两个“烧结”一个也不能少
两个“烧结”一个也不能少除号
摘要:“烧结”在矿物工程和粉末冶金两个学科领域都是核心名词,尽管两类烧结都是通过高温改变物料的凝聚状态,但已分别被赋予了互不相同的内涵,存在着一系列本质上的差别,不能相互取代。在汇编冶金学基本名词时,两个“烧结”应该分别列出,一个也不能少。
关键词:烧结,矿物工程,粉末冶金,核心名词
中图分类号:N04;H083;TF0 文献标识码:A 文章编
号:1673-8578(2010)01-0051-04
“Sintering”Is Necessary in Two Fields
ZOU Zhiqiang
Abstract:The“sintering”has become core word in both fields of mineral engineering and pow
der metallurgy respectively.By means of both sintering process,although materials will all change their condend status,each of them has been endowed with different connotation during their own developing process,could not be replaced each other.Both sintering should be taken in the“terms in
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metallurgy”respectively.The inference has been discusd in this
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paper.
Keywords:sintering,mineral engineering,powder metallurgy,core word
前言
在矿物-冶金和材料科学与工程领域,平行地发展了两类烧结工艺技术,一类是矿物工程领域中精选矿物在(进入高炉)进行冶炼前的烧结,另一类是粉末冶金领域(包括陶瓷、金属陶瓷等)压坯做成最终材料前的烧结。作为关键工艺技术,它们在各自工业技术领域中都发挥了巨大的作用。
鉴于两类烧结的重要性,“烧结”(sintering)也就自然而然分别成为了上述两个科学技术领域中的核心名词。所谓核心名词,就是意味着取消该名词,就无法全面、正确地描绘与理解相关学科与工艺技术。
在矿物工程中,不能取消烧结、球团这类核心名词,同样,在粉末冶金中也不能取消制粉、成形和烧结这些核心名词。在《冶金学名词》(第一版)中,因为在矿物工程一章已收录了烧结一词,在粉末冶金一章中没收录,似乎是为了避免重复,企图用前者取代或涵盖后者。那么,两个“烧结”能否相互取代呢?也就是说,能不能用矿物工程中的烧结概念来代替粉末冶金中的烧结概念,或者反过来,用后者代替前者呢?显然不能。
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尽管两类烧结都是通过高温改变物料的凝聚状态,但在各自发展的过程中早已分别赋予了各自互不相同的内涵。这两类烧结,存在着一些原则上的差别。
下面将系统分析两类烧结的本质差别,进而阐明不能将两者相互混淆的理由。
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一两类烧结的本质区别
两类烧结的差别体现在如下几个方面:
1.目的和任务不同
前一类烧结是为了制造经过精选和富集的人造富矿石,使之符合高炉冶炼的要求,最大限度提高后续冶炼过程的效率。在烧结过程中要去除相当部分的有害杂质,使有用成分进一步富集,并使烧结块具备合理的尺寸、足够的力学性能,并达到良好的、适合后续冶炼过程的理化性能。因此,矿物工程领域中的烧结是为了改善原材料的成分、性能和状态,以符合后续冶金工艺要求并优化冶金的过程,是一种原材料改性的过程。
沙沙的雨烧结矿的采用,对于改变炼铁工业面貌具有重大意义[1-2]:大幅度提高高炉效率;预先有效去除多种有害杂质,包括S、P、Pb、Zn、F、As等,显著改进钢铁产品的质量;使大量工业废弃物,如高炉炉尘、轧钢铁鳞、硫酸渣、钢渣等变成炼
铁原料重返高炉成为可能;可以回收矿物中多种有色金属,稀有金属。
后一类烧结是为了将粉末压坯经烧结致密化过程转变成符合最终使用性能的材料或器件,因而,对烧结制品的化学成分、力学性能、密度及相应物理性能几何尺寸等都有十分严格的要求,是一种材料制取的最终过程(或最终过程的关键环节)。
绝大多数粉末冶金与陶瓷制品都必须通过后一类烧结这一关键环节。众所周知,粉末冶金为各部门,各领域提供了形形色色的材料,例如硬质合金、超硬陶瓷、金属陶瓷、磁性材料、烧结钢铁件、摩擦材料、自润滑材料、触头材料、粉末高温合金、重合金、牙科材料、人造骨、烧结核燃料等等,烧结工艺技术的进步,可极大提高各种相关材料的性能,最大限度挖掘材料性能的潜力,使粉末冶金成为制取各种高性能材料和在极限条件下工作材料的有效途径的手段。
2.烧结反应过程不同
精选矿物烧结过程偏向于化学冶金,烧结过程中物料依次经历激烈燃烧,燃烧带最高温度可达1300℃~1500℃,产生大量燃烧气体产物,并在物料颗粒之间产生激烈的热量传输和分解、化合、氧化、还原以及扩散、气化、熔融、凝聚、结晶等一系列的复杂的物理化学反应,物料的化学成分及物理形态的变化都很大。烧结反应完成后,其中所添加的燃料基
本消耗殆尽,一些有害杂质被大部分清除(如S、P等)或被部分清除(如Pb、Zn、F、As等),成分较为复杂的烧结配料(包括精选矿物、燃料粉末助熔剂、工业废弃物以及返回料等)中的有用物料转变成了烧结块,经冷却破碎筛分,大部分变成理化性能、力学性能和几何尺寸都能小班反思
符合高炉冶炼要求的人造富矿石。可把此类烧结看做某种形式的自蔓延高温燃烧合成。
粉末冶金烧结则偏向于物理冶金,用于烧结的粉末压制坯块在经历烧结后,除了其中(少量)压制成形剂被烧除,因颗粒表面氧化而包含的少量氧化物被还原外,其平均化学成分变化不大,经历烧结的坯块无燃烧废气产生。与前一类烧结相比较,后一类烧结坯块所经历的化学反应要轻微得多,但是,其物理状态却发生了重大变化。坯块内发生一系列的塑性流变、熔解、沉淀、蠕变、回复、再结晶、扩散、相变等过程,坯块内颗粒间逐步实现冶金学结合,孔隙不断减小,甚至趋向于消失。多孔的粉末压坯经此种烧结过程转化成接近致密的整体性材料,与此同时,其组织与结晶构造也发生重大变化,性能提高并达到所期望的强度、硬度及其他综合性能要求,变成尺寸准确的烧结产品或烧结零件。
由于两类烧结反应过程不同,在烧结理论和烧结工艺方面,它们各自经历了不同的研究与发展过程。
搔痒前一类烧结理论研究主要围烧着烧结矿成矿机理,力求
提高烧结矿质量,进一步提高烧结机效率并最大限度地符合
节能和环保要求,在此基础上,发展了一系列烧结新技术、新工艺,其中主要包括:实现精料,采用高透气性厚料层烧结,实
现低温烧结、热风烧结、双层布料烧结等[2-3]。例如,日本在550 m2烧结机上试验,在采取一系列新技术后,使烧结机利用系数由1.35 T/m2提高到了2.55 T/m2。??中国也已逐步掌握了相关技术[4],并制定了中国2006―2020年(矿物)烧结发展规划[5]。?? 粉末冶金烧结理论主要围绕着各种材料在各种烧结条件下的致密化机理,以期更加经济地制得各种各样的
高性能材料或高性能器件。在此基础上,也发展了形形色色的烧结新技术、新工艺,主要包括以下各方面:固相烧结、液相烧结、活化烧结、(电)火花烧结、真空/气压烧结、烧结-锻造、热压、热等静压、微波烧结等。粉末冶金烧结理论的发展与工艺技术的巨大进步促进了大量高性能粉末冶金材料、制品和器件的涌现,满足了科学技术各领域、国民经济各部门的需要。
3.工艺过程有本质区别
1)原料形态和装料方式不同
前一类烧结的原料为包括精矿粉、燃料粉、助熔剂等多种组分的散料(经过精确配料和制粒而做成的粒状料)。烧结在巨大的带式烧结机上连续进行,由布料机自动连续布料。布料宽度最大可达3 m~4 m,??散料厚度500 mm~700 mm,烧结
料经历点火、自蔓延燃烧、烧结、卸载、冷却、破碎、筛分一系列过程。一台(套)占地面积为600 m2的烧结机每年可以生产烧结富矿700万~800万吨。
后一类烧结则须先将粉末制成尺寸精确的坯块,坯块直接呈类似机械零件形状,或呈柱状、管状、板片状。此类烧结对烧结坯块的尺寸有严格的公差要求,对坯块的密度、强度也有严格要求。然后,因产品材质、类型不同,需用各种类型的烧结炉进行烧结。烧结坯块常需小心地、有规则地置于相应的托盘、烧舟等类型的容器中入炉烧结,坯块不允许产生任何掉边掉角等损伤。现代粉末冶金烧结产品最终尺寸公差可控制在0.1%~0.3%范围内,在制备相应高性能机械零件过程中,顺利实现无削加工或少削加工。
