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(wù)運動期間引入中國的少量沖天爐，對我國沒有產(chǎn)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(shù)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(shù)的快速發(fā)展起于“第一個五年計劃”期間，本文對我國經(jīng)濟恢復(fù)和“一五”期間沖天爐的技術(shù)進步做了回顧。

1 經(jīng)濟恢復(fù)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(jīng)濟恢復(fù)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(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)為：該爐分兩節(jié)，爐膛內(nèi)徑635 mm，一個橢圓形風(fēng)口3″×4.5″、風(fēng)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(fēng)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(shù)參數(shù)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(jù)葉學(xué)齒記錄整理成的“改良三節(jié)爐之管見[1]”一文，指出了當(dāng)時三節(jié)爐存在的問題：有效高度低、爐殼易發(fā)紅、單風(fēng)口送風(fēng)不均、風(fēng)口容易結(jié)渣、無出渣口、修爐時需要人工扛抬三節(jié)爐身、無風(fēng)量風(fēng)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(shè)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(nèi)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(fēng)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(jīng)改良設(shè)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(nèi)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(dāng)于2 t/h 沖天爐，由此可以看出，當(dāng)時國內(nèi)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(jīng)濟恢復(fù)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(yīng)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(zhì)焦炭和鼓風(fēng)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(fēng)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(fēng)口沖天爐，積極開展了回收沖天爐尾氣余熱獲得熱風(fēng)、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(fēng)的試驗[3]。現(xiàn)將我國沖天爐在此期間的技術(shù)進步作一歸納總結(jié)。

2.1 三排風(fēng)口沖天爐

按歷史文獻記錄，最早介紹蘇聯(lián)的三排風(fēng)口沖天爐的文章，出自陳農(nóng)撰寫的“蘇聯(lián)三排風(fēng)口式?jīng)_天爐[4]”。三排風(fēng)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(fēng)口、風(fēng)口尺寸較大，有效高度偏小。該爐風(fēng)口尺寸大，不適合我國當(dāng)時的劣質(zhì)焦炭，因此在推廣伊始，便受到了我國鑄造工作者的質(zhì)疑。陳農(nóng)該文中稱：“多排風(fēng)口式?jīng)_天爐雖早已有人研究，但由于上面兩排風(fēng)口地位的安排及上面風(fēng)口截面積與底排風(fēng)口截面積間的比率不適當(dāng)，以致效果不能確實，因此對多排風(fēng)口式?jīng)_天爐的研究也就失去了信心。”

圖4 蘇聯(lián)的三排風(fēng)口沖天爐（1953 年）

蘇聯(lián)三排風(fēng)口沖天爐在我國的迅速推廣，政府機關(guān)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(guān)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(yīng)當(dāng)推行蘇聯(lián)三排風(fēng)口式的沖天爐。這種沖天爐是最標準的，在蘇聯(lián)已經(jīng)規(guī)定必須采用?！?/p>

蘇聯(lián)的三排風(fēng)口沖天爐被我國鑄造工作者很快改成了三排小風(fēng)口沖天爐。上海鑄工工程事務(wù)所在《鑄工》1953 年增刊上發(fā)表的“沖天爐采用小進風(fēng)口的商討[6]”一文中，提出了“小風(fēng)口”的概念；陳農(nóng)在回答《鑄工》讀者袁淦楸先生所提問題時，指出了小風(fēng)口的優(yōu)越性[7]；邢啟宏在“沖天爐采用小風(fēng)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(fēng)口沖天爐的認識過程。這些文獻記錄，從側(cè)面反映了當(dāng)時人們研究改進蘇聯(lián)三排風(fēng)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(fēng)口改為三排小風(fēng)口，已不可考。

引進蘇聯(lián)的三排風(fēng)口沖天爐的積極意義不可否定，比如結(jié)構(gòu)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(yù)熱和節(jié)省焦炭。更重要的是，當(dāng)時的蘇聯(lián)專家?guī)椭覈_始建立了沖天爐的有關(guān)管理制度。鑄造的有關(guān)技術(shù)管理當(dāng)時尚缺乏一套完善制度，成為影響鑄造生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)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(fēng)口沖天爐

在文獻記錄中，最先采用四排風(fēng)口的有吉林省農(nóng)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(fēng)口沖天爐。前者稱，他們的沖天爐為2 t/h，學(xué)習(xí)了沈陽衡器廠的經(jīng)驗；后者稱，他們的沖天爐為1.5 t/h，學(xué)習(xí)了河南焦作機械廠的經(jīng)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(fēng)口沖天爐。

四排風(fēng)口沖天爐即多排小風(fēng)口沖天爐，圖5 為沈陽同和鑄造廠的四排小風(fēng)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(jīng)不同于蘇聯(lián)的三排大風(fēng)口沖天爐，其風(fēng)口區(qū)的爐膛直徑小于預(yù)熱區(qū)。我國沖天爐至遲在1957 年出現(xiàn)的爐膛高徑比為6，似乎成了某種技術(shù)規(guī)范。

圖5 沈陽同和鑄造廠的四排小風(fēng)口沖天爐（1957 年）

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

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

多排小風(fēng)口沖天爐非常適合于品質(zhì)較低的焦炭，因此在我國表現(xiàn)出了很強的生命力。國營武漢四七一廠1970 年集多排小風(fēng)口、曲線爐膛和熱風(fēng)爐膽等技術(shù)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(fēng)口曲線爐膛沖天爐

2.3 簡易熱風(fēng)沖天爐

我國沖天爐在“一五”期間，普遍缺乏優(yōu)質(zhì)焦炭和鼓風(fēng)壓力較高的鼓風(fēng)機，利用回收爐氣余熱的熱風(fēng)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(fēng)的技術(shù)，向中國介紹了前蘇聯(lián)的這項技術(shù)[15]。1953 年8 月，陳農(nóng)編譯的《現(xiàn)代鑄工補充參考資料》（第一輯）[16]出版，該書設(shè)專節(jié)詳細介紹了蘇聯(lián)有關(guān)鑄造廠沖天爐的十幾種熱風(fēng)裝置。1955 年，倪學(xué)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(fēng)[17]”，北京鋼鐵學(xué)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(fēng)問題[18]”，林衍先1956 年發(fā)表的“關(guān)于金屬換熱器的研究[19]”、“平爐車間引用熱風(fēng)化鐵爐實行熱裝的經(jīng)濟效果[20]”等，均屬于《鋼鐵》雜志上刊登過的介紹蘇聯(lián)熱風(fēng)沖天爐及其熱風(fēng)技術(shù)的早期文獻。由這些文獻記錄可以看出，當(dāng)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(nèi)徑500 mm 的兩臺爐頂熱風(fēng)沖天爐（圖7與圖8），并稱他們工廠1952 年即在內(nèi)徑500 mm 的一臺沖天爐上使用了類似于熱風(fēng)爐膽的爐頂熱風(fēng)裝置[21]。

圖7 單排風(fēng)口熱風(fēng)沖天爐

圖8 二排風(fēng)口熱風(fēng)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(yù)熱帶上的熱風(fēng)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(fēng)口結(jié)渣現(xiàn)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(fēng)管，這個熱風(fēng)管是用鑄鐵做的，體積很大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資在4 000 元左右，結(jié)果使風(fēng)溫提高了120 ℃.但是沒有用很久就被燒穿了，修復(fù)很困難。后來工人建議改在預(yù)熱帶裝一個熱風(fēng)箱，風(fēng)溫也預(yù)熱到120 ℃～160 ℃左右，鐵水溫度提高了15 ℃，并且還解決了風(fēng)口結(jié)渣問題，而投資只有400 元左右就可以了?！?/p>

戚墅堰機車車輛修理工廠1957 年的熱風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jīng)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(fēng)口沖天爐的爐壁進行冷卻的經(jīng)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(jīng)驗[25]”，介紹了他們在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下，為了提高爐齡對工廠的三排風(fēng)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(jīng)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(fēng)口10 t/h 沖天爐及其結(jié)構(gòu)尺寸。

圖10 10 t/h 水套冷卻三排風(fēng)口沖天爐

應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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(dāng)時鐵液中硫含量高影響墨鑄鐵生產(chǎn)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(yīng)用[27]”，全面詳細地論述了堿性沖天爐的優(yōu)越性、結(jié)構(gòu)等問題，分兩期發(fā)表在《鑄工》雜志上?！耙晃濉逼陂g出現(xiàn)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(fēng)水冷堿性鐵屑熔化爐（見圖11）[28]，這臺鐵屑爐安裝著水冷風(fēng)口。這是文獻記錄中，中國最早使用水冷風(fēng)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(jié)構(gòu)基本和該爐相同，該爐堪稱中國鐵屑熔煉爐的鼻祖。在感應(yīng)電爐熔化鑄鐵液以前，鐵屑爐在廢舊鋼鐵材料回收領(lǐng)域有不可替代的重要作用。

圖11 沈陽鑄造廠熱風(fēng)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(xiàn)了盲目追求鐵焦比的傾向。例如1957 年，吉林省農(nóng)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(xué)會北京分會、鑄工編輯委員會針對當(dāng)時的小風(fēng)口沖天爐和盲目追求鐵焦比的傾向，召集北京農(nóng)業(yè)機械廠、北京暖氣器材廠、北京管件廠、一機工會生產(chǎn)部、北京市第三地方工業(yè)局、一機部技術(shù)司、一機部工藝院、北京鋼鐵學(xué)院、清華大學(xué)、鐵道科學(xué)研究院等30 余人，在北京聯(lián)合舉行了座淡會，多數(shù)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(jīng)濟；應(yīng)強調(diào)提高沖天爐的效率，應(yīng)該考慮到鐵水溫度、鐵水質(zhì)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(jù)機械工程學(xué)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(fēng)口問題”一文，該文在論述鐵焦比時稱[30]：“根據(jù)一年來的很多報告記錄，這一數(shù)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(xiàn)的片面追求鐵焦比的問題，雖然當(dāng)時已經(jīng)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(chǎn)試驗初步總結(jié)”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(chǎn)，投產(chǎn)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(yīng)工作上帶來了極大的壓力，不時因焦炭缺乏和運輸?shù)睦щy而停爐?！薄拔覀儗W(xué)習(xí)了上海新太機器廠焦比1∶50 的先進經(jīng)驗，在學(xué)習(xí)中不斷批判右傾保守思想，采取了若干技術(shù)措施，經(jīng)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(guān)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(dāng)時片面追求鐵焦比的原因主要為缺乏經(jīng)濟效益觀念，未建立起科學(xué)和經(jīng)濟的沖天爐考核指標體系，另外的原因為當(dāng)時的焦炭產(chǎn)量不足、供應(yīng)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(jié)語

經(jīng)濟恢復(fù)期是我國沖天爐技術(shù)起步階段，“一五”期間在蘇聯(lián)的幫助下，我國沖天爐技術(shù)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(shù)的各個領(lǐng)域，對其后我國沖天爐技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)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(chǔ)。