1949 年—1957 年中國沖天爐的發(fā)展

張 明，許士遠

（1.威?？婆d鑄造機械有限公司，山東 威海 264200；2.玫德集團有限公司，山東 平陰 250400）

清末洋務運動期間引入中國的少量沖天爐，對我國沒有產生太大的影響。1953 年以前，除了極個別鑄造廠使用沖天爐外，我國絕大多數工廠仍然沿用傳統(tǒng)的攙爐和三節(jié)爐熔化鑄鐵。中國沖天爐技術的快速發(fā)展起于“第一個五年計劃”期間，本文對我國經濟恢復和“一五”期間沖天爐的技術進步做了回顧。

1 經濟恢復期間

1949 年以后，沖天爐在我國得到了迅猛的發(fā)展。1949 年10 月到1952 年末之間，為中國經濟恢復期。此期間民國工業(yè)遺留的攙爐（又稱坐爐、猴子爐、撅把爐等）、三節(jié)爐，在鑄造熔煉方面仍然發(fā)揮著主要作用。

我國著名鑄造專家王百順和陶令桓在1951 年發(fā)表的“靱鐵的制造及立式化鐵爐制造靱鐵的改進（三）[1]”一文，介紹了一臺用于可鍛鑄鐵（即原文所稱靱鐵，靱為韌的異體字）的攙爐，其結構和主要技術參數為：該爐分兩節(jié)，爐膛內徑635 mm，一個橢圓形風口3″×4.5″、風口與爐膛斷面積之比為3.46%，鐵焦比3.5～4，爐頂離出鐵口的高度1 450 mm；底焦量80 kg，底焦頂面在風口以上600 mm 處；該爐裝鐵量225 kg，即如果批鐵75 kg 則3 批裝滿；該爐熔化可鍛鑄鐵時的熔化率為200 kg/h，熔化灰鐵時的熔化率為350 kg/h；出鐵溫度在1 410 ℃～1 440 ℃之間。圖1 為按該文提供的圖樣和技術參數描畫出的這臺攙爐，供參考。

圖1 攙爐（1951 年）

三節(jié)爐是此期間使用較為廣泛的一種化鐵爐。中國機械制造工作者協(xié)會鑄工組，根據葉學齒記錄整理成的“改良三節(jié)爐之管見[1]”一文，指出了當時三節(jié)爐存在的問題：有效高度低、爐殼易發(fā)紅、單風口送風不均、風口容易結渣、無出渣口、修爐時需要人工扛抬三節(jié)爐身、無風量風壓儀器等七方面的弊端。圖2 為該文提出的改進型三節(jié)爐，可以看出，該三節(jié)爐的爐膛直徑僅為18″（457 mm），其熔化率僅1 t/h 左右。

圖2 三節(jié)爐的改進

王蘇生的“高效率熔鐵爐的設計[2]”一文編譯自《The Foundry》，該文中有一幅沖天爐的圖樣并標注尺寸（見圖3）.該爐爐殼外徑864 mm、爐膛內徑610 mm、有效高度3 300 mm、爐身總高度3 658 mm、爐底厚度76 mm、爐缸深度280 mm，單排風口。該文稱：“該熔鐵爐每小時熔解量為3 360 磅（1.25 t/h），爐底初投焦炭高度為25 吋（即635 mm），每批投入鐵料為448 磅（203 kg）.經改良設計及操作后，每小時熔解量增至6 160 磅（2.79 t/h），初投焦炭高度減低至20 吋（508 mm），每批投入鐵料增至672 磅（305 kg）.此項爐型，在國內采用的很多?！?/p>

圖3 沖天爐（1951 年）

文獻中介紹的這臺沖天爐相當于2 t/h 沖天爐，由此可以看出，當時國內對熔化率更大的沖天爐尚無明顯需求[2]。

上述歷史文獻可以說明，在經濟恢復期間，中國鑄造廠沖天爐的容量均不大、熔化時間也不長，爐型包括攙爐、三節(jié)爐、改良的三節(jié)爐、沖天爐等幾種，其中以攙爐、三節(jié)爐最為多見，沖天爐只有少部分應用并且熔化率不大。

2 “第一個五年計劃”期間

1953 年到1957 年為我國第一個五年計劃（簡稱“一五”）期間。在此期間我國沖天爐在普遍缺乏優(yōu)質焦炭和鼓風機壓力偏低的困難境地中，在節(jié)焦和提高驘液溫度方面曾作過積極的努力。在此期間，不僅引進了蘇聯(lián)的三排風口沖天爐、建立了沖天爐管理制度，而且創(chuàng)造出了多排小風口沖天爐，積極開展了回收沖天爐尾氣余熱獲得熱風、利用水套式水冷爐延長爐齡等工作。另外，此期間在蘇聯(lián)專家的協(xié)助下，還開展過沖天爐加氧送風的試驗[3]。現將我國沖天爐在此期間的技術進步作一歸納總結。

2.1 三排風口沖天爐

按歷史文獻記錄，最早介紹蘇聯(lián)的三排風口沖天爐的文章，出自陳農撰寫的“蘇聯(lián)三排風口式沖天爐[4]”。三排風口沖天爐（見圖4）相對于我國后來的兩排大間距沖天爐，其特點為：直筒形爐膛、三排風口、風口尺寸較大，有效高度偏小。該爐風口尺寸大，不適合我國當時的劣質焦炭，因此在推廣伊始，便受到了我國鑄造工作者的質疑。陳農該文中稱：“多排風口式沖天爐雖早已有人研究，但由于上面兩排風口地位的安排及上面風口截面積與底排風口截面積間的比率不適當，以致效果不能確實，因此對多排風口式沖天爐的研究也就失去了信心?！?/p>

圖4 蘇聯(lián)的三排風口沖天爐（1953 年）

蘇聯(lián)三排風口沖天爐在我國的迅速推廣，政府機關起了很重要的作用。1953 年3 月，第一機械工業(yè)部中國機器制造業(yè)工會籌委會在“關于改進鑄造工作的聯(lián)合指示”中明確指示[5]：“在大爐工作上，應當推行蘇聯(lián)三排風口式的沖天爐。這種沖天爐是最標準的，在蘇聯(lián)已經規(guī)定必須采用?！?/p>

蘇聯(lián)的三排風口沖天爐被我國鑄造工作者很快改成了三排小風口沖天爐。上海鑄工工程事務所在《鑄工》1953 年增刊上發(fā)表的“沖天爐采用小進風口的商討[6]”一文中，提出了“小風口”的概念；陳農在回答《鑄工》讀者袁淦楸先生所提問題時，指出了小風口的優(yōu)越性[7]；邢啟宏在“沖天爐采用小風口的商討及其改裝[8]”一文反映了鑄造廠改進前蘇聯(lián)三排風口沖天爐的認識過程。這些文獻記錄，從側面反映了當時人們研究改進蘇聯(lián)三排風口沖天爐的歷史。但究竟是何人、何時、在何處最先將蘇聯(lián)的三排大風口改為三排小風口，已不可考。

引進蘇聯(lián)的三排風口沖天爐的積極意義不可否定，比如結構規(guī)范，爐身高度大于我國傳統(tǒng)的攙爐和三節(jié)爐，有利于金屬爐料預熱和節(jié)省焦炭。更重要的是，當時的蘇聯(lián)專家?guī)椭覈_始建立了沖天爐的有關管理制度。鑄造的有關技術管理當時尚缺乏一套完善制度，成為影響鑄造生產質量的關鍵問題，中央第一機械工業(yè)部于1954 年8月25 日到9 月1 日在北京召開了大爐、型砂會議。該會議向與會代表宣傳了“中央第一機械工業(yè)部大爐管理的組織、制度和工藝守則[9-10]”。

2.2 多排小風口沖天爐

在文獻記錄中，最先采用四排風口的有吉林省農具廠[11]、沈陽同和鑄造廠[12]，該兩廠1957 年6 月已在使用四排風口沖天爐。前者稱，他們的沖天爐為2 t/h，學習了沈陽衡器廠的經驗；后者稱，他們的沖天爐為1.5 t/h，學習了河南焦作機械廠的經驗后，不計底焦的鐵焦比由9 提高到了17～18.河南焦作機械廠和沈陽衡器廠，很可能更早地使用了四排風口沖天爐。

四排風口沖天爐即多排小風口沖天爐，圖5 為沈陽同和鑄造廠的四排小風口沖天爐。可以看出，該爐的爐膛直徑為600 mm，有效高度為3 600 mm，高徑比為6.另外，該爐的爐膛形狀已經不同于蘇聯(lián)的三排大風口沖天爐，其風口區(qū)的爐膛直徑小于預熱區(qū)。我國沖天爐至遲在1957 年出現的爐膛高徑比為6，似乎成了某種技術規(guī)范。

圖5 沈陽同和鑄造廠的四排小風口沖天爐（1957 年）

文獻記錄證明，中國的多排小風口沖天爐出現于1957 年6 月份以前。多排小風口沖天爐的出現，是中國沖天爐技術進步的一個重要標志，表明中國已經從國外技術的模仿者轉變成了新技術的創(chuàng)造者。

在鑄造焦大批量生產供應、兩排大間距沖天爐技術正式應用以前，在中國不同地區(qū)、不同時期，各種形式的多排小風口沖天爐一直廣泛地應用于中國各種類型的鑄鐵廠，其中風口排數的最高記錄為10 排[13]。

多排小風口沖天爐非常適合于品質較低的焦炭，因此在我國表現出了很強的生命力。國營武漢四七一廠1970 年集多排小風口、曲線爐膛和熱風爐膽等技術為一體制作的10 t/h 沖天爐見圖6[14]。

圖6 10 t/h 多排小風口曲線爐膛沖天爐

2.3 簡易熱風沖天爐

我國沖天爐在“一五”期間，普遍缺乏優(yōu)質焦炭和鼓風壓力較高的鼓風機，利用回收爐氣余熱的熱風沖天爐，在節(jié)焦和提高驘液溫度方面曾做出過積極努力。

1953 年，衛(wèi)行熙翻譯了蘇聯(lián)利用沖天爐尾氣余熱取得熱風的技術，向中國介紹了前蘇聯(lián)的這項技術[15]。1953 年8 月，陳農編譯的《現代鑄工補充參考資料》（第一輯）[16]出版，該書設專節(jié)詳細介紹了蘇聯(lián)有關鑄造廠沖天爐的十幾種熱風裝置。1955 年，倪學梓與孫克誠1955 年發(fā)表在《鋼鐵》雜志上的“沖天爐（化鐵爐）中熱送風[17]”，北京鋼鐵學院冶金爐教研組的徐業(yè)鵬1956 年發(fā)表的“化鐵爐的熱送風問題[18]”，林衍先1956 年發(fā)表的“關于金屬換熱器的研究[19]”、“平爐車間引用熱風化鐵爐實行熱裝的經濟效果[20]”等，均屬于《鋼鐵》雜志上刊登過的介紹蘇聯(lián)熱風沖天爐及其熱風技術的早期文獻。由這些文獻記錄可以看出，當時理論研究界的人們對回收沖天爐尾氣余熱的高度重視。

蔣萬源1955 年在《鑄工》介紹了他所在的可鍛鑄鐵廠內徑500 mm 的兩臺爐頂熱風沖天爐（圖7與圖8），并稱他們工廠1952 年即在內徑500 mm 的一臺沖天爐上使用了類似于熱風爐膽的爐頂熱風裝置[21]。

圖7 單排風口熱風沖天爐

圖8 二排風口熱風沖天爐

1957 年，戚墅堰機車車輛修理工廠的曾繁宙在“沖天爐預熱帶上的熱風裝置[22]”一文中稱：“我廠有一座2 噸堿性沖天爐，鐵水出爐溫度不高，風口結渣現象比較嚴重。為了改變這種情況，我們曾在加料口的上面裝了熱風管，這個熱風管是用鑄鐵做的，體積很大，結構復雜，投資在4 000 元左右，結果使風溫提高了120 ℃.但是沒有用很久就被燒穿了，修復很困難。后來工人建議改在預熱帶裝一個熱風箱，風溫也預熱到120 ℃～160 ℃左右，鐵水溫度提高了15 ℃，并且還解決了風口結渣問題，而投資只有400 元左右就可以了。”

戚墅堰機車車輛修理工廠1957 年的熱風裝置，其中的空氣通道為螺旋形（見圖9），這是文獻記錄中中國最早使用熱風爐膽的記錄。其后的密筋爐膽，可視為對該裝置的一種改進。

圖9 爐膽熱風沖天爐（1957 年）

2.4 簡易水冷沖天爐

1956 年李世英和陸祖廉的譯文“水冷化鐵爐的使用經驗[23]”，首先向中國鑄造工作者介紹了蘇聯(lián)的水冷沖天爐。1956 年，陸祖廉介紹了唐山鋼廠化鐵爐采用外水套對三排風口沖天爐的爐壁進行冷卻的經驗[24]，這是有文獻記載的中國第一篇水套冷卻沖天爐的報告。同年，姚玉剛與楊繼順所寫的“爐頂布料及水冷化鐵爐的使用經驗[25]”，介紹了他們在蘇聯(lián)專家指導下，為了提高爐齡對工廠的三排風口10 t/h沖天爐所進行的一系列試驗，包括爐壁噴水冷卻、水套冷卻和將水套分為八瓣進行冷卻的經驗。圖10為使用效果最好的八瓣水套（該文稱小塊水箱）冷卻的三排風口10 t/h 沖天爐及其結構尺寸。

圖10 10 t/h 水套冷卻三排風口沖天爐

應該說明，此期間的水冷爐屬于簡易水冷爐，存在安全性隱患，不同于我國1980 年代引進的長爐齡水冷爐。

2.5 堿性沖天爐

1955 年，戚墅堰機車車輛修理工廠將酸性沖天爐改為堿性沖天爐[26]，這是有文獻記錄的中國第一個使用堿性沖天爐的實例，該廠稱：“達到了全部利用廢鐵、廢鋼熔煉含硫、磷量很低的球墨鑄鐵用鐵水的目的。堿性沖天爐生產節(jié)省了大量新生鐵，同時也解決了目前低磷生鐵缺乏的困難，所生產的球墨鑄鐵的韌性及沖擊性都較普通球墨鑄鐵為高?！?/p>

1956 年，針對當時鐵液中硫含量高影響墨鑄鐵生產中的問題，王基厚、李志忠、葉成、沈昌德等，合作撰寫的長文“堿性沖天爐及其應用[27]”，全面詳細地論述了堿性沖天爐的優(yōu)越性、結構等問題，分兩期發(fā)表在《鑄工》雜志上?！耙晃濉逼陂g出現的堿性沖天爐，在1958 年及其以后的高硫土鐵熔煉中發(fā)揮了非常重要的作用。

2.6 鐵屑熔化爐

1957 年，沈陽鑄造廠的蕭至剛介紹了他們工廠的一臺熱風水冷堿性鐵屑熔化爐（見圖11）[28]，這臺鐵屑爐安裝著水冷風口。這是文獻記錄中，中國最早使用水冷風口的一臺化鐵爐。后來的鐵屑爐與1957 年的這臺鐵屑爐相比，除了爐壁冷卻由水套改為雨淋式外，其余結構基本和該爐相同，該爐堪稱中國鐵屑熔煉爐的鼻祖。在感應電爐熔化鑄鐵液以前，鐵屑爐在廢舊鋼鐵材料回收領域有不可替代的重要作用。

圖11 沈陽鑄造廠熱風水冷堿性鐵屑爐（1957 年）

3 片面追求鐵焦比的傾向

我國沖天爐在“一五”后期，出現了盲目追求鐵焦比的傾向。例如1957 年，吉林省農具廠不含底焦的鐵焦比約為20[26]，沈陽同和鑄造廠鐵焦比在17～18 之間[27]，沈陽通用機器廠鐵焦比在18.5～20之間[48]。

1957 年7 月18 日，中國機械工程學會北京分會、鑄工編輯委員會針對當時的小風口沖天爐和盲目追求鐵焦比的傾向，召集北京農業(yè)機械廠、北京暖氣器材廠、北京管件廠、一機工會生產部、北京市第三地方工業(yè)局、一機部技術司、一機部工藝院、北京鋼鐵學院、清華大學、鐵道科學研究院等30 余人，在北京聯(lián)合舉行了座淡會，多數與會代表認為[29]：“過高的提高焦鐵比，實際上是燃燒合金、節(jié)約焦炭，并不經濟；應強調提高沖天爐的效率，應該考慮到鐵水溫度、鐵水質量、節(jié)約焦炭合金等等，不能盲目的追求焦鐵比?！?/p>

《鑄工》1958 年第6 期，刊登了根據機械工程學會沈陽分會姚律白先生在遼寧省鑄造會議上所作的報告整理而成的“沖天爐節(jié)約焦炭和改用小風口問題”一文，該文在論述鐵焦比時稱[30]：“根據一年來的很多報告記錄，這一數值是在不斷的提高著，有些提高到1∶20 以上?！?/p>

“一五”后期，中國沖天爐熔煉出現的片面追求鐵焦比的問題，雖然當時已經引起了大家的高度重視，但尚未來得及糾正便遭遇了1958 年到1960 年的三年“大躍進”。盲目追求鐵焦比的問題，在“大躍進”中變得更加嚴重。濰坊柴油機廠1960 年3 月27日，在“焦鐵比提高至1∶300 投產試驗初步總結”一文中稱[31]：“我廠鑄工車間熔量5 t/h 的兩臺沖天爐輪班生產，投產以來焦鐵比一直保持在1∶5 左右，鐵水溫度在1 370 ℃～1 380 ℃，熔化率在4 t/h 左右。由于鐵焦比低，在焦炭供應工作上帶來了極大的壓力，不時因焦炭缺乏和運輸的困難而停爐?！薄拔覀儗W習了上海新太機器廠焦比1∶50 的先進經驗，在學習中不斷批判右傾保守思想，采取了若干技術措施，經過一周左右時間的熔化試驗，終于創(chuàng)造了焦比1∶300 的記錄?！?/p>

在有關鐵焦比的歷史資料中，濰坊柴油機廠的鐵焦比300 堪稱最高的記錄。當時片面追求鐵焦比的原因主要為缺乏經濟效益觀念，未建立起科學和經濟的沖天爐考核指標體系，另外的原因為當時的焦炭產量不足、供應不足。我國沖天爐片面追求鐵焦比的傾向，直至20 世紀80 年代才得到逐步糾正。

4 結語

經濟恢復期是我國沖天爐技術起步階段，“一五”期間在蘇聯(lián)的幫助下，我國沖天爐技術的發(fā)展速度堪稱空前絕后，所研究和探討的問題幾乎涵蓋了沖天爐技術的各個領域，對其后我國沖天爐技術的發(fā)展產生了重要的影響。我國沖天爐在“一五”期間取得的進步，為我國機器制造業(yè)的發(fā)展奠定了重要的基礎。