12月19日一大早，河北龍鳳山新材料科技集團有限公司（以下簡稱“龍鳳山集團”）純鐵市場服務部部長孫學銘就接到廣東一家新能源材料上市公司的新訂單。

“客戶訂貨量大，時間也催得緊，這陣子又要組織加班加點趕訂單了。”嘴上喊著辛苦，但他心里美滋滋的。

龍鳳山集團是河北武安市一家生產(chǎn)鐵基材料的龍頭企業(yè)，20多年來一直致力于生鐵和純鐵的純化。

生鐵和純鐵都是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)材料。近些年，隨著制造業(yè)不斷升級，龍鳳山集團生產(chǎn)的高純生鐵、高純鐵和超純鐵產(chǎn)品已經(jīng)成為高端裝備制造與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)必不可少的高端鐵基材料。

“在航天、核電、深海裝備及半導體、超導體等領(lǐng)域，我們的產(chǎn)品憑借極低的雜質(zhì)含量，既保證極端工況下構(gòu)件的穩(wěn)定性，又能滿足精密制造對材料微觀結(jié)構(gòu)均勻性的嚴苛要求。”龍鳳山集團董事長白居秉介紹，目前企業(yè)最新的超純鐵產(chǎn)品純度達到99.9992%，每克售價數(shù)百元，堪比黃金。

龍鳳山集團廠區(qū)。受訪單位供圖

精冶提純  “三精法”煉就“爭氣鐵”

如果把鐵材料的不斷純化比作一次次的向上攀登，那么龍鳳山集團登山的第一步，始于鑄造用生鐵。

普通生鐵以硬度強而著稱，但因為脆性高、易腐蝕的缺陷，只能用于鑄造生活器具，高純生鐵則因為彌補了上述短板而受到高端裝備制造業(yè)的青睞。

制造高純生鐵的關(guān)鍵，在于調(diào)整元素比例。剛出爐的生鐵鐵水，鐵元素含量約93%至95%，其余為多種伴生元素，保留必要的碳、硅以提升鑄造性能，盡可能降低或剔除錳、磷、硫等元素和其余雜質(zhì)，以提升鑄件的球化率、抗腐蝕、耐極端溫度等性能。

聽著像是簡單的加減法，實施起來，可就難了。因此，我國高端裝備所用的高純生鐵長期依賴進口，價格昂貴不說，還常因斷供被“卡脖子”。

“難就難在高端裝備對材料的純度要求極高，生鐵中哪怕僅含幾十萬分之一的雜質(zhì)，也可能造成重大裝備在極端工況下的斷裂或失效。”白居秉說。

沒有成熟的工藝可循，只能憑借多年積累的經(jīng)驗摸索“土辦法”，一支攻關(guān)團隊悄然集結(jié)。誰也沒想到，這個最初不被看好的團隊，幾年后竟研發(fā)出獨特的“三精法”工藝。

“精料”，以鐵精粉潤磨工藝和兩次配料混料技術(shù)，將部分有害雜質(zhì)阻擋在高爐冶煉環(huán)節(jié)之外。

“精煉”，就是在高爐冶煉中去除雜質(zhì)。團隊日夜調(diào)試，探索出高堿度、高鼓風動能、高風溫的辦法，讓紅熱的鐵水更加純凈。

最艱難的是“精處理”，團隊嘗試用弱氧化脫硅技術(shù)和弱氧化脫磷技術(shù)，像做手術(shù)一樣剔除剩余雜質(zhì)。

歷經(jīng)數(shù)百次試驗，團隊終于摸透各種元素的“性格”，打通了工藝路線。

2010年4月，第一爐高純生鐵澆鑄成錠，經(jīng)檢測全部達標。

“該產(chǎn)品是鑄造行業(yè)急需的、具有優(yōu)異性能和特殊功能的鐵基新材料，主要技術(shù)指標優(yōu)于國外，整體技術(shù)國際領(lǐng)先。”中國鑄造協(xié)會專家在鑒定中寫道。

鑒定現(xiàn)場，一位老專家激動地拉著白居秉的手說：“你們給中國鑄造煉出了‘爭氣鐵’！”

團隊再接再厲，2017年5月成功研制出更高純度的超高純生鐵，攀登之路再次進階。

如今，龍鳳山集團的高純生鐵、超高純生鐵在國內(nèi)市場的占有率穩(wěn)居第一，中國船舶、中國中車等知名企業(yè)都成為他們的長期客戶。

龍鳳山集團技術(shù)專家在實驗室測試超純鐵。受訪單位供圖

火法超純  破解脫磷脫硫“相克”局

如果說煉生鐵是做元素加減運算，那生產(chǎn)純鐵就是專注做減法——力爭減去除鐵之外的所有元素，打造最純粹的鐵。

優(yōu)質(zhì)的高純鐵憑借其優(yōu)異的電磁屏蔽、耐腐蝕和抗輻照性能，成為航空軸承鋼、5G通信基站、核反應堆壓力容器等前沿領(lǐng)域的核心材料。

然而，直到2023年底，高純鐵量產(chǎn)技術(shù)一直被日本、德國、美國長期壟斷。

“日、德、美采用的是電解制備技術(shù)，產(chǎn)量小且成本高，我們能不能另辟蹊徑？”白居秉和他的團隊不服輸，憑借以往經(jīng)驗，他們決定創(chuàng)新性地采用火法冶金研發(fā)高純鐵。

創(chuàng)新離不開“外腦”。2019年6月，龍鳳山集團與上海大學簽約，共同向高純鐵進軍。

“創(chuàng)新談何容易？火法冶金雖有產(chǎn)量高、成本低的優(yōu)點，但難度系數(shù)比電解法高出好幾個等級。”龍鳳山集團常務副總經(jīng)理李建民說。

首先就面臨一個看似不可破解的“死局”——脫磷需要氧參與，脫硫則完全排斥氧，兩個環(huán)節(jié)相互沖突。更難的是，脫磷也要把氧控制在一定比例，并非越多越好。

無數(shù)次“頭腦風暴”后，工作人員腦洞大開：“能不能采取多種技術(shù)手段組合的方式，創(chuàng)新工藝流程？”

就這樣，各種嘗試后，一套獨特的“馭氧術(shù)”誕生了。按照這個方法，高爐中的氧含量能夠根據(jù)需要實現(xiàn)精確控制。

2021年，團隊首次制備出純度達到99.97%的高純鐵，這也是國內(nèi)第一例。

2024年1月，全球首條火法冶金高純鐵生產(chǎn)線在龍鳳山集團貫通，設計年產(chǎn)量80萬噸。

“我們火法冶金的成本比電解法低60%，市場競爭力極強。”白居秉自信地說，“生產(chǎn)線投產(chǎn)后，中國高端制造業(yè)對進口高純鐵的依賴度大幅降低。公司產(chǎn)品還出口到韓國、瑞典、美國等國家，總銷售額已達20多億元，‘爭氣鐵’升級成了‘王牌鐵’。”

龍鳳山集團生產(chǎn)的超純鐵產(chǎn)品。受訪單位供圖

真空至純  區(qū)熔爐里摘取“純凈之冠”

攀登的腳步?jīng)]有停歇，站上高純鐵的高峰后，龍鳳山集團攻關(guān)團隊又立下更高的目標——挑戰(zhàn)純度超過99.995%的超純鐵。

“超純鐵是目前人類能工業(yè)化生產(chǎn)的最純凈的鐵。‘超’和‘高’雖一字之差，但去雜質(zhì)的工作量卻飆升10倍，工藝復雜度更是指數(shù)級增加。”上海大學材料學院原院長董瀚說，制造光刻機、航天器導航設備等發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力必備的尖端裝備，都離不開超純鐵，“拿下超純鐵，就相當于在元素的星河里，捕獲了最純凈的那一顆。”

沒有經(jīng)驗可資借鑒，唯一的突破辦法就是自力更生。

與生產(chǎn)高純鐵的火法體系不同，超純鐵要以高純鐵為原料，在真空中制造。團隊克服了密封、加熱、冷卻等十幾項難題，硬生生造出了國內(nèi)首臺超純鐵生產(chǎn)設備——超高真空區(qū)熔爐。

先在真空中將高純鐵加熱到固液共存狀態(tài)，再利用元素溶解度差異，將雜質(zhì)元素驅(qū)除出純鐵區(qū)域，得到超純鐵。

原理高深，實踐更難。每個參數(shù)都影響成敗，團隊反復調(diào)試。

“有一次，純度莫名下降0.001%。鼓搗了半個多月才弄明白，是銅元素附著在儀表探頭上導致出現(xiàn)誤差。”李建民感慨，雖有20多年冶金經(jīng)驗，但每前進一步都非常艱難。

2024年4月，第一根超純鐵樣品出爐，純度達到了驚人的99.9992%！

趁著熱乎勁兒，團隊把技術(shù)轉(zhuǎn)化到規(guī)模生產(chǎn)，建立了國內(nèi)首個10公斤級超純鐵真空區(qū)熔生產(chǎn)線。

“我國高端鐵基材料被‘卡脖子’已成為歷史！”2025年1月，中國工程院院士干勇在成果評價會上興奮地宣布：“龍鳳山集團的高純鐵、超純鐵生產(chǎn)裝備與產(chǎn)品技術(shù)，整體達到國際領(lǐng)先水平。”

2024年11月，龍鳳山集團與上海大學等單位共同組織專業(yè)性高端論壇。受訪單位供圖

2025年8月，《高超純鐵的生產(chǎn)裝備與技術(shù)開發(fā)》項目獲中國冶金科學技術(shù)獎一等獎；12月，企業(yè)入選工信部第九批制造業(yè)單項冠軍企業(yè)名單。

“這塊鐵在我眼里比黃金更珍貴。”手持銀白色超純鐵樣品，白居秉心潮澎湃，“雖然不少同行認為，我們在鐵基材料領(lǐng)域的成就已經(jīng)‘登頂’，但我們深知，鐵材料提純之路沒有最高，只有更高，新的目標就在前方，唯有不斷突破！”

編輯：賈揚陽