第七章 烧结过程成矿机理
烧结矿的固结机理
烧结矿的固结机理烧结矿是钢铁工业中不可或缺的原材料之一，其生产过程中涉及到多种工艺和机理。
烧结矿的固结机理是其中最重要的一个方面，本文将介绍烧结矿的固结机理及其影响因素。
一、烧结矿的固结机理烧结矿的固结机理主要包括以下几个方面：1. 结晶生长机理：烧结矿是通过在高温条件下将铁矿石经过还原反应后进行结晶形成。
这一过程中，铁原子会逐渐沉积并发生结晶生长，最终形成颗粒状的烧结矿。
不同粒径的矿粉可能在烧结过程中发生不同的结晶生长机理。
2. 破碎强度机理：烧结矿团粒状的矿物颗粒之间存在着一定的间隙，这些间隙对于团粒的强度影响较大。
在将烧结矿投入到高温环境中进行固结时，团粒矿物颗粒之间的间隙会变得更加紧密，从而提高烧结矿的破碎强度。
3. 烧结结构机理：烧结矿团具有比较特殊的结构，其主要是由铁矿石、金属铁、熔渣、孔隙和其他杂质组成。
在在高温条件下，矿物颗粒相互间的吸附力和表面活性增加，形成相互连接的结构。
二、影响固结机理的因素烧结矿固结机理受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 矿石成分：矿石的成分会显著影响烧结矿的固结机理。
在不同的还原反应条件下，矿石的不同成分在烧结过程中发挥着不同的作用。
2. 烧结温度：烧结温度是烧结矿固结机理中最为重要的因素之一。
不同的矿粉在不同的烧结温度下会发生不同的固结反应，形成不同的团粒结构。
3. 气氛控制：在固结过程中，气氛的控制也是十分重要的。
氧气、水蒸气、二氧化碳等气体的含量都有可能对烧结团粒的形成产生影响。
4. 压力控制：固结过程中的压力控制也十分关键。
烧结矿的压力会影响其团粒结构的形成和稳定性。
5. 冷却方式：在固结后的冷却过程中，冷却速率和方式都有可能对烧结团粒的微观结构和力学性能产生影响。
三、结论烧结矿固结机理是复杂的，受到多种因素的影响。
在烧结矿的生产过程中，需要综合考虑多方面因素的影响，并采取相应的措施来进行优化和调控。
通过研究烧结矿的固结机理，可以更好地掌握其生产过程和性能特征，对于提高钢铁生产的效率和质量都具有重要意义。
烧结制备过程的原理
烧结制备过程的原理
烧结是一种通过粉末材料在高温下进行加热压制以形成坚固体的工艺。
烧结过程的原理可以归纳为以下几个方面：
1. 粒子扩散：在烧结过程中，由于高温下原子和分子的热振动，粉末颗粒之间的原子或分子会发生扩散，逐渐形成颗粒间的结合。
这种扩散是烧结中最关键的阶段。
2. 颗粒聚结：当粉末颗粒接触时，由于表面能的存在，两个接触颗粒会发生一定程度的结合。
在烧结过程中，随着温度的升高，这些颗粒间的结合会不断强化，最终形成坚固的结构。
3. 烧结颈部形成：在烧结过程中，颗粒间的结合会产生烧结颗粒之间的颈部。
随着烧结过程的进行，烧结颈部逐渐增长，并最终连接在一起，形成一个连续的块体。
4. 表面张力的作用：在烧结过程中，颗粒间的结合也受到表面张力的影响。
表面张力会使形成的结合处有一定的凹陷，这种凹陷可以促进烧结颈部的形成，从而增强颗粒间的结合。
总的来说，烧结制备过程的原理是靠粒子的扩散、颗粒的聚结以及烧结颈部的形成和表面张力的作用，使得粉末材料在高温下能够形成坚固的物体。
烧结工艺具
有高效、经济、环保等优势，在陶瓷、金属、塑料等领域被广泛应用。
烧结过程的理论基础
烧结过程的理论基础烧结就是将矿粉、熔剂和燃料，按一定比例进行配加，均匀的混合，借助燃料燃烧产生的高温，部分原料熔化或软化，发生一系列物理、化学反应，并形成一定量的液相，在冷却时相互粘结成块的过程。
一、烧结过程的基本原理近代烧结生产是一种抽风烧结过程，将矿粉、燃料、熔剂等配以适量的水分，铺在烧结机的炉篦上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下进行。
通过大量的实验对正在烧结过程的台车进行断面分析，发现沿料层高度由上向下有五个带，分别为烧结矿带、燃烧带、预热带、干燥带和过湿带。
当前国内外广泛采用带式抽风烧结，代表性的生产工艺流程如图3—1所示。
1、烧结五带的特征（1）烧结矿带在点燃后的烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料熔融成液相，随着高负压抽风作用和燃烧层的下移，导致冷空气从烧结矿带通过，物料温度逐渐降低，熔融的液相被冷却凝固成网孔状的固体，这就是烧结矿带。
此带主要反应是液相凝结、矿物析晶、预热空气，此带表层强度较差，一般是返矿的主要来源。
（2）燃烧带该带温度可达1350~1600度，此处混合料软化、熔融及液相生成，发生异常复杂的物理化学变化。
该层厚度为15~50mm 。
此高炉灰轧钢皮碎焦无烟煤 石灰石白云石 精矿富矿粉水空气烟道灰返矿排出废气(热烧结矿) 冷烧结矿图3—1 烧结生产一般工艺流程图带对烧结产量及质量影响很大。
该带过宽会影响料层透气性，导致产量低。
该带过窄，烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，导致烧结矿强度低。
燃烧带宽窄主要受物料特性、燃料粒度及抽风量的影响。
（3）预热带该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。
一般温度为400~800度。
该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。
（4）干燥带烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100℃以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。
（5）过湿带从烧结料点火开始，物料中的水分就开始转移到气流中去。
烧结过程及机理
气氛
气氛对烧结过程的 影响
气氛是烧结过程中的一个重要 因素。气氛中的气体成分可以 与材料发生化学反应，从而影 响烧结过程和材料的性能。
气氛对材料相变的 影响
在烧结过程中，气氛中的气体 成分可以与材料发生化学反应 ，导致材料发生相变。这种相 变可以改变材料的物理和化学 性质，因此控制气氛可以实现 对材料相变和性能的调控。
压力
压力对烧结过程的影响
压力是烧结过程中的另一个重要参数。在适宜的压力范围内，随着压力的增加，烧结速率 加快，材料的致密度和强度增加。
压力对材料结构的影响
在烧结过程中，压力可以改变材料的结构。例如，在高温高压条件下，某些材料会发生晶 体结构的改变或相变，从而改变材料的性能。
压力对扩散的影响
压力可以影响材料内部原子或分子的扩散速度。在烧结过程中，扩散速度决定了材料的致 密化程度和显微结构，因此控制压力可以实现对材料结构和性能的调控。
烧结的重要性
烧结是材料制备过程中的重要环节，通过 烧结可以获得高性能的材料，广泛应用于 航空航天、汽车、电子、能源等领域。
通过优化烧结工艺参数和添加合金元 素等方法，可以进一步改善材料的性 能，提高其综合性能和应用价值。
烧结过程可以改变材料的物理和化学性质 ，如密度、硬度、电导率、热导率等，从 而满足不同领域对材料性能的需求。
陶瓷材料的烧结机理主要包括扩散传质和流动传质，扩散 传质是材料内部质点通过热运动进行迁移的过程，流动传 质则是气体在压力作用下通过材料孔隙的流动过程。
金属材料
金属材料的烧结过程是在一定的温度和压力下，通过原子或分子的扩散和流动，使松散的金属粉末颗 粒紧密结合在一起，形成致密的金属块体。金属材料具有高强度、高导电性、高导热性等优点，广泛 应用于机械、电子、航空航天等领域。
铁矿粉烧结过程基础理论
铁矿粉烧结过程基础理论序言：在学习配料技术之前把烧结的基础理论知识和工艺特点温习一遍。
这是学习烧结配料技术的基础，要完全掌握、理解透彻。
铁矿粉烧结是整个钢铁冶炼长流程的首道综合性生产环节，从工艺生产的角度来讲，钢铁冶炼是从铁矿粉烧结开始的，以下简称烧结。
烧结是生产人造富矿的最主要的方法。
（高碱度烧结矿+酸性球团矿是现今我国最流行的高炉冶炼方法。
）将铁精粉（国内磁铁贫矿经过破碎、浮选和磁选）、富矿粉、钢铁冶炼生产中回收的含铁较高的粉末类副产品（高炉和转炉炉尘、轧钢铁皮、高品位钢渣粉等）、熔剂（白云石、菱镁石、石灰石和生石灰等）和燃料（焦粉和无烟煤），按一定比例配料，加水混合制成具有一定粒度的混合料，均匀平铺在烧结台车上，经过点火抽风烧结成块。
再经过破碎、筛分，加工成具有一定强度和粒度组成的人造富矿的过程叫做－烧结。
一、烧结生产的意义1、烧结生产是一种人造富矿的制作方法，这种方法使地壳中大量的低品位铁矿加工成人造富铁矿，用以满足高炉冶炼优质、高产、低耗的冶炼需要。
2、烧结生产中可以应用转炉炉尘、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等钢铁冶炼副产品和硫酸渣等化工副产品，这些废料在烧结过程中得到充分地再利用，做到变废为宝，为企业带来节能环保和降低原料成本的双重效益。
3、烧结生产的烧结矿和天然富矿块相比，更适合高炉冶炼的需要。
主要表现在：成分稳定、粒度适中、低温还原粉化率低、炉内的热强度和整体还原度良好、造渣流动性好。
这些特性使得高炉冶炼更容易调节炉况、稳定生产、提高产量和降低焦比。
4、烧结过程可以除去原燃料中90%以上的硫化物和80%以上的氟化物等钢铁冶炼的有害杂质，大大地简化了后续钢铁冶炼流程中脱硫脱氟等去杂质的工艺，不仅调升了产品质量，而且也极大地降低了钢铁冶炼成本。
二、烧结生产过程1、烧结工艺流程大多数人开始学习烧结工艺的时候，首先学习的就是工艺流程图，我们去某个地方参观或者学习时，也必先熟悉那里的工艺流程图。
粉末冶金原理第七章
7.2
烧结过程的热力学基础
7.2.1 烧结的基本过程 7.2.2 烧结的热力学问题 7.2.3 烧结驱动力的计算
7.2
烧结过程的热力学基础
图7-1
烧结球之间形成烧结颈的扫描 电子显微照片
7.2.1 烧结的基本过程
(1)黏结阶段 烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成 晶体结合，即通过成核、结晶长大等原子过程形成烧结颈。 (2)烧结颈长大阶段 原子向颗粒结合面大量迁移，使烧结 颈扩大，颗粒间的距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由 于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔 隙大量消失。 (3)闭孔隙球化和缩小阶段 当烧结体密度达到90％以后， 多数孔隙被完全分隔，闭孔数量增加，孔隙形状趋近球形并 不断缩小。
7.2.1 烧结的基本过程
图7-2 球形颗粒的烧结模型 a)烧结前颗粒的原始接触 b)烧结早期的烧结颈长大 c)、d)烧结后期的孔隙球 化
7.2.2 烧结的热力学问题
1)由于颗粒结合面(烧结颈)的增大和颗粒表面的平直化，粉 末体的总比表面积和总表面自由能减小。 2)烧结体内孔隙总体积和总表面积减小。 3)粉末颗粒内晶格畸变逐渐消除。
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-3
烧结颈模型
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-4
两球模型
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-6 颈部直径为X的两球形 颗粒的烧结剖视图
7.2.3 烧结驱动力的计算
图7-7
不同温度下烧结时间对烧结颈大小、表面积减小率、 收缩率和致密化的影响
7.3
烧结理论与物质迁移
图7-38 烧结过程接触面和孔隙形状、尺寸的变化模型
7.3.5 烧结末期
图7-26 烧结时间与孔隙率、孔径、晶粒之间的关系。
烧结基本原理
、烧结（1）、烧结基本原理烧结是粉末冶金生产过程中最基本的工序之一。
烧结对最终产品的性能起着决定性作用，因为由烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救的；相反，烧结前的工序中的某些缺陷，在一定的范围内可以通过烧结工艺的调整，例如适当改变温度，调节升降温时间与速度等而加以纠正。
烧结是粉末或粉末压坯，加热到低于其中基本成分的熔点温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。
烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加。
在烧结过程中发生一系列物理和化学的变化，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得具有所需物理，机械性能的制品或材料。
烧结时，除了粉末颗粒联结外，还可能发生致密化，合金化，热处理，联接等作用。
人们一般还把金属粉末烧结过程分类为：1、单相粉末（纯金属、古熔体或金属化合物）烧结；2、多相粉末（金属—金属或金属—非金属）固相烧结；3、多相粉末液相烧结；4、熔浸。
通常在目前PORITE微小轴承所接触的和需要了解的为前三类烧结。
通常在烧结过程中粉末颗粒常发生有以下几个阶段的变化：1、颗粒间开始联结；2、颗粒间粘结颈长大；3、孔隙通道的封闭；4、孔隙球化；5、孔隙收缩；6、孔隙粗化。
上述烧结过程中的种种变化都与物质的运动和迁移密切相关。
理论上机理为：1、蒸发凝聚；2、体积扩散；3、表面扩散；4、晶间扩散；5、粘性流动；6、塑性流动。
(2)、烧结工艺2-1、烧结的过程粉末冶金的烧结过程大致可以分成四个温度阶段：低温预烧阶段，在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥 发，压坯内成形剂的分解和排除等。
在PORITE 微小铜、铁系轴承中，用R 、B 、 O(Rapid Burning Off)来代替低温预烧阶段，且铜、铁系产品经过R 、B 、O 后会氧化，但在本体中可以被还原，同时还可以促进烧结。
2、中温升温烧结阶段，在此阶段开始出现再结晶，首先在颗粒内，变形 的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时颗粒表面氧化物被完全还原，颗粒界 面形成烧结颈。
烧结过程的理论基础
烧结过程的理论基础烧结就是将矿粉、熔剂和燃料，按一定比例进行配加，均匀的混合，借助燃料燃烧产生的高温，部分原料熔化或软化，发生一系列物理、化学反应，并形成一定量的液相，在冷却时相互粘结成块的过程。
一、烧结过程的基本原理近代烧结生产是一种抽风烧结过程，将矿粉、燃料、熔剂等配以适量的水分，铺在烧结机的炉篦上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下进行。
通过大量的实验对正在烧结过程的台车进行断面分析，发现沿料层高度由上向下有五个带，分别为烧结矿带、燃烧带、预热带、干燥带和过湿带。
当前国内外广泛采用带式抽风烧结，代表性的生产工艺流程如图3—1所示。
1、烧结五带的特征（1）烧结矿带在点燃后的烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料熔融成液相，随着高负压抽风作用和燃烧层的下移，导致冷空气从烧结矿带通过，物料温度逐渐降低，熔融的液相被冷却凝固成网孔状的固体，这就是烧结矿带。
此带主要反应是液相凝结、矿物析晶、预热空气，此带表层强度较差，一般是返矿的主要来源。
（2）燃烧带该带温度可达1350~1600度，此处混合料软化、熔融及液相生成，发生异常复杂的物理化学变化。
该层厚度为15~50mm 。
此高炉灰轧钢皮 （10~0mm ） 碎焦无烟煤 （25~0mm ） 石灰石白云石 （80~0mm ） 精矿富矿粉 （10~0mm ）空气排出废气(热烧结矿)冷烧结矿图3—1 烧结生产一般工艺流程图带对烧结产量及质量影响很大。
该带过宽会影响料层透气性，导致产量低。
该带过窄，烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，导致烧结矿强度低。
燃烧带宽窄主要受物料特性、燃料粒度及抽风量的影响。
（3）预热带该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。
一般温度为400~800度。
该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。
（4）干燥带烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100℃以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。
烧结工艺的目的和原理
烧结工艺的目的和原理烧结工艺是一种制备陶瓷、金属、合金等材料的工艺方法，其主要目的是将粉末材料在高温下加热，使其粒子之间产生相互结合和颗粒增大，从而形成致密的固体材料。
通过烧结，可以改善材料的力学性能和化学稳定性，提高材料的密度、硬度、强度和导电性等性能，并增加其使用寿命和可靠性。
1.粒子结合：烧结过程中，粉末颗粒间通过热作用力和压缩力相互结合，形成颗粒间的连接。
该连接可以是颗粒间的摩擦力和间隙力，也可以是颗粒间的化学键和晶格力。
当温度升高时，形成颗粒结合的力逐渐增强，使得粉末材料的孔隙度减小，粒径增大，颗粒之间的接触面积增大，从而提高材料的强度和致密度。
2.晶粒生长：烧结过程中，晶体表面的原子或分子在高温下扩散，并产生结晶生长。
这种晶粒生长包括晶核生成、晶体生长和晶界融合等过程。
随着温度的升高，晶粒生长速度加快，晶粒尺寸增大，从而使材料的晶界面积减少，晶格结构更加密集，提高材料的力学性能。
3.成分调整：烧结过程中，材料的成分会发生改变。
例如，由于一些元素会在高温下发生氧化、还原和挥发等反应，材料的成分可能发生偏离，从而改变材料的性能。
通过调整烧结条件，可以控制材料的成分，以获得所需的性能和化学稳定性。
4.特殊效应：在烧结工艺中，还存在一些特殊的效应，如颗粒饱满、表面收缩、孔隙扩散等。
这些效应通过烧结过程中的物理和化学变化，导致材料的结构和性能发生变化。
根据材料的需求，可以通过调整烧结条件来控制这些效应，以实现所需的材料性能。
总的来说，烧结工艺的目的是通过高温加热粉末材料，使其粒子间相互结合和颗粒增大，形成致密的固体材料；其原理主要包括粒子结合、晶粒生长、成分调整和特殊效应等。
通过控制烧结条件和方法，可以实现对材料性能的调控和优化，满足不同领域的应用需求。
烧结过程及机理
(二)烧结过程的模型示意图
根据烧结性质随温度的变化，我们可以把烧结 过程用图6的模型来表示，以增强我们对烧结过 程的感性认识。
图6 粉状成型体的烧结过程示意图
a)烧结前
b)烧结后
图7 铁粉烧结的SEM照片
坯体中颗粒重排，接触处
烧结初期
产生键合，空隙变形、缩
烧
小（即大气孔消失），固-
结
气总表面积没有变化。
c'c0
c
3
exp
1
c0
c0
一般烧结温度下，
于是
c 3 1
c0 kT
c
3 k T
c0
从式可见，在一定温度下空位浓度差是与表面 张力成比例的，因此由扩散机理进行的烧结过 程，其推动力也是表面张力。
由于空位扩散既可以沿颗粒表面或界面进行， 也可能通过颗粒内部进行，并在颗粒表面或颗 粒间界上消失。为了区别，通常分别称为表面 扩散，界面扩散和体积扩散。有时在晶体内部 缺陷处也可能出现空位，这时则可以通过质点 向缺陷处扩散，而该空位迁移到界面上消失， 此称为从缺陷开始的扩散。
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
ln P 2M （1）
P0 dRTr
对于非球形表面
ln P M ( 1 1 )（2）
P0 dRT r1 r2
表面凹凸不平的固体颗粒，其凸处呈正压，凹处呈负 压，故存在着使物质自凸处向凹处迁移。
过
程 的
烧结中期
传质开始，粒界增大，空 隙进一步变形、缩小，但
烧结过程的理论基础
烧结过程的理论基础烧结就是将矿粉、熔剂和燃料，按一定比例进行配加，均匀的混合，借助燃料燃烧产生的高温，部分原料熔化或软化，发生一系列物理、化学反应，并形成一定量的液相，在冷却时相互粘结成块的过程。
一、烧结过程的基本原理近代烧结生产是一种抽风烧结过程，将矿粉、燃料、熔剂等配以适量的水分，铺在烧结机的炉篦上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下进行。
通过大量的实验对正在烧结过程的台车进行断面分析，发现沿料层高度由上向下有五个带，分别为烧结矿带、燃烧带、预热带、干燥带和过湿带。
当前国内外广泛采用带式抽风烧结，代表性的生产工艺流程如图3—1所示。
1、烧结五带的特征（1）烧结矿带在点燃后的烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料熔融成液相，随着高负压抽风作用和燃烧层的下移，导致冷空气从烧结矿带通过，物料温度逐渐降低，熔融的液相被冷却凝固成网孔状的固体，这就是烧结矿带。
此带主要反应是液相凝结、矿物析晶、预热空气，此带表层强度较差，一般是返矿的主要来源。
（2）燃烧带该带温度可达1350~1600度，此处混合料软化、熔融及液相生成，发生异常复杂的物理化学变化。
该层厚度为15~50mm。
此图3—1 烧结生产一般工艺流程图高炉灰轧钢皮 （10~0mm ） 碎焦无烟煤 （25~0mm ） 石灰石白云石 （80~0mm ） 精矿富矿粉 （10~0mm ）带对烧结产量及质量影响很大。
该带过宽会影响料层透气性，导致产量低。
该带过窄，烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，导致烧结矿强度低。
燃烧带宽窄主要受物料特性、燃料粒度及抽风量的影响。
（3）预热带该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。
一般温度为400~800度。
该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。
（4）干燥带烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100℃以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。
（5）过湿带从烧结料点火开始，物料中的水分就开始转移到气流中去。
烧结原理_精品文档
烧结原理所谓烧结就是将粉末压坯加热到一定温度(烧结温度)并保持一定的时间(保温时间)，然后冷却下来，从而得到所需性能的材料，这种热处理工艺叫做烧结。
烧结使多孔的粉末压坯变为具有一定组织和性能的制品，尽管制品性能与烧结前的许多工艺因素有关，但是在许多情况下，烧结工艺对最终制品组织和性能有着重大的甚至是决定性的影响。
硬质合金的烧结过程是比较复杂的，但是这些基本知识又是必须掌握的。
烧结过程的分类烧结过程的分类方法不少，按烧结制品组元的多少可以分为单元系烧结和多元系烧结，如钨、钼条烧结属于单元系烧结，硬质合金绕结则属于多元系烧结。
按烧结时组元中相的状态分为固相烧结和液相烧结，如钨钼的烧结过程中不浮现液相，属于固相烧结，硬质合金制品在烧结过程中会浮现液相，属于液相烧结。
按工艺特征来分，可分为氢气烧结、真空烧结、活化烧结、热等静压烧结等。
许多烧结方法都能用于硬质合金的烧结。
此外，还可以依烧结材料的名称来分，如硬质合金烧结，钼顶头烧结。
从学习烧结过程的实质来说，将烧结过程分为固相烧结和液相烧结两大类是比较合理的，但在生产中多按烧结工艺特点来进行分类。
烧结过程的基本变化硬质合金压坯经过烧结后，最容易观察到的变化是压块体积收缩变小，强度急剧增大，压块孔隙度一般为，而烧结后制品已接近理论密度，其孔隙普通应小于，压块强度的变化就更大了，烧结前压坯强度低到无法用普通方法来测定，压坯只承受生产过程中转移时所必备的强度，而烧结后制品却能达到满足各种苛刻工作条件所需要的强度值显然制品强度提高的幅度较之密度的提高要大得多。
制品强度及其他物理机械能的突变说明在烧结过程中压块发生了质的变化。
在压制过程中，虽然由于外力的作用能增加粉末体的接触面而颗粒中表面原子和份子还是杂乱无章的，甚至还存在有内应力，颗粒间的联结力是很弱的，但烧结后颗粒表面接触状态发生了质的变化，这是由于粉末接触表面原子﹑份子进行化学反应，以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化，使颗粒间接触密切，内应力消除，制品形成为了一个强的整体，从而使其性能大大提高。
烧结理论基础备
1、烧结原理概述烧结是目前国内外钢铁企业最广泛采用的铁原产造块方法。
现在各烧结厂使用的烧结机几乎都是下部抽风的带式烧结机。
据此，烧结过程可以概括为：将烧结混合料配以适量的水分，经混匀及制粒后铺到烧结机的台车上，烧结料表面点火，在下部风箱强制抽风作用下，料层内燃烧自上而下燃烧并放热，混合料在高温作用下发生一系列物理、化学变化，最终固结成烧结矿。
对烧结过程的解剖研究，抽风烧结过程有明显的分层性。
一般自上而下分为五层：烧结矿带、燃烧带、预热干燥带、水分冷凝带及原始料带。
烧结点火后，五带依次出现，随时间的推移，各层向下移动，最后各层又依次消失，最后剩下的全部是烧结矿层。
烧结矿带又称成矿带，在烧结矿层中，空气被预热，烧结矿被冷却，表面和裂缝处出现氧化现象。
在同燃烧层接近处所生成的液相温度降低冷凝并结晶，使烧结料固结，形成烧结矿。
在燃烧带内，燃料被上部加热的空气氧化燃烧，放出热量，使烧结料加热，温度升高（一般可达1100~1500℃）。
从燃料开始着火（焦粉着火温度一般为700℃）到燃烧完毕需要一定时间，燃烧带有一定厚度（15~80mm）。
在燃烧带内进行着软熔、还原、氧化以及石灰石和硫化物分解等反应。
此带对烧结过程产量及质量影响很大。
该带过宽则料层透气性差，导致产量低，过窄则烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，强度低。
该带的宽窄受燃烧粒度、抽风量等因素影响。
在干燥预热层中发生水分蒸发，并从燃烧带出来的高温废气中吸收热量，使燃料加热到着火温度。
此层内还会出现固相反应、氧化还原反应以及结晶水分解等。
此带特点是热交换迅速，由于热交换剧烈，废气温度很快从1000℃下降到60~70℃。
水分冷凝带又称过湿带，因上层下来的废气中含有大量水汽，由于废气温度降低到与之相应的露点以下，水汽重新凝结于混合中，产生过湿现象。
水分冷凝破坏已造好的混合料小球，使料层透气性变差。
原始料带处于料层最下部。
在此带中物料的物理、化学性质基本不变。
烧结及高炉炼铁基本原理及工艺
高炉炼铁的环保措施
1 2
降低CO2排放
通过优化高炉操作，提高煤气利用率和降低能耗 ，减少CO2排放。
除尘与脱硫
在高炉煤气除尘系统中采用高效除尘器和湿法脱 硫技术，降低烟尘和SO2的排放。
3
废水处理与循环利用
对高炉炼铁过程中产生的废水进行处理，使其达 到排放标准或循环利用，减少对环境的污染。
烧结与高炉炼铁的节能技术
高炉炼铁需要大量的原料，包括铁矿石、燃料（如焦炭）和熔剂（如石灰石），通 过高炉内的化学反应将原料转化为生铁。
铁矿石的还原过程
铁矿石的还原是通过碳的还原作用，将铁氧化物 还原成铁。
还原反应需要在高温下进行，通常在10001200℃的温度范围内进行。
碳与铁氧化物的反应是一个可逆反应，需要足够 的碳势和温度才能使反应向生成铁的方向进行。
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烧结及高炉炼铁的环保与节能
烧结过程的环保措施
减少废气排放
通过改进烧结工艺和设备，降低废气产生量和有害物质含量，例 如采用低硫燃料、回收利用烧结余热等。
废水处理与循环利用
对烧结过程中产生的废水进行处理，使其达到排放标准或循环利用 ，减少对环境的污染。
固体废弃物减量化与资源化
通过改进生产工艺、提高资源利用率，减少固体废弃物的产生，同 时对废弃物进行资源化利用，如回收利用含铁尘泥等。
熔融渣铁的形成与分离
在高炉炼铁过程中，随着反应的进行 ，矿石和熔剂中的矿物会熔化形成熔 融态的渣铁。
渣铁分离是高炉炼铁过程中的重要环 节，对于后续的生铁处理和利用具有 重要意义。
渣铁之间存在密度差，通过重力作用 实现渣铁的分离，密度较大的渣沉淀 到底部，而密度较小的铁水则浮在上 层。
生铁的化学成分与物理性质
烧结的原理
烧结的原理烧结是一种重要的冶金工艺，广泛应用于铁矿石、铬矿石、锰矿石等矿石的加工过程中。
烧结的原理是通过矿石颗粒之间的结合作用，将散乱的矿石颗粒烧结成块状物，以便于后续的冶炼和加工。
本文将从烧结的原理入手，对烧结过程中所涉及的关键原理进行介绍。
首先，烧结的原理涉及到矿石颗粒之间的结合作用。
在烧结过程中，矿石颗粒经过高温热处理，表面会产生一层熔融的物质，这些物质能够在颗粒之间形成一种粘结作用，使得颗粒能够相互结合。
同时，烧结过程中还会产生一些气体，这些气体会在颗粒之间形成一种“填隙”作用，使得颗粒之间的结合更加牢固。
其次，烧结的原理还涉及到热传导和热膨胀。
在烧结过程中，矿石颗粒会受到高温的加热，从而导致颗粒内部温度升高。
当颗粒内部温度升高时，颗粒会发生热膨胀，使得颗粒之间的接触面积增大，从而促进颗粒之间的结合。
同时，热传导也会使得矿石颗粒表面的熔融物质能够向颗粒内部传导，进一步增强颗粒之间的结合作用。
另外，烧结的原理还与矿石颗粒的化学成分和结构特性有关。
不同种类的矿石在烧结过程中会产生不同的熔融物质，这些熔融物质的性质会影响矿石颗粒之间的结合情况。
同时，矿石颗粒的结构特性，如颗粒的形状、大小、表面粗糙度等也会影响烧结的效果。
最后，烧结的原理还与烧结工艺参数的选择有关。
在实际的烧结过程中，烧结温度、烧结时间、烧结气氛等参数的选择会直接影响烧结的效果。
合理选择这些参数，可以使烧结过程更加有效，提高烧结块的质量和产量。
总之，烧结的原理是一个复杂的物理化学过程，涉及到矿石颗粒之间的结合作用、热传导和热膨胀、化学成分和结构特性以及烧结工艺参数等多个方面。
只有深入理解烧结的原理，才能更好地指导烧结工艺的实际应用，提高烧结产品的质量和产量。
《烧结理论与工艺》第七章 烧结过程成矿机理
气氛对固相反应也有重要影响。它可以通过改变固体吸附特性而影响表 面反应活性。气氛可直接影响晶体表面缺陷的浓度、扩散机构和扩散速 度。
烧结理论与工艺
④添加剂的影响
添加剂（矿化剂）： 在固相反应体系中加入少量非反应物物质或由于 某些可能存在于原料中的杂质，常会对反应产生特殊的作用，这些物 质在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应，但它们以不同的 方式和程度影响着反应的某些环节。 作用： 1)改变反应机构降低反应活化能； 2)影响晶核的生成速率； 3)影响 结晶速率及晶格结构； 4)降低体系共熔点，改善液相性质等。 例如烧结混合料中添加亚铁酸盐（表 7-3）
①
②
③
⑥
⑤
④
烧结理论与工艺
7.1 烧结过程固相反应
（一）固相反应基础知识 （ 3 ）反应特点 （ 3 ）反应特点
①固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度与反 应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰曼温度 或烧结开始温度 不同物质泰曼温度与其熔点的关系： 金属 0.3～0.4Tm 泰曼温度 盐类 0.57Tm 硅酸盐类 0.8～0.9Tm ②固相反应速度随着温度的提高而加速,与反应物颗粒的大小成反比。 ③固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使 反应只能在界面上进行，反应速度总体较慢 ，反应的最初产物与反应物的浓 度无关 。 烧结理论与工艺
磁铁矿熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
固相反应在烧结过程中的作用 固相反应在烧结过程中的作用
①能促进原始烧结料所没有的易熔化的新物质的形成
②加速液相生成速度
固相反应产物不能决定烧结矿最终矿物成分
烧结理论与工艺
影响烧结固相反应的因素 影响烧结固相反应的因素
烧结原理
烧结机烧结原理从成球工段送来的生料球，经导料槽分散丁台车上，随着台车的前进。
挡料板将料层刮平，保持一定的料层厚度，继而料层进入点火器下方。
点火温度为1150 N1300℃。
因料球内含有炭分，上层料球很快点着并燃烧，形成12(J0～1300℃的灼烧层。
台车离点火器后继续前进，灼烧层也逐渐向下推进。
空气从料层表面被吸入，自上而下温度逐渐提高，通过灼烧层并预热下部生料球，最后进入吸风箱，被通风机抽出。
这样，料球从表皮到球心，料层从上层到下层不断烧结，如图3－3所示图3－3烧结机料层焙烧示意图在烧结过程中，料球进行复杂的物理化学反应。
随着可燃质烧尽，烧结的料层又自上而下逐渐冷却。
台车行至尾端沿导轨滚动滑落，已烧结并初步冷却的陶粒自动翻落卸出，空台车进入下部导轨又渐渐向传动装置方向移动，开始新的工作循环。
由于烧结机环行导轨上的台车紧密排列，形成一个封闭的联动带，从而使陶粒焙烧得以不间断地连续进行。
料球在焙烧过程中，产生部分软化和液相，特别在料球表面液相较多。
整个料球进行复杂的固相反应和液相反应，形成晶体矿物和较多的玻璃体。
主要的晶体矿物有莫来石(3AI203.2S102)、n—Sioz等。
莫来石和玻璃体具有较高的强度，在陶粒表面，以玻璃体为主形成一层坚硬的外壳（厚度0. 5mm左右），使焙烧后的粉煤灰陶粒具有较高的强度。
烧结粉煤灰陶粒内部形成许多细微孔，因而堆积密度小。
关于气孔形成的原因，国内外说法不一。
但多数认为主要是焙烧时料球内部产生气体而引起的。
焙烧时料球内部产生气体的原因大致有以下几种：①料球内的水分气化，产生水蒸气；②料球内炭粒燃烧和挥发分产生C02、c0、S03等气体}③料球内盐类（如碳酸盐、硫酸盐、含水硅酸盐等）分解，产生C02、S03、Hz0等气体；④料球内由于氧气不足，焙烧时使氧化铁还原成氧化亚铁放出C02等气体。
除了产生气体而形成的气孔外，还有其他一些原因造成气孔。
如成球时的机械作用形成部分孔隙，粉煤灰颗粒的玻璃质内原有的部分气iL等。
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烧结理论与工艺
（三）液相形成在烧结过程中的主要作用
（4）液相能润湿未熔的矿粒表面，产生一定的表面张力 液相能润湿未熔的矿粒表面， 将矿粒拉紧，使其冷凝后具有强度； 将矿粒拉紧，使其冷凝后具有强度； 从液相中形成并析出烧结料中所没有的新生矿物， （5）从液相中形成并析出烧结料中所没有的新生矿物， 这种新生矿物有利于改善烧结矿的强度和还原性。 这种新生矿物有利于改善烧结矿的强度和还原性。
∆G R K = A exp− RT
Q D = D0 exp− RT
气氛对固相反应也有重要影响。 气氛对固相反应也有重要影响。它可以通过改变固体吸附特性而影响表 面反应活性。气氛可直接影响晶体表面缺陷的浓度、 面反应活性。气氛可直接影响晶体表面缺陷的浓度、扩散机构和扩散速 度。
烧结理论与工艺
①物料化学组成与结构的影响
反应物化学组成与结构是影响固相反应的内因， 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。 应方向和反应速率的重要因素。 在一定温度、压力条件下， 从热力学角度 在一定温度、压力条件下，反应向自由能 减少( 的方向进行。 减少(＜0)的方向进行。 反应物的结构状态、 从结构的观点 反应物的结构状态、质点间的化学键性质 以及各种缺陷浓度都将对反应速率产生影响。 以及各种缺陷浓度都将对反应速率产生影响。
SiO2-FeO Fe3O4-2FeO·SiO2 MnO-SiO2 MnO-Mn2O3-SiO2
2FeO·SiO2-2CaO·SiO2 钙铁橄榄石 钙铁橄榄石CaOx·FeO2-x·SiO2，X=0.19 2CaO·SiO2-FeO CaO·Fe2O3 Fe-Fe2O3-CaO Fe3O4-Fe2O3CaO·Fe2O3 Fe2O3-CaO·SiO2 烧结理论与工艺 2CaO·SiO2-FeO共晶混合物 共晶混合物 CaO·Fe2O3→液相 液相+2CaO·Fe2O3（异分熔化点） 异分熔化点） 液相 CaO·Fe2O3 -CaO·2Fe2O3（共晶混合物） 共晶混合物） （18％CaO+82%FeO）-2CaO·Fe2O3固熔体共晶混 ％ ） 合物 Fe3O4-{CaO·Fe2O3 2CaO·Fe2O3 2CaO·SiO2-CaO·Fe2O3-CaO·2Fe2O3共晶混合物
烧结理论与工艺
系 统
液 相 特 性 2FeO·SiO2 2FeO·SiO2-SiO2共晶混合物 2FeO·SiO2-FeO共晶混合物 共晶混合物 2FeO·SiO2-Fe3O4共晶混合物 2MnO·SiO2异分熔化点 MnO-Mn3O4、2MnO·SiO2共晶混合物
熔化温 度（℃） 1205 1178 1177 1142 1323 1303 1150 1280 1216 1200 1140 1180 1192
烧结理论与工艺
②反应物颗粒尺寸及分布的影响
在其它条件不变的情况下反应速率受到颗粒尺寸大小的强 烈影响。 烈影响。 反应速率常数值反比于颗粒半径平方。 反应速率常数值反比于颗粒半径平方。 另一方面， 另一方面，颗粒尺寸大小对反应速率的影响是通过改变反 应界面和扩散界面以及改变颗粒表面结构等效应来完成的， 应界面和扩散界面以及改变颗粒表面结构等效应来完成的， 颗粒尺寸越小，反应体系比表面积越大， 颗粒尺寸越小，反应体系比表面积越大，反应界面和扩散 界面也相应增加，因此反应速率增大。 界面也相应增加，因此反应速率增大。
烧结理论与工艺
7.2 烧结过程液相的形成与结晶
（一）液相的形成过程 在烧结过程中，由于烧结料的组成成分多， 在烧结过程中，由于烧结料的组成成分多，颗粒又互相紧 密接触，当加热到一定温度时， 密接触，当加热到一定温度时，各成分之间开始有了固相 反应，在生成新的化合物之间， 反应，在生成新的化合物之间，原烧结料各成分之间以及 新生化合物和原成分之间存在低共熔点物质， 新生化合物和原成分之间存在低共熔点物质，使得在较低 的温度下就生成液相，开始熔融。例如 的温度下就生成液相，开始熔融。例如Fe3O4的熔点为 1597℃，SiO2的熔点为 ℃ 的熔点为1713℃，而两固相接触界面的固 ℃ 相反应产物为2FeO·SiO2，其熔化温度 其熔化温度1205℃。当烧结温 相反应产物为 ℃ 度达到该化合物的熔点时，即开始形成液相。 度达到该化合物的熔点时，即开始形成液相。
烧结过程主要固相反应类型
赤铁矿非熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
烧结过程主要固相反应类型
赤铁矿熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
烧结过程主要固相反应类型
磁铁矿非熔剂性烧结料固相反应
烧结理论与工艺
烧结过程主要固相反应类型
磁铁矿熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
固相反应在烧结过程中的作用
烧结理论与工艺
（四）影响液相形成量的主要因素
（1）烧结温度。 ）烧结温度。
烧结料液相量随着温度的提高而增加
（2）配料碱度（CaO/ SiO2）。 ）配料碱度（
碱度是影响液相量和液相类型的主要因素， 碱度是影响液相量和液相类型的主要因素，烧结料的液相量随
烧结理论与工艺
④添加剂的影响
添加剂（矿化剂）：在固相反应体系中加入少量非反应物物质或由 添加剂（矿化剂）：在固相反应体系中加入少量非反应物物质或由 ）： 于某些可能存在于原料中的杂质，常会对反应产生特殊的作用， 于某些可能存在于原料中的杂质，常会对反应产生特殊的作用，这 些物质在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应， 些物质在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应，但它们以 不同的方式和程度影响着反应的某些环节。 不同的方式和程度影响着反应的某些环节。 作用： 改变反应机构降低反应活化能 改变反应机构降低反应活化能； 影响晶核的生成速率 影响晶核的生成速率； 影响 作用：1)改变反应机构降低反应活化能；2)影响晶核的生成速率；3)影响 结晶速率及晶格结构； 降低体系共熔点 改善液相性质等。 降低体系共熔点， 结晶速率及晶格结构；4)降低体系共熔点，改善液相性质等。 例如烧结混合料中添加亚铁酸盐（ 例如烧结混合料中添加亚铁酸盐（表7-3） ）
①能促进原始烧结料所没有的易熔化的新物质的形成
②加速液相生成速度
固相反应产物不能决定烧结矿最终矿物成分
烧结理论与工艺
影响烧结固相反应的因素
固相反应过程涉及相界面的化学反应和相内部或外部的物 质扩散等若干环节，因此，除反应物的化学组成、 质扩散等若干环节，因此，除反应物的化学组成、特性和 结构状态以及温度、压力等因素外，其他可能的影响如： 结构状态以及温度、压力等因素外，其他可能的影响如： 晶格活化，相变等都会促进物质内外传输， 晶格活化，相变等都会促进物质内外传输，均会对反应起 影响作用。 影响作用。
（二）液相的形成过程
（1）初生液相。 初生液相。 （2）低熔点化合物加速形成。 低熔点化合物加速形成。 （3）液相扩展。 液相扩展。 （4）液相反应。 液相反应。 （5）液相同化。 液相同化。
烧结理论与工艺
（三）液相形成在烧结过程中的主要作用
（1）液相是烧结矿的粘结相，将未熔的固体颗粒粘结成块， 液相是烧结矿的粘结相，将未熔的固体颗粒粘结成块， 保证烧结矿具有一定的强度； 保证烧结矿具有一定的强度； 液相具有一定的流动性，可进行粘性或塑性流动传热， （2）液相具有一定的流动性，可进行粘性或塑性流动传热， 使高温熔融带的温度和成分均匀，液相反应后的烧结矿化学成 使高温熔融带的温度和成分均匀， 分均匀化。 分均匀化。 液相保证固体燃料充分燃烧， （3）液相保证固体燃料充分燃烧，大部分固体燃料是在液相 形成后燃烧完毕的，液相的数量和粘度应能保证燃料不断地显 形成后燃烧完毕的， 露到氧位较高的气流孔道附近，在较短的时期内燃烧完毕； 露到氧位较高的气流孔道附近，在较短的时期内燃烧完毕；
液相生成量是烧结料固结的基础
冷凝固结
烧结理论与工艺
7.1 烧结过程固相反应
（一）固相反应基础知识 （1）基本概念 固相反应是指物料在没的熔化之前， 固相反应是指物料在没的熔化之前，两 是指物料在没的熔化之前 种固体在它们的接触界面上发生的化学 反应，反应产物也是固体。 反应，反应产物也是固体。
B
烧结理论与工艺
③ 反应温度与气氛的影响
一般可以认为温度升高均有利于反应进行。这是因为温度升高， 一般可以认为温度升高均有利于反应进行。这是因为温度升高，固体 结构中质点热振动动能增大、 结构中质点热振动动能增大、反应能力和扩散能力均得到增强的原因 所致。 所致。
对于化学反应， 对于化学反应，其速率常数 对于扩散， 对于扩散，其扩散系数
冷却速度快 玻璃体析出
液相生成 熔化物的冷凝成为未熔物之间的粘结 剂，把烧结料粘结成多孔状的烧结体 FeO-SiO2 系液相 1175～1205℃ ～ ℃ 非自熔性烧结矿 的主要粘结相 CaO-SiO2-FeO 系液相 1073～1217℃ ～ ℃ 自熔性烧结矿 的主要粘结相 CaO-SiO2 系液相 1450～1540℃ ～ ℃ 高碱度烧结矿 的粘结相 CaO-Fe2O3 系液相 完成烧结过程 1205～1449℃ ～ ℃ 高碱度烧结矿 的主要粘结相
第7章 烧结过程成矿机理 章
7.1 烧结过程固相反应 7.2 烧结过程液相的形成与结晶 7.3 烧结成矿过程相图分析
烧结理论与工艺
固相反应 液相放出能量 生成低熔点物质 金属：(0.3-0.4)·T熔 盐类：0.57·T熔 硅酸盐：(0.8-0.9) ·T熔 为液相生成创造条件
冷却速度慢 结晶体析出
固相反应产物 Fe2O3 在SiO2中的固熔体 2FeO·SiO2 CaO·Fe2O3 MgO·Fe2O3 CaO·Fe2O3 2CaO·SiO2 2MgO·SiO2 镁富氏体 MgO·Al2O3
反应产物开始出现的温度 （℃） 575 990 500、600、610、650 、 、 、 600 590 500、610、600 、 、 680 700 920、1000 、