我国高纯生铁的研制、生产与应用
高纯度金属生产与提纯技术
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技术创新
随着科学技术的不断发展，高纯度金属生 产与提纯技术也在不断创新，如开发新型
的分离技术、高效利用能源等。
规模化生产
随着市场需求不断扩大，高纯度金属生产 将逐渐规模化，提高生产效率，降低成本
。
环保化
随着环保意识的提高，高纯度金属生产过 程中的环保措施将更加严格，减少对环境 的污染。
智能化生产
随着工业4.0的发展，高纯度金属生产将逐 渐实现智能化，提高产品质量和生产效率 。
区域熔炼法
总结词
通过连续地缓慢加热和冷却金属锭，使 杂质在锭内部分离并聚集，从而实现提 纯。
VS
详细描述
区域熔炼法是一种通过连续地缓慢加热和 冷却金属锭来提纯金属的方法。在加热过 程中，杂质在金属锭内部分离并聚集，而 在冷却过程中，纯净的金属则会结晶析出 。通过反复加热和冷却，可以去除金属中 的大部分杂质，实现高纯度金属的制备。
钴等金属。
注意事项
03
选择合适的离子交换剂和操作条件，确保高纯度金属的制备效
果和产物的纯度。
03
高纯度金属的应用领域
电子工业
集成电路
高纯度金属是集成电路制造中的关键材料，用于制造电路、引线 框架和连接器等。
薄膜沉积
高纯度金属在电子器件的薄膜沉积过程中起到重要作用，如镀铜 、镀金等。
电子封装
高纯度金属用于制造电子封装材料，如焊料、导电胶等，以确保 电子产品的可靠性和稳定性。
真空蒸馏法
总结词
利用不同金属在高温下蒸气压的差异进行分离，适用于多种金属的提纯。
详细描述
真空蒸馏法是一种基于不同金属在高温下蒸气压的差异进行分离的提纯技术。在真空条件下，将金属 加热至高温，利用不同金属蒸气压的不同，使它们在蒸馏过程中得以分离。这种方法适用于多种金属 的提纯，尤其适用于那些蒸气压相差较大的金属。
高纯生铁、超高纯生铁在特钢行业的应用
１ 高 纯 生铁 、 超 高 纯生铁 的 基本情 况 介绍 １ ． １ 理化 指标 河 北龙 凤 山 铸 业 有 限 公 司 （ 简称 Ｌ Ｆ Ｓ铸 业 ） 采用精 料 、 精炼 、 精处理 “ 三精法 ” 生 产 工 艺 自主
＜ ０ ． ０ ０ ０ ８ ％， Ｂ ｉ ＜０ ． ０ ０ ０ ５ ％， Ｐ ｂ＜０ ． ０ ０ １ ％； 超 纯
生铁 Ａ ｓ＜ ０ ．０ ０ １ ５ ％ ，Ｓ ｎ ＜０ ．０ ０ １ ％ ，Ｓ ｂ＜
０． ０ ０ ０ １ ％ ， Ｂｉ＜０． ０ ０ ０ ０１ ％ ， Ｐｂ＜０． ０ ０ ０ １ ％ 。
ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｏ ０ ／ １ ．Ｍｅ ａ ｎ ｗｈ ｉ ｌ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｏ ｎ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｒ ａ ｗ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｏｒ ｆ ｌ ａ ｄ ｌ ｅ ｆ ｕ ｎａ ｒ ｃ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ，ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ — ｈ ｉ ｇ ｈ
ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ， ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｃ ｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ，ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ，ｆ ｏ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｏｒ ｆ ｌ ｏ ｗ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｇ —
我国高纯生铁的研制、生产和应用
我国高纯生铁的研制、生产与应用武成1,白佳鑫1,马敬仲2,曾艺成 2（1、龙凤山铸业2、原第一机床厂3、中国机械科学研究院总院）我国研制与生产高纯生铁的背景2000～2002我国浦东建造高速磁悬浮列车,因未采用高纯生铁,在生产磁悬浮列车的球墨铸铁复合连接体时产生了众多困扰。
表1为球铁复合连接体的技术要求。
我国中标企业因废品率较高难以生产，二次要求降低标准，第一次将-20℃冲击值由10J降至4J，第二次又将伸长率由13%降至11%，见表2经多次攻关，其间曾用南非高纯生铁生产过2炉，伸长率、低温冲击值明显提高，但因价格因素未能使用。
在未用高纯生铁下，我国中标的生产厂于2002年5月～7月批量投产，开始时5月低温冲击值不合格率44.1%，6月为14.8%，7月为10.1%后性能趋于平稳，据悉德方要求连接件数量10万～12万套，但我国生产厂试制时却付出了2万套的代价。
随着我国高速列车、风力发电、核电、汽车等行业的大发展，对低温铁素体球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁ADl、大断面球铁及高性能球铁需求量日益增大。
普通球铁生铁中Si、Mn、P、Ti及其微量元素含量无法满足高端铸件的要求。
高纯生铁的供应已成为高端球铁件发展及进一步提高性能与质量的瓶颈。
高纯生铁的研究与生产已刻不容缓。
2007年中国铸造活动周中，我国学者著文呼吁尽快研制与生产高纯生铁。
从2007年至2010年，我国开始研制高纯生铁，到2010年开始批量生产高纯生铁。
华德机械公司用高纯生铁生产-40℃～-50℃的高铁上的转向架轴箱，电机底座等低温铁素体球铁，为中国客车集团、庞厐巴迪、阿尔斯通、舍佛勒供应低温铁素体轨道产品。
至今生产各类产品2万余套，无一废品。
该公司负责人总结产品质量稳定性问题时说：“采用高纯生铁是保证高性能低温铁素体球铁质量与质量稳定性的基础”。
一、我国生产高纯生铁的工艺特点国外生产高纯生铁的工艺主要是氧化法，以著名的“Sorelmetal”为例，其生产工艺是先将铁矿石和无烟煤混合后置于电弧炉中，经加热，将不同的金属氧化物还原，然后倒入另炉进行氧化吹炼，通过氧化处理，大幅度地脱除了P、Si、Mn、Ti、V、Cr等元素，此法可使各种杂质的含量降至很低，氧化处理的设备可用转炉、反射炉或大型盛铁包。
2023年高纯生铁行业市场分析现状
2023年高纯生铁行业市场分析现状高纯生铁是一种以镁砂为主要原料制备的产品，主要用途是生产高温工业领域的炉具和耐火材料。
近年来，高纯生铁行业在我国发展迅速，市场前景广阔。
本文将从市场需求、行业现状、竞争态势等方面对高纯生铁行业进行市场分析。
首先，就市场需求而言，高纯生铁广泛应用于钢铁、铸造和冶金等行业。
钢铁行业是高纯生铁的主要消费领域，用于生产高硫渣镁钢等高质量钢材。
此外，随着全球工业化进程的推进和高科技工业的快速发展，对高纯生铁的需求也在不断增加。
尤其是在发展中和新兴国家，对高纯生铁的需求呈现出快速增长的趋势。
其次，就行业现状而言，目前我国高纯生铁生产技术相对成熟，拥有一批具备较高技术水平的生产企业。
高纯生铁行业的市场规模逐年扩大，产能不断增加。
同时，行业竞争也越来越激烈，企业之间的技术创新和产品质量的提高成为关键。
此外，由于高纯生铁的生产成本相对较高，厂商之间的价格竞争也比较激烈。
再次，就竞争态势而言，当前我国高纯生铁行业竞争主要集中在技术优势、产品质量和价格上。
一方面，拥有先进技术和设备的企业在产品质量方面具备较大优势，能够满足高端用户的需求。
另一方面，价格也是影响市场竞争力的重要因素，价格低廉的产品具有一定的市场优势。
因此，企业在提高产品质量的同时，也要努力降低生产成本，提供具有竞争力的价格。
最后，就发展前景而言，高纯生铁行业具有良好的发展前景。
首先，随着全球经济的发展和工业化水平的提高，对高纯生铁的需求将会持续增长。
其次，高纯生铁的应用范围还可以进一步拓展，例如在新能源领域、电子行业和高科技制造业中的应用将会增加。
此外，政府对环保和能源的重视也为高纯生铁行业提供了发展机遇。
总而言之，高纯生铁行业在我国市场有着广阔的发展空间。
然而，随着行业竞争的加剧和市场需求的多元化，企业在技术创新、产品质量和价格方面都需要不断提升，以保持竞争力。
同时，行业应加强与钢铁、冶金等相关行业的合作，拓宽应用领域，实现产业链的协同发展。
高纯金属材料的制备与应用研究
高纯金属材料的制备与应用研究高纯金属材料是一种非常特殊的金属材料，具有很高的纯度和非常优良的物理和化学性质。
在现代科学和技术领域中，高纯金属材料已经广泛应用，甚至成为了各种精密仪器和高科技产品所必不可少的重要材料。
本文将重点介绍高纯金属材料的制备方法和应用研究。
一、高纯金属材料的制备方法由于高纯金属材料的应用范围非常广泛，因此需要采用不同的制备方法来满足不同的需求。
下面是一些常见的高纯金属材料制备方法：1. 化学还原法：化学还原法是一种将金属离子还原为金属的方法。
待到还原反应结束后水解、沉淀、过滤等步骤，便能够制备出高纯金属材料。
2. 溅射法：溅射法是依靠高能离子轰击金属靶，使其表面的原子发生碰撞和反应，从而形成新的金属物质。
利用溅射法可以制备出高纯度的金属影片和薄膜等材料。
3. 气相传输法：气相传输法是一种利用小孔道将粉末质料传输到高温区域，然后它进入低温区域后凝结为高纯度材料的方法。
这种方法可以制备出非常高纯度的金属材料。
4. 化学气相沉积法：化学气相沉积法是一种利用气相反应，在衬底上形成纯度高的金属薄膜的方法。
这种方法可以制备出非常纯净的金属薄膜和其他高纯度材料。
以上是一些常见的高纯金属材料的制备方法，这几种方法各有优缺点，需要根据不同的需求和实验情况来选择不同的制备方法。
二、高纯金属材料的应用研究由于高纯金属材料具有非常优良的物理和化学性质，因此在科学和工业领域中已经有了广泛应用。
下面是一些高纯金属材料的应用研究：1. 高纯硅：高纯硅是一种非常纯净的硅材料，它被广泛应用于半导体器件和太阳能电池板的制造中。
高纯硅的应用范围非常广泛，已经成为了现代电子工业和太阳能工业中最重要的材料之一。
2. 高纯铜：高纯铜是一种具有非常高导电性能的材料，广泛应用于电子工业和通信工业中，尤其在微电子器件中具有非常重要的作用。
3. 高纯铁：高纯铁是一种非常纯净的铁材料，它被广泛应用于电力工业和电子工业中，具有非常高的导热性和磁性。
高纯生铁的应用及发展趋势
高纯生铁的应用及发展趋势作者：刘亮来源：《科学与财富》2018年第01期摘要：铸造是一种既经济又便捷的金属成型工艺，需要大量的金属和非金属原辅材料。
如今中国正在从铸件大国向铸造强国转型，对于高纯生铁的需求量越来越大。
在文中主要就高纯生铁的应用及其发展趋势进行探讨。
以期为我国高纯生铁的发展提供借鉴。
关键词：高纯生铁；应用；发展趋势高纯生铁是一种磷、硫、锰、钛等有害杂质元素含量低，特定微量元素含量很少的高端铸件专用铁，主要用于风电铸件、核电铸件、大断面球铁铸、有低温冲击韧度和疲劳性能要求的球铁铸件等。
随着我国由铸件大国向铸造强国转型，铸件产量连年居世界之首，高纯生铁的需求量日趋增大，但生产高端铸件所需的高纯生铁全部依赖进口。
如今，中国已是铸件生产大国，其铸件总产量和灰口铸铁件和球铁件产量已连续多年居世界第一位，平均年增长速度也居世界第一。
但中国球墨铸铁人均占有量只有6.31kg与日本的15kg和美国的11.9kg相比有较大的差距，中国在球墨铸铁生产方面仍然是一个发展中的国家。
1.我国高纯生铁的发展历程在计划经济年代，生铁的生产、质量均由冶金部管理，当时只有牌号以“L”开头的炼钢生铁和以“Z”开头的铸造生铁两种。
铸造生铁和炼钢生铁虽然都是由高炉从铁矿石还原而成，但由于铸造和炼钢生产工艺不同，对生铁的要求也有很大的差别。
炼钢生铁一般采用转炉（纯氧顶吹）+连铸工艺，高炉铁水进入转炉后，在吹氧脱碳过程中把P、S等有害杂质元素一起去除，对生铁化学成分要求不严；而铸造生铁则不同，生铁经重熔后，除了S可以采用不同的脱硫工艺将其降低外，其他元素会全部进入铸件。
21世纪以后，国民经济持续、高速发展，全球经济一体化等因素促使我国铸件产量连续多年稳居世界首位，优质铸铁件的需求量越来越大，而原有的铸造生铁已不能满足铸件的质量要求。
为适应市场变化，在国外高纯生铁进入市场的同时，国内一些优秀的铸造生铁企业也开始推出专用高纯生铁，部分企业还制定了高纯生铁企业标准。
高纯生铁的应用与发展
往世界各 国 ，我 国也 早就有铸造 企业在 炉料 中配
用。
据 Ｑ Ｔ 司在 其 出版 的 （ ｕ ｇ ｓｏ ｓｏ ｕｔｅ Ｉ公 （ ｇ ｅｔ ｎ ｒ ｃ ｌ Ｓ ｉ ｆ Ｄ ｉ
Ｉ ｎ ｒｄ ｃ ｏ ） ｒ ｏ ｕｔ ｎ ｏＰ ｉ ）一书 中介绍， Ｓ ｒ ｍｅ ｌ ｏｅ ｔ 并不是用 ｌ ａ
栏目 主持 田文 华
高纯生铁的应用与发展
中国铸造协会 顾 问 李 传械
铁 件 的 用量 仍 然远 多 于球 墨铸 铁 件和 蠕 墨铸 铁 件 的
一
、
概述
从 ２ 世 纪６ 年 代 开 始 ，世 界 各 国铸 铁 行 业 Байду номын сангаас熔 ０ ０
总和。而且 ，对灰铸铁件 的内在质量 、铸件的薄壁 化 ，以及产品品质一致性 等方面的要求 Ｅ益严格 。 ｔ
材 中的合金元素对铸铁 （ 别是球墨铸铁）的性能 特
却大 都有 负 面影 响 ，甚 至 成 了污 染 元素 。
近２ 年来 ，各种钢材都在向薄壁化、轻量化 、 ０
强韧 化 的方 向发 展 ，高 强 度低 合 金钢 的 应 用 范 围 日 益 扩 大 。 １ ８ 年 前 后 ， 常 用 的 一 般 钢 材 主要 是 碳 ９０ 钢 ，其 中低 合 金钢 所 占的 比重 不到 ２ ％ ，２ ０ 年 ， ０ ０５ 常 用 钢 材 中低 合 金 钢 所 占 的 比 重 已达 ５ ％ 左 右 ， ０
因此 ，对于 灰 铸铁 的 熔 炼 ，以 高 纯生 铁 作 为 金属 炉 料 的 考 虑正 日益受 到 重视 。 除 了瑞 典 生 产 的 传 统 的 木 炭 生 铁 以 外 ，最 早 生 产 高 纯生 铁 的是 加 拿大 的ＱＩ－ｅｅ Ｔｔ ｅ 司 ， ＴＦ ｒｔ ｉ ｎ 公 ａ 该 公 司 生 产 高 纯 生 铁 和 含 钛 的 铁 合 金 。其 生 产 的
“龍鳯山”牌超高纯生铁和高纯生铁的军工应用
理事传真“龍鳯山”牌超高纯生铁和高纯生铁的军工应用随着铁基新材料在军工等特殊领域的广泛应用与快速发展，生铁在助推我国制造业由大变强方面发挥着不可或缺的作用。
转型升级新突破时势推动创新。
河北龙凤山铸业有限公司（以下简称“龙凤山”）根据我国经济发展和产业转型升级需求，开启了技术和产品创新。
自主研创的“三精法”（精料、精炼、精处理）直接还原生产工艺，攻克了低硅、低钛冶炼技术，炉外配套保证产品“三高（高纯净度、高稳定性、高洁净度）”技术，低硅全灰口技术三大难题，于2010年4月成功研制生产了我国第一炉铸造用高纯生铁。
同普通铸造生铁相比，“龍鳯山”牌高纯生铁Ti、Mn、P、S有害元素比普通铸造生铁降低数倍，首次限制了对铸铁件质量有严重影响的11种微量元素最大含量，并限制总和＜0.05%。
“龍鳯山”牌铸造用高纯生铁低硅全灰口技术克服了国外高纯生铁白口化的缺点，品质优于国外同类产品。
创新技术新超越龙凤山坚持高质量发展，在研制生产高纯生铁的基础上，于2017年自主研创“三精法”+“精炼深度提纯”关键工艺技术，成功研制了纯净度、稳定性和一致性比高纯生铁更高的超高纯生铁。
超高纯生铁碳含量＞3.30％，硅含量≤0.50％，钛、磷含量比高纯生铁降低一个数量级，锰含量降低50％，硫及铬、钒、钼、锡、锑、铅、铋、碲、砷、硼、铝等微量元素含量比高纯生铁大幅度降低。
并可根据不同用户的需求，调整精炼深度提纯工艺，实现定制化生产、个性化服务，主要用于生产有特殊需求的高性能铸铁件。
多家高端铸造企业先后与龙凤山共同展开关键共性技术研究，采用超高纯生铁进行高端铸件的研制生产，取得了良好效果。
军民融合新贡献2016年，“龍鳯山”牌系列产品被列入《军民两用高新技术民营企业及产品推荐目录》；2019年，龙凤山被列为“国家重点关注军民融合企业”。
铸造用高纯生铁、超高纯生铁生产工艺与装备被列入国家《产业结构调整指导目录》（2019年本）第一类鼓励类第十四条机械行业第24项。
高纯度金属的制备技术及应用
高纯度金属的制备技术及应用概述高纯度金属是指通过精密制备技术，从原材料中获得的纯度高达99.999%以上的金属材料。
高纯度金属具有良好的物理化学性质，广泛应用于电子、光电、半导体、航空航天等领域。
本文将介绍高纯度金属的制备技术及应用。
制备技术目前，高纯度金属的制备技术主要包括以下三种方法：物理法、化学法和电化学法。
物理法是指利用电子束加热或激光加热原材料，使其升华后在低温中凝固的方法。
该方法可以制备出极高纯度的金属材料，但是设备成本高昂，制备过程中需要保持高度的真空，同时也存在材料损失严重的问题。
化学法是指通过化学反应将原材料转化为气态化合物，然后在一定温度下沉积到基板上，制备出高纯度的金属材料。
该方法有效降低了设备成本和材料损失，但是存在化学物质残留的问题，对设备精度要求较高。
电化学法是指利用电解法将原材料纯化，通过控制电极电位来控制材料的纯度。
该方法制备出来的高纯度金属材料具有优良的物理化学性质，且过程中不需要特殊的设备，成本较低，是目前最为普遍的制备方法。
应用领域高纯度金属广泛应用于电子、光电、半导体、航空航天等领域。
以下是各个领域的应用情况：电子领域：高纯度铜被广泛应用于电子电路板和高频线圈等电子元器件中；高纯度铝和铝合金则被用于制造电容器壳体、电解电容器正极等；高纯度镍则应用于锂离子电池负极材料。
光电领域：高纯度金、银、铜等金属用于制造反射镜、半反射镜、分束器等；高纯度锗、硅、铜等材料则广泛应用于太阳能电池等领域。
半导体领域：高纯度硅用于制造半导体芯片；高纯度镓、铟、锑、磷等则被应用于制造光电子元件、半导体激光等。
航空航天领域：高纯度钛、铝、锆等金属则被广泛应用于制造航空发动机、轻质航空材料等；高纯度铝、镁和其合金则用于制造航空座椅和其他部件。
结论高纯度金属的制备技术和应用是现代材料科学领域的重要研究方向。
高纯度金属的制备技术不断发展和创新，使得高纯度金属的生产成本逐步降低、制备纯度逐步提高，使其更广泛地应用于各个领域。
2023年高纯生铁行业市场调研报告
2023年高纯生铁行业市场调研报告1. 市场背景高纯生铁是指铁矿石在还原剂（如焦炭）和热力条件下反应还原得到的纯铁，是工业生产中重要的原材料。
目前，高纯生铁行业在我国的铁合金行业中占据着重要地位。
根据数据显示，我国高纯生铁的产量占全球产量的60%以上，位居全球第一。
2. 市场现状2.1 市场规模及产能当前，我国高纯生铁的年产能已突破2亿吨，其中宝钢、武钢、鞍钢、韶山钢铁、柳钢等大型钢铁企业的高纯生铁产能占据了市场的主要份额。
此外，一些小型钢铁企业也逐渐涉足高纯生铁的生产。
2.2 市场供需在市场需求方面，高纯生铁主要用于生产优质钢铁，因此需求主要来源于钢铁工业。
随着我国经济的快速发展和建设工程的推进，高纯生铁的需求量逐年增加。
而在市场供应方面，我国高纯生铁的产能已经远远超过市场需求，因此近年来高纯生铁市场供过于求，价格出现下降的趋势。
2.3 市场竞争格局目前高纯生铁市场上，主要的竞争者为宝钢、武钢、鞍钢、韶山钢铁、柳钢等大型钢铁企业。
这些企业拥有强大的生产能力和技术，具有一定的价格优势，可以在市场上占据主要份额。
此外，一些小型钢铁企业也在争夺市场份额，但由于规模较小，生产技术相对较弱，往往难以形成竞争优势。
3. 市场前景尽管目前高纯生铁市场供过于求，价格有所下降，但随着我国经济的发展和国家相关政策的支持，高纯生铁行业仍然具有广阔的发展前景。
3.1 政策环境当前，我国政府出台了一系列支持钢铁行业发展的政策，其中包括加强技术改进，推动产业升级，优化供求结构等。
这些政策的出台将进一步提升高纯生铁行业的发展水平和市场竞争力。
3.2 技术升级在高纯生铁行业中，技术创新和升级是关键。
当前，国内一些大型钢铁企业已经开始研究发展新型高纯生铁生产技术，如电炉炼钢技术、氧气顶吹技术等，这些新技术的应用将带来更高效、更环保的生产方式，进一步提升高纯生铁的品质和市场竞争力。
3.3 市场需求随着我国经济的快速发展和城市化进程的不断推进，对高品质的钢铁产品需求将会持续增加，这将进一步促进高纯生铁市场的需求。
高纯生铁助推铸造大国向铸造强国发展
高纯生铁助推铸造大国向铸造强国发展作者：高存郑娜来源：《中国经贸导刊》2010年第14期3月31日,由国务院总理温家宝同志主持召开了国务院常务会议,听取中国科学院关于实施知识创新工程进展情况的汇报,会议决定继续深入实施科技创新工程,着力解决关系国家长远发展的重大科技问题。
科技创新,事关社会进步和企业发展。
对于企业,创新不仅是企业活力和生命力的表现,也是落实科学发展观,实现又好又快发展的基础,是培育品牌、实现品牌增值和溢价的主要途径,也是提高企业核心竞争力的重要战略战术,更是保持可持续发展的关键所在。
6月18日,笔者受邀参加了河北龙凤山铸业有限公司铸造用高纯生铁产品鉴定会。
鉴定会由邯郸市科技局主办,河北工业大学及机械科学研究总院等多位领域知名专家参加,对河北龙凤山铸业有限公司研发生产的“LFS”系列铸造用高纯生铁进行了产品鉴定。
以河北工业大学教授钱立任主任委员、机械科学研究总院教授级高工曾艺成为副主任委员、邯郸市科技局李冠军局长出席的专业鉴定会一致认为:该产品目前领先国内,而且已经科技查新证实。
河北龙凤山铸业有限公司始建于1999年,由乡镇企业接手改造扩建而成,是一家技术装备现代化、重环保、讲节能、遵循循环经济“3R”原则组织生产的专业化企业,以生产铸造用优质生铁为主营业务。
是河北省百强私营企业、邯郸市30强民营企业、武安市重点保护企业,也是河北省铸造协会副理事长单位。
公司自成立以来先后荣膺“年创利税超亿元企业”和中铸协“全国优质铸铁生铁生产示范基地”等美誉。
我国是世界铸造大国,也是世界铸造业的发源地,铸件产量连续10年稳居世界首位。
但由于工艺技术相对落后等原因,在铸件质量和稳定性方面长期以来一直落后于工业发达国家。
其主要原因之一,是铸造用生铁的质量问题。
一直以来,我国没有自己的高纯生铁,依赖进口提供高纯生铁。
进口高纯生铁的市场价位持续上涨,高成本的原材料进口始终牵绊着我国铸造业。
据资料显示,根据我国目前铸造业的发展现状,每年约需至少100万吨的高纯生铁以满足产业健康发展的需求,且逐年呈倍增趋势上升。
超高纯生铁的用途和强度
超高纯生铁的用途和强度答案：1、在电器、电讯工作中制作各种类型继电器的电芯、衔铁轭铁。
2、用于高能加速器的弯转和聚焦磁铁、电声器、电磁阀、磁选设备的电磁铁芯等。
3、用于分析仪器上的高分辨磁铁极头、地质仪器中的电磁分选仪和检波器，电子显微镜的聚焦磁铁和扫描点睛的电磁透镜，飞机自控元件，充磁机的极头等。
4、用于直流电机的铁芯和壳体。
5、用于汽车和车床的电器或磁件。
6、用于各类磁屏蔽罩或屏蔽盒，要求高屏蔽设备的屏蔽材料。
超高纯生铁通常指含碳量在2%以上、杂质少于0.05%的高纯度生铁。
相对于普通生铁而言，超高纯生铁的纯度更高、杂质更少，具有更好的机械性能、加工性能和耐热性能。
高纯生铁指纯度在99%以上的生铁，它由高品质的生铁矿经过多次高温处理、捣打、贴吊等工艺形成。
相比其他铸造原料，高纯生铁具有更高的纯度、更好的流动性、更高的精度和更优异的力学性能。
扩展：一、高纯生铁概述高纯生铁指纯度在99%以上的生铁，它由高品质的生铁矿经过多次高温处理、捣打、贴吊等工艺形成。
相比其他铸造原料，高纯生铁具有更高的纯度、更好的流动性、更高的精度和更优异的力学性能。
二、高纯生铁的用途1. 汽车制造高纯生铁是汽车制造中不可或缺的材料之一，可用于制造转向轴、摇臂、凸轮轴、曲轴、缸套、汽缸盖等零部件。
汽车行业对零部件精度和耐久性要求很高，高纯生铁的高纯度和良好的流动性能能够满足这些要求。
2. 机械制造在机械制造领域，高纯生铁通常被用于制造机床主轴、齿轮、曲轴、连杆、气门座等零部件。
相比其他材料，高纯生铁具有更高的精度和更好的强度，确保了机械零部件的精度和耐久性。
3. 船舶制造高纯生铁也被广泛应用于船舶配件的制造中，如推进器、舵机和相应的轴承、啮合齿轮、减速机等。
高纯度的铸件能够达到更好的装配精度，使得船舶的操纵和安全性能更加稳定可靠。
三、高纯生铁的优点1. 高纯度相比其他铸造原料，高纯生铁的纯度更高，通常在99%以上。
2. 良好的流动性能高纯生铁具有良好的流动性能和出色的浇注性能，可以制造更加复杂的零部件。
高纯铁的研发进展及展望
㊀第40卷㊀第10期2021年10月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.40㊀No.10Oct.2021收稿日期:2021-06-24㊀㊀修回日期:2021-09-13基金项目:国家自然科学基金项目(52031011,51971167);国家重点研发计划项目(2017YFB0702001);西安市科技计划项目(2017xasjl014)第一作者:黄龙超,男,1992年生,博士研究生刘南君,女,1994年生,博士研究生通讯作者:单智伟,男,1974年生,教授,博士生导师,Email:zwshan@ DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202106021高纯铁的研发进展及展望黄龙超1,刘南君1,王章洁1,郑㊀芮1,刘博宇1,王文斌2,单智伟1(1.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,陕西西安710049)(2.陕西斯瑞新材料股份有限公司,陕西西安710077)摘㊀要:高纯铁是指纯度超过99.9%的铁㊂以高纯铁为原料开发的铁基材料具有比传统铁基材料更优异的性能,如更低的韧脆转变温度和再结晶温度㊁更好的抗腐蚀性能㊁更高的最大磁导率以及优良的导电性及低温热传导率,并因此在航空航天㊁电子信息㊁电力工业㊁军事工业等领域具有广阔的应用前景㊂虽然我国是全球最大的工业铁生产国和消费国,但却缺乏经济高效的高纯铁生产技术,导致所需高纯铁严重依赖进口㊂回顾并总结了当前世界上最具代表性的4种高纯铁制备方法,即直接还原-熔分精炼方法㊁电解制备方法㊁火法提纯制备方法及湿法提纯+火法提纯的联合提纯制备方法,梳理并对比了我国与欧美日等发达国家的高纯铁制备技术研发历程,绘制了当前铁的纯度和市场价格之间的关系图,阐明了杂质元素对合金性能可能造成的负面影响,探讨了国内外高纯铁的未来发展趋势,并结合现状从制备技术的研发㊁行业标准的建立㊁应用市场的开拓及相关产业的发展等方面对我国高纯铁工业化制备进行了展望㊂关键词:高纯铁;原材料;湿法提纯;火法提纯;工业化制备中图分类号:TG141㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2021)10-0762-10Researchand Development Progress and Prospects of High Purity IronHUANG Longchao 1,LIU Nanjun 1,WANG Zhangjie 1,ZHENG Rui 1,LIU Boyu 1,WANG Wenbin 2,SHAN Zhiwei 1(1.State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials,Xi a n Jiaotong University,Xi a n 710049,China)(2.Shaanxi Sirui Advanced Materials Co.,Ltd.,Xi a n 710077,China)Abstract :High purity iron is defined as iron that has purity more than 99.9%.High purity iron-based materials havehigher performance than traditional iron-based materials,such as lower ductile-to-brittle transition temperature and recrystal-lization temperature,higher corrosion resistance,higher maximum permeability,excellent conductivity and low temperature thermal conductivity,thus showing promising applications in aerospace,electronics-information,electric power and military industries etc .However,China currently has to import most of the high purity iron used in its industry and scientific research institute,although China is the world s largest producer and consumer of industrial iron,due to the lack of economic and effi-cient preparation technology of high purity iron.In this article,four typical methods for the preparation of high purity iron in the present world,direct reduction-smelting separation refining method,electrolysis method,pyrometallurgy method and hy-drometallurgy-pyrometallurgy combined method,are reviewed and summarized.The development processes of researches in high purity iron preparation technology between China and developed countries such as Japan,Europe and the U.S.are compared.The relationship between the purity of iron and its current market price is illustrated.The possible negative effectsof impurity elements on alloy properties are also indicated.The developing trend of high purity iron at home and abroad is discussed.At last,the industrial production of high puri-ty iron in China is prospected from aspects of the research and development of preparation technology,the establish-ment of industrial standards,the development of applicationmarket and the development of related industries.Key words :high purity iron;raw material;hydromet-allurgy purification;pyrometallurgy purification;industrial production博看网 . All Rights Reserved.㊀第10期黄龙超等:高纯铁的研发进展及展望1㊀前㊀言几个世纪以来,铁一直是应用在人类各个活动领域中最重要的元素之一㊂近年来,高纯铁的制备成为世界范围内的研究热点与前沿[1,2]㊂究其原因,一方面,为了进一步改善钢铁的性能以及开发新型的高性能铁基合金,需要准确了解纯铁中添加元素的作用以及添加元素之间的相互作用,而其中最重要的一个前提是获得尽可能高纯度的铁母体[3,4];另一方面,随着现代科学技术的进步,众多核心产业,如航空航天㊁电子信息㊁军事工业等对关键零部件及装备的性能要求逐渐提高,进而对包括铁在内的金属原材料质量控制的要求越来越严格,而对金属材料的深度除杂是进一步提升质量控制的有效手段之一㊂铁的纯度通常用N和数字(N是英文数字nine的首字母)来表示,如3N5表示纯度为99.95%㊂一般将纯度为2N5~3N的铁称为工业纯铁,ȡ3N的称为高纯铁,ȡ4N的称为超高纯铁㊂由于对高纯铁中痕量杂质的定量分析在技术上较为困难,研究人员也使用剩余电阻率(RRR H=ρ298K/ρ4.2K,其中分子和分母分别表示298和4.2K 温度下的电阻率)来标示铁的纯度[5]㊂RRR H的数值与标称纯度之间存在一定的经验关系[6,7],如表1所示㊂当RRR Hȡ50时称为高纯铁,ȡ500时可称为超高纯铁㊂表1㊀剩余电阻率RRR H和铁的标称纯度之间的对应关系[6,7] Table1㊀The relationship between RRR H and nominal purity[6,7] RRR H Purity/%50~99.900100~99.950500~99.9901000~99.9955000~99.999尽管我国年产钢材已超10亿吨,远远领先于其他国家,然而当前我国工业界及科研单位所使用的高纯铁大多来自进口㊂欧美日等发达国家早在20世纪60年代以前就已广泛地展开了对高纯铁制备及高纯铁合金性能的研究,而我国在该领域的研究起步相对较晚㊂为了助力我国自主研发高纯铁,本文对高纯铁的性质㊁应用领域以及当前高纯铁的制备方法进行了系统调研,综合对比了国内外研发进展,并对我国高纯铁研发进行了展望㊂2㊀高纯铁的基本性质及应用2.1㊀高纯铁的力学和物理化学特性研究并理解铁的本征力学和物化特性是研发高性能铁基材料的基础㊂铁的本征特性只有在纯度达到一定程度后才会呈现出来,为了更准确地了解铁的本征特性,需要尽可能地提高铁的纯度,并研究其性质随纯度的变化规律㊂研究表明,当杂质浓度很低时,高纯铁展现出不同于一般工业纯铁的独特性能㊂例如,工业纯铁的韧脆转变温度约为260K,但是当RRR H>3600时,高纯铁的韧脆转变温度低至50K或更低[4,8,9],其中杂质O含量的减少,会降低铁的低温沿晶断裂敏感性[4]㊂再例如,工业纯铁的再结晶温度约为720K,而当RRR H约为8700时,纯铁的再结晶温度降到530K左右[7,10]㊂有研究认为,这种再结晶温度的降低与杂质元素的减少有关,其中金属杂质元素Ga的作用相较于Ni,Mn,Co,Cr等更为显著;对于非金属杂质,N的作用可能大于C的作用[10,11]㊂此外,高纯铁具有较好的耐腐蚀性,4N5及以上的高纯铁会在表面形成致密的钝化膜[12-14],使其不溶于稀盐酸㊁硫酸(可溶于王水)[1,15]㊂另外,铁的纯度越高,畴壁越规则,磁场越大,随之而来的是矫顽力降低,磁导率增加[7,11]㊂研究表明,金属磁性材料的矫顽力和磁导率并不是简单地由纯度决定的,还与杂质类型及分布㊁样品尺寸㊁晶粒尺寸等有关[7]㊂例如,高温固相氢还原除杂处理能使纯铁中C,N,O,S等杂质减少,促进晶粒长大,并使纯铁获得更低的矫顽力和更高的最大磁导率[11]㊂除此之外,杂质含量的降低使得杂质对电子的散射作用减小,因此高纯铁还具有优良的导电性能以及低温热传导率[7,11,16]㊂2.2㊀高纯铁的应用高纯铁以其独特的磁性能和机械性能,被应用于磁性器件㊁电磁产品[16,17]以及军工产品[18]等㊂不仅如此,高纯铁作为原材料还在航空航天㊁电子信息㊁核工业设施㊁生物医药㊁食品工业㊁化学工业㊁合金靶材等领域有着广泛的应用空间[11,15-19]㊂表2对高纯铁的应用领域进行了汇总㊂Fe-Cr合金是一个典型的应用案例,该合金具有优异的抗辐照肿胀和抗腐蚀性能,是聚变堆㊁四代堆结构材料的重要候选之一㊂然而普通纯度的Fe-Cr合金由于严重的脆化问题,无法在严苛的环境条件下服役㊂但研究表明,使用高纯铁制备得到的Fe-Cr合金可明显改善普通纯度Fe-Cr合金在实际服役中产生的脆化问题[15]㊂此外,Fe-Cr合金会随着Cr含量的增加而脆化,以工业纯铁为原料的Fe-20Cr合金在室温下非常容易脆碎,但是使用高纯铁制备的Fe-35Cr合金在室温下仍具有高达400J/cm2的冲击韧性,且其在可锻性㊁可轧制性方面也表现优异㊂因此,原料铁纯度的提高将会显著提高Fe-Cr合金的使用范围和使用寿命,并进而解决该合金在核电材料领域应用时 脆化 这一 卡脖子 问题[15]㊂不仅如此,铁的纯度提升还能显著提升Cr在铁中的含量367博看网 . All Rights Reserved.中国材料进展第40卷极限:普通Fe-Cr 合金中Cr 的质量分数(下同)超过30%时,其塑性及冲击韧性就会显著恶化;而对超高纯铁,Cr 含量增加到60%以上,仍具有高的塑性,相对应的合金耐高温性能可以提高到1273K 以上,可应用于超高温环境,如飞机发动机等[1]㊂表2㊀高纯铁的应用领域[1,7,11,15-23]Table 2㊀The application fields of high purity iron [1,7,11,15-23]Application fieldsRepresentative application scenariosMilitary productsShaped liner for explosively formed projectile,etc .Photoelectric deviceβ-FeSi 2semiconductorMagnetic materialsand devicesRare-earth magnetostriction alloys (e .g .TbDyFe),rare-earth permanent magnet alloys(e .g .NbFeB and SmFeCo),ferrite core,magnetic recording medium,magnetic head,magnetic sensors,etc .Electromagnetic shielding materialsMicrometer-thick high purity Fe,FeNi andCuFe alloy film,etc.Target materialsHigh purity Fe-Co,Fe-Co-Tb,Fe-Co-Gd,Fe-Al-Si,Fe-Ni alloys,etc .Advanced alloysAdvanced superalloys,high performance steelsand alloys,etc .Biomedical and food Compatible biomaterials,food anddrug additives,etc .Industrial chemicalsIron catalyst,high purity reductive agent,high purity reagent,etc .OthersStatic induction device,high qualityelectrode,etc .此外,电子工业对高纯铁也有需求㊂例如,新型硅铁半导体的实用化对原料铁的纯度具有非常高的要求㊂β-FeSi 2是一种新型的光电材料,高纯β-FeSi 2为n 型半导体,但过量的电负性小于Fe 的杂质(如Ti,Cr,Mn 等)能使其变为p 型半导体[20,21],从而使其在室温下无法获得强光[22]㊂要利用添加元素来控制载流子密度,就必须实现对每一种杂质元素的精确控制㊂2020年,日本东北大学的Abiko 教授团队[23]发现具有5N6纯度的超高纯铁对人体组织有着很好的生物相容性:在不外加涂层的情况下,哺乳动物细胞能很容易地附着在超高纯铁的表面,并发生增殖和分化㊂同时,由于高纯铁具有很好的耐腐蚀性,还可以避免在动物组织中产生过量的Fe 2+㊂因此,超高纯铁有望成为一种优秀的医用生物植入材料㊂3㊀高纯铁研发进展3.1㊀国内外高纯铁制备方法以传统的 铁矿石 烧结 高炉冶炼 为核心的制铁工艺,通常只适用于工业纯铁的制备㊂为了进一步提高铁的纯度,人们在此基础上发展了以超高精品铁矿为原料的 直接还原-熔分精炼 方法㊂这种方法不仅使用高纯度的铁矿石,还避免了焦炭㊁助熔剂等所含杂质的污染,可以制得纯度为3N 及以上的高纯铁㊂除此之外,高纯铁的制备还可以通过对已有原料铁进行提纯的方法来实现㊂用于铁提纯的技术可大致分为两类:①湿法提纯,包括电解法㊁重结晶法㊁溶剂萃取法㊁离子交换法等;②火法提纯,包括固相氢还原㊁真空感应/电弧/电子束熔炼㊁电磁悬浮熔炼㊁悬浮区域熔炼㊁氢等离子体电弧熔炼㊁冷坩埚悬浮熔炼和固态电迁移等㊂这些方法都是利用杂质与基体在特定条件下的化学或物理性质的差异(例如电极电位㊁蒸气压和在不同相中的溶解度)来分离杂质的㊂纯铁中可能有80余种杂质元素,这些杂质难以通过单一方法消除,而每种提纯方法所针对的杂质元素种类㊁除杂效果等有所不同㊂关于这些技术方法的详细介绍,可参考近年发表的综述论文[6,24-26]㊂从本质上讲,纯铁的精炼就是各种制备技术和工艺的优化组合㊂可根据起始原料铁的纯净度㊁目标需求(例如纯度㊁特定杂质的含量),使用不同的提纯方法和策略进行制备㊂图1展示了4种典型的高纯铁制备方法:(a)直接还原-熔分精炼制备方法;(b)电解制备方法;(c)火法提纯制备方法;(d)湿法提纯+火法提纯的联合提纯制备方法㊂下面对这几种方法进行简要综述㊂3.1.1㊀直接还原-熔分精炼制备方法该制备方法的第一步是使用气体或固体为还原剂,在低于铁矿石熔点温度下对超高精品铁矿进行还原得到固态还原铁;第二步是对直接还原得到的铁进行熔分-精炼,以制得纯净度高的铁㊂自2017年以来,东北大学的赵嘉琦㊁李峰等[27,28]使用超高品位精铁矿为原料在实验室制得了标称纯度达到99.947%的高纯铁,并在此基础上进行了1万吨/年的中试实验,制备的高纯铁产品的纯度最高可达99.975%(但硫含量偏高),用该方法制备的高纯铁估算成本为每吨4000元人民币㊂北京科技大学的李彬等[29]在直接还原-熔分的基础上增加了炉渣精炼步骤,利用中等品位的精铁矿制备出了纯度为99.987%的高纯铁㊂直接还原-熔分精炼方法在成本和规模上具有很大优势,但由于直接还原铁生产过程中几乎不排除炉料中的脉石元素,因此对含铁炉料要求较高,最终产品质量依赖于铁矿质量,并且难以用来制备超高纯铁㊂3.1.2㊀电解制备方法电解法可分为水溶液电解和非水溶液电解,其中亚铁离子酸性水溶液电解是目前最常用的电解方法㊂其原理是利用[Fe /Fe 2+]与其他杂质元素[M /M n +]的电极电位差,减少绝大部分金属杂质的含量,从而实现阴极铁的467博看网 . All Rights Reserved.㊀第10期黄龙超等:高纯铁的研发进展及展望图1㊀典型的高纯铁制备方法:(a)直接还原-熔分精炼制备方法,(b)电解制备方法,(c)火法提纯制备方法,(d)联合提纯制备方法Fig.1㊀Typical preparation methods of high purity iron:(a)direct reduction-melting separation refining,(b)electrolysis method,(c)pyrometallurgy method,(d)hydrometallurgy-pyrometallurgy combined method纯化㊂使用该方法制得的铁称为电解铁㊂电解法具有设备简单㊁工艺相对成熟等优点,已成为目前工业化生产高纯铁的主要方法㊂早在20世纪10年代的中后期,美国麻省理工学院以及美国国家标准局等单位已经尝试使用电解法制得了纯度为3N5~4N 的高纯铁[11,30]㊂此后国内外也展开了大量电解法制备高纯铁的研究[31-34]㊂然而,单纯使用电解法难以去除和Fe 的电位差较小的Co,Ni,Cr,Mn,Cu 等元素㊂为了得到纯度更高的电解铁,需要对阳极材料和电解液中以上几种杂质元素含量进行严格控制,对前者往往通过多次电解提高纯度,对后者常利用重结晶法㊁离子交换法和溶剂萃取法的湿法提纯技术对溶液进行除杂㊂重结晶法是通过改变温度使铁盐在溶液中因过饱和析出而实现纯化;离子交换法是利用离子交换树脂的功能基团和溶液中铁离子及杂质离子的交换㊁解析能力的差异使杂质分离;溶剂萃取法则是利用杂质离子在有机相和水相中的分配比不同来实现杂质分离㊂美国国家标准局㊁英国国家物理实验室和法国国家科学研究中心等单位在20世纪30~60年代[11,35]采用对电解液重结晶㊁离子交换㊁溶剂萃取纯化的方法,制得纯度在3N5~4N5的电解铁㊂日本东北大学Abiko 等[2]从20世纪70~90年代,通过多次电解和充分控制电解液的酸度和温度等条件,将电解铁的纯度从3N3提高至4N7㊂此后,日本东邦亚铅公司和日本东北大学合作制备了纯度达到5N 的电解铁[36]㊂上海大学印仁和㊁曹为民等[37,38]在21世纪初研究了金属杂质元素与Fe 共沉积的电化学行为,根据沉积类型分别提出了针对性的除杂方案㊂此后,北京有色金属研究总院刘琼等[39]㊁上海大学秦岩等[40]㊁武汉科技大学黄红兵等[41]详细研究了包括Fe 2+质量浓度㊁电极电流密度等因素对电解效率及成品质量的影响,并制得了最高纯度达4N 的电解铁㊂3.1.3㊀火法提纯制备方法用电解法制备高纯铁的过程,能有效去除原料铁中的金属杂质,但是电解铁往往会含有较多的非金属杂质,如C,N,H,O,S 等㊂火法提纯可以大大降低非金属杂质含量㊂例如美国的Stein 等[42]和Moore 等[35]通过在高温下(低于熔炼温度)对电解铁进行干燥氢还原处理,使C,O,N,S 的含量大幅度降低㊂美国Rengstorff 等[43]对电解铁进行固相氢还原处理后又进行了真空电弧熔炼,使高纯铁中的非金属杂质总含量低于100ppm㊂并且真空熔炼还可以去除一部分蒸气压较低的金属杂质,例如Zn 和Mg,从而使产品的总金属杂质含量进一步降低㊂为了制备超高纯铁,在大多数情况下需将火法熔炼过程作为最后一步,因此熔炼过程需要除去尽可能多的杂质㊂常用的熔炼制备超高纯铁的方法有氢等离子体电弧熔炼㊁真空冷坩埚悬浮熔炼和悬浮区域熔炼㊂氢等离子体电弧熔炼是利用含氢等离子弧作热源进行熔炼,不仅可以有效地从铁中去除气态元素,对部分金属也有较好的除杂效果㊂例如,日本东北大学的Mimura㊁Isshiki [44]和莫斯科国立钢铁合金学院的Elanski567博看网 . All Rights Reserved.中国材料进展第40卷等[45]详细研究了氢-氩等离子电弧熔炼对Fe的除杂作用,发现该方法不仅可以将O,N,C等含量降低到几个ppm,还对Na,Al,Si,S,Mn,Cd和Sb有着70%以上的去除率,而对P,Ca,Ge,As,Ag等杂质的去除率也达到20%~50%㊂真空冷坩埚熔炼是通过感应加热方式配合带切缝的水冷铜坩埚对金属进行熔炼的技术,其基本除杂原理与真空感应加热相同,但使用时水冷坩埚与金属熔体之间会形成一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层,避免了坩埚对熔体的污染㊂配合高真空技术,有望实现小批量的超高纯铁的制备[15]㊂但是,氢等离子体电弧熔炼和真空冷坩埚熔炼对Fe熔点附近蒸气压低的Co,Ni, Zr,Nb,Mo等金属杂质的去除效果非常有限㊂区域熔炼是一种应用广泛的深度除杂技术,其原理是利用杂质在主体金属固态和熔融态中溶解度的差异,使杂质析出或改变杂质元素的分布,从而达到提纯的目的,包括保护/还原气氛区域熔炼㊁氧化区域熔炼和真空区域熔炼㊂其中悬浮区域熔炼可以避免样品舟/坩埚对材料的污染㊂从20世纪50年代起,研究人员已展开了许多利用区域熔炼方法制备高纯铁的研究[11,46,47]㊂但是区域熔炼方法却很难除去在铁固/液相中分配比例接近于1的杂质,例如Ti,Co,Ni和Mo等㊂基于上述技术的特点,可通过使用Co,Ni,Mo, Zr,Nb,Ti等杂质含量较低的高纯度铁作为起始原料,通过火法提纯制备超高纯铁㊂例如,1967年捷克科学院物理所的Kade ková和Šesták等[48]以Johnson-Matthey高纯铁为原料,利用氢气保护下的悬浮区域熔炼方法,并结合应变退火技术制备了纯度大于4N的铁单晶㊂日本东北大学的Ishikawa和Isshiki等[49]在2000年以RRR H~ 1000的商用高纯电解铁为原料,进行了还原氢气氛中的悬浮区域熔炼,使其RRR H提高到了11000以上㊂辉光放电质谱分析表明,其纯度达到6N左右,成为迄今报道的最纯的高纯铁之一㊂为了提高杂质去除率,日本东北大学的Takaki和Kimura等[5]在1976年还使用了超高真空技术(10-7Pa),以Johnson-Matthey纯铁为原料,通过电子束悬浮区域熔炼方法制得了RRR H最高达6000的超高纯铁,同时在制备过程中也没有造成铁的严重挥发㊂2000年前后,日本东北大学的Abiko和Takaki等[50,51]发展了超高真空下的水冷铜坩埚熔炼技术,以纯度约4N7的超高纯电解铁为原料,在极限压力为5ˑ10-8Pa及更低的真空环境中,熔炼得到约10kg的纯度为5N6的超高纯铁锭㊂3.1.4㊀联合提纯制备方法除了使用高纯电解铁等作为原料通过火法提纯制备超高纯铁外,还可以采用非高纯的铁为原料通过湿法+火法联合提纯方法来制备超高纯铁㊂事实上,在湿法提纯技术中,电解法由于存在电解装置污染及电沉积效率低等问题,无法单独制备超高纯铁㊂因此,可采用其它湿法提纯技术(如溶剂萃取法和离子交换法)制备高纯铁离子溶液,然后直接对溶液进行蒸发-沉淀-烘干-氧化处理,再进行氢还原,最后使用火法提纯制备超高纯铁,如图1d所示,这种制备方法即为联合提纯制备方法㊂联合提纯制备方法既利用了湿法提纯来除去原料中的金属杂质,又利用了火法提纯来去除非金属杂质和饱和蒸气压低的金属㊁半金属杂质,可以得到上限很高的超高纯铁㊂例如,日本八幡制铁株式会社的Arakawa 等[52,53]在20世纪60及70年代初以市售工业铁粉为原料,首先通过溶剂萃取法纯化铁离子溶液,然后烘干氧化,经氢还原和悬浮区域熔炼得到纯度在4N5以上的纯铁㊂随后,日本东北大学的Igaki和Isshiki等[10,54]在1976年成功地使用丙烯酸阴离子交换法对3N级商业电解铁进行提纯,经蒸发烘干㊁氢还原和悬浮区域熔炼制得了少量RRR H>8000的超高纯铁㊂值得注意的是,与其他元素(Mn,Ni,Cr和Co)相比,该方法对Cu的去除效果有限㊂直到21世纪初,Isshiki与日本东北大学的Uch-ikoshi等以及匈牙利米斯科尔克大学的Kekesi等[55,56]开发了化合价控制的阴离子交换法,提高了对Cu的去除率,并使用氢等离子体电弧熔炼方法进行了超高纯铁的提纯中试实验㊂但是该超高纯铁的Si含量超过12ppm,而且在等离子体电弧熔化期间W-ThO2电极对铁造成W 污染㊂为了解决上述问题,并进一步提高超高纯铁的制备效率,他们随后开发了一种新型的等离子体电弧熔炼制备炉[57,58],结合控制化合价离子交换法,使用该设备对铁先进行氧化酸洗去除与氧亲和力比铁高的杂质,例如Si,Al,W,然后用氢等离子体电弧熔炼方法对铁进一步脱氧脱气,得到纯度超过5N3的批量超纯铁产品,成为工业化生产的纯度最高的高纯铁之一[59]㊂3.1.5㊀其他高纯铁制备方法除了上述几种制备方法外,日本日立公司的Miyake 等[13,14,60]在20世纪90年代开发了一种离子束沉积装置,通过超高真空下电磁偏转的质量筛选系统,将铁离子筛出并沉积成高纯薄膜(薄膜应用领域),其RRR H>8000㊂3.2㊀国内外高纯铁研发对比从广义上讲,纯铁生产的历史可追溯至古代的铁冶炼,但现代意义上对高纯铁的最早研究来自于美国国家标准局,他们在1914年通过电解法获得了3N5的纯铁[11]㊂此后,西方国家广泛开展了高纯铁的提炼㊂20世纪60年代中后期,日本也开始了大量的高纯铁研发活667博看网 . All Rights Reserved.㊀第10期黄龙超等:高纯铁的研发进展及展望动,并很快取得了一系列的研究成果(案例可参见上文)㊂自20世纪70年代后期,由于日本政府对钢铁产业基础研发的持续大力投入,以及西方产业转移等原因,日本逐渐取代欧美开始主导高纯铁制备的研发㊂使用上文所介绍的方法制备得到的高纯铁,其最高纯度纪录几乎都是由日本开创的㊂日本还实现了商用高纯铁的大规模生产,建立了全球主要的生产企业㊂例如东邦亚铅公司,用电解法可以批量制备3N~5N的高纯铁㊂不仅如此,在20世纪80年代后期,日本还开展了国家级的高纯金属研究计划,对新型高纯铁基合金的制备及性能测试开展了大量研究㊂从1994年起,在日本主导下,德国㊁法国㊁英国和美国等国家连续召开了10余届国际超高纯金属会议㊂相比之下,我国高纯铁的研发起步较晚㊂目前我国钢铁企业主要以高炉铁水为原料生产工业纯铁,或以超高精品矿为原料,使用直接还原-熔分精炼方法制备3N 以上高纯铁,但这些方法难以制备纯度更高的铁产品㊂虽然我国早在20世纪中期[33]就开展了电解铁的研究,陆续有单位在实验室制备出3N~4N纯度的高纯铁,然而大部分尚处在实验室阶段,没有进行大规模工业生产㊂目前可查到的国内高纯铁制备企业,如鄂州汉衍新材料有限公司,主要以工业废铁屑和高浓度含铁溶液为原料,生产纯度约3N的电解铁片和铁粉,产能约1000吨/年[61]㊂除此之外,鲜有使用其它方法批量制备高纯铁的报道㊂2009年,北京有色金属研究总院的孙辉等[62]提出了利用萃淋树脂将溶剂萃取的高选择性和色层法的高效性结合起来的萃取色层法,将三氯化铁溶液的纯度提高到了99.99%,但仍未见其后续高纯铁精制的报道㊂综上所述,我国超高纯铁的研发和生产目前尚处于空白㊂图2是对1940年以来高纯铁制备相关的文献调研结果的分析汇总,横轴是发表时间,纵轴是高纯铁的纯度㊂其中部分论文的纯度是以RRR H的数值表示的,已根据表1将其换算成标称纯度㊂值得注意的是,标称纯度是用100%减去提供者分析的杂质总量所得的值,而不同文献中检测的杂质种类㊁数量以及方法存在差别,因此相同的标称纯度对应的真实纯度可能存在较大差别㊂在本文中,一律按照原文献给出的数值来进行引用㊂如图2所示,尽管自1990年以来,我国加大了对高纯铁的研发,但就获得的纯度而言,仍与发达国家存在较大差距㊂基于上述原因,当前我国工业界及科研单位所使用的标称纯度3N5及以上的高纯铁均需进口㊂根据笔者团队对包括阿法埃莎(中国)㊁顾特服(上海)㊁中诺新材㊁河北覃邦新材㊁合肥科晶㊁北京研邦新材㊁天津高科新材㊁威海元素金属等在内的高纯金属销售公司调研,当前进口的3N5电解铁价格在6万元/吨以上,且随着纯度图2㊀中国㊁日本㊁欧洲及美国之间的高纯铁研发对比(数据来自参考文献[5,10-15,27-30,35,36,41-43,46-64])Fig.2㊀Comparison of the purity of high purity iron developed in China, Japan,Europe,and the U.S.(the data are from references[5,10-15,27-30,35,36,41-43,46-64])的增加,价格呈指数式增加,如图3所示㊂一方面,生产工艺和成本直接影响了市场定价,另一方面,缺乏本土竞争可能导致高纯铁的价格数倍于其制造成本㊂这一现象导致了我国企业及科研单位研发生产高纯铁产品时 成本高昂 产品规模小 ㊁ 竞争力差 市场需求少 研发动力不足 高价进口致使产品成本高 的非良性循环㊂因此,自主研发低成本㊁可规模化生产的高纯铁制备技术,建立新的价格-纯度关系(图3),不仅有利于推动高纯铁相关的基础和应用研究,而且对打破国外垄断,保障相关领域的战略物资安全具有重要意义㊂图3㊀高纯铁制备方法及对应的产品纯度与市场价格的关系Fig.3㊀The relationship between the purity and market price of high pu-rity iron obtained by variable manufacturing methods研究表明,合金的设计成分和实际成分往往存在差异,如镍基高温合金和镁合金等[65,66],这也是国产合金在性能和寿命上与国外同类产品存在较大差距的原因之一㊂图4是作者总结的理想合金制备与现实中合金制备767博看网 . 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高品质钢冶炼关键功能耐火材料制造技术 及工业应用
高品质钢冶炼关键功能耐火材料制造技术及工业应用引言钢铁是现代工业中最重要的材料之一，广泛应用于建筑、汽车、航天等领域。
钢铁的生产过程中需要使用耐火材料来承受高温和腐蚀等极端条件。
为了提高钢铁的品质和生产效率，开发出高品质的钢冶炼关键功能耐火材料制造技术至关重要。
本文将详细描述该技术以及其在工业中的应用情况。
一、应用背景钢铁冶炼是一个高温、高压、腐蚀性强的过程，传统的耐火材料往往不能满足生产要求。
高品质钢冶炼关键功能耐火材料制造技术的出现，可以解决传统材料在生产中的一些问题，如短寿命、易损坏、化学腐蚀等，从而提高了钢铁冶炼的效率和品质。
二、应用过程高品质钢冶炼关键功能耐火材料制造技术主要包括原料选择、材料制备和材料性能测试。
下面将详细介绍这些过程。
2.1 原料选择在制造高品质钢冶炼关键功能耐火材料时，首先需要选择合适的原料。
常见的原料有氧化铝、氧化镁、质量白云石、高纯度黏土等。
这些原料具有高熔点、良好的耐火性能和抗腐蚀性，适合在高温环境下使用。
2.2 材料制备原料选择合适后，就需要进行材料制备。
常见的制备方法有热压法、注浆法、干挤法等。
其中，热压法是最常用的方法之一。
该方法将原料粉末与一定比例的粘结剂混合，进行压制和烧结。
通过烧结，原料颗粒之间的结合力增强，从而形成致密的耐火材料。
2.3 材料性能测试制备好耐火材料后，还需要进行性能测试，以保证材料的质量和可靠性。
常见的测试方法有热稳定性测试、化学腐蚀性测试、力学性能测试等。
这些测试可以评估耐火材料在高温和腐蚀环境下的表现，从而选择合适的材料来满足不同的需求。
三、应用效果高品质钢冶炼关键功能耐火材料制造技术的应用已经在钢铁冶炼工业中得到广泛应用，取得了良好的效果。
下面将从三个方面介绍该技术的应用效果。
3.1 提高产量采用高品质钢冶炼关键功能耐火材料可以提高钢铁冶炼的产量。
由于该材料具有较高的耐火性能和热稳定性，可以承受更高的温度和压力，从而提高了炉子的工作效率和生产能力。
我国铸造用高纯生铁的现状与建议
生 产 出了高纯生 铁 ，并取 得 了专利 。该厂高 炉容积
小 ，铁 液大 部分供本 企业 生产铸 件 ，外供 量不 多 。因
此 ，我 国 当前 生产高 纯生铁 的主 流方法是方 法二 。现 有 两 家 企业 生产 铸 造 用 高 纯 生 铁 ，并 有 企 业 标 准 ，
２ １年 的产销量 约 ｌ万ｔ ００ ２ 。此外 ，尚有 几家企业 的产品
绵铁 中有脉 石带来 的杂质 ，电弧 炉 冶炼要 多 加石 灰 ， 耗 电多 ，加之 增碳量 大 的缘 故 ，使 这种方 法 的生产成
本 较高 。用 固体料 间断生产 ，生产率低 ，产量不 大。 综上 可见 ，方 法三 没有价 格优势 ，产量 低 ，很难 实 现规模化 生产 。２ 世 纪８ 年代 ，我 国有些单 位 已掌 ０ ０ 握第 一种方 法 ，但未 予实 施 。前 几年 ，有工厂 用方法
废钢 中 留存 的微量元 素对铸铁 组织 的影响 。因此 ，高 端铸铁对生铁炉 料的要求 ，主要着 眼于其 中Ｓ 、Ｍｎ 、Ｐ
和有害微量元素的含量 。 在分 析 了低 温用 高韧 性球 墨铸铁件 、等 温淬火球
３ 对 生产 铸 造 用 高 纯 生铁 的建 议
（）对 用方法二生 产铸 造用 高纯生铁 的企 业来说 ， １
Ｍｏ ｎ ｂ ｂ ｉ Ｔ 、Ａ 、Ｂ、Ａ 等 各 自含 量 的 、Ｓ 、Ｓ 、Ｐ 、Ｂ 、 ｅ ｓ １ 最大 值 ，且规 定 了Ｔ和上 述 １个 微 量元素 总和 的含量 ｊ １
不 应 大 于 ０１ 。 ． ％
２ 铸 造用 高 纯 生铁 的三 种 生产 方 法
（）方法 一 。以钒钛 磁铁矿 精 粉为原 料 ，由高 炉 １
的含 量在７ ％～ ４ ３ ８ ％，炉料 中Ｆ 的收得 率低 。此外 ，海 ｅ
高纯度金属制备技术及其应用研究
高纯度金属制备技术及其应用研究高纯度金属是指金属元素的纯度达到99.999%及以上的金属材料。
它因具有优异的物理化学性质和特殊的应用价值，在现代科学技术、信息产业、装备制造、新能源、航空航天等领域得到广泛应用。
本文将介绍高纯度金属的制备技术以及其在新能源、信息产业、航空航天等领域的应用研究。
一、高纯度金属制备技术高纯度金属制备一般采用物理化学方法，包括化学还原法、电解制备法、蒸发冷凝法、分子束外延法等多种技术。
其中，电解法是目前应用最广泛的制备高纯度金属的技术之一，其基本原理是利用电解质溶液中电极反应的化学效应，控制金属离子的还原过程，从而得到符合要求的高纯度金属。
电解法的优点是制备出的金属纯度高、质量稳定，适用于制备多种金属。
同时，在电解法的基础上，还产生了一些衍生方法，如电渣重熔法、熔盐电解法等，这些技术可以更进一步提高金属的纯度和质量，适用于一些特殊金属的制备。
此外，化学还原法也是制备高纯度金属的主要方法之一，它通过化学反应将金属离子还原成金属原子或离子，再结晶、沉淀、真空升华等步骤加以纯化。
二、高纯度金属的应用研究1. 在新能源领域中的应用太阳能光电池是人们对新能源应用的重点发掘之一，而其制造过程离不开高纯度的硅。
通过高纯度硅的制备技术，制造出的太阳能光电池的转换效率大大提高，达到甚至超过30%的高效率，极大地推动了太阳能光电产业的发展。
2. 在信息产业中的应用半导体器件是现代电子信息产业中不可或缺的基础，而其中的微电子强磁场元件，如超导纽扣电池、磁共振测量元件等，依赖于高纯度金属制备技术。
制造出的高纯度铝、钨、铜等金属结晶体，能够大大提高半导体器件的性能稳定性和工作寿命，从而提高器件的制造质量和可靠性。
3. 在航空航天领域中的应用航空航天领域中，对金属的性能要求非常苛刻，高纯度金属制备技术能够制造出高强度、高温性能稳定的材料。
比如，在制造航空发动机的过程中，钛合金就是其中一种使用广泛的金属，而纯度高、成分稳定的钛合金，能够大大提高航空发动机的工作性能和寿命。
LFS高纯及超高纯生铁助力中国铸造由大而强
阳春 三 月 ， 和 日丽 。由河 北 邯 风
的 Ｍｎ Ｐ及 一些 杂质元 素含 量高 所 、 致， 而这些 元素是 由炉 料带入 ， 熔炼
时 又 不 易 除 去 ，只 能 从 控 制 炉 料 人 手 ； 此 决 定 使 用 Ｍｎ Ｐ Ｓ及 杂质 元 因 、、
４ Ｏ １Ｌ ０ 一 ８ Ｔ牌 号 的 常 规 力 学 性 能 和
炉外精 细化处理 ，使 生铁锭 外观 洁 净 、 口均匀呈 细灰 粒状 。 断
龙 风 山 铸 业 公 司 目前 采 用 高 炉 直 接 冶 炼 法 ＋ 化 法 艺 ， 加 紧 研 氧 正
基本上 可 以判定生 铁企业及 其产 品
考察 ， 并关 心供 方 的三件 事 ， ： 即 ①
是 否重视 “ 精料 ” 工作 ， 即是 否有可 靠的 、 稳定 的原料 、 料供 应 （ 自 燃 有 己的供 应 基地 更好 ） ；是 否 对 铁 精 粉、 石灰 等混匀预配 ； 否有合理 的 是 炉料结构 。② 对生产过程能否 进行
一
永 冠 能 源 科 技 集 团 执 行 长蔡 树 根 先 生 在 致 词 中除 了对 三 届 大赛 所 取 得 的 成 功 和 影 响 表 示 赞 赏 ，对 获 奖 学 生 和指 导老师表示 祝贺外 ，特别强 调 了 企 业 对 人 才 的 需 求 ，希 望 各 大 学 和 在 校 大 学 生 重 视 并 利 用 好 铸 造
是球墨铸铁 ）的性能 却大都有 负面
影 响 ，而 且由 于 废 钢 来 源 涉 及 到 各
行 各业 ， 免还 混入 一些 如铅 、 、 难 铝
锌 等 污 染 元 素 ； 此 之 外 ， 造 生 铁 除 铸 经 重 熔 后 ，除 了 Ｓ可 以采 用 不 同 的 脱 ｓ工 艺 降 低 外 ，其 它 元 素 会 全 部 进 入 铸 件 。 高 纯 生 铁 是 一 种 Ｐ Ｓ 、、 Ｍｎ 及 其 特 定 微 量 元 素 含 量 很 低 、
一种4n级高纯铁及其火法工业化生产方法
一种4n级高纯铁及其火法工业化生产方法
高纯铁是指纯度高于99.9%的铁材料，通常用于制备高纯度的铁合金或其他特殊用途的材料。
下面是一种4n级高纯铁的火法工业化生产方法：
1. 原料准备：选择适当的铁矿石作为原料，以保证最终产品的纯度。
常用的原料包括赤铁矿、磁铁矿等。
2. 矿石预处理：将选取的矿石进行粉碎、筛分等预处理操作，以提高矿石的可熔性和反应性。
3. 矿石还原：将预处理后的矿石与还原剂（如焦炭）放入高炉或其他还原设备中进行矿石还原。
在高温下，还原剂和矿石发生化学反应，将铁矿石中的氧化物还原为金属铁。
4. 铁水处理：从还原设备中得到的铁水中含有杂质，需要进行进一步的处理。
通常采用磁选、过滤等方法去除杂质，提高铁水的纯度。
5. 冶炼过程控制：在铁水处理的同时，对冶炼过程进行严密控制，以保证产品的纯度。
控制温度、时间以及添加剂的投入量等参数，确保铁水的成分符合要求。
6. 铁水铸造：对处理后的铁水进行铸造，制取所需形状的铸件。
7. 检验和精炼：对铸件进行检验，检测铸件的纯度和性能，并根据需要进行精炼处理以提高产品的纯度和品质。
常用的精炼方式包括真空冶炼、气氛冶炼等。
8. 成品包装：对最终产品进行包装和标识，以便储存和销售。
以上是一种常见的4n级高纯铁的火法工业化生产方法，具体的操作细节和设备配置可能会因厂家和地点而有所不同。
我国高纯生铁的生产和应用情况
ＤＯＩ １．９ ９ ．ｓ．０ ３ ８ ４ ．０ ２ ４０ １ ：０３ ６ ￣ｉ ｎ１０ — ３ ５ １ ． ． １ ｓ ２ ０ ０
Ｓｉｕａｔｏ ｏｆＨ ｉｈ－Ｐｕｒｔ ｇ ｒ ｏ ｔ ｉｎ ｇ ｉｙ Ｐｉ Ｉ ｏｎ Ｐｒ ｄｕｃ ｉ ｎ Ｃｈｉ ｔｏｎ ｉ ｎａ
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我 国高纯 生铁 的生产和应用情况
曾艺成 １巩 济 民 ２ ，
（． 械科学研究总院 ， 京 １ 机 北 １０４ ；． 一 拖 集 团 股 份有 限公 司 ， 南 ０ ０ ４ ２中国 河 洛阳 １０ ８ ） ０ ０ ５
摘要 ： 介绍了当今铸铁件 的发展趋势及对其性能 的要求 ， 为生产优质铸件的基础条件是采用高纯生铁 。 认 详细阐述了我
１ 优 质 铸 பைடு நூலகம் 应 用 高 纯 生铁 的 必要 性
ｉｏ ｓｒ ａ ｈｅ ｎｄ ｅ ｅ ｘ ｅ ｄｅ ｈ ｕａｉｙ ｌｖｅ ｆｆ ｒ ｉｎ ｈｉｈ—ｐ ｉｔ ｇ ｉｏ ． ｒ ｎ ｈａ ｅ ｃ ｄ ａ ｖ ｎ ｅ ｃ ｅ ｄ ｔ ｅ ｑ ｌｔ ｅ ｌｏ ｏ ｅｇ ｇ ｕｒ ｙ ｐｉ ｒ ｎｓ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｈｉｈ— ｒｔ ｇ ｉｏ ｏ ｉ ｔｏ ｏ ｅ ｓ； ｌ—ｃ ｏｓ ｎ ｃ ｒ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄｓ ｇ ｐｕ ｉｙ ｐｉ ｒ ｎ； ｘｄａｉ ｎ ｐｒ ｃ ｓ ｗｅ ｌ ｈ ｅ ｈａ ｇ ｒ ｃ ｓ
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我国高纯生铁的研制、生产与应用刘武成1,白佳鑫1,马敬仲2,曾艺成2（1、河北龙凤山铸业有限公司2、原北京第一机床厂3、中国机械科学研究院总院）我国研制与生产高纯生铁的背景2000～2002我国上海浦东建造高速磁悬浮列车,因未采用高纯生铁,在生产磁悬浮列车的球墨铸铁复合连接体时产生了众多困扰。
表1为球铁复合连接体的技术要求。
我国中标企业因废品率较高难以生产，二次要求降低标准，第一次将-20℃冲击值由10J降至4J，第二次又将伸长率由13%降至11%，见表2经多次攻关，其间曾用南非高纯生铁生产过2炉，伸长率、低温冲击值明显提高，但因价格因素未能使用。
在未用高纯生铁下，我国中标的生产厂于2002年5月～7月批量投产，开始时5月低温冲击值不合格率44.1%，6月为14.8%，7月为10.1%后性能趋于平稳，据悉德方要求连接件数量10万～12万套，但我国生产厂试制时却付出了2万套的代价。
随着我国高速列车、风力发电、核电、汽车等行业的大发展，对低温铁素体球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁ADl、大断面球铁及高性能球铁需求量日益增大。
普通球铁生铁中Si、Mn、P、Ti及其微量元素含量无法满足高端铸件的要求。
高纯生铁的供应已成为高端球铁件发展及进一步提高性能与质量的瓶颈。
高纯生铁的研究与生产已刻不容缓。
2007年中国铸造活动周中，我国学者著文呼吁尽快研制与生产高纯生铁。
从2007年至2010年，我国开始研制高纯生铁，到2010年开始批量生产高纯生铁。
常州华德机械公司用高纯生铁生产-40℃～-50℃的高铁上的转向架轴箱，电机底座等低温铁素体球铁，为中国长春客车集团、庞厐巴迪、阿尔斯通、舍佛勒供应低温铁素体轨道产品。
至今生产各类产品2万余套，无一废品。
该公司负责人总结产品质量稳定性问题时说：“采用高纯生铁是保证高性能低温铁素体球铁质量与质量稳定性的基础”。
一、我国生产高纯生铁的工艺特点国外生产高纯生铁的工艺主要是氧化法，以著名的“Sorelmetal”为例，其生产工艺是先将铁矿石和无烟煤混合后置于电弧炉中，经加热，将不同的金属氧化物还原，然后倒入另炉进行氧化吹炼，通过氧化处理，大幅度地脱除了P、Si、Mn、Ti、V、Cr等元素，此法可使各种杂质的含量降至很低，氧化处理的设备可用转炉、反射炉或大型盛铁包。
国外用氧化法制造高纯生铁已有50多年的历史了，虽然能使P、Si、Mn、Ti、V、Cr等各种易氧化的元素含量降至很低，但此法也有不足之处：（1）氧化处理时，Si的氧化首当其冲，故高纯生铁中的Si含量很低，见表3。
生铁为白口组织，熔制铸铁时，石墨核心少，孕育效果差，收缩倾向大。
（2）采用氧化处理，非金属氧化物含量多，易产生氧化夹渣与氧化气孔。
（3）生产Sorelmetal高纯生铁的加拿大公司是加拿大Quzbec省的Sorel，其用的铁矿是富钛铁矿，故采用先提钛、再生产高纯生铁的工艺，从而可降低高纯生铁的成本，而无富Ti矿的地区很难采取此工艺。
我国河北省龙凤山铸业公司另辟蹊径，未采用氧化法工艺，而是用高炉的“三精法”工艺，成功地生产了高质量的高纯生铁。
三精法的内容是：在原材料阶段采用精选原材料，优化烧结预配与铁精粉提纯等措施处理原材料；在冶炼阶段采用低Si精炼法，实施低Si、低Ti冶炼；在炉外处理阶段增加了增Si、脱S、扒渣及注锭时的随流孕育对铁液处理。
“三精”法冶炼工艺见表4。
经过精选材料，低Si冶炼，炉外处理工艺生产出的龙凤山高纯生铁有2个鲜明特点：（1）外观洁净，外形呈元宝状的铁锭，而不是用氧化法生产的呈白口的碎块状的生铁块；（2）断口呈细灰口状，金相组织为珠光体+铁素体及A型石墨，而不是氧化法工艺生产基体为渗碳体的高纯生铁，见图1。
（a）外形元宝状（b）断面呈细灰口图1 龙凤山高纯生铁龙凤山高纯生铁成分与国外高纯生铁的对比。
1、五个常规元素含量的对比，见表5化学成分% 项目Si Mn P S TiSorelmetal 规格＜0.40＜0.05 ＜0.04＜0.0250.010实测0.15 0.022 0.028 0.013 0.006～0.010龙凤山铁业公司未增Si前＜0.20增Si后0.40～0.70特级≤0.05 ≤0.020≤0.015≤0.0100.70～0.90一级0.05～0.100.020～0.0300.015～0.0200.010～0.0302、微量元素含量的对比，见表6元素Al Sb As Bi Cu Pb Sn Cr Cu Sorelmetal 0.00745 0.00006 0.0010 0.00000 0.00285 0.00000 0.00167 ／／龙凤山铁业公司0.0070～0.00580.0005 ＜0.0006＜0.000050.0096～0.0089＜0.00050.0005 0.0094 0.0096～0.00893、龙凤山高纯生铁的企业标准龙凤山高纯生铁的企业标准中有三个指标：（1）六个常规元素（C、Si、Mn、P、S、Ti）指标；（2）12个微量元素（Cr、V、Mo、Sn、Sb、Pb、Bi、Te、As、B、Al）最大含量指标；（3）12个微量总和∑T限制企业标准表7、表8表7 ①龙凤山高纯生铁企业标准（六个常规元素）牌号C05 C08L C10L C12L化学成分（%）Si 0.4～0.7＞0.70～0.90＞0.90～1.10 ＞1.10～1.30 C ≥3.8Ti 特级≤0.0101级＞0.010～0.0202级＞0.020～0.030Mn 特级≤0.051级＞0.05～0.10P 特级≤0.0201级＞0.020～0.030S 特级≤0.0151级＞0.015～0.020表8 ②龙凤山高纯生铁企业标准（12个微量元素最大含量限制）微量元素Cr V Mo Sn Sb Pb Bi Te As B Al最大含量（%）0.015 0.015 0.008 0.003 0.0008 0.001 0.0005 0.0005 0.0018 0.001 0.01③12个微量元素总和∑T＜0.06。
二、龙凤山高纯生铁在低温铁素体球墨铸铁上的应用我国铁道系统为了实现引进高铁技术的消化吸收与创新，组织了九大技术关键攻关，其中高速转向架系统是其中之一，见图2、图3。
图2 转向架轴箱组装图2转向架轴箱组装图图3 CRH380高速列车转向架轴箱（-40℃ QT400-18AL,80kg/件）该铸件的材质性能要求很高，其原牌号为EN-GJS-400-18U-LD，仅有-20℃冲击功的要求，但随着高铁向高寒地域拓展，则对-40℃、-50℃甚至-60℃的冲击值提出了要求，其冲击值要与-20℃等值，达到12J冲击吸收功，抗拉强度还要在400MPa以上，重要的是该铸件对列车的安全性、稳定性影响极大。
上有承载人的列车、下有飞速的车轮，其重要性不言而喻。
常州华德机械公司开发并生产了该类产品2万多套，无一不合格品。
其质量的高稳定性受到国内外用户的肯定与赞扬。
其稳定性的因素之一就是采用了高纯生铁。
本文就高端的低温铁素体球铁采用高纯生铁的必要性，高纯生铁与其性能、组织之间的关系进行探讨。
探讨从2方面进行，一是低温铁素体球铁性能与高纯生铁之间的关系；二是其金相组织与高纯生铁的关系。
低温铁素体球铁的性能见表9、表10表9 超低温铁素体球墨铸铁附铸试样的力学性能注：用25mmY型附铸试样作检验试样。
注：用25mmY型附铸试样。
铸铁的性能是由组织决定的，低温铁素体球铁的金相组织见表11。
低温铁素体球铁在400MPa抗拉强度下，-20℃～-60℃皆要达到冲击功，在技术攻关上有2个难点：一是抗拉强度与低温冲击值是相互制约的，例如与EN-GJS-400-18U-LD相比，抗拉强度400MPa，但仅有-20℃冲击值12J要求，与EN-GJS-350-22U-LD相比，虽有-40℃冲击值12J的要求，但抗拉强度仅为350MPa，要在-40℃、-50℃、-60℃冲击值达12J 的同时要达到400MPa抗拉强度，当时国内外尚无此标准。
二是球墨铸铁的性能特性是低温冲击值随温度降低，要求在比-20℃更低的-40℃、-50℃、-60℃皆达到12J，技术难度很大。
在华德机械公司攻克上述难关时，发现采用高纯生铁是满足其性能与组织的基础。
这个基础支撑低温铁素体球铁达到高性能的因素有五点：一是高球化率；二是全铁素体；三是性能中强度与低温冲击值的平衡；四是晶界的净化；五是低的塑—脆性转变温度。
1、高球化率与高纯生铁高端的低温铁素体球铁对球化有两个要求，一是球化率要在90%以上，二是Mg残的含量保证在较低的范围内，即0.03～0.045%。
前者是保证性能，后者是减少收缩，夹渣及白口倾向。
为此，要求高纯生铁对S、Ti含量及反球化的微量元素控制起来：（1）控制S、Ti含量，可采用龙凤山铸业公司产的特级高纯生铁（S≤0.15%、Ti≤0.010%），也可采用1级高纯生铁（S0.015～0.020%、Ti0.01～0.030%）；（2）控制反球化微量元素，并用球化指数K1＜0.6加以限制。
表12为生铁中反球化微量元素对球化的负面影响。
对微量元素干扰球化的研究表明，元素中Ti、As、Sn、Sb、Pb、Bi、Al反球化最为显著，经回归分析计算，可用球化指数K1表征。
K1=4.4Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al资料表明：为球化中不出现异形石墨，K1应＜1.0，但龙凤山高纯生铁的K 1仅为0.22，见表13。
表13 龙凤山高纯生铁的球化指数成分S Ti Mn Sn Sb Al As Bi Pb Cu Cr含量（%）0.014～0.017 0.010 ～0.015 0.052 ～0.046＜0.0005＜0.00050.007 ～0.0058＜0.0006＜0.00005＜0.000050.0096 ～ 0.00890.0094 球化指数（K 1）K 1=4.4Ti+2.0As+2.3Sn+5.0Sb+290Pb+370Bi+1.6Al=0.22由于严格的限制了影响球化的S 、Ti 及球化干扰微量元素，华德机械公司采用了龙凤山高纯生铁后经3608炉次的统计获得了下列结果：（1）球化率达到90以上；（2）耗Mg 量减少，在1500℃球化温度，低镁低稀土的球化剂（Mg5.5%、Re0.5～1.0%）及冲入法工艺下，球化剂加入量仅为1.1%；（3）球化后Mg 残低，（0.031～0.049%），Re 残低（0.011～0.018%），球化后的S 低（0.003～0.016%），使低温铁素体球铁达到了即球化良好，Mg 残又低的要求。
值得提出的是球化后铁液的低含S 量，有效地延缓了球化衰退。