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    国内外工业纯铁的研发进展及方向

    发布时间:2017-12-8 21:06:23   来源:搜狐    浏览次数:372

    工业纯铁是一种重要的钢铁基础材料,主要用于冶炼各种高温合金、耐热合金、精密合金、马氏体时效钢等航空航天、军工和民用合金或钢材。根据用途,其主要分为电磁纯铁、原料纯铁和军工纯铁三大类。
    工业纯铁的研发进展
    工业纯铁的制备技术。目前,国内外有很多企业生产工业纯铁。由于工业纯铁的碳含量与钢相当,采用火法冶金即传统的铁矿石—烧结(或球团矿)—高炉炼铁—炼钢的长流程进行生产,可以符合工业纯铁对碳含量的要求。但由于工业纯铁对夹杂物含量要求极其严格,后续需采用特殊精炼工艺和精炼设备以满足其要求,因此,大规模生产仍具有一定难度。
    钢铁企业以现有生产流程为基础,开展了提高工业纯铁纯净度、缩短生产流程和改善产品性能的尝试。例如,鞍钢采用转炉炼钢+LF+RH真空处理+连铸的工艺,成功开展了原料纯铁的试制。日本的神户制钢生产ELCH2电磁纯铁由于切削性较差,在其基础上开发了ELCH2S电磁纯铁,将纯铁含硫量提高,改善了切削加工性能。
    另一种普遍应用的工业纯铁生产方法是铁溶液电解法,即以待提纯的铁作为阳极,将铁的盐溶液作为电解液,另一种纯金属作为阴极,通电进行电解,在阴极上就可以得到相当纯的铁。日本生产的电解铁纯度最高,英美也多购买日本的电解铁。但是,电解铁成本高,价格昂贵,限制了它的应用。如何采用短流程、低成本、绿色及可循环钢铁制造技术,是生产工业纯铁制品未来的研究方向。
    国内外工业纯铁制备技术的研发进展。我国工业纯铁的市场需求量较大,部分需依赖进口。国内主要企业生产工业纯铁的成分见表1、表2,表中所列出的是太钢、武钢、宝钢现有批量生产的原料纯铁成分,抚顺特钢的产品是2000年采用三联法试制的高纯净工业纯铁,其杂质元素已达到很低的程度。表3、表4是日本JFE公司生产的工业纯铁的成分。比较表1~表5可见,国内主要生产厂家与日本主要生产厂家的工业纯铁杂质控制水平相当。
    研发方向展望
    短流程、低成本生产和检测技术的开发。工业纯铁的制备工艺仍非常复杂,费用昂贵。如何实现短流程生产,降低生产成本,是未来纯铁研究的一大难题。现在工业纯铁正朝着纯度越来越高的方向发展,如何检验其中的痕量元素也成为研究的一个热点。现有检测方法存在技术复杂、成本高和难以大规模工业应用的局限性,仍有待进一步研究。
    前沿技术的引入。电渣重熔是20世纪末的一门前沿技术,它可以将金属的凝固、合成、精炼成型等过程集中在一道工序之中,可以得到材质纯净,成分均匀、综合性能优良的铸件。电渣重熔是一门问世时间很短的跨专业技术,因为它不仅具有精炼提纯功能,而且具有顺序凝固的功能。将电渣重熔技术引入工业纯铁的生产工艺,有助于缩短工艺流程,降低成本,提高产品的最终性能。
    空间提纯技术是20世纪80年代美国率先开展的。2002年我国“神州4号”也开展了空间电泳提纯技术试验,取得了良好的提纯效果。宇宙空间的超高真空、超低温、无重力的条件,为金属提纯提供了优越条件。液态金属具有最大的表面张力系数,物料可自由悬浮而无需坩埚,可以实现纯铁无污染熔炼,为生产纯度更高的纯铁提供有利条件。
    新型铁基合金材料。纯铁的纯度达到一定值时,其性质会发生很大的改变。例如铁铬合金(不锈钢),铬含量的极限值为30%。而超纯铁中的铬含量极限值可以达到50%,这样合金的耐高温性能可以提高到1000℃以上,可用于耐高温的环境,如超音速喷气机发动机等。纯铁纯度的提高将产生特殊性能的合金,会大大扩大合金材料的使用范围,延长其使用寿命。
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