鋼渣中鐵磁性物質選取技術規(guī)范

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蘇興文、李曉陽、馬孝珍、張志彪、李軍華、王姜維、王成杰、李建忠、李曉波、李元媛、張德國、許立謙。 2100433B

本標準規(guī)定了在鋼渣處理中其所含的鐵磁性物質提取的范圍、引用文件、提取技術、檢測方法和環(huán)境保護等。 本標準適用于轉爐鋼渣、精煉渣,也適用于脫硫渣。

磁源抗磁性

抗磁性是物質抗拒外磁場的趨向，因此，會被磁場排斥。所有物質都具有抗磁性。可是，對于具有順磁性的物質，順磁性通常比較顯著，遮掩了抗磁性。只有純抗磁性物質才能明顯地被觀測到抗磁性。例如，惰性氣體元素和抗腐蝕金屬元素（金、銀、銅等等）都具有顯著的抗磁性。當外磁場存在時，抗磁性才會表現(xiàn)出來。假設外磁場被撤除，則抗磁性也會遁隱形跡。

在具有抗磁性的物質里，所有電子都已成對，內秉電子磁矩不能集成宏觀效應。抗磁性的機制是電子軌域運動，用經典物理理論解釋如下：

由于外磁場的作用，環(huán)繞著原子核的電子，其軌域運動產生的磁矩會做拉莫爾進動，從而產生額外電流與伴隨的額外磁矩。這額外磁矩與外磁場呈相反方向，抗拒外磁場的作用。由這機制所帶來的磁化率與溫度無關，以方程表達為

特別注意，這解釋只能用來啟發(fā)思考。正確的解釋需要依賴量子力學。

磁源順磁性

堿金屬元素和除了鐵、鈷、鎳以外的過渡元素都具有順磁性。在順磁性物質內部，由于原子軌域或分子軌域只含有奇數(shù)個電子，會存在有很多未配對電子。遵守泡利不相容原理，任何配對電子的自旋，其磁矩的方向都必需彼此相反。未配對電子可以自由地將磁矩指向任意方向。當施加外磁場時，這些未配對電子的磁矩趨于與外磁場呈相同方向，從而使磁場更加強烈。假設外磁場被撤除，則順磁性也會消失無蹤。

一般而言，除了金屬物質以外，順磁性與溫度相關。由于熱騷動（thermal agitation）造成的碰撞會影響磁矩整齊排列，溫度越高，順磁性越微弱；溫度越低，順磁性越強烈。

磁源磁疇

在鐵磁性物質內部，由于原子的磁矩不等于零，每一個原子的表現(xiàn)就好似微小的永久磁鐵。假設聚集于一個小區(qū)域的原子，其磁矩都均勻地同向平行排列，則稱這小區(qū)域為磁疇或外斯疇（Weiss domain）。使用磁力顯微鏡（magnetic force microscope），可以觀測到磁疇。

磁疇的存在是能量極小化的后果。這是物理大師列夫·朗道和葉津·李佛西茲（Evgeny Lifshitz）提出的點子。假設一個鐵磁性長方體是單獨磁疇，則會有很多正磁荷與負磁荷分別形成于長方塊的頂面與底面，從而擁有較強烈的磁能。假設鐵磁性長方塊分為兩個磁疇，其中一個磁疇的磁矩朝上，另一個朝下，則會有正磁荷與負磁荷分別形成于頂面的左右邊，又有負磁荷與正磁荷相反地分別形成于底面的左右邊，所以，磁能較微弱，大約為一半。假設鐵磁性長方塊是由多個磁疇組成，則由于磁荷不會形成于頂面與底面，只會形成于斜虛界面，所有的磁場都包含于長方塊內部，磁能更微弱。這種組態(tài)稱為“閉磁疇”（closure domain），是最小能量態(tài)。

將鐵磁性物質置入外磁場，則磁疇壁會開始移動，假若磁疇的磁矩方向與外磁場方向近似相同，則磁疇會擴大；反之，則會縮小。這時，假若關閉磁場，則磁疇可能不會回到原先的未磁化狀態(tài)。鐵磁性物質已被磁化，形成永久磁鐵。

假設磁化足夠強烈，所有會擴大的磁疇吞并了其它磁疇，結果只剩下單獨一個磁疇，則此物質已經達到磁飽和。再增強外磁場，也無法更進一步使物質磁化。

假設外磁場為零，現(xiàn)將已被磁化的鐵磁性物質加熱至居里溫度，則物質內部的分子會被大幅度熱騷動，磁疇會開始分裂，每個磁疇變得越來越小，其磁矩也呈隨機方向，失去任何可偵測的磁性。假設將物質冷卻，則磁疇結構會自發(fā)地回復，就好像液體凝固成固態(tài)晶體一樣。

磁源亞鐵磁性

像鐵磁性物質一樣，當磁場不存在時，亞鐵磁性物質仍舊會保持磁化不變；又像反鐵磁性物質一樣，相鄰的電子自旋指向相反方向。這兩種性質并不互相矛盾，在亞鐵磁性物質內部，分別屬于不同次晶格的不同原子，其磁矩的方向相反，數(shù)值大小不相等，所以，物質的凈磁矩不等于0，磁化強度不等于零，具有較微弱的鐵磁性。

由于亞鐵磁性物質是絕緣體。處于高頻率時變磁場的亞鐵磁性物質，由于感應出的渦電流很少，可以允許微波穿過，所以，可以做為像隔離器、循環(huán)器、回旋器等等微波器件的材料。

由于組成亞鐵磁性物質的成分必需分別具有至少兩種不同的磁矩，只有化合物或合金才會表現(xiàn)出亞鐵磁性。常見的亞鐵磁性物質有磁鐵礦（Fe₃O₄）、鐵氧體（ferrite）等等。

磁源超順磁性

當鐵磁體或亞鐵磁體的尺寸足夠小的時候，由于熱騷動影響，這些奈米粒子會隨機地改變方向。假設沒有外磁場，則通常它們不會表現(xiàn)出磁性。但是，假設施加外磁場，則它們會被磁化，就像順磁性一樣，而且磁化率超大于順磁體的磁化率。

大多數(shù)物質在正常情況下并不呈現(xiàn)磁性

物質大都是由分子組成的，分子是由原子組成的，原子又是由原子核和電子組成的。在原子內部，電子不停地自轉，并繞原子核旋轉。電子的這兩種運動都會產生磁性。但是在大多數(shù)物質中，電子運動的方向各不相同、雜亂無章，磁效應相互抵消。因此，大多數(shù)物質在正常情況下，并不呈現(xiàn)磁性。

特殊物質

鐵、鈷、鎳或鐵氧體等鐵磁類物質有所不同，它內部的電子自旋可以在小范圍內自發(fā)地排列起來，形成一個自發(fā)磁化區(qū)，這種自發(fā)磁化區(qū)就叫磁疇。鐵磁類物質磁化后，內部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來，使磁性加強，就構成磁鐵了。磁鐵的吸鐵過程就是對鐵塊的磁化過程，磁化了的鐵塊和磁鐵不同極性間產生吸引力，鐵塊就牢牢地與磁鐵“粘”在一起了。我們就說磁鐵有磁性了。如圖《磁鐵》所示

2018年12月28日，《鋼渣處理工藝技術規(guī)范》發(fā)布。

2019年11月1日，《鋼渣處理工藝技術規(guī)范》實施。