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高中化学冶炼铁教案
一、教学目标：
1. 理解冶炼铁的基本原理和过程
2. 掌握铁矿的矿石成分和提炼方法
3. 了解冶炼铁的工业流程和设备
二、教学重点：
1. 铁矿的成分和性质
2. 冶炼铁的基本过程
3. 高炉的结构和原理
三、教学难点：
1. 硫化铁矿的提炼方法
2. 高炉内铁的还原过程
3. 铸铁和钢的区别
四、教学过程：
1. 铁的矿石与提炼方法
- 展示不同种类的铁矿和其成分
- 解释硫化铁矿的提炼方法：先进行焙烧，然后进行冶炼2. 冶炼铁的基本原理和过程
- 分析铁的冶炼原理：铁矿的还原反应
- 解释高炉内铁的还原过程：由碳还原成铁
3. 工业流程和设备
- 看视频介绍冶炼铁的工业流程和设备：高炉、炼铁炉- 解释高炉的结构和原理：焦、矿、风的进出方式
4. 铁的应用和种类
- 讲解铁的应用领域：建筑、机械、交通等
- 比较铸铁和钢的区别：钢的碳含量比铸铁低
五、教学方式：
1. 授课讲解
2. 视频展示
3. 课堂讨论
六、教学评价：
1. 作业：写一篇关于冶炼铁的小论文
2. 实验：设计一个模拟冶炼铁的实验
3. 知识检测：进行一次闭卷考试
七、教学延伸：
1. 参观冶炼铁的工厂
2. 研究其他金属的冶炼方法
以上是初步的教案范本，希未可对您有所帮助。
教学案例第五章第二节铁的冶炼合金一、学习目标：1.知识与技能：通过铁的冶炼，使学生了解工业炼铁的原理、设备、原料，从而将书本上的化学知识与工业生产相结合。
2.过程与方法：了解生铁和钢等重要的合金，认识加入其它元素可以改善金属特性的重要性，认识金属材料在生产、生活和社会发展中的重要作用。
3.情感态度价值观：培养学生的爱国主义情感二、重点、难点：重点----铁的两种合金。
难点--- “一氧化碳与氧化铁反应”的演示实验。
三、课前准备：1．让学生观看参观炼铁厂的录像，了解从铁矿石开采到铁水出炉的大致生产过程。
2．要求学生调查下日常生活中我们用到了那些金属。
3．教师了解其他常见金属的冶炼方法，准备“一氧化碳与氧化铁反应”的演示实验。
四、教学过程板书设计：第二节铁的冶炼合金一、工业炼铁的过程及原理2Fe+3CO23CO+Fe2O3高温＝＝二、一氧化碳与氧化铁反应三、生铁和钢含碳量不同：生铁2％－4.3％钢0.03％－2％四、合金练习：1、成语“百炼成钢”与我们所学的化学知识有关。
请你简述其中的化学原理。
2、下列物质属于纯净物的是（）A、硬铝B、氧化铁C、生铁D、不锈钢3、下列物质属于合金的是（）A、氧化铜B、水银C、锌D、钢4、赤铁矿的主要成分是（）A、Fe3O4B、FeCO3C、Fe2O3D、FeS25、高炉炼铁的主要原料是（）A、铁矿石、焦碳、一氧化碳B、铁矿石、一氧化碳、石灰石C、铁矿石、一氧化碳、二氧化碳D、铁矿石、焦碳、石灰石6、有一种红色粉末在高温下可以和CO发生反应，该粉末可能是下列物（）A、氧化铁B、铜粉C、氧化铜D、木炭粉7、合金是具有很多特殊性能的“新型金属”，具有良好的物理、化学或机械性能。
合金的硬度一般比各组成金属的硬度________（填“大”或“小”），多数合金的熔点比组成它的成分金属熔点__________（填“高”或“低”）。
下列几种合金的用途，主要是利用了它们的什么特性：用不锈钢制造各种医疗器械或生活日用品_____________；用武德合金制电路保险丝__________；用硬铝制造飞机、汽车的外壳或作建筑材料____________。
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。
超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁技术研究以超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁技术研究为题，我们将探讨超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁的技术研究情况以及其在工业生产中的应用。
铁是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、机械、电子等领域。
高纯度的铁具有更好的物理性能和化学性质，因此在一些特殊领域有着重要的应用价值。
超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁技术，就是一种通过氢气还原超高纯度铁精矿，从而获得高纯度铁的方法。
在超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁的过程中，首先需要选择合适的铁矿石作为原料。
超高纯铁精矿是一种铁含量较高的矿石，含有少量的杂质。
选择合适的矿石可以有效提高生产纯铁的效率和质量。
接下来，需要将选取的超高纯铁精矿进行预处理。
预处理主要是去除矿石中的杂质和硫化物，以提高还原过程的纯度和效果。
预处理方法包括矿石破碎、磁选和浮选等。
在氢气还原过程中，需要将预处理后的超高纯铁精矿与氢气进行反应。
反应过程中，需要控制温度、气体流速和反应时间等参数，以确保反应的完全性和产物的纯度。
反应完成后，产物中含有高纯度的铁和少量的氧化铁。
产物中的高纯度铁可以通过磁选、浮选和重力选矿等方法进行进一步的分离和纯化。
这些方法可以去除产物中的杂质和氧化铁，从而提高铁的纯度。
在工业生产中，超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁技术具有重要的应用价值。
首先，该技术可以获得高纯度的铁，满足一些特殊领域对高纯度铁的需求。
其次，该技术具有环保、节能的特点，不会产生大量的废气和废水。
此外，该技术还可以有效利用矿石资源，提高资源利用率。
值得注意的是，超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁技术在实际应用中还存在一些问题和挑战。
例如，反应过程中的温度和气体流速需要精确控制，以确保反应的完全性和产物的纯度。
同时，原料的选择和预处理也对产物的质量和产量有着重要影响。
因此，在实际应用中需要不断优化和改进该技术，以提高生产效率和产物质量。
总结而言，超高纯铁精矿氢气还原生产纯铁技术是一种重要的铁矿石还原方法，可以获得高纯度的铁。
《铁的冶炼》逐字稿、说课稿、教案我试讲的题目是《铁的冶炼》，接下来开始我的试讲。
上课，同学们好，请坐。
导入我们说，钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。
实际上在公元一世纪时, 铁在我国就已经广泛应用,但为什么出土文物中铁器却很少见呢?铁又是怎么炼成的呢？带着这些问题，我们一起进入铁的冶炼这节内容的学习。
新授请同学们观看大屏幕，认识铁在自然界中的存在及常见的铁矿石。
看完之后请总结铁在自然界中的主要存在形式。
小红同学你来说，小红同学总结得出铁大都以化合物的形式存在。
大家同意吗？的确，铁在自然界中大都以化合物的形式存在，因为铁单质性质比较活泼，很容易被氧化，这也是为什么出土文物中铁器很少见的原因。
那么要获得金属铁，就要用化学方法把化合态的铁变成单质。
接下来，我们来看看实验室模拟工业炼铁的过程：在如课本实验9-1 所示装置的玻璃管中放入少量红色氧化铁粉末，先通入一氧化碳，然后用酒精喷灯加热，请同学们仔细观察实验的现象。
前排的同学已经看到红棕色粉末变成了黑色，我们现在停止加热。
等试管冷却后, 再停止CO 通入, 观察石灰水的变化。
小美同学说，石灰水变浑浊了。
刚才在停止加热后，为什么要等试管冷却后, 再停止CO 通入呢？小强同学你来说，小强同学认为这么做是为了防止倒吸，保持试管内外的压强平衡。
说得非常准确，看来小强同学对基本的实验操作常识掌握得很好。
通过刚才的实验现象，同学们能判断出反应中生成了什么物质吗？该如何证实你的推测呢？请同学们4 人为小组讨论一下？时间到。
第三小组的同学，你们来说。
第 3 小组的同学认为反应产生了二氧化碳，因为澄清石灰水变浑浊了，而二氧化碳会石灰水中的氢氧化钙反应产生沉淀，使得石灰水呈现浑浊状态。
还可能产生了铁单质，因为红棕色粉末变成了黑色，而铁单质的颜色为黑色。
其他同学同意第三小组的同学的说法吗，这里产生的黑色物质除了从外观颜色上判断可能是铁粉外，还有别的简易方式去进一步验证吗？好，第二小组同学说还可以用磁铁去黑色粉末，如果黑色粉末被磁铁吸引，那么可以验证就是铁粉，这个想法非常巧妙。
第五章、高炉炼铁一、导语炼铁简史早在商代，我国就开始使用天然的陨铁锻造铁刃。
而真正的冶铁技术大约发明于西周时期的块炼铁，它是一种在土坑里用木炭在800℃~1000℃下还原铁矿石，得到一种含有大量非金属氧化物的海绵状固态块铁。
这种块铁含碳量很低，具有良好的塑形，经锻打成型，制作器具。
春秋中期（公元前600年前后），我国已经发明了生铁冶炼技术，到了春秋末年，铁制的农具和兵器也已得到普遍的使用。
到战国时期，已经掌握了“块铁渗碳钢”制造技术，造出来非常坚韧而锋利的宝剑。
西汉中晚期，发明了谓之“炒钢”的生铁脱碳技术。
东汉初期，南阳地区已经制造出水力鼓风机，扩大了冶炼生产规模，产量和质量都得到了提高，使炼铁生产向前迈进了一大步。
北宋时期冶铁技术进一步发展，由皮囊鼓风机改为木箱鼓风机，并广泛以石炭（煤）为炼铁燃料，当时的冶铁规模是空前的。
在世界历史上，中国、印度、埃及是最早用铁的国家，也是最早掌握冶铁技术的国家，比欧洲要早1900多年。
欧洲的块炼铁是公元前1000年前后发明的，但是直到公元13世纪末、14世纪初才掌握生铁冶炼技术。
获得生铁的初期，人们把它当做废品，因为它性脆，不能锻造器具。
后来发现将生铁与矿石一起放入炉内再进行冶炼，得到性能比生铁好的粗钢（也称熟铁）。
从此钢铁冶炼就开始形成了一直沿用至今的二步冶炼法：第一步从矿石中冶炼出生铁，第二步把生铁精炼成钢。
随着时代的发展，高炉燃料从木炭发展到焦炭，鼓风动力也得到发展，产量不断增长。
二、正文讲解1、高炉炼铁的概念高炉炼铁法是将铁矿石（天然富矿和人造富矿）和焦炭等物料，按照一定的比例和顺序，从炉顶装入炉内，从下部（风口）吹进热风，经过一系列物理化学反应后，把铁矿石冶炼成生铁。
2、高炉冶炼特点1）高炉冶炼是在炉料与煤气流的逆向运动过程中完成各种复杂的化学反应和物理变化，反应气氛是还原性气氛。
2）高炉是一个密闭容器，除了装料、出铁、出渣以及煤气以外，操作人员都无法直接观察到，反应过程的状况，只能凭借仪器间接观察。
锰能够提高钢材的屈服强度和抗拉强度，降低钢材的冷脆倾向和硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，一般被视为一种有益合金元素。
但是，过多的锰会使钢材变硬变脆，降低钢材的耐腐蚀性、可焊性，并影响硅钢的导磁性。
因此，普通碳素钢中锰含量控制在0.3%到0.8%，低合金钢中锰含量控制在1.2%到1.6%，硅钢中锰含量控制在0.2%到0.3%。
另外，在铸造生铁中，锰易造成晶间偏析，降低生铁的塑性和冲击韧性。
因此风电生铁和低钛生铁要求[Mn]小于0.1%。
铸造用高纯生铁则提出了更高的指标：[Mn]小于0.02%。
由于锰一直作为钢铁中有益的合金元素，因此，国内外学者对转炉炼钢过程的脱碳保锰做了很多的研究，而对碳饱和铁水脱锰问题研究甚少，对铁水脱锰的影响因素和工艺都处于摸索阶段。
铁水中的锰主要来自高炉铁矿石中MnO的还原，铁水脱硅脱磷预处理和转炉炼钢过程中都会有部分锰被氧化。
锰作为一种金属元素，去除它只能通过氧化造渣的方式从铁水中分离出来，因此脱锰剂的选择其实就是选择合适的氧化剂。
根据冶金过程中常见的氧化物氧势图可知，铁氧化物是一种最经济而且比较有效的脱锰剂，是唯一一种脱锰后不对铁水产生污染的材料。
铁氧化物有FeO和Fe2O3两种形式，由于Fe2O3中w(O)高于FeO，按质量分数计算，前者的脱锰效率是后者的1.35倍。
例如，还原55克Mn需要FeO72克；而采用Fe2O3则只需53.33克。
钢铁企业本身拥有丰富的铁氧化物资源，比如某些铁精矿，氧化铁皮，还有w(Fe2O3)几乎为100%的铁红颜料。
本着资源综合利用的方针及低成本原则，可以在这些材料中选取合适的物美价廉的脱锰剂。
近年来国内企业对影响脱锰效果的各种因素作了研究。
一．铁水温度。
首先，必须在脱锰剂熔化的情况下才能有效实现脱锰。
提高铁水温度有利于脱锰剂的熔化。
但从氧化反应来说，铁水温度越低，锰的氧化越快，终点[Mn]也就越低。
有工作表明，在温度1300℃到1400℃区间，脱锰的反应平衡常数基本不受铁水温度的影响，保持恒定值。
高纯生铁磷、硫、钛等杂质元素含量低，用于铸造高品质铸件，市场紧俏。
由于大高炉长期冶炼容易引起炉况波动，降低高炉效率，路况波动大，不易稳定生产出合格产品。
一般高纯生铁冶炼选择设备为200-300m3小高炉。
要点：
原料
冶炼高炉生铁，必须选择优质原燃料，要求入炉料焦炭和矿石中杂质硫、磷、锰、钛及其他微量元素达到冶炼高纯生铁要求。
冶炼
1)高炉炉缸工作均匀活跃，风口工作均匀，探尺下料均匀顺畅，炉缸渣铁热度充足，流动性好，成分前后基本一致。
高炉煤气流分布合理。
2)高纯生铁Si含量在0.4-0.6%，因小高炉炉缸直径小，炉缸热储备少，路况变化快，要求做好高炉上下部调剂，炉外加强设备点检润滑，实行定修制，实现高炉稳定，减少炉内崩悬料。
3）适当提高炉渣碱度。
炉渣二元监督控制在1.14-1.18，Ｌs一般在35-40，能将生铁中硫控制在≤0.02%。
4)冶炼低硅铁，有利于抑制Ti还原，高炉Si含量在0.4-0.6%，Ti在高炉内还原率35-38%。
5)Ｐ在高炉内几乎全部还原，因此欲控制出铁含Ｐ量，需严格控制炉料带入的含Ｐ量。
3、煤气流控制
运用高炉上下部调剂手段，缩小风口面积，提高风速，来保持炉缸工作均匀活跃，控制气流合理分布。
.4、提高风温
提高风温能使高温区下移，有利于冶炼高纯生铁，风温控制在1150℃左右。
5、精准操作
实行标准化操作，要求Si偏差≤0.013%，严格工艺制度，实现精准操作。
我国高纯生铁的研制、生产与应用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。
表 1 磁悬浮连接体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表2 修改后的磁悬浮连接体技术要求经多次攻关，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。
表3 Sorelmetal RF-1 高纯生铁常规元素（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。
表4 龙凤山高纯生铁的三精法冶炼工艺经过精选材料，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表5 龙凤山高纯生铁与Sorelmetal常规元素的对比化学成分% 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表6 龙凤山高纯生铁与Sorelmetal微量含量的对比（实测值）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＞1.10～1.30C ≥3.8Ti特级≤0.0101级＞0.010～0.0202级＞0.020～0.030 Mn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（%）0.0150.0150.0080.0030.00080.0010.00050.00050.00180.0010.01 ③12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。
表10 低温铁素体球墨铸铁附铸试样V型缺口的冲击性能注：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。
表11 低温铁素体球墨铸铁的金相组织低温铁素体球铁在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。
表12 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K1仅为0.22，见表13。
表13 龙凤山高纯生铁的球化指数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。
图4为球化率，图5为球化后的铁液含S 量，图6、图7为球化后的Mg 残与Re 残。
