纯铁制备
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注：B200、B300、B500……B10000分别表示磁场强度为200A/m、 300A/m、500A/m……10000A/m时的磁感应强度。
产品性能（原料纯铁） 产品性能
牌号 C Si Mn P S Al Ni Cr Cu Ti YT01 0.003 0.03 0.06 0.010 0.006 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 YT0 0.005 0.05 0.16 0.012 0.009 0.06 0.03 0.03 0.03 0.02 YT3 0.040 0.20 0.30 0.020 0.020 0.65 0.20 0.10 0.15 /
纯铁（熟铁） 纯铁（熟铁）的制备
1.高纯铁的基本制备原理
• 原料：工业电解铁、铁盐等 • 应用的冶金方法：湿法冶金、火法冶金、 电化学冶金 • 制备过程：铁盐溶液净化、铁金属精炼 ① 采用湿法冶金结合电解精炼法 ② 采用火法冶金
溶剂萃取法和离子交换法
• 高纯铁中分离难度大的元素主要有Cu、Ni、 Co、Cr、Zn和Mn等过渡族金属杂质 • 溶剂萃取法是利用杂质离子在有机相和水 相间的分配比不同，来实现杂质分离的。 • 离子交换法是利用离子交换树脂的功能基 团和溶液中杂质离子的交换、解析能力的 差异达到分离的目的。 • 使用溶剂萃取法结合离子交换法可得到高 纯铁溶液， 纯铁溶液，是制备高纯铁溶液的重要方法
3.设备及其工艺参数
1)主要结构及组成 主要结构及组成 主要
真空感应悬浮熔炼炉 设备分为立式、卧式两种 立式、 立式 结构。 结构 由电炉本体、熔炼装置、 水冷铜坩埚、真空系统、 倾转浇铸系统、水冷系统、 电控系统、中频电源等部 分组成。
3.设备及其工艺参数
2) 主要特点及设备参数
真空感应悬浮熔炼炉的特点主要在于无接触悬浮 高温熔炼与搅拌，这两种功能的有效使用范围极广 1）新材料开发 2）超高纯材料及超高熔材料的低成本熔炼 3）可满足放射性材料的熔化处理 4）可实现多晶硅的低成本制造，生产高质量的单晶 硅
Pure iron or wrought iron from pig iron by pudding about 1200 Degrees Celsius
纯铁（熟铁）的制备
知识点概述
1. 工业炼铁的基本概述 2. 纯铁 的基本知识 1.高纯铁的基本制备原理 2.纯铁制备的基本工艺 3.设备及其工艺参数 4.当前这备过程中的问题 5.纯铁应用的前景及预测 考点总结
5.纯铁应用的前景及预测
• 纯铁的用途主要是作为电工材料，具有高的磁 纯铁的用途主要是作为电工材料， 导率，可用于各种铁芯。 导率，可用于各种铁芯。纯铁还用作高级合金 钢的原料。很少用作结构材料，这是由于它质 地柔软，强度不高；另一方面，纯铁要求碳、 其冶炼难度较大， 磷、硫等杂质元素含量很低，其冶炼难度较大， 其冶炼难度较大 制造成本远大于生铁和钢。 制造成本远大于生铁和钢。 • 应用 主要用于电器、电讯、仪表和国防尖端工 业制做电磁元件，电磁铁芯等。典型用途： 电 器，电讯工作制作各种类型继电器的电芯 继电器的电芯，衔 继电器的电芯 铁轭铁 自动电话用继电器，铁路信号继电器， 通讯和自控设施上用的多种用途继电器。 • 预测 在军事航天中对电磁元件有电磁屏蔽作用 主要可以应用是用作单频铁芯。 单频铁芯 单频铁
离子交换法+溶剂萃取法 ↓ 电解精炼 ↓ 冷坩埚熔炼 ↓ 区域熔炼
这几方面的配合使用可使金属得以大幅度纯化。 这几方面的配合使用可使金属得以大幅度纯化。
Grouped by 08级材料科学与工程2班 郭非 20083675 金童 20083814 简洁 20083642 姚兰 20083737 丁青青 20083793
4.当前设备过程中的问题
• 从技术上看，由于区熔炼方法净化提纯能 力虽然很高，但效率很低：金属沉积速率 一般是0．5～30cm／h，原因是区域提纯效 果完全依靠溶质(杂质)在凝固界面处溶质再 分配来实现，原子在液相和固相中的扩散 能力限制了区熔速率。要克服这一困难， 要克服这一困难， 要克服这一困难 必须提高杂质原子在铁中的扩散输运能力 必须提高杂质原子在铁中的扩散输运能力。
根据需方要求并经供需双方协商，可增加对原料纯铁中氧、氮、铅、锑、铋、 锡、砷、锌等元素的检验项目，并规定其含量范围及检验方法。根据需方要 求并经供需双方协议，可供不同于成分表规定元素含量的产品。
要点总结 要点总结
纯铁（熟铁）的制备 纯铁（熟铁）
总结
1. 单一的提纯方法难以满足制备6N以上高纯 铁的要求，因此需要多种提纯方法结合。 2.常见的工艺流程：
Leabharlann Baidu
1. 工业炼铁的基本概述 1. 工业炼铁的基本概述 2.纯铁的基本知识 纯铁的基本知识
纯铁（熟铁） 纯铁（熟铁）的制备
• 2.纯铁的基本知识： a.杂质元素含量很低 b.有一定的强度 c. 较高的韧性 d.很好的软磁性能 e.导电和耐腐蚀性能也比普通的铁和钢 好得多
1.高纯铁的基本制备原理 高纯铁的基本制备原理 2.纯铁制备的基本工艺 纯铁制备的基本工艺 3.设备及其工艺参数 设备及其工艺参数 4.当前设备过程中的问题 当前设备过程中的问题 当前设备 5.纯铁应用的前景及预测 纯铁应用的前景及预测
纯铁（熟铁）的制备 Think you!
产品性能(电磁纯铁性能指标) 产品性能
磁性等级 牌号 矫顽力 矫顽力时效增值 最大磁导率 普级 DT4 ≤96 ≤9.6 ≥0.0075 高级 DT4A ≤72 ≤7.2 ≥0.0088 特级 DT4E ≤48 ≤4.8 ≥0.0113 超级 DT4C ≤32 ≤4 ≥0.0151 磁感应强度B,T 磁感应强度 ≥ B200 B300 B500 B1000 B2500 B5000 B10000 1.2 1.3 1.4 1.5 1.62 1.71 1.8
冷坩埚熔炼
• 制备方法是属于非连续的 • 特点： 1、无坩埚污染环境下进行 2、金属熔体温度和成分的均 匀性被提高 3、坩埚寿命长
高真空除杂 避免环境气氛干 扰 感应加热冷坩埚 熔炼 消除二次污染以 及坩埚污染源 半连续铸造 降低杂质元素含 量 区域提纯
其他的提纯方法
A. B. C. D. 真空脱气 电磁悬浮熔炼 固态电迁移 等离子电弧熔炼
电解精炼
• 电解精炼是目前制备工业纯铁的主要方法 • 制备高纯铁一般采用水溶液的电解精炼， 制备高纯铁一般采用水溶液的电解精炼， 且可以得到高纯铁块材。 且可以得到高纯铁块材。
区域提纯以及冷坩埚熔炼
• 1.区域提纯 区域提纯 区域 • 区域提纯ZR (Zone Refing)又称区域熔炼，区熔炼 FZM (Floating Zone Melting)，即通过局部加热使金 即通过局部加热 即通过局部加热使金 属棒锭局部熔化， 属棒锭局部熔化，熔区的固液界面处发生溶质再分 配，溶质原子富集于熔池区域内。热源和棒锭之间 相对移动时，熔区中富集的溶质原子就定向地被推 斥到锭料末端，从而达到提纯 提纯目的。 提纯 • 2.冷坩埚熔炼 冷坩埚熔炼CCM (Cold Crucible Melting) • 冷坩埚熔炼CCM就是在水冷铜坩埚与金属熔体之间 在水冷铜坩埚与金属熔体之间 存在一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层 壳层， 存在一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层， 金属就在这壳层内熔炼， 金属就在这壳层内熔炼，此时坩埚内衬相当于用所 熔金属制成，因此又称凝壳熔炼，坩埚内表面与金 熔金属制成 属熔体不直接接触，避免了坩埚对熔体的污染。根 据金属熔化时热量来源不同，CCM炉型分自耗电极 电弧炉、非自耗电极电弧炉、电子束炉，等离子弧 炉以及感应熔炼炉等。采用冷坩埚感应熔炼 冷坩埚感应熔炼(CCIM， 冷坩埚感应熔炼 ， Cold Cmcible Inducti0nelting)高熔点、高活性金属 高熔点、 高熔点 高活性金属。
产品性能（原料纯铁） 产品性能
牌号 C Si Mn P S Al Ni Cr Cu Ti YT01 0.003 0.03 0.06 0.010 0.006 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 YT0 0.005 0.05 0.16 0.012 0.009 0.06 0.03 0.03 0.03 0.02 YT3 0.040 0.20 0.30 0.020 0.020 0.65 0.20 0.10 0.15 /
纯铁（熟铁） 纯铁（熟铁）的制备
1.高纯铁的基本制备原理
• 原料：工业电解铁、铁盐等 • 应用的冶金方法：湿法冶金、火法冶金、 电化学冶金 • 制备过程：铁盐溶液净化、铁金属精炼 ① 采用湿法冶金结合电解精炼法 ② 采用火法冶金
溶剂萃取法和离子交换法
• 高纯铁中分离难度大的元素主要有Cu、Ni、 Co、Cr、Zn和Mn等过渡族金属杂质 • 溶剂萃取法是利用杂质离子在有机相和水 相间的分配比不同，来实现杂质分离的。 • 离子交换法是利用离子交换树脂的功能基 团和溶液中杂质离子的交换、解析能力的 差异达到分离的目的。 • 使用溶剂萃取法结合离子交换法可得到高 纯铁溶液， 纯铁溶液，是制备高纯铁溶液的重要方法
3.设备及其工艺参数
1)主要结构及组成 主要结构及组成 主要
真空感应悬浮熔炼炉 设备分为立式、卧式两种 立式、 立式 结构。 结构 由电炉本体、熔炼装置、 水冷铜坩埚、真空系统、 倾转浇铸系统、水冷系统、 电控系统、中频电源等部 分组成。
3.设备及其工艺参数
2) 主要特点及设备参数
真空感应悬浮熔炼炉的特点主要在于无接触悬浮 高温熔炼与搅拌，这两种功能的有效使用范围极广 1）新材料开发 2）超高纯材料及超高熔材料的低成本熔炼 3）可满足放射性材料的熔化处理 4）可实现多晶硅的低成本制造，生产高质量的单晶 硅
Pure iron or wrought iron from pig iron by pudding about 1200 Degrees Celsius
纯铁（熟铁）的制备
知识点概述
1. 工业炼铁的基本概述 2. 纯铁 的基本知识 1.高纯铁的基本制备原理 2.纯铁制备的基本工艺 3.设备及其工艺参数 4.当前这备过程中的问题 5.纯铁应用的前景及预测 考点总结
5.纯铁应用的前景及预测
• 纯铁的用途主要是作为电工材料，具有高的磁 纯铁的用途主要是作为电工材料， 导率，可用于各种铁芯。 导率，可用于各种铁芯。纯铁还用作高级合金 钢的原料。很少用作结构材料，这是由于它质 地柔软，强度不高；另一方面，纯铁要求碳、 其冶炼难度较大， 磷、硫等杂质元素含量很低，其冶炼难度较大， 其冶炼难度较大 制造成本远大于生铁和钢。 制造成本远大于生铁和钢。 • 应用 主要用于电器、电讯、仪表和国防尖端工 业制做电磁元件，电磁铁芯等。典型用途： 电 器，电讯工作制作各种类型继电器的电芯 继电器的电芯，衔 继电器的电芯 铁轭铁 自动电话用继电器，铁路信号继电器， 通讯和自控设施上用的多种用途继电器。 • 预测 在军事航天中对电磁元件有电磁屏蔽作用 主要可以应用是用作单频铁芯。 单频铁芯 单频铁
离子交换法+溶剂萃取法 ↓ 电解精炼 ↓ 冷坩埚熔炼 ↓ 区域熔炼
这几方面的配合使用可使金属得以大幅度纯化。 这几方面的配合使用可使金属得以大幅度纯化。
Grouped by 08级材料科学与工程2班 郭非 20083675 金童 20083814 简洁 20083642 姚兰 20083737 丁青青 20083793
4.当前设备过程中的问题
• 从技术上看，由于区熔炼方法净化提纯能 力虽然很高，但效率很低：金属沉积速率 一般是0．5～30cm／h，原因是区域提纯效 果完全依靠溶质(杂质)在凝固界面处溶质再 分配来实现，原子在液相和固相中的扩散 能力限制了区熔速率。要克服这一困难， 要克服这一困难， 要克服这一困难 必须提高杂质原子在铁中的扩散输运能力 必须提高杂质原子在铁中的扩散输运能力。
根据需方要求并经供需双方协商，可增加对原料纯铁中氧、氮、铅、锑、铋、 锡、砷、锌等元素的检验项目，并规定其含量范围及检验方法。根据需方要 求并经供需双方协议，可供不同于成分表规定元素含量的产品。
要点总结 要点总结
纯铁（熟铁）的制备 纯铁（熟铁）
总结
1. 单一的提纯方法难以满足制备6N以上高纯 铁的要求，因此需要多种提纯方法结合。 2.常见的工艺流程：
Leabharlann Baidu
1. 工业炼铁的基本概述 1. 工业炼铁的基本概述 2.纯铁的基本知识 纯铁的基本知识
纯铁（熟铁） 纯铁（熟铁）的制备
• 2.纯铁的基本知识： a.杂质元素含量很低 b.有一定的强度 c. 较高的韧性 d.很好的软磁性能 e.导电和耐腐蚀性能也比普通的铁和钢 好得多
1.高纯铁的基本制备原理 高纯铁的基本制备原理 2.纯铁制备的基本工艺 纯铁制备的基本工艺 3.设备及其工艺参数 设备及其工艺参数 4.当前设备过程中的问题 当前设备过程中的问题 当前设备 5.纯铁应用的前景及预测 纯铁应用的前景及预测
纯铁（熟铁）的制备 Think you!
产品性能(电磁纯铁性能指标) 产品性能
磁性等级 牌号 矫顽力 矫顽力时效增值 最大磁导率 普级 DT4 ≤96 ≤9.6 ≥0.0075 高级 DT4A ≤72 ≤7.2 ≥0.0088 特级 DT4E ≤48 ≤4.8 ≥0.0113 超级 DT4C ≤32 ≤4 ≥0.0151 磁感应强度B,T 磁感应强度 ≥ B200 B300 B500 B1000 B2500 B5000 B10000 1.2 1.3 1.4 1.5 1.62 1.71 1.8
冷坩埚熔炼
• 制备方法是属于非连续的 • 特点： 1、无坩埚污染环境下进行 2、金属熔体温度和成分的均 匀性被提高 3、坩埚寿命长
高真空除杂 避免环境气氛干 扰 感应加热冷坩埚 熔炼 消除二次污染以 及坩埚污染源 半连续铸造 降低杂质元素含 量 区域提纯
其他的提纯方法
A. B. C. D. 真空脱气 电磁悬浮熔炼 固态电迁移 等离子电弧熔炼
电解精炼
• 电解精炼是目前制备工业纯铁的主要方法 • 制备高纯铁一般采用水溶液的电解精炼， 制备高纯铁一般采用水溶液的电解精炼， 且可以得到高纯铁块材。 且可以得到高纯铁块材。
区域提纯以及冷坩埚熔炼
• 1.区域提纯 区域提纯 区域 • 区域提纯ZR (Zone Refing)又称区域熔炼，区熔炼 FZM (Floating Zone Melting)，即通过局部加热使金 即通过局部加热 即通过局部加热使金 属棒锭局部熔化， 属棒锭局部熔化，熔区的固液界面处发生溶质再分 配，溶质原子富集于熔池区域内。热源和棒锭之间 相对移动时，熔区中富集的溶质原子就定向地被推 斥到锭料末端，从而达到提纯 提纯目的。 提纯 • 2.冷坩埚熔炼 冷坩埚熔炼CCM (Cold Crucible Melting) • 冷坩埚熔炼CCM就是在水冷铜坩埚与金属熔体之间 在水冷铜坩埚与金属熔体之间 存在一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层 壳层， 存在一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层， 金属就在这壳层内熔炼， 金属就在这壳层内熔炼，此时坩埚内衬相当于用所 熔金属制成，因此又称凝壳熔炼，坩埚内表面与金 熔金属制成 属熔体不直接接触，避免了坩埚对熔体的污染。根 据金属熔化时热量来源不同，CCM炉型分自耗电极 电弧炉、非自耗电极电弧炉、电子束炉，等离子弧 炉以及感应熔炼炉等。采用冷坩埚感应熔炼 冷坩埚感应熔炼(CCIM， 冷坩埚感应熔炼 ， Cold Cmcible Inducti0nelting)高熔点、高活性金属 高熔点、 高熔点 高活性金属。