煤粉化鐵爐鉤沉

張明(威海科興鑄造機械有限公司,山東威海 264205)

煤粉化鐵爐鉤沉

張明
(威海科興鑄造機械有限公司,山東威海 264205)

詳細回顧了1970年代中國煤粉化鐵爐的歷史，內容包括歷史背景、技術沿革的細節。

煤粉化鐵爐；歷史

煤粉化鐵爐是一種以煤粉為燃料熔化鑄鐵的工業爐，其煤粉噴嘴設置在前爐燃燒室。中國最早出現的臥式煤粉化鐵爐屬于反射爐與沖天爐的結合，應用最為廣泛。除臥式外，后期還出現了一種立式煤粉化鐵爐。煤粉化鐵爐對中國略后出現的燃油化鐵爐、天然氣化鐵爐的結構有直接、重要的影響。按歷史文獻記錄，中國煤粉化鐵爐的數量在1970年到1972年之間呈井噴式增長，1980年之后逐漸沉寂。

1 臥式煤粉化鐵爐

圖1 青島生建機械廠4 t/h煤粉化鐵爐（1966）

1968年，《鑄造機械》刊登了青島生建機械廠的“煤粉化鐵簡介[1]”一文，這是公開文獻記載中最早的一篇介紹煤粉化鐵爐的歷史文獻。該廠1968年所建的4t/h煤粉化鐵爐見圖1。該廠同時稱，煤粉化鐵爐由遼寧省旅大市第一鑄造廠首創。

浙江紹興鑄造廠是浙江省最早使用煤粉化鐵爐的工廠,該廠的煤粉化鐵爐見圖2。該廠當時的革命委員會（相當于今廠部）刊登在《科技簡報》的“冶煉工藝上的重大革新—煤粉化鐵新技術[2]”一文中稱：

“……我國東北大連某工廠的革命職工首先試驗成功。紹興鑄造廠于1969年10月，奮戰五十天，革新成功煤粉化鐵爐。從去年12月至今年10月，經過反復試驗已開42爐，化鐵460噸。煤粉化鐵試驗取得完全成功。為我省建立小而全的工業體系做出了新的貢獻。”

大連紅旗造船廠（今大連造船廠）1971年在《鑄工》增刊所撰寫的“樹雄心、立壯志，為煤粉化鐵闖新路”一文中稱[3]：

“1966年2月至1968年8月，我們試驗的是熔化率1 t/h的煤粉化鐵爐。1968年10月至1970年,月我們試驗的是熔化率2 t/h的煤粉化鐵爐。”

上述三段歷史文獻記錄雖有一些矛盾，但也形成了一定的相互印證關系，據此可以初步推斷中國煤粉化鐵爐的出現時間在1966年，創建者為遼寧省大連地區的紅旗造船廠、或旅大市第一鑄造廠，最先的煤粉化鐵爐為臥式爐。

2 立式煤粉化鐵爐

在文獻記錄中，廣東江門紅星機械廠的2t/h立式煤粉化鐵爐（見圖2）建成于1969年初，該廠稱[4]：

“遵照毛主席‘備戰、備荒、為人民’的偉大戰略方針，我廠在市革委會的領導下，充分發動群眾，發揚自力更生、艱苦奮斗和敢想敢干的革命精神，去年一月建造了2 t/h立式煤粉化鐵爐，經過反復實踐，終于得成功，現已開了五十多爐次，鐵水溫度穩定在1360～1400℃，煤鐵比1∶7。”

圖2 江門紅星機械廠2t/h立式煤粉化鐵爐（1969）

廣東江門紅星機械廠是廣東省最早使用煤粉化鐵爐的工廠，同時是中國立式煤粉化鐵爐的首創者。

臥式與立式煤粉化鐵爐的優缺點，廣東佛山鑄造廠自1970年開始對此專門做過兩年多的對比研究，最后確定臥式煤粉化鐵爐優于立式化鐵爐，他們在1974年稱[5]：

“我們先后搞了立式、斜式和臥式三種爐型，在臥爐的前爐上又采用了各不相同的尺寸，六座不同的爐子同時使用、互作比較。經過兩年多實踐，發現斜式爐同臥式爐的效果是相當的，缺點是燃燒室撓起了30°操作不便，就首先否定了。立爐同臥爐比較，雖然有耐火材料消耗少，前爐不易倒塌等優點，但在臥爐上采取了提高爐齡的措施后，立爐的優點就被取代了，而立爐的缺點卻突了出來：貯鐵水少、難點火，煤粉不到200目就難點燃，否則也溫度低，煤粉沉積；鐵水溫度不穩定。于是，去年初又把立式爐淘汰了，將留下來的五座煤粉化鐵爐都改建成臥式的。”

如果現在回顧當時的歷史，考慮前爐的散熱面積，立式爐因散熱面積小、應比臥式爐節省燃料。立式爐難于點火的原因，與當時利用劈柴火種點火有關。立式爐由于結構限制，爐內積存不了太多的劈柴火種，點火時的送風量只限于很小范圍，風量稍大便可能吹熄劈柴火種。

3 雙燃燒室煤粉化鐵爐

1970年，廣東江門紅星機械廠建造了另外一座3 t/h立式煤粉化鐵爐（見圖3）[6]，該爐在原2 t/h爐的基礎上加長了過橋、增加一個燃燒室，成為雙燃燒室的立式煤粉化鐵爐，用于孕育鑄鐵（KT28-48）的生產。該廠是雙燃燒室煤粉化鐵爐的首創者。

圖3 江門紅星機械廠3 t/h雙燃燒室立式爐（1971）

廣東江門化機廠鑄造車間1971年，由4 t/h燃焦沖天爐改制的4 t/h臥式煤粉化鐵爐，也采用了雙燃燒室[7]。

上述兩個工廠采用雙燃燒室，可能與其使用的煤種有關，煤粉熱值低，不利于提高鐵液溫度。該兩廠所用煤粉來自廣東梅田無煙煤用煤[8]，是當時全國用于煤粉化鐵的28種煤[9]中，灰分含量最高的煤，灰分在34%～48%之間。如果按照燃燒學，煤粉化鐵爐采用雙燃燒室并無技術必要性。在所有煤粉化鐵爐的歷史記錄中，惟有廣東江門上述兩個工廠采用過雙燃燒室。

4 煤粉供應與風煤混合

煤粉化鐵爐典型的煤粉供應系統，一般包括破碎和粉碎機、氣力輸送系統、煤粉斗、定量器、煤粉混合器、燒咀等。圖4為湖南零陵通用機械廠2 t/h煤粉化鐵爐煤粉的粉碎和輸送供應系統[10]。最早的煤粉化鐵爐，例如大連紅旗造船廠的1 t/h和2 t/h煤粉化鐵爐[3]，也采用了氣力輸送，但結構略簡單一些。

圖4 原煤粉碎和氣力循環輸送系統（1974）

煤粉通過氣力輸送進入煤粉斗后，早期的煤粉化鐵爐直接用星形給料（定量）器[1]、或用“皮錢管”機構[2]將煤粉加入一次風管中；利用一次風管中高速流動的空氣對煤粉進行混合并將煤粉帶入爐內。這種簡單裝置的弊端在于，很難保證煤粉與空氣的均勻混合，容易導致燃燒不充分甚至煤粉在爐內的堆積；另外爐壓變化引起的風壓變化，導致煤粉斗內的壓力處于波動狀態甚至翻騰、使很難保證煤粉定量準確。

南昌柴油機廠在1970年所建的800 kg/h、1971年所建的1.5 t/h煤粉化鐵爐中，對煤粉與一次風的混合做了重要改進，采用了氣力混合器（俗稱喉管），利用壓縮空氣的動能對煤粉進行混合（見圖5）[11]，極大地改進了煤粉與空氣的混合效果。沈陽機床一廠在1970年由臥式煤粉化鐵爐改建的5 t/h立式煤粉化鐵爐[12]；1971年上海柴油機廠所建的1.5 t/h煤粉化鐵爐[13],均采用了與此類似的混合器。

圖5 南昌柴油機廠煤粉爐混合喉管（1970）

1971年湖南動力機廠在湖南大學的協作下，將一臺2.5 t/h燃焦沖天爐改制為2.5 t/h立式煤粉化鐵爐，在前述氣力混合器的基礎上，又在含煤粉的一次風進入立式前爐前，增加了一個風煤混合器（見圖6），進一步改善了煤粉與空氣的混合效果[14]。

5 水冷煤粉化鐵爐

煤粉化鐵爐普遍存在著爐襯侵蝕嚴重、爐齡短的問題，特別是環形火道以上的熔化喉部，侵蝕特別嚴重，改進耐火材料并不能取得提高爐襯壽命的顯著效果。

圖6 湖南動力機廠立式煤粉爐風煤混合器（1971）

圖7 上海柴油機廠煤粉爐的水冷夾套（1971）

按文獻記錄，1971年9月上海柴油機廠首先將該廠的臥式、立式各1臺1.5 t/h煤粉化鐵爐，全部進行了爐缸區的水冷改造，環形火道、環形火道之上的熔化喉部、前爐與后爐之間的出火孔等爐襯容易侵蝕的部位，僅敷設厚度30～40 mm搪襯（如圖10）；在熔化過程中,由于爐襯到冷卻水的保護，爐襯侵蝕極少,每次打爐檢查,基本上保持原來尺寸,略加整修可繼續熔化，起到了延長爐襯壽命的顯著效果[15]。

1974年徐州瑪鋼工具廠的2 t/h煤粉化鐵爐，不僅對熔化喉部采用了水套冷卻，同時首先對臥式前爐采用水套冷卻，基本解決了煤粉化鐵爐爐襯壽命短的問題[16]。

上海柴油機廠和徐州瑪鋼工具廠創造的煤粉化鐵爐的水套冷卻結構，在其他工廠的煤粉化鐵爐上得到了廣泛的應用。

6 點火裝置與火焰檢測

煤粉化鐵爐的點火方式包括劈柴火種點火，煤氣點火槍、固定式燃氣或燃油點火燒咀等三種。

早期的煤粉化鐵爐，利用燃燒室和前爐內烘爐劈柴的火種點火、引燃煤粉。如果劈柴火種量小、點火風量大導致點火失敗，需要打開燃燒室重新裝入劈柴。

其后的一些煤粉化鐵爐，爐膛上設置有點火孔，在煤粉化鐵爐點火前，首先將燃燒中的煤氣點火槍伸入爐膛內；另外一些煤粉化鐵爐，出現了固定安裝在燃燒室體上的燃氣、燃油點火噴咀[14、17]。目前尚未發現當時的燃氣、燃油點火噴咀，有使用電子點火裝置的記錄，點火燒咀應為人工輔助點燃。

火焰檢測器是一種檢測火焰的電子器件，一般與點火裝置配合使用，廣泛用于現代工業爐窯。目前尚未發現當時的煤粉化鐵爐存在設置火焰檢測器的文獻記錄。當時所有的煤粉化鐵爐均設置有看火孔，通過操作者的觀察，判斷點火是否成功。

7 煤粉燃燒控制

煤粉化鐵爐內煤粉的燃燒狀態與燃焦沖天爐內的焦炭有明顯的區別。煤粉化鐵爐的煤粉燃燒需要嚴格控制空氣和煤粉的比例（氣煤比），空氣不足或者過量均會影響到爐溫和鐵液溫度。影響氣煤比的因素很多，包括煤粉中的固定碳的含量、揮發分的化學成分及其各種揮發分的含量、灰分與水分含量，甚至包括空氣的溫度、壓力和濕度。另外，控制氣煤比涉及煤粉、空氣的計量或定量設備的準確性、電氣控制部分的儀表及其控制算法，等等。

雖然煤粉化鐵爐的燃燒控制一直受到人們的重視，但中國煤粉化鐵爐的燃燒控制技術一直處于落后狀態，缺乏必要的燃燒控制系統，絕大多數煤粉化鐵爐的燃燒依據爐工的經驗進行控制。

1981年初，可以發現湛江市機械研究所和湛江市農機廠合作在《鑄工》雜志上連續發表了好幾篇煤粉化鐵爐自動化控制的文章；他們以當時廣泛使用的動圈式指示調節儀為核心，研制出了按體積控制煤粉化鐵爐風量的自動調節裝置、煤粉化鐵爐燃燒控制程序，同時包括自動電點火裝置、加料自動控制系統等[18-20]。

1981年，當時的一機部曾對湛江的一臺煤粉化鐵爐進行過技術鑒定[21]，因此推測當時湛江市機械研究所可能承擔了一機部煤粉化鐵爐的研制任務，研制任務的主要課題應該就是煤粉化鐵爐的燃燒控制。可惜的是，煤粉化鐵爐在1981年的發展已顯式微，目前尚未發現湛江市機械研究所研制的煤粉化鐵爐燃燒控制系統推廣應用的任何文獻記錄。

8 煤粉化鐵爐的井噴式發展與沉寂

從1970年到1971年《鑄造機械》和《鑄造》編輯部刊發的一些消息或調查，可以看到中國煤粉化鐵爐在此期間的井噴式發展。

1971年《鑄造機械》第4期刊登了一組關于煤粉化鐵的專題文章[22]，介紹了南京、廣東的一些煤粉化鐵爐，其編后語稱：“我國工人階級創造的、具有偉大戰略意義的煤粉化鐵新技術,已在全國普遍開花結果,這項新技術的鞏固、推廣和提高工作,也在迅猛發展，形勢一片大好!”

1971年《鑄造機械》編輯部在第5期刊發的“急令：煤粉化鐵水 備戰、備荒、為人民—煤粉化鐵動態[23]”一文中稱：“廣東省東莞縣為了加快發展地方工業,推廣煤粉化鐵,不到一年就改建和新建了33座煤粉爐。”“浙江省為了利用本省長廣煤化鐵,省、市主管部門領導親自在紹興鑄造廠組織試驗,取得成功后,又在省內九個地區擴大試驗,然后推廣應用。目前全省已建成了50多座煤粉化鐵爐。”

《鑄工》雜志于1970年第1期轉載了一機部情報所《技術革新簡報》一則關于煤粉化鐵爐簡報，該文稱[24]：“這項新技術一出現,就顯示出強大的生命力，發展很快。現在已有上海燎原鑄造廠、南京第四機床廠、南京線路器材廠、南京新生工廠、青島生建機械廠、廣東省化工機械廠(江門市)、鄭州機床廠等單位推廣應用。”

1971年《鑄工》增刊集中刊發了大連紅旗造船廠、青島生建機械廠、廣東江門紅星機械廠、南昌柴油機廠、廣西玉林朵油機廠、上海油機廠、廣東省東莞縣寮步公社農械廠、廣東東莞機電廠、廣東江門化機廠、紹興新光五金社廠、北京金屬結構廠等工廠使用煤粉化鐵爐的經驗和消息，并稱“煤粉化鐵爐像雨后春筍在全國各地不斷勝利誕生”[25]。

在1971年《鑄工》增刊中，編輯部搜集、刊載了“國內一些工廠煤粉化鐵情況[8]”，其中介紹了黑龍江、吉林、遼寧、河北、河南、山東、江蘇、上海、浙江、安徽、湖北、江西、廣東、廣西、貴州、陜西、甘肅等17個省市60個有代表性的工廠煤粉沖天爐的使用情況，其中熔化率最大的煤粉化鐵爐為第一重型機械廠的7.5 t/h臥式煤粉沖天爐。

為什么中國煤粉化鐵爐在此期間得到了井噴式的發展？在1970年到1972年涉及煤粉化鐵爐的歷史文獻中，可以頻繁發現“節省焦炭、支援鋼鐵”、“反帝反修”、“準備打仗”等。這些字樣記錄了當時的社會現狀，可以說明中國煤粉化鐵爐在此期間得到井噴式發展的原因。鋼鐵工業發展速度過快導致焦炭供應緊張、當時國際形勢變化莫測等等原因，使這種自成體系、方便靈活、適合于戰爭生產的煤粉化鐵爐，不僅受到了工業行政部門的高度重視，也是許多鑄造廠的無奈選擇。

涉及煤粉化鐵爐的歷史文獻絕大多數集中于1970年到1972年之間，時間最晚的出現于1985年，涉及廈門鑄造廠煤粉化鐵爐的除塵和余熱利用[26]；另外一篇涉及一臺煤粉化鐵爐改作退火窯使用[27]，透露了這種熔化爐的式微。此后的公開刊物中，再無煤粉化鐵爐的任何記錄，研究呈沉寂狀態。該爐的式微與沉寂，與中國焦炭的市場供應改善直接相關，興亦焦炭、衰亦焦炭。

9 煤粉化鐵爐其他

1970年9月，南昌柴油機廠在建成的煤粉化鐵爐上,成功地將分子篩制氧新技術用于煤粉化鐵爐進行加氧送風[11]。南昌柴油機廠是江西省較早使用煤粉化鐵爐的工廠，同時是文獻記錄中，中國唯一將加氧送風技術用于煤粉化鐵爐的工廠。

據河北工業大學錢立先生1979年的研究，附加煤粉沖天爐1973年由孝感地區柴油機廠在其多排小風口沖天爐上最先試驗成功；到1979年，附加煤粉的熔化技術應用于卡腰護、中央送風沖天爐、兩排大間距沖天爐，爐子噸位包括1 t/h至15 t/h，天津、北京、遼寧、山東、河北等省市均有應用[28]。按照附加煤粉沖天爐的出現時間，煤粉化鐵爐的相關技術可能對附加煤粉沖天爐產生過一些影響，兩者或者存在一定技術傳承關系。

在現有的歷史文獻中，尚未發現北京、內蒙、山西、新疆、西藏、青海、云南等七省區存在使用煤粉化鐵爐的記錄。

[1] 青島生建機械廠.煤粉化鐵簡介[J] .鑄造機械,1968(4):36-38.

[2] 紹興鑄造廠革委會報道組.冶煉工藝上的重大革新—煤粉化鐵新技術[J]. 科技簡報,1970(12):2-4.

[3] 大連紅旗造船廠. 樹雄心、立壯志，為煤粉化鐵闖新路[J]. 鑄工,1971(Z1):14-21.

[4] 廣東江門紅星機械廠.不斷實踐,創出煤粉化鐵新爐型—立式煤粉化鐵爐投產應用[J]. 鑄工,1971(5):6-8.

[5] 廣東佛山鑄造廠.白煤粉化鐵一萬八千多噸[J].鑄造機械1974(Z1):60-66 .

[6] 廣東江門紅星機械廠.雙燃燒室臥式煤粉化鐵爐[J]. 鑄工,1971(6):30.

[7] 廣東江門化機廠.雙燃燒室臥式煤粉化鐵爐[J].鑄工,1971(6):30.

[8] 鑄工編輯部.國內一些工廠煤粉化鐵情況[J].鑄工,1971(Z1):36-43.

[9] 鑄工編輯部. 國內一些工廠煤粉化鐵使用煤種情況[J].鑄工,1971(Z1):44

[10] 熊家驥.2噸/小時立式熱風煤粉化鐵爐改進成功[J]. 鑄工,1974(6):30-35.

[11] 南昌柴油機廠.1.5噸煤粉化鐵爐在我廠的應用[J].鑄工,1971(Z1):13-18+29.

[12] 沈陽機床一廠.立式前爐煤粉化鐵爐[J]. 鑄工,1971(6):13-17.

[13] 上海柴油機廠.1.5噸臥式冷風煤粉化鐵爐[J]. 鑄工,1971(Z1):34-35.

[14] 湖南省動力機廠,湖南大學.立式煤粉化鐵爐[J].鑄造機械,1972(3):32-39.

[15] 上海柴油機廠革委會. 水冷爐襯煤粉化鐵爐[J]. 鑄工,1972(2):25-29.

[16] 沈汝梁.熱風水冷爐襯煤粉化鐵爐[J].鑄工,1975(5):50-52.

[17] 南京第四機床廠. 如何提高煤粉化鐵爐的鐵水溫度[J] .鑄造機械,1972(4):43+46.

[18] 朱炳培.煤粉化鐵爐程序控制與自動調節試驗[J].鑄工,1981(2):50.

[19] 劉湖昌.煤粉化鐵爐機械裝置試驗[J].鑄工,1981(2):50.

[20] 劉湖昌,何均發.煤粉化鐵爐的檢測裝置[J]. 鑄工,1981(3):30-31.

[21] 張煥文,李安民.一機部鑄造化鐵爐用煤粉標準審定會議及煤粉化鐵爐鑒定會在湛江召開[J]. 鑄工,1981(2):62.

[22] 鑄造機械編輯部.煤粉化鐵專題[J]. 鑄造機械,1971(4):24-51.

[23] 鑄造機械編輯部.急令煤粉化鐵水 備戰、備荒、為人民—煤粉化鐵動態[J]. 鑄造機械,1971(5):8 .

[24] 鑄工編輯部.介紹煤粉化鐵新技術[J]. 鑄工,1970(1):38-39.

[25] 鑄工編輯部.煤粉化鐵爐[J]. 鑄工,1971(Z1):13-47.

[26] 胡運康.廈門鑄造廠2t/h煤粉化鐵爐除塵與余熱利用系統[J].鑄造,1985,04:53-55.

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[28] 錢立.附加煤粉沖天爐的理論探討和生產控制[J].河北工學院學報,1979(1):11-25.

Historical retrospect on pulverized coal blast furnace for smelting iron

ZHANG Ming
(Weihai Kexing Foundry Machinery Co., Ltd., Weihai 264205, Shandong,China)

China’s 1970 years history has been reviewed in detail pulverized coal blast furnace for smelting Iron including the historical background and details of technology evolution.

pulverized coal blast furnace; history

TG232；

A；

1 006-9658（201 6）06-0001-05

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.06.001

2015-11-06

稿件編號:1511-1119

張明（1958—），男，高級工程師，主要從事燃焦沖天爐、燃氣化鐵爐的技術研究和項目規劃工作.