三、配料方法： 1、容积配料法； 2、重量配料法；
2、水分的蒸发、冷凝与结晶水分解
一、水的作用： 1、利用水的表面张力，将烧结料制成具有 一定强度的颗粒和小球； 2、在料层自动蓄热过程中将温度压缩在一 个较窄的区间内。 二、蒸发与冷凝： H2O（液）=H2O（气） 三、露点 四：结晶水的分解：
3、碳酸盐的分解和氧化钙的化合
9、烧结矿贮存与转运
1、成品矿槽：360m3×6； 2、SW系列皮带机； 3、S系列皮带机。
10、抽风与除尘
1、主抽风机；额定风量9000m3/min；匹 配电机3200KW；大烟道直径3600mm； 2、机头除尘器：198m2(4电场)；多管除尘 器824管； 3、成品电除尘器50m2(3电场)；燃料电除 尘器30m2(3电场)；1#、2#机尾电除尘器 40m2(3电场)；配料电除尘器40m2(3电 场)。
4、铁氧化物分解、氧化和还原
1、铁氧化物主要有三种形态：FeO、Fe2O3、 Fe3O4 2、分解：3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2。 3、氧化和还原： Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 从左至右为氧化过程，放热；从右至左为还 原过程，吸热。 4、烧结过程总体上是氧化气氛，局部存在还 原气氛。
西南科技大学“固相反应”和”烧结性能实验“项目内容 (1)
实验九固相反应一、实验目的固相反应是材料制备中一个重要的高温动力学过程，固体之间能否进行反应、反应完成的程度、反应过程的控制等直接影响材料的显微结构，并最终决定材料的性质，因此，研究固体之间反应的机理及动力学规律，对传统和新型无机非金属材料的生产有重要的意义。
本实验的目的1.掌握TG法的原理，熟悉采用TG法研究固相反应的方法。
2.通过Na2CO3 －SiO2系统的反应验证固相反应的动力学规律─杨德方程。
3.通过作图计算出反应的速度常数和反应的表观活化能。
二、实验原理固体材料在高温下加热时，因其中的某些组分分解逸出或固体与周围介质中的某些物质作用使固体物系的重量发生变化，如盐类的分解、含水矿物的脱水、有机质的燃烧等会使物系重量减轻，高温氧化、反应烧结等则会使物系重量增加。
热重分析法（thermogravimetry，简称TG法）及微商热重法（derivative thermogravimetry，简称DTG法）就是在程序控制温度下测量物质的重量（质量）与温度关系的一种分析技术。
所得到的曲线称为TG曲线（即热重曲线），TG曲线以质量为纵坐标，以温度或时间为横坐标。
微商热重法所记录的是TG曲线对温度或时间的一阶导数，所得的曲线称为DTG曲线。
现在的热重分析仪常与微分装置联用，可同时得到TG - DTG曲线。
通过测量物系质量随温度或时间的变化来揭示或间接揭示固体物系反应的机理和/或反应动力学规律。
固体物质中的质点，在高于绝对零度的温度下总是在其平衡位置附近作谐振动。
温度升高时，振幅增大。
当温度足够高时，晶格中的质点就会脱离晶格平衡位置，与周围其它质点产生换位作用，在单元系统中表现为烧结，在二元或多元系统则可能有新的化合物出现。
这种没有液相或气相参与，由固体物质之间直接作用所发生的反应称为纯固相反应。
实际生产过程中所发生的固相反应，往往有液相和/或气相参与，这就是所谓的广义固相反应，即由固体反应物出发，在高温下经过一系列物理化学变化而生成固体产物的过程。
《钢铁冶金》第二章铁矿烧结
四、燃料燃烧和传热
❖ 烧结料中固体碳的燃烧为形成粘结所必须的液相和进行 各种反应提供了必要的条件(温度、气氛)。烧结过程所需 要的热量的80~90%为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混 合料中所占比例很小，按重量计仅3~5%，按体积计约 10%。在碳量少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而 充分地燃烧，必须供给过量的空气，空气过剩系数达 1.4~1.5或更高。
❖ 随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚， 自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。这就出现 上层温度不足(一般为1150℃左右)，液相不多，强度较低， 返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度虽高而 还原性差，即上下烧结矿质量不均的现象。为改善这种状 况，提出了具有不同配碳量的双层或多层烧结的方法。即 上层含碳量应高于平均含碳量，而下层应低于平均含碳量， 以保证上下层温度均匀，质量一致。而且节省燃料。苏联 采用分层烧结某矿粉，下部含碳量低1.2%，节省燃料10%， 联邦德国某厂使用双层烧结，节省燃料15%，日本用此法 节省燃料10%。
❖ 随着烧结料层的增厚，自动蓄热量增，有利于降低燃料 消耗，但随着料层厚度增加，蓄热量的增加逐渐减少，所 以燃耗降低幅度也减小。当烧结矿层形成一个稳定的蓄热 层后，则蓄热量将不再增加，燃耗也不再降低。因此，从 热量利用角度看，厚料层烧结是有利的，但不是愈厚愈好， 在一定的条件下，存在着一个界限料层高度。同时料层高 度的进一步增加还受到透气性的限制。
❖ 在某一层中可能同时进行几种反应，而一种反应又可能在几层中进行。 下面对各过程分别进行研究和讨论。
二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结
❖ 任何粉料在空气中总含有一定水分，烧结料也不例外。除 了各种原料本身带来和吸收大气水分外，在混合时为使矿 粉成球，提高料层透气性，常外加一定量的水，使混合料 中含水达7~8%。这种水叫游离水或吸附水。100℃即可 大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水 (化合水)。需要在200~300℃才开始分解放出，若含有粘 土 质 高 岭 土 矿 物 (Al2O3·2SiO2·H2O) 则 需 要 在 400~600℃ 才能分解，甚至900~1000℃才能去尽。
3固相反应与烧结详解
离子晶体中的离子在电场的作用下发生迁移 或电解;
在烧结过程中，固体外表积趋于最小，因而 使原子从外表曲率大的地方向曲率小的地方集中。
液相或气相反响的动力学可以表示为 反响物浓度变化的函数，但对固相反响来 说，反响物浓度是没有多大意义的。
2.4 固相反响与烧结 2.4.1 概论
固相反响是指那些有固态物质参与的化学 反响。固相反响不仅包括固---固反响，也包括 有气体或液体参与的反响。
我们只着重介绍固——固反响。 广义的烧结包含固相反响的某些内容，我 们所谈的烧结是通过高温处理，而使晶粒尺寸 变大及材料致密化的过程。
固相反响与烧结也是固态化学的重要争论 内容之一。
2.4.3.2 粉末反响
上面争论了单晶体之间的固一固反响， 这种状况在实际上是很少发生的。
以单晶为对象进展争论，其目的是使 固相反响的初始条件和边界条件尽量简化， 从而易于了解反响的根本机理。其结论对 一般固一固反响仍有指导意义。
事实上，在工业生产和科学争论中常 常遇到的有重要实际意义的是金属或无机 非金属材料细粉之间的反响。
固相反响通常包含以下步骤： 1．固体界面如原子或离子的跨过界面的
集中； 2．原子规模的化学反响； 3．新相成核； 4．通过固体的输运及新相的长大。 打算固相反响性的两个重要因素是成核和集 中速度.
假设产物和反响物之间存在构造类似性， 则成核简洁进展。
集中与固相内部的缺陷、界面形貌、原 子或离子的大小及其集中系数有关。
在完全抱负的晶体中，质点的迁移现象一 般是不行能发生的。因此，在固态材料中发生 的每一种传质现象和反响过程均与晶格的各种 缺陷有关。
材料科学基础 第十四章烧结
清洁的Si3N4粉末γSV为1.8J/m2，但它极易在空 气中被氧污染而使γSV降低，同时由于共价键材料原 子之间强烈的方向性而使γGB增高。固体表面一般不 等于表面张力，但当界面上原子排列是无序的，或 在高温下烧结时，这两者仍可当作数值相同来对待 。
2、压力差：颗粒弯曲的表面上存在压力差。 粉末体紧密堆积后，颗粒间仍有很多细小气孔 通过，在这些弯曲的表面上由于张力的作用而造成 的压力差为： △P=2γ／r 式中：γ为粉末体表面张力；r为粉末球型半径。
（2）温度继续升高，传质过程开始进行，颗粒间 接触状态由点接触逐渐扩大为面接触，接触面积 增加，固-气表面积相应减少。 （3）随着温度不断升高，传质过程继续进行，颗 粒界面不断发育长大，气孔相应地缩小和变形 ，而形成孤立的闭气孔。同时，颗粒界面开始移 动，粒子长大，气孔迁移到颗粒界面上消失，致 密度提高。 根据上面讨论，烧结过程可以分为三个阶段 ：烧结初期、中期和后期。
第二节 烧结过程及机理
烧结过程
烧结推动力
烧结机理
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。
比电导(Ω-1· cm-3)
密度(g/cm2)
温度(°C)
图1 烧结温度对烧结体性质的影响 l一比电导 2一拉力 3一密度
结果与讨论： 随烧结温度的升高，比电导和抗拉强度增加。 曲线表明，在颗粒空隙被填充之前(即气孔率 显著下降以前)，颗粒接触处就已产生某种键 合，使得电子可以沿着键合的地方传递，故比 电导和抗拉强度增大。 温度继续升高，物质开始向空隙传递，密度 增大。当密度达到理论密度的90～95％后，其 增加速度显著减小，且常规条件下很难达到完 全致密。说明坯体中的空隙(气孔)完全排除是 很难的。
无机材料科学基础《烧结》知识点
（１）常压烧结：又称无压烧结。
属于在大气压条件下坯体自由烧结的过程。
在无外加动力下材料开始烧结，温度一般达到材料的熔点０．５－０．８即可。
在此温度下固相烧结能引起足够原子扩散，液相烧结可促使液相形成或由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的发生。
常压烧结中准确制定烧成曲线至关重要。
合适的升温制度方能保证制品减少开裂与结构缺陷现象，提高成品率。
（２）热压烧结与热等静压烧结：热压烧结指在烧成过程中施加一定的压力（在１０～４０ＭＰａ），促使材料加速流动、重排与致密化。
采用热压烧结方法一般比常压烧结温度低１００ºC左右，主要根据不同制品及有无液相生成而异。
热压烧结采用预成型或将粉料直接装在模内，工艺方法较简单。
该烧结法制品密度高，理论密度可达９９％，制品性能优良。
不过此烧结法不易生产形状复杂制品，烧结生产规模较小，成本高。
作为陶瓷烧结手段，利用来自于表面能的表面应力而达到致密化的常压烧结法虽是一般常用的方法，但是，不依赖于表面应力，而在高温下借助于外压的方法，也是可以采用的。
这就是称为热压法的烧结方法。
广义来说，在加压下进行烧结的方法包括所有这类方法，超高压烧结和热等静压（HIP）烧结也属于这类方法。
不过，一般都作为在高温下施加单轴压力进行烧结的方法来理解。
其基本结构示于图1。
首先，制备粉体试料，置于模型中，在规定温度下加热、加压，获得烧结体。
由于下述原因而采用这种方法：（1）烧结温度降低；（2）烧结速度提高；（3）使难烧结物质达到致密化。
因为能够在颗粒成长或重新结晶不大可能进行的温度范围达到致密化，所以，可获得由微小晶粒构成的高强度、高密度烧结体。
图2所示，是热压对陶瓷致密化影响效果之一例。
将热压作为制造制品的手段而加以利用的实例有：氧化铝、铁氧体、碳化硼、氮化硼等工程陶瓷。
连续热压烧结生产效率高，但设备与模具费用较高，又不利于过高过厚制品的烧制。
热等静压烧结可克服上述弊缺，适合形状复杂制品生产。
烧结工艺200问答
铁矿粉烧结生产工艺200问烧结物料1、简述烧结生产发展简况？答：烧结生产的历史已有一个多世纪了，它起源于资本主义发展较早的英国、瑞典和德国，大约在1870年，开始用烧结锅处理矿山、冶金、化工等厂的废弃物。
世界第一台带式烧结机于1910年在美国生产，面积为8.325平方米，平均每天生产烧结矿140吨，我国于1926年3月在鞍山建成四台21.63平方米带式烧结机，日产最高1200吨。
1930年又扩建两台，1935年和1937年又相继建成四台59平方米烧结机，至此共十台烧结机，总面积330平方米，每年烧结矿产量为19万吨。
目前，全世界烧结机年生产能力已超过10亿吨。
2、自20世纪70年代以来，烧结科学技术得到进一步深化，包括哪些？答：①、加强烧结理论研究。
如：自熔性烧结矿、低温烧结、料层透气性与质量传递，烧结矿成矿机理等方面的理论研究；②、改进并寻找新烧结工艺。
有改善原料中和建立机械化和计算机控制的原料场；改善原料准备工艺（添加生石灰粉、焦粉分加、分层布料、强化制粒等）；改进烧结技术（厚料层、高负压、高碱度、低燃耗、混合料预热、富氧和热风烧结、偏析布料与保温，强化烧结矿产品整粒等）；③、强调环境保护和重视综合利用，加强烟尘捕集和回收，重新返回到烧结料中利用。
为此，对产生尘源点皆设置新型收尘设备，对热源和燥声采取隔离和防护措施，改善劳动条件等。
其中烧结厂余热利用是当前重要课题；④、提高设备自助化和监控水平，因内外已广泛采用了自动配料，对混合料水分、料层透气性与料层厚度、点火温度、烧结终点、烧结矿FeO含量都采用了自动监控装置。
3、根据烧结设备供风方式不同烧结方法分类？答：㈠、鼓风烧结法分为：堆烧（平地吹）、烧结锅、鼓风带式烧结机。
㈡、抽风烧结法：①、间歇式分为：固定烧结盘和移动烧结盘；②、连续式分为：环式烧结机和带式烧结机。
㈢、在烟气内烧结分为：回转室烧结和悬浮烧结。
4、烧结原料的种类？答：①、磁铁矿：又称“黑矿”，化学式为Fe3O4，理论含铁量为72.4%，结构比较致密坚硬，呈块状，外壳颜色呈钢灰色或黑色，难还原和破碎，具有磁性；②、赤铁矿：又称“红矿”化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%，所有赤铁矿条痕皆为暗红色，结晶的赤铁矿外表颜色为钢灰色或铁黑色，其它为暗红色，熔化温度高，可烧性差；③、褐铁矿：为含结晶水的赤铁矿mFe2O3.nH2O.，理论含铁量为59.8%,外表颜色为黄褐色，暗褐色，黑色，呈黄色或褐色条痕，无磁性；④、菱铁矿：化学式为FeCO3,理论含铁量为48.2%，外表呈灰色或黄褐色，风化后转变为深褐色，具有灰色式黄色条痕，有玻璃光泽无磁性。
铁矿粉烧结原理与工艺
1；概述抽风烧结过程，按烧结料层自上而下分哪几带？并指出各带的特点以及各带是怎样变化的？答：抽风烧结过程是将混合料配以适量的水分，混合、制粒后，铺在带式烧结机的炉箅上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下地进行。
烧结从烧结台车上卸下，经破碎、冷却、制粒、筛分，分出成品烧结矿、返矿和铺底料。
自上而下分为：烧结矿层﹑燃烧层﹑预热层﹑干燥层﹑过湿层。
（1）烧结层：温度在1000℃，随着烧结矿层的下移和冷空气的通过，物料温度逐渐下降，熔融液相被冷却，凝固成多孔结构的烧结矿。
烧结矿层逐渐增厚，整个料层透气性变好真空度变低;高温熔融物凝固成烧结矿，伴随着结晶和析出矿物，同时抽入的冷空气被预热，烧结矿被冷却，与空气接触的低价氧化物可能被氧化。
（2）燃烧层：被烧结矿层预热的空气进入燃烧层，与固体碳接触时发生燃烧反应，放出大量的热，温度1300—1500℃的高温，形成一定的气相组成；低熔点物质继续发生并熔化，形成一定数量的液相，部分氧化物分解、还原、氧化，硫化物、硫酸盐和碳酸盐等分解。
（3）预热层：热交换很剧烈，废气温度很快降低，此层温度很薄，所处温度在150–700℃之间；部分结晶水，碳酸盐分解。
硫化物，高价铁氧化物分解氧化。
部分铁氧化物还原以及固相反应等。
（4）干燥层：由于湿料的导热性好，料湿很快升高到100℃以上，水分完全蒸发需要到120–150℃左右；由于升温速度快，干燥层和预热层很难截然分开，有时又称为干燥预热层，其厚度只有20–40nm。
（5）过湿层：根据不同的物料，过湿层增加的冷凝水介于1％–2％之间。
但在实际烧结矿时，发现在烧结料下层有严重的过湿现象，这是因为在强大的气流和重力作用下烧结水分比较高，烧结料的原始结构被破坏，料层中的水分向下机械转移，特别是那些湿容量较小的物料容易发生这种现象。
水汽冷凝使得料层的透气性大大恶化，对烧结过程产生很大影响。
2：请画出抽风烧结工艺与球团工艺的流程图。
成品烧结矿抽风烧结工艺流程图膨润土接受储存精矿接受储存混合↓造球↓坚炉生产球团工艺流程图3：何谓固相反应，固相反应对烧结过程和球团焙烧有何作用，如何促进固相反应。
烧结工艺精讲
晶粒生长的影响因素
• 1.夹杂物如杂质、气孔等阻碍作用 • 晶界在移动时可能会遇到夹杂物，晶界为了通过夹杂物， 界面能就被降低，降低的量正比于夹杂物的横截面积。通 过障碍以后，弥补界面又要付出能量，结果使界面继续前 进能力减弱，界面变得平直，晶粒生长逐渐停止。 • 2.晶界上液相的影响 • 少量液相使晶界上形成两个新的固-液界面，从而界面移 动的推动力降低，扩散距离增加，因此少量液相可以起到 抑制晶粒长大的作用。但当坯体中有大量液相时，可以促 进晶粒的生长和出现二次再结晶。 • 3.晶粒生长极限尺寸 • 烧结达到气孔的体积分数为10%时，晶粒长大就停止了， 这也是普通烧结中坯体终点密度低于理论密度的原因。
影响烧结的因素
1.原始粉料的粒度 1.原始粉料的粒度 • 从烧结速率考虑：无论在固态或液态的烧结中，细颗粒由 于曲率半径小，从而增加的烧结的推动力—表面能之差， 缩短了原子扩散距离，提高了颗粒在液相中溶解度而导致 烧结过程的加速。 • 从防止二次再结晶考虑：起始颗粒粒径必须细而均匀，如 果细颗粒中有少量大颗粒存在，则易发生晶粒异常生长而 不利用烧结。 • 如果烧结速率与起始粒度的1/3次方成正比，从理论上计 算，当起始粒度从2μm减小到0.5μm，烧结速率将增加64 倍，这相当于粒度小的粉料烧结温度降低了150—300℃。 • 一般氧化物材料最适宜的粉末粒度为0.05—0.5μm。
严格控制温度即保温的重要性
• 当烧结达到晶界移动速率Vb=Vp时，烧结过程已接近完成。 严格控制温度是十分重要的，继续维持Vb=Vp，气孔易迅 速排除而实现致密化。此时烧结体应适当保温，如果再继 续升高温度，由于晶界的速率随温度呈指数增加，必然导 致Vb>>Vp，晶界越过气孔而向曲率中心移动，使气孔包入 晶粒内部，气孔一旦包入晶粒内部，只能通过体积扩散来 排除，而这是十分困难的。 • 随着烧结的进行，气孔逐渐缩小，而气孔内的气压不断增 大，当增加至2γ/r时，即气孔内气压等于烧结推动力， 烧结停止。如果继续升高温度，气孔内的气压继续增大， 这时气孔不仅不能缩小反而膨胀，对致密化不利。 • 烧结如果不采取特殊措施是不可能达到坯体完全致密化的， 如果要获得接近理论密度的制品，必须采用气氛或真空烧 结和热压烧结等方法。
固相-烧结
小晶粒生长为大晶粒．使界面面积减小，界面 自由能降低，晶粒尺寸由 1μm 变化到 lcm ，相 应的能量变化为0．1-5Cal/g。
自由焓
△G
＊
△G 位置 (a) (b)
图12 晶界结构及原子位能图
50 3 4
10 6
图13 烧结后期晶粒长大示意图
晶粒正常长大时，如果晶界受到第二相杂质的 阻碍，其移动可能出现三种情况：
烧结中期
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
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。
不同物质泰曼温度与熔点Tm之间的关系：
金属：0.3～0.4Tm 盐类：0.57Tm
硅酸盐：0. 8～0.9Tm
2、广义固相反应的共同特点
（1）固态物质间的反应活性较低、反应速度较慢； （2）固相反应总是发生在两种组分界面上的非均相反应； 固相反应包括两个过程：
相界面上的化学反应
反应物通过产物扩散（物质迁移）
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。
图9 不同烧结机理的传质途径
表面张力能使凹、凸表面处的蒸气压P1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
P 2M 1 ln P0 dRTr
（1）
对于非球形表面
P M 1 1 1 ln ( （ ) 2） P0 dRT x
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。
烧结球团
1.概述抽风烧结过程中，按烧结料层自上而下分哪几带？并指出各代的主要特点以及各带是怎么变化的？答：自上而下为：烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层、过湿层。
(1)烧结矿层的特点及变化：经高温点火后，燃料燃烧已结束，形成多孔的烧结矿饼。
主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。
(2)燃烧层的特点及变化：燃料在该层燃烧，温度高达1300～1500℃，使矿物软化熔融黏结成块。
该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。
(3)预热层的特点及变化：由燃烧层下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为150～700℃。
此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。
(4)干燥层的特点及变化：干燥层受预热层下来的废气加热，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为20～40mm。
该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。
(5)过湿层特点及变化：此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。
2.请画出抽风烧结工艺与球团工艺的流程图？球团工艺流程图3.何谓固相反应，固相反应对烧结过程和球团过程焙烧有何作用，如何促进固相反应？答：固相反应是固体质点进行扩散迁移并发生化学反应，颗粒与颗粒之间形成固体连接桥（或者连接颈），化合物和固溶体把颗粒连接起来。
作用：固相反应产物能形成原始烧结料所没有的低熔点新物质，但不能决定烧结矿最终矿物成分。
在温度继续升高时，就能为液相形成先导，使液相生成的温度降低。
因此，固相反应的类型与最初形成的固相反应产物对烧结过程具有主要作用，直接影响烧结矿的质量。
促进反应方法：可以把固相反应物研细，或者找一种合适的溶剂进行溶解后进行反应，也可以加热，还可以加入正向催化剂。
4.在圆盘造球机中，生球是怎样形成，长大和紧密的？球团矿的焙烧分为哪几个阶段，其目的是什么？答：粉料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒-小料球-大料球，当小球偏向盘的中部继续滚大时，则滚向盘边排出。
粉末冶金原理-烧结
粉末冶金原理-烧结烧结是粉末冶金中一种常用的加工方法，它通过高温和压力的作用，将金属粉末粒子相互结合成致密的块状体，从而获取所需的材料性能和形状。
本文将介绍烧结的原理、方法以及应用。
1. 烧结原理粉末冶金烧结的原理基于固相扩散和短程扩散的作用。
在烧结过程中，金属粉末颗粒之间的接触面发生原子间的扩散，使得粒子之间形成更强的结合力，从而实现粉末的聚结。
烧结过程中，首先是金属粉末颗粒之间的接触，原子开始扩散。
随着温度的升高，扩散速率也随之增加。
当粉末颗粒之间的接触点扩散到一定程度后，开始形成颗粒之间的原子键合。
键合的形成使得颗粒间的结合力增强，同时形成新的晶体结构或弥散态结构。
2. 烧结方法2.1 传统烧结传统烧结是指采用外加热源和压力来实现烧结过程。
该方法通常包括以下几个步骤：1.装料：将金属粉末和所需添加剂按照一定比例混合，并形成一定的装料形状，如坯料或颗粒。
2.预压：将装料放入模具中，并施加一定的压力，使装料初步固结成形。
3.高温烧结：将装料放入烧结炉中，在一定的温度下暴露一段时间，使装料中的金属粉末颗粒扩散、晶粒长大并结合。
4.冷却：烧结完成后，将烧结块从炉中取出，经过冷却以稳定材料结构。
5.表面处理：根据需求，对烧结块进行加工、修整和处理，以得到最终所需的形状和表面特性。
2.2 反应烧结反应烧结是指在烧结过程中引入化学反应，利用固相反应进行金属粉末的结合。
相较于传统烧结，反应烧结可以实现更高的烧结温度，加快晶粒生长和结合的速度。
反应烧结的具体步骤包括：1.装料：将金属粉末和反应剂按照一定比例混合，并形成装料。
2.高温烧结：将装料放入烧结炉中，在一定的温度下暴露一段时间。
在高温下，反应剂与金属粉末发生固相反应，生成新的物质并结合金属粉末颗粒。
3.冷却：烧结完成后，将烧结块从炉中取出，经过冷却以稳定材料结构。
4.表面处理：根据需求，对烧结块进行加工、修整和处理，以得到最终所需的形状和表面特性。
3. 烧结应用烧结方法在粉末冶金中具有广泛的应用。
3固相反应与烧结详解
2Hale Waihona Puke 4固相反应与烧结也是固态化学的重要研究 内容之一。 虽然关于无机非金属材料与金属材料的固 相反应与烧结的实践已有数千年的文字记载， 然而，只是到了现代，固相反应与烧结才逐步 发展为一门科学。这是因为固相反应与烧结是 一个涉及十分复杂的微观和亚微观过程，要完 全搞清其微观机制是一件十分困难的事情。
从热力学观点看，在恒温恒压条件下， 如果固相反应系统的Gibbs自由能减小，则 反应便会自发进行，这与其它类型的化学反 应是类似的。 固相反应一般是放热过程，因为晶态材 料的有序度较高，晶态相之间熵的差异相对 较小，只有在放热时，Gibbs自由能才会减 小，即ΔG<0。
尽管如此，大多数固相反应 是在恒温下进行的，这是因为固 相反应速率一般较低，反应时放 出的热量有足够的时间散发掉或 放出的热量远小于外界所提供的 热量。
现在，随着固态化学的建立和 不断完善，人们逐渐可以根据不同 的使用要求，选择不同结构的材料， 经过设定的固相反应与烧结工艺制 备出新材料。
为了合成出一系列具有特定结构与性 能的新材料，必须首先搞清固态化学反应 的机理及影响固态反应的因素。
固相反应不同于在均相液体中进行的 化学反应。大家知道，在液相或气相中进 行的化学反应，主要取决于反应物和产物 的浓度及其固有反应性。
如前所述，反应物显微结构对反应有很 大影响。例如物质的分散状态(粒度)、孔隙度、 装紧密度、反应物的接触面积等均对反应速 度有很大影响。 因为固一固反应的充要条件是反应物必 须相互接触。将反应物粉碎并混合均匀或预 先压制成型，均可增大反应物之间的接触面 积，使原子或离子的扩散输运比较容易进行， 以增大反应速度。
烧结部分
冶金生产知识培训教材烧结部分适用范围：进厂新员工和岗位操作工编辑孙玉军第一章粉烧结基本理论第一节烧结生产概述一、烧结生产的意义烧结生产为高炉冶炼提供具有良好冶金性能的烧结矿，使高炉技术经济指标大大改善。
烧结矿的质量在很大程度上决定高炉生产指标的好坏。
所谓烧结就是在粉状含铁物料中配入适当数量的熔剂和燃料，在烧挠结机上点火燃烧，借助于燃料燃烧的高温作用产生一定数量的液相，把其他未熔化的烧结料颗粒粘结起来，冷却后成为多孔质块矿。
烧结是粉矿造块的基本方法之一。
钢铁工业的发展需要大量铁矿石，经长时间的开采，世界范围内天然富矿越来越少，高炉不得不使用大量的贫矿。
但贫矿直接入炉，无论经济上还是技术操作上都是不合适的，必须经过选矿和造块才能使用。
另外，富矿加工过程中产生的富矿粉也需造块才能使用。
因此烧结矿的生产是充分利用自然资源，扩大铁矿石来源，推动钢铁工业发展不可缺少的重要阶段。
其次，烧结过程中可以加入高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、机械加工的铁屑及硫酸渣等钢铁及化工工业的若干“废弃“物，使这些“废”料得到有效利用，既降低成本又变废为宝，化害为利。
第三，经过烧结制成的烧结矿(与天然矿相比)，粒度合适，还原性和软化性好，成分稳定，造渣性好。
保证高炉冶炼稳定顺行。
尤其是烧结料中加入一定数量的熔剂生产自熔性或熔剂性烧结矿，高炉使用这种烧结矿时，可少加或不加石灰石，降低炉内的热消耗，从而改善高炉冶炼的技术经济指标。
最后，烧结过程中可以去除80％一90％的硫及氟、砷等有害杂质，大大减轻高炉冶炼过程的去硫重担，提高生铁质量。
二、烧结生产的发展根据烧结过程的特点和所用设备的不同，烧结方法可分为以下几种：堆烧（平地吹）鼓风烧结法烧结锅带式烧结机固定式烧结盘间歇式移动式烧结盘抽风烧结法环式烧结机连续式带式烧结机回转窑烧结在烟气内烧结悬浮烧结目前世界上使用最广泛的是连续生产的抽风带式烧结机。
1911年第一台8.3m2的带式烧结机在美国布鲁肯公司投产，l 934年出现36.6m2烧结机，1936年扩大到75m2，I 960年出现255m2饶结机．1964年288m2，1969年302m2．1975年600m2。
固相烧结反应的缺陷
固相烧结反应的缺陷
固相烧结反应是一种常用的陶瓷制备方法，但它也存在一些缺陷：
1. 不均匀性：固相烧结反应在烧结过程中容易产生非均匀性。
由于开始时反应速率较低，反应产物在烧结过程中可能会出现不均匀分布的情况，导致烧结体的物理和化学性质不均匀。
2. 收缩差异：由于反应产物的体积变化和烧结体密度的不一致，固相烧结过程中可能出现不同部位的收缩差异。
这种收缩差异可能导致烧结体的形状变化和开裂。
3. 限制形状：固相烧结反应对于制备特定形状的陶瓷制品有一定的限制。
由于固相烧结是在高温下进行的，反应过程中烧结体容易变形或破碎。
这使得制备复杂形状的陶瓷制品变得困难。
4. 高温需求：固相烧结反应需要在高温下进行，通常需要较长的时间来完成反应和烧结过程。
这使得固相烧结方法不适用于一些低熔点材料，或者在烧结过程中易挥发或分解的材料。
5. 能源消耗：由于固相烧结反应需要在高温下进行，所以需要大量的能源来提供烧结的温度。
这导致固相烧结方法的能源消耗相对较高，不太环保。
总的来说，固相烧结反应在陶瓷制备中有一些缺陷，如不均匀性、收缩差异、限制形状、高温需求和能源消耗等。
因此，在实际应用中需要结合具体材料和制备要求来选择合适的制备方法。
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固相反应对烧结有什么意义？
固相反应一般是固体质点进行扩散迁移并发生化学反应，颗粒与颗粒之间形成固体连接桥（或者连接颈），化合物和固溶体把颗粒连接起来。塔曼学派的观点认为，固相反应开始的温度都比较低，开始反应的温度远低于它们的熔点或它们的低共熔点，该温度与其熔点之间存在一定的规律，对于盐类和氧化物，开始反应的温度T反≈0.57T熔；对于硅酸盐及