钢渣中铁磁性物质选取技术规范

鞍山钢铁集团公司矿渣开发公司、湖北鄂钢附属企业总公司、张家港恒乐新型建筑材料有限公司、冶金工业信息标准研究院、北京首钢国际工程技术有限公司、江苏沙钢集团有限公司。

苏兴文、李晓阳、马孝珍、张志彪、李军华、王姜维、王成杰、李建忠、李晓波、李元媛、张德国、许立谦。 2100433B

本标准规定了在钢渣处理中其所含的铁磁性物质提取的范围、引用文件、提取技术、检测方法和环境保护等。 本标准适用于转炉钢渣、精炼渣,也适用于脱硫渣。

磁源抗磁性

抗磁性是物质抗拒外磁场的趋向，因此，会被磁场排斥。所有物质都具有抗磁性。可是，对于具有顺磁性的物质，顺磁性通常比较显著，遮掩了抗磁性。只有纯抗磁性物质才能明显地被观测到抗磁性。例如，惰性气体元素和抗腐蚀金属元素（金、银、铜等等）都具有显著的抗磁性。当外磁场存在时，抗磁性才会表现出来。假设外磁场被撤除，则抗磁性也会遁隐形迹。

在具有抗磁性的物质里，所有电子都已成对，内秉电子磁矩不能集成宏观效应。抗磁性的机制是电子轨域运动，用经典物理理论解释如下：

由于外磁场的作用，环绕着原子核的电子，其轨域运动产生的磁矩会做拉莫尔进动，从而产生额外电流与伴随的额外磁矩。这额外磁矩与外磁场呈相反方向，抗拒外磁场的作用。由这机制所带来的磁化率与温度无关，以方程表达为

特别注意，这解释只能用来启发思考。正确的解释需要依赖量子力学。

磁源顺磁性

碱金属元素和除了铁、钴、镍以外的过渡元素都具有顺磁性。在顺磁性物质内部，由于原子轨域或分子轨域只含有奇数个电子，会存在有很多未配对电子。遵守泡利不相容原理，任何配对电子的自旋，其磁矩的方向都必需彼此相反。未配对电子可以自由地将磁矩指向任意方向。当施加外磁场时，这些未配对电子的磁矩趋于与外磁场呈相同方向，从而使磁场更加强烈。假设外磁场被撤除，则顺磁性也会消失无踪。

一般而言，除了金属物质以外，顺磁性与温度相关。由于热骚动（thermal agitation）造成的碰撞会影响磁矩整齐排列，温度越高，顺磁性越微弱；温度越低，顺磁性越强烈。

磁源磁畴

在铁磁性物质内部，由于原子的磁矩不等于零，每一个原子的表现就好似微小的永久磁铁。假设聚集于一个小区域的原子，其磁矩都均匀地同向平行排列，则称这小区域为磁畴或外斯畴（Weiss domain）。使用磁力显微镜（magnetic force microscope），可以观测到磁畴。

磁畴的存在是能量极小化的后果。这是物理大师列夫·朗道和叶津·李佛西兹（Evgeny Lifshitz）提出的点子。假设一个铁磁性长方体是单独磁畴，则会有很多正磁荷与负磁荷分别形成于长方块的顶面与底面，从而拥有较强烈的磁能。假设铁磁性长方块分为两个磁畴，其中一个磁畴的磁矩朝上，另一个朝下，则会有正磁荷与负磁荷分别形成于顶面的左右边，又有负磁荷与正磁荷相反地分别形成于底面的左右边，所以，磁能较微弱，大约为一半。假设铁磁性长方块是由多个磁畴组成，则由于磁荷不会形成于顶面与底面，只会形成于斜虚界面，所有的磁场都包含于长方块内部，磁能更微弱。这种组态称为“闭磁畴”（closure domain），是最小能量态。

将铁磁性物质置入外磁场，则磁畴壁会开始移动，假若磁畴的磁矩方向与外磁场方向近似相同，则磁畴会扩大；反之，则会缩小。这时，假若关闭磁场，则磁畴可能不会回到原先的未磁化状态。铁磁性物质已被磁化，形成永久磁铁。

假设磁化足够强烈，所有会扩大的磁畴吞并了其它磁畴，结果只剩下单独一个磁畴，则此物质已经达到磁饱和。再增强外磁场，也无法更进一步使物质磁化。

假设外磁场为零，现将已被磁化的铁磁性物质加热至居里温度，则物质内部的分子会被大幅度热骚动，磁畴会开始分裂，每个磁畴变得越来越小，其磁矩也呈随机方向，失去任何可侦测的磁性。假设将物质冷却，则磁畴结构会自发地回复，就好像液体凝固成固态晶体一样。

磁源亚铁磁性

像铁磁性物质一样，当磁场不存在时，亚铁磁性物质仍旧会保持磁化不变；又像反铁磁性物质一样，相邻的电子自旋指向相反方向。这两种性质并不互相矛盾，在亚铁磁性物质内部，分别属于不同次晶格的不同原子，其磁矩的方向相反，数值大小不相等，所以，物质的净磁矩不等于0，磁化强度不等于零，具有较微弱的铁磁性。

由于亚铁磁性物质是绝缘体。处于高频率时变磁场的亚铁磁性物质，由于感应出的涡电流很少，可以允许微波穿过，所以，可以做为像隔离器、循环器、回旋器等等微波器件的材料。

由于组成亚铁磁性物质的成分必需分别具有至少两种不同的磁矩，只有化合物或合金才会表现出亚铁磁性。常见的亚铁磁性物质有磁铁矿（Fe₃O₄）、铁氧体（ferrite）等等。

磁源超顺磁性

当铁磁体或亚铁磁体的尺寸足够小的时候，由于热骚动影响，这些奈米粒子会随机地改变方向。假设没有外磁场，则通常它们不会表现出磁性。但是，假设施加外磁场，则它们会被磁化，就像顺磁性一样，而且磁化率超大于顺磁体的磁化率。

大多数物质在正常情况下并不呈现磁性

物质大都是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会产生磁性。但是在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。因此，大多数物质在正常情况下，并不呈现磁性。

特殊物质

铁、钴、镍或铁氧体等铁磁类物质有所不同，它内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，这种自发磁化区就叫磁畴。铁磁类物质磁化后，内部的磁畴整整齐齐、方向一致地排列起来，使磁性加强，就构成磁铁了。磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程，磁化了的铁块和磁铁不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。我们就说磁铁有磁性了。如图《磁铁》所示

2018年12月28日，《钢渣处理工艺技术规范》发布。

2019年11月1日，《钢渣处理工艺技术规范》实施。