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硼精细化工和硼新型材料的市场浅析 郑学家 1 节能的新型含硼材料——非晶形合金等新型含硼材料 20年前，美国加里福尼亚技术研究所的科学家发现，把一特定的金属合金通过快速冷却的方法会形成一种不规则、非晶形结构。这种熔融态的Si、Fe合金在冷却时内部结构呈现出一种规则排列的晶体，但如果进行快速冷却，其金属原子来不及规则排列，就生成了一种非晶形金属材料。它具有较高的金属强度及独特的磁性，没有光泽度，是电的良导体。从那时起，已经研究了数以千计的不同组成结构，大多数都包含有Fe、Si、B，而且在这些产品中其非金属组分至少占15%（摩尔比）。 首先是美国联合化学公司于20世纪70年中期就开始进行非晶体金属材料的工业研究。他们以10℃/a的速度把熔体从1000~1500℃冷却至常温，能大量生产一种厚度为30μm、宽10cm的条状非晶形金属（简称AM），并建立起一个转速为60英里/h滚筒骤冷浇注工艺装置。这一条AM条形材料的铸造工艺，是将熔融状态的Fe、B、Si合金压入投入头的喷口，当接触到转动轮表面时被冷却。在工厂中，所生成的多少条材绞在一起转轴上准备装运，同以前生产含Fe、Si组分的材料相比，这种连续的铸造工艺简化了操作。 AM的独特磁性得到了充分重视。AM对磁力较灵敏，这是因为它缺乏晶体结构的束缚，这种性质使AM成为变压器铁芯的理想材料。经过3年的认真研究，美国电能研究学会与下列公司订立开发AM的合同。 （1）美国联合化学公司。开发钢玻璃（Me-glas）产品，投入800万美元，研究一种生产钢玻璃的低成本生产工艺，标价为3.30美元/kg（纹理定向3%的硅1.65美元/kg），在5年时间内完成。 （2）西屋电气公司。投入120万美元费用。设计制造并评价变压器铁芯，把它应用于低、高电压的变压器上（250kVA以上）。 （3）通用电器公司。投入500万美元，生产1000台低电压的AM电线变压器上，用于评定AM材料。 20世纪80年代初，Allied和Electvicofst宣布用5年时间研究钢玻璃合金在连续工作5马力（或更大）发电机中使用，如果变压器及电动机的磁化及去磁所耗能量低于现在普遍使用的钢部件，就能节约90%能量（以热能形式消耗）。 美国联合化学公司建立了一个年产200tAM的工业生产装置，并在日本成立日本非晶形金属公司（NAMCO），一旦日本专利局批准联合化学公司的专利申请，这家公司就可能开发这项技术。 日本大阪变压器有限公司已经证明，一个10千伏安由AM制造的变压器铁芯，耗能13kw，在使用上比得上3%硅钢芯设备（40W的耗能）。经在堪萨斯电能公司中应用，人工时效测试显示出AM铁芯的使用寿命超过变压器其他铁芯材料的寿命。 在日本，每年销售300000台电线变压器，每个铁芯需100kgAM材料，每年大约需要3万t，再加上用于大型变压器的铁芯需要7万t/a，年需求量可达1万t，大约是美国需求量的两倍。实际上，能量消耗越高，AM铁芯所带来的节能就越有价值。因此，人们预计安装AM铁芯变压器的计划会在美国电价最昂贵的地方开始。在日本，在安装AM铁芯变压器问题上，能耗支配着电力公司的发展速度，从而节能计成为一项全社会的方针。 美国及日本均有扩大AM生产的计划。如日本政府拨给日本钢铁公司16亿日元用于研究生产AM。Kawasaki钢铁公司也对非晶形金属合金感兴趣，同时Hitachi金属公司正注意到把AM应用在精密仪器及电子（工业）方面（AM作为磁头应用到录音机及计算机中），至少五家其它的日本公司都有兴趣生产和使用AM。 欧洲在引进AM方面似乎较慢。在荷兰的AKZO研究所和Csepel正在同西门子集团及荷兰的Holec和美国工程师和建筑师学会在瑞典共同研究AM的生产，并评定AM的使用。在欧洲，因为使用较高的220v电压，几乎没有电线变压器，其330千伏安的变压器的变电所随处可见，能源消耗高，因此，将使AM受到特殊重视。 高质量硼化铁、硅化钛、Si及作为原料的电磁铁中，大多数AM有92%Fe、3%B及5%Si（重量比）组成，残留的杂质；Al0.01%，Ca0.01%,Ti0.01%,Mn0.15%,P0.01%及S0.05%。 在传统的铝热法工艺中，难以把产品中FeB的铝含量降低到0.01%以下，因此，在碳热法的工艺中设法提高产品质量及能源利用率。在这种工艺中，用氧化硼（或硼酸）、铁和氧化铁（低P和S）和高纯度的低含硫量的煤或焦碳（或优质木碳）为原料，在炉中加热（通常为电弧炉），生产FeB，其收率为70%~80%。 首批高纯的FeB供应者是英国Elkem有限公司在伦敦和Soandinavian的Metallurgical公司