攻克高纯铁提纯理论与核心装备研制难关上海大学实现高纯铁全谱系产业化应用---世界金属导报

整套工艺采用“分步逐级提纯”思路：先用火法冶金，把硫、磷、氧、氮等非金属杂质大量除掉，产出3N7级高纯铁；再通过湿法电解，利用不同金属析出电位差别，把钴、镍这类微量金属杂质进一步剥离，得到4N5级高纯铁；最后进入真空区熔环节，把锰、铬、铜等很难去除的痕量杂质深度脱除，产出5N2高纯铁，实现不同纯度高纯铁的稳定可控生产。

经权威设备检测，项目可对铁中77种微量、痕量杂质做全面分析。制备得到的5N2区熔铁，气体杂质总量低至4.42ppm，钴、镍、氧、硫等关键杂质控制水平，已经超过国外同类产品。

这套理论不仅完成了实验室验证，更成功指导建成万吨级火法、百吨级湿法电解、百公斤级真空区熔生产线，全套装备实现国产化。也为其他超高纯金属的提纯提供参考思路，助力钢铁行业向高端新材料转型，保障国内多个关键领域的原料自主供给。

自研核心工艺装备，多级产线落地实现高纯铁装备与产品国产化

过去，高纯铁的关键生产装备基本掌握在国外企业手里。国内只有实验室小型装置，尚不具备大批量、品质稳定的高纯铁生产能力。国内企业所需高纯铁，只能依赖高价进口，还会受到出口限制，直接拖慢航空、核电、半导体等高端产业的发展。

以上海大学与河北龙凤山新材料集团等单位组成产学研攻关团队，聚焦各类杂质定向深度去除的现实难题，摒弃引进仿制路径，自主研发一整套专用工艺装备，搭建起多级梯度提纯生产线，摆脱对国外设备的依赖，实现装备、高纯铁产品全部国产化。

针对生产中的一个个现实痛点，团队逐项完成装备攻关。自主研制DP-COB多点吹氧精炼炉，解决传统炉型难以同步脱除多种杂质的难题，高效去除硫、磷、氧、氮等有害杂质；打造大极板密闭湿法电解整套装置，破解析氢、原料水解、相近金属杂质难分离等生产顽疾，稳定产出高品质电解铁；研发超高真空垂直浮区感应区熔设备，克服熔炼过程熔区晃动、材料二次污染等难题，满足5N2超高纯铁的极致提纯要求。

依靠这套全部国产的装备，项目搭建起万吨级火法、百吨级湿法电解、百公斤级真空区熔梯度生产能力，能够规模化生产3N7-5N2各个档次的高纯铁。火法、电解、区熔三道工序相互配合，可以按需生产不同纯度产品，产品批次质量稳定。第三方检测结果显示，产品中非金属杂质以及钴、镍、碳、氧、硫等关键杂质控制水平均优于国外同类产品。

目前国产高纯铁已经向国内众多企业批量供货，替代进口原料，显著降低下游企业采购成本，守住重点行业供应链安全。项目实现了实验室技术向工业化生产的跨越，也为其他超高纯金属自主装备研发提供可参考的工程样板，推动我国高端基础材料产业自主发展。

探明纯度与性能内在关联，刷新纯铁科学认知实现高端铁基材料规模化落地

受不同纯度等级高纯铁试样获取困难的制约，过去行业对纯铁性能的认知多局限于传统经验，纯度变化对纯铁力学、磁学、耐蚀等关键性能的影响机制尚不明确，缺少航空、核电、半导体、军工等重点领域的选材判据，限制了高纯铁在高端装备领域的规模化推广应用。

由上海大学联合河北龙凤山新材料集团等单位组建的产学研攻关团队，依托自主制备的3N7-5N2全谱系高纯铁试样，开展系统多维度性能表征测试，探明纯度-性能耦合演化规律，更新了行业对纯铁材料的传统科学认知，打通“高纯铁制备-高端材料工程化应用”全链条，实现高端铁基材料规模化落地应用。

研究证实，纯度对纯铁综合性能起到决定性作用：随着纯度提升，纯铁导电、导热性能显著优化；软磁特性大幅改善，磁导率明显提高、矫顽力降低；耐蚀性能同步增强。同时修正了纯铁屈服强度的传统认知，测得4N4高纯铁屈服强度低至58MPa，颠覆了业内纯铁屈服强度约100MPa的固有结论，为铁基新材料研发和工程选材提供重要科学支撑。

基于上述研究成果，项目将国产全谱系高纯铁批量推向各战略产业。在特殊钢领域，以此为原料制备的轴承钢接触疲劳寿命实现数量级跃升，为新一代特种钢研发提供全新路径；核电领域，超低钴高纯铁丝材应用于反应堆中子探测元件；半导体领域，作为超高纯不锈钢的核心基础原料；同时在稀土永磁、非晶纳米晶、磷酸铁锂、高端精密铸件等领域实现稳定大批量供货。

国产高纯铁成功实现进口替代，破解高端原料“卡脖子”困局，助力下游企业提升产品品质、压缩生产工时、降低综合制造成本。该成果完成从基础机理研究向工程实用价值的转化，为高强、耐蚀、特种功能铁基新材料的开发拓展了新思路，为我国高端装备制造业高质量发展提供坚实材料保障。