沖天爐鼓風機鉤沉

張 明

(威海科興鑄造機械有限公司,山東威海 264205)

沖天爐鼓風機鉤沉

張 明

(威海科興鑄造機械有限公司,山東威海 264205)

詳細回顧了自民國以來中國沖天爐用鼓風機、特別是1949年以后離心式鼓風機發展的歷史。關鍵詞：沖天爐；鼓風機；離心式鼓風機；羅茨鼓風機；歷史

鼓風機是沖天爐最重要的配套設置之一。在民國的有關冶金學著作中，高爐與沖天爐均被稱為化鐵爐，鑄造廠被稱為翻砂廠。根據冶煉、鑄造的用途，化鐵爐一般會分別予以介紹，鑄造廠用化鐵爐（cupola）所用鼓風機一般也會被單獨介紹。1926年出版的《鐵冶金學》[1]中，沖天爐所用風機的風壓一般按1 000 mm水柱（10 kPa）估算，似乎可以說明當時尚無太大的沖天爐。該專著同時指出，沖天爐一般用離心風機和羅茨風機。

1945年出版的《普通冶金學》[2]指出，翻砂廠所用沖天爐多用羅茨鼓風機（Roots rotary blower），壓力約為2.0 psi (1 psi=6.894 757 kPa）。該書同時將壓力超過0.5 psi(3.447 kPa)的風機稱為鼓風機，壓力低于0.5 psi的風機稱之為通風機；離心式風機（cenrfugal fan or fan blower）又稱扇風機。

如果參照當前沖天爐的有關技術，由民國期間冶金學專著中有關沖天爐風機的風壓值，似乎可以推測民國期間中國最大沖天爐的熔化率，1926年中國最大沖天爐的熔化率應該不大于3 t/h（甚至1 t/ h），1945年應該不大于5 t/h（甚至3 t/h）。

結合有關文獻資料可以推斷，民國期間沖天爐所用的羅茨鼓風機、離心鼓風機主要來源于國外進口，一部分鑄造廠甚至需要自制鼓風機，特別是自制離心鼓風機。

檢閱現有的有關風機的專著，在談及新中國風機發展史時，往往只有寥寥數語、一筆帶過，尚未發現對中國風機工業發展的系統、準確描述。例如，《通風機設計與選型》稱，中國的風機生產制造開始于1958年[3]。吳達人先生主編的《泵與風機》[4]稱：“建國前，國內泵和風機的制造業只有很薄弱的基礎，分散在一些大城市中，大部分泵與風機依賴進口。建國后泵和風機制造工業發展得較快，頭一個五年計劃期間，就有一些專業廠開始大量生產泵與風機，60年代初已形成全國性的制造行業網。”

1954年的《鑄工》雜志曾刊出過一則簡訊：“沈陽扇風機廠試制高壓鼓風機成功[5]”，該簡訊中稱：“沈陽扇風機廠……于53年12月份開始試制滿足于三排風口沖天爐需要的高壓鼓風機，第一種5.5號高壓鼓風機(適用于1～3 t/h三排風口沖天爐)在今年一月底試制完成，經過試驗，風量、風壓比原設計高10%左右（原設計風壓450 mm水柱，風量3000 m3/min），效率比原設計高7%（原設計65%，實際72%），其他軸承升溫和振動都合乎質量標準。”

該簡訊證明，中國開始生產制造離心式風機的時間至晚在1953年，可以印證吳達人先生的觀點。該簡訊中所稱試驗成功的高壓鼓風機，其風壓僅約500 mm水柱（約5 kPa）。

新中國成立初期沖天爐所用鼓風機的詳細狀況，因歷史久遠已難詳考，以下一些零碎的資料對了解當時的歷史或有參考價值。

1950年柳大維先生在“前中央研究院工學研究所近訊[6]”一文中，介紹到該所冶金部門的工作進展時稱：“現在已經設計制成400 mm小型熔鐵爐及離心吹風機各一座，來配合上面的各項試驗。這座小型的熔鐵爐，在我國還不多見，有八個風口，分上下兩排，可以個別的調節風量。每個風口有一個窺孔，能觀察爐內熔化時的情況，目前正在裝置中，完畢后即可進行工作。”

該文透露了當時中國工業不夠發達、鼓風機市場供應不足的窘迫。

2008年12月7日的《濰坊晚報》“史海鉤沉”欄目,刊登了葛寶琦先生的文章“濰坊鐵鍋百年回眸[7]”。文中有段文字描述了新中國成立初期、濰坊幾個鐵鍋鑄造廠化鐵爐鼓風機的情形：“二十年代中期,晉魯鐵廠和德盛泰鐵廠也用上了鐵制鼓風機,采用一個名叫“搭架子”的傳動裝置作為鼓風機的動力。“搭架子”由傘齒輪、皮帶輪、支撐框架等部件組成,是用毛驢拉著像推磨一樣轉動的。這套鼓風機動力裝置被各鐵廠普遍采用,并一直沿用到建國前后。建國后不久,華豐機器廠恢復了柴油機生產,所有鐵廠的鼓風機都用上柴油機了。”

1953年6月，石家莊市正東街的三十幾個家庭婦女，投資4元9角8分，開辦了一個小型鑄造廠[8]。1958年河北美術出版社根據該事跡改編、出版了連環畫《三八婦女翻砂廠》[9]，其中有一幅圖表現了當年的化鐵爐和鼓風機（見圖1）。可以看出，其中的鼓風機因缺乏電力需要人力驅動。

圖1 化鐵爐和鼓風機（1955）

1954年《鑄工》編輯部，針對當時讀者使用前蘇聯三排風口沖天爐中涉及的鼓風機問題，專門刊發了“關于沖天爐風壓和風量方面的問題[10]”一文。文中針對當時爐膛內徑800 mm左右的小型沖天爐，推薦的送風強度為140 m3/（m2·min），同時介紹了前蘇聯的沖天爐風壓經驗式：風壓(mm水柱)=爐膛內徑(mm)×(0.5～0.7)；文中并且給出爐膛內徑800 mm的三排風口沖天爐的風量、風壓推薦值：風量70 m3/min、風壓480 mm水柱。按現在的觀點看，該文所推薦的風壓值明顯偏低。推薦的風壓值應該與當時的沖天爐有效高度低有關。

在1958年到1960年之間的技術文獻中，可以經常發現高爐需要通過風機串聯提高送風壓力[11]、煉鋼廠需要通過風機并聯提高送風量[12]的記錄，同時可以發現“腳踏離心式鼓風機”、“離心式水泵改裝鼓風機成功”、“用土辦法加工二百立方公尺的大型鼓風機”、“三用單人腳踏鼓風機”之類自制風機的資料和報道。這些歷史資料，反映了該期間中國風機工業不夠發達、市場供應窘迫的狀況。

新中國成立初期，沖天爐所用焦炭并非如曾經想象的那樣品質很差。1952年李香洲先生在“采用合金鑄鐵提高機器質量”一文中，介紹了東北所產兩種鑄造焦炭的各項性能參數，其中固定碳的含量均達到85%以上[13]。但在當時的文獻中，很少發現沖天爐鐵液溫度達到1 450 ℃以上的記錄，其中的原因或者與人們習慣于使用離心鼓風機，而當時離心風機的壓力較低有關。

1966年4月到6月間，一機部二局機床鑄造工作組，在中國華東、東北、華北、華中地區調查了56個沖天爐,其中包括10 t/h及其以上的沖天爐8臺，3～5 t/h的沖天爐48臺；調查涉及的上海、無錫的11臺沖天爐中，絕大部分使用羅茨鼓風機[14]。

1973年初，湖北柴油機廠稱[15]：他們研制了一種沖天爐離心鼓風機（見圖2），風機的葉輪直徑φ460 mm離心式風機，適合2～2.5 t/h沖天爐使用。電機功率只有7千瓦，使用13年只大修過一次，節電、噪聲低。并稱：“該機目前已在我省許多單位使用，地縣工廠仿造的尤多，外省亦仿制不少，并有改進的不同型號。我省已建議有關部門定型生產。”

該風機的風量2 500 m3/h（41.7 m3/min）、風壓680 mm水柱，其壓力并不算高。但是，該風機有利于降低噪聲的鑄鐵殼體，對此后的沖天爐鼓風機產生了重要影響。

1977年初，湖北機械研究所在《湖北機械》第一期上發布了一則消息，宣布湖北省研制出了一種可以替代羅茨鼓風機的3 t/h沖天爐用離心鼓風機（見圖3），風量50 m3/min、風壓1 300 mm水柱，并稱[16].：“在省機械局領導下,由武漢市機械局、華中工學院、應山機械廠、長江通用機械廠等單位組成三結合聯合設計組，進行了三噸沖天爐鼓風機的設計、試制、性能試驗以及生產驗證工作。76年5月完成樣機性能試驗后，先后有三臺樣機在武漢汽車齒輪廠、湖北電機廠、廣濟水泵廠的沖天爐上安裝使用，進行生產驗證。……一九七六年十二月由湖北省機械工業局主持在武漢召開了三噸沖天爐鼓風機鑒定會。……到會代表一致認為:D50-11三噸沖天爐鼓風機的設計是成功的,樣機性能達到了設計要求,可以由省內組織批量生產,建議大力推廣。”

圖2 2噸沖天爐用離心鼓風機簡圖(1973)

圖3 3噸沖天爐用離心鼓風機(1977)

湖北應山機械制造廠、武漢長江通用機械廠、華中工學院透平壓縮機教研組等單位此后相繼發表了一系列文章[17-18]，介紹了這種適合于3 t/h沖天爐使用的離心鼓風機。

1985年初，華中工學院科研處介紹了0.5～7 t/ h沖天爐系列鼓風機研制所取得的成績及其過程[19]：“我院壓縮機、鑄工兩教研室設計的沖天爐離心鼓風機，近十年來,該系列產品已生產五千多臺，暢銷全國二十八個省、市自治區,仍不能滿足用戶的需要。”“首先研制成功的3噸/時沖天爐離心風機，于1976年由湖北省機械工業局組織了鑒定，鑒定結果該風機比原化鐵爐風機節電二分之一至三分之二，重量減輕二分之一，噪音降低三分之二。”“1978年該科研成果榮獲全國科學大會獎。在已取得成果的基礎上，兩教研室又經過幾年努力，于1980年完成了整個系列八種型號風機的研制工作，分別與0.5～7t/h沖天爐配套使用。”

1987年,由浙江大學與寧波風機廠共同負責研制的8-09與9-12兩個系列的高壓離心風機,于1987年1月份在杭州通過部級鑒定；該項目是機械部1985年下達的科研任務，經過兩年的設計研制，由寧波風機廠完成9-12的樣機(適合5～7 t/h沖天爐),由煙臺風機廠完成8-09樣機(適合1～3 t/h沖天爐)；樣機分別安裝于杭州鑄造廠、杭州重機廠等四個鑄造廠試用；這是我國首次研制成功單級超小比轉速直聯式高壓離心風機，其效率高、高區寬、噪音低[20]。

1996年前后，中國開始出現了噪聲小、振動小、效率高的三葉羅茨鼓風機[21]，今已用于沖天爐、特別是天然氣沖天爐的試驗研究。

按文獻記錄,上海工業建筑設計院的章奎生先生是中國較早關注風機噪聲的人之一，他早在1975年初便研究了羅茨鼓風機的噪聲控制[22]。

1975年8月26日，北京市技術交流站和北京市科學技術局，召集北京地區、中央和地方有關鑄造廠的代表，在北京化工設備廠召開了治理沖天爐鼓風機噪聲現場會[23]。自此之后，沖天爐鼓風機的噪聲問題開始成為大家關心的問題。目前，沖天爐幾乎所有的羅茨風機和少部分的離心風機，均配置有消聲器。

變頻調速可以降低容積式風機（羅茨和葉氏風機）的電力消耗、減少其噪聲，是一項節能、環保的先進技術。按文獻記錄，中國政府有關部門于1983年即開始推廣泵和風機的變頻調速技術[24]，至今已經30多年。目前，變頻調速在沖天爐鼓風機上已有較廣泛的應用。

經過近百年的曲折發展，中國沖天爐鼓風機的技術和市場供應已經有了根本的改觀。在目前，沖天爐鼓風機及其配套設備的市場供應十分充足，有各種結構形式和規格的鼓風機可供沖天爐選用。例如，1～10 t/h的沖天爐可選用沖天爐專用離心鼓風機，10 t/h以上的沖天爐可選用多級離心鼓風機；各種規格的沖天爐均可以選用雙葉羅茨鼓風機，6 t/ h以下的沖天爐可選用三葉羅茨鼓風機。變頻器和羅茨鼓風機技術的進步、市場價格的降低，變頻器與羅茨鼓風機相組合，或成為今后沖天爐送風設備發展的技術趨勢。

中國沖天爐鼓風機近百年的發展歷史，記錄和反映了中國、特別是新中國機器制造工業發展的光輝歷程。

[1] 胡庶華.鐵冶金學[M].上海:中華學藝社,民國15年(1926):144-145.

[2] 蔣導江.普通冶金學[M].重慶:商務印書館(發行),民國34年(1945):231-232.

[3] 張玉成,儀登利,馮殿義.通風機設計與選型[M].北京:化學工業出版社,2011：前言.

[4] 吳達人主編.泵與風機[M].西安: 西安交通大學出版社,1989:2. [5] 鑄工編輯部.沈陽扇風機廠試制高壓鼓風機成功[J]. 鑄工,1954(4):32.

[6] 柳大維.前中央研究院工學研究所近訊[J].科學通訊,1950(1):28-29 .

[7] 葛寶琦.濰坊鐵鍋百年回眸[N].濰坊晚報,2008-12-7(12).

[8] 賈新.真能干,婦女辦翻砂廠[J].勞動,1958(15):18-19.

[9] 吳振軒,司合圖.三八婦女翻砂廠[M].石家莊:河北美術出版社，1958.

[10] 鑄工編輯部.關于沖天爐風壓和風量方面的問題[J].鑄工,1954(5):49-50.

[11] 沈陽扇風機廠.高爐用高壓串聯離心通風機圖冊[M].北京:機械工業出版社,1958.

[12] 鐘會云.鼓風機并聯試驗[J].鋼鐵,1958(10):40-43 .

[13] 李香洲.采用合金鑄鐵提高機器質量[J].機械,1951(1):12 .

[14] 一機部二局機床鑄造工作組.提高沖天爐鐵焦比和鐵液溫度的經驗[J]. 鑄造機械,1966(5):12-21.

[15] 湖北柴油機廠.2噸沖天爐用離心式鼓風機[J].湖北機械,1973(1):31-34.

[16] 湖北省機械研究所工藝室.三噸沖天爐鼓風機試制成功[J].湖北機械,1977(1):29-30.

[17] 湖北應山機械制造廠,武漢長江通用機械廠,華中工學院透平壓縮機教研組.3噸/小時熱風沖天爐離心式鼓風機[J]. 華中工學院學報,1977(2):75-87.

[18] 湖北應山機械制造廠,武漢長江通用機械廠,華中工學院透平壓縮機教研組.沖天爐新型離心鼓風機[J].機械工人熱加工技術資料,1977(5):19-21.

[19] 華中工學院科研科.沖天爐離心鼓風機轉產十年經久不衰[J].華中工學院學報,1985(S1):100.

[20] 王力武.8-09與9-12化鐵爐專用高壓離心風機通過部級鑒定[J].鑄造設備研究,1987(Z2):194 .

[21] 吳建華,崔天生,束鵬程.逆流冷卻三葉羅茨鼓風機的理論分析[J]. 風機技術,1996(2):8-10.

[22] 章奎生.羅茨鼓風機噪聲的控制[J].環境保護,1975(1):21-24.

[23] 勞動保護編輯部.北京市召開治理鼓風機噪聲現場會[J].勞動保護,1975(6):36.

[24] 丁紹曾,朱稚清.風機水泵變速運行是節能的有效途徑—受國家經委能源局委托調查分析報告[J].電工技術,1984(8):1-18.

Historical Retrospect on Blower for Cupola Furnace

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

History of the blower for cupola furnace has been detailed review, since the republic of China especially in the centrifugal blower after 1949.

cupola furnace; blower;centrifugal blower;roots rotary blower;history

TG249.2；

A；

1006-9658（2016）05-0012-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.002

2015-11-29

稿件編號:1511-1118

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