冲天炉鼓风机钩沉

2016-05-11张明

中国铸造装备与技术 2016年5期

关键词：鼓风机历史

张明

(威海科兴铸造机械有限公司,山东威海 264205)

冲天炉鼓风机钩沉

张明

(威海科兴铸造机械有限公司,山东威海 264205)

详细回顾了自民国以来中国冲天炉用鼓风机、特别是1949年以后离心式鼓风机发展的历史。关键词：冲天炉；鼓风机；离心式鼓风机；罗茨鼓风机；历史

鼓风机是冲天炉最重要的配套设置之一。在民国的有关冶金学著作中，高炉与冲天炉均被称为化铁炉，铸造厂被称为翻砂厂。根据冶炼、铸造的用途，化铁炉一般会分别予以介绍，铸造厂用化铁炉（cupola）所用鼓风机一般也会被单独介绍。1926年出版的《铁冶金学》[1]中，冲天炉所用风机的风压一般按1 000 mm水柱（10 kPa）估算，似乎可以说明当时尚无太大的冲天炉。该专著同时指出，冲天炉一般用离心风机和罗茨风机。

1945年出版的《普通冶金学》[2]指出，翻砂厂所用冲天炉多用罗茨鼓风机（Roots rotary blower），压力约为2.0 psi (1 psi=6.894 757 kPa）。该书同时将压力超过0.5 psi(3.447 kPa)的风机称为鼓风机，压力低于0.5 psi的风机称之为通风机；离心式风机（cenrfugal fan or fan blower）又称扇风机。

如果参照当前冲天炉的有关技术，由民国期间冶金学专著中有关冲天炉风机的风压值，似乎可以推测民国期间中国最大冲天炉的熔化率，1926年中国最大冲天炉的熔化率应该不大于3 t/h（甚至1 t/ h），1945年应该不大于5 t/h（甚至3 t/h）。

结合有关文献资料可以推断，民国期间冲天炉所用的罗茨鼓风机、离心鼓风机主要来源于国外进口，一部分铸造厂甚至需要自制鼓风机，特别是自制离心鼓风机。

检阅现有的有关风机的专著，在谈及新中国风机发展史时，往往只有寥寥数语、一笔带过，尚未发现对中国风机工业发展的系统、准确描述。例如，《通风机设计与选型》称，中国的风机生产制造开始于1958年[3]。吴达人先生主编的《泵与风机》[4]称：“建国前，国内泵和风机的制造业只有很薄弱的基础，分散在一些大城市中，大部分泵与风机依赖进口。建国后泵和风机制造工业发展得较快，头一个五年计划期间，就有一些专业厂开始大量生产泵与风机，60年代初已形成全国性的制造行业网。”

1954年的《铸工》杂志曾刊出过一则简讯：“沈阳扇风机厂试制高压鼓风机成功[5]”，该简讯中称：“沈阳扇风机厂……于53年12月份开始试制满足于三排风口冲天炉需要的高压鼓风机，第一种5.5号高压鼓风机(适用于1～3 t/h三排风口冲天炉)在今年一月底试制完成，经过试验，风量、风压比原设计高10%左右（原设计风压450 mm水柱，风量3000 m3/min），效率比原设计高7%（原设计65%，实际72%），其他轴承升温和振动都合乎质量标准。”

该简讯证明，中国开始生产制造离心式风机的时间至晚在1953年，可以印证吴达人先生的观点。该简讯中所称试验成功的高压鼓风机，其风压仅约500 mm水柱（约5 kPa）。

新中国成立初期冲天炉所用鼓风机的详细状况，因历史久远已难详考，以下一些零碎的资料对了解当时的历史或有参考价值。

1950年柳大维先生在“前中央研究院工学研究所近讯[6]”一文中，介绍到该所冶金部门的工作进展时称：“现在已经设计制成400 mm小型熔铁炉及离心吹风机各一座，来配合上面的各项试验。这座小型的熔铁炉，在我国还不多见，有八个风口，分上下两排，可以个别的调节风量。每个风口有一个窥孔，能观察炉内熔化时的情况，目前正在装置中，完毕后即可进行工作。”

该文透露了当时中国工业不够发达、鼓风机市场供应不足的窘迫。

2008年12月7日的《潍坊晚报》“史海钩沉”栏目,刊登了葛宝琦先生的文章“潍坊铁锅百年回眸[7]”。文中有段文字描述了新中国成立初期、潍坊几个铁锅铸造厂化铁炉鼓风机的情形：“二十年代中期,晋鲁铁厂和德盛泰铁厂也用上了铁制鼓风机,采用一个名叫“搭架子”的传动装置作为鼓风机的动力。“搭架子”由伞齿轮、皮带轮、支撑框架等部件组成,是用毛驴拉着像推磨一样转动的。这套鼓风机动力装置被各铁厂普遍采用,并一直沿用到建国前后。建国后不久,华丰机器厂恢复了柴油机生产,所有铁厂的鼓风机都用上柴油机了。”

1953年6月，石家庄市正东街的三十几个家庭妇女，投资4元9角8分，开办了一个小型铸造厂[8]。1958年河北美术出版社根据该事迹改编、出版了连环画《三八妇女翻砂厂》[9]，其中有一幅图表现了当年的化铁炉和鼓风机（见图1）。可以看出，其中的鼓风机因缺乏电力需要人力驱动。

图1 化铁炉和鼓风机（1955）

1954年《铸工》编辑部，针对当时读者使用前苏联三排风口冲天炉中涉及的鼓风机问题，专门刊发了“关于冲天炉风压和风量方面的问题[10]”一文。文中针对当时炉膛内径800 mm左右的小型冲天炉，推荐的送风强度为140 m3/（m2·min），同时介绍了前苏联的冲天炉风压经验式：风压(mm水柱)=炉膛内径(mm)×(0.5～0.7)；文中并且给出炉膛内径800 mm的三排风口冲天炉的风量、风压推荐值：风量70 m3/min、风压480 mm水柱。按现在的观点看，该文所推荐的风压值明显偏低。推荐的风压值应该与当时的冲天炉有效高度低有关。

在1958年到1960年之间的技术文献中，可以经常发现高炉需要通过风机串联提高送风压力[11]、炼钢厂需要通过风机并联提高送风量[12]的记录，同时可以发现“脚踏离心式鼓风机”、“离心式水泵改装鼓风机成功”、“用土办法加工二百立方公尺的大型鼓风机”、“三用单人脚踏鼓风机”之类自制风机的资料和报道。这些历史资料，反映了该期间中国风机工业不够发达、市场供应窘迫的状况。

新中国成立初期，冲天炉所用焦炭并非如曾经想象的那样品质很差。1952年李香洲先生在“采用合金铸铁提高机器质量”一文中，介绍了东北所产两种铸造焦炭的各项性能参数，其中固定碳的含量均达到85%以上[13]。但在当时的文献中，很少发现冲天炉铁液温度达到1 450 ℃以上的记录，其中的原因或者与人们习惯于使用离心鼓风机，而当时离心风机的压力较低有关。

1966年4月到6月间，一机部二局机床铸造工作组，在中国华东、东北、华北、华中地区调查了56个冲天炉,其中包括10 t/h及其以上的冲天炉8台，3～5 t/h的冲天炉48台；调查涉及的上海、无锡的11台冲天炉中，绝大部分使用罗茨鼓风机[14]。

1973年初，湖北柴油机厂称[15]：他们研制了一种冲天炉离心鼓风机（见图2），风机的叶轮直径φ460 mm离心式风机，适合2～2.5 t/h冲天炉使用。电机功率只有7千瓦，使用13年只大修过一次，节电、噪声低。并称：“该机目前已在我省许多单位使用，地县工厂仿造的尤多，外省亦仿制不少，并有改进的不同型号。我省已建议有关部门定型生产。”

该风机的风量2 500 m3/h（41.7 m3/min）、风压680 mm水柱，其压力并不算高。但是，该风机有利于降低噪声的铸铁壳体，对此后的冲天炉鼓风机产生了重要影响。

1977年初，湖北机械研究所在《湖北机械》第一期上发布了一则消息，宣布湖北省研制出了一种可以替代罗茨鼓风机的3 t/h冲天炉用离心鼓风机（见图3），风量50 m3/min、风压1 300 mm水柱，并称[16].：“在省机械局领导下,由武汉市机械局、华中工学院、应山机械厂、长江通用机械厂等单位组成三结合联合设计组，进行了三吨冲天炉鼓风机的设计、试制、性能试验以及生产验证工作。76年5月完成样机性能试验后，先后有三台样机在武汉汽车齿轮厂、湖北电机厂、广济水泵厂的冲天炉上安装使用，进行生产验证。……一九七六年十二月由湖北省机械工业局主持在武汉召开了三吨冲天炉鼓风机鉴定会。……到会代表一致认为:D50-11三吨冲天炉鼓风机的设计是成功的,样机性能达到了设计要求,可以由省内组织批量生产,建议大力推广。”

图2 2吨冲天炉用离心鼓风机简图(1973)

图3 3吨冲天炉用离心鼓风机(1977)

湖北应山机械制造厂、武汉长江通用机械厂、华中工学院透平压缩机教研组等单位此后相继发表了一系列文章[17-18]，介绍了这种适合于3 t/h冲天炉使用的离心鼓风机。

1985年初，华中工学院科研处介绍了0.5～7 t/ h冲天炉系列鼓风机研制所取得的成绩及其过程[19]：“我院压缩机、铸工两教研室设计的冲天炉离心鼓风机，近十年来,该系列产品已生产五千多台，畅销全国二十八个省、市自治区,仍不能满足用户的需要。”“首先研制成功的3吨/时冲天炉离心风机，于1976年由湖北省机械工业局组织了鉴定，鉴定结果该风机比原化铁炉风机节电二分之一至三分之二，重量减轻二分之一，噪音降低三分之二。”“1978年该科研成果荣获全国科学大会奖。在已取得成果的基础上，两教研室又经过几年努力，于1980年完成了整个系列八种型号风机的研制工作，分别与0.5～7t/h冲天炉配套使用。”

1987年,由浙江大学与宁波风机厂共同负责研制的8-09与9-12两个系列的高压离心风机,于1987年1月份在杭州通过部级鉴定；该项目是机械部1985年下达的科研任务，经过两年的设计研制，由宁波风机厂完成9-12的样机(适合5～7 t/h冲天炉),由烟台风机厂完成8-09样机(适合1～3 t/h冲天炉)；样机分别安装于杭州铸造厂、杭州重机厂等四个铸造厂试用；这是我国首次研制成功单级超小比转速直联式高压离心风机，其效率高、高区宽、噪音低[20]。

1996年前后，中国开始出现了噪声小、振动小、效率高的三叶罗茨鼓风机[21]，今已用于冲天炉、特别是天然气冲天炉的试验研究。

按文献记录,上海工业建筑设计院的章奎生先生是中国较早关注风机噪声的人之一，他早在1975年初便研究了罗茨鼓风机的噪声控制[22]。

1975年8月26日，北京市技术交流站和北京市科学技术局，召集北京地区、中央和地方有关铸造厂的代表，在北京化工设备厂召开了治理冲天炉鼓风机噪声现场会[23]。自此之后，冲天炉鼓风机的噪声问题开始成为大家关心的问题。目前，冲天炉几乎所有的罗茨风机和少部分的离心风机，均配置有消声器。

变频调速可以降低容积式风机（罗茨和叶氏风机）的电力消耗、减少其噪声，是一项节能、环保的先进技术。按文献记录，中国政府有关部门于1983年即开始推广泵和风机的变频调速技术[24]，至今已经30多年。目前，变频调速在冲天炉鼓风机上已有较广泛的应用。

经过近百年的曲折发展，中国冲天炉鼓风机的技术和市场供应已经有了根本的改观。在目前，冲天炉鼓风机及其配套设备的市场供应十分充足，有各种结构形式和规格的鼓风机可供冲天炉选用。例如，1～10 t/h的冲天炉可选用冲天炉专用离心鼓风机，10 t/h以上的冲天炉可选用多级离心鼓风机；各种规格的冲天炉均可以选用双叶罗茨鼓风机，6 t/ h以下的冲天炉可选用三叶罗茨鼓风机。变频器和罗茨鼓风机技术的进步、市场价格的降低，变频器与罗茨鼓风机相组合，或成为今后冲天炉送风设备发展的技术趋势。

中国冲天炉鼓风机近百年的发展历史，记录和反映了中国、特别是新中国机器制造工业发展的光辉历程。

[1] 胡庶华.铁冶金学[M].上海:中华学艺社,民国15年(1926):144-145.

[2] 蒋导江.普通冶金学[M].重庆:商务印书馆(发行),民国34年(1945):231-232.

[3] 张玉成,仪登利,冯殿义.通风机设计与选型[M].北京:化学工业出版社,2011：前言.

[4] 吴达人主编.泵与风机[M].西安: 西安交通大学出版社,1989:2. [5] 铸工编辑部.沈阳扇风机厂试制高压鼓风机成功[J]. 铸工,1954(4):32.

[6] 柳大维.前中央研究院工学研究所近讯[J].科学通讯,1950(1):28-29 .

[7] 葛宝琦.潍坊铁锅百年回眸[N].潍坊晚报,2008-12-7(12).

[8] 贾新.真能干,妇女办翻砂厂[J].劳动,1958(15):18-19.

[9] 吴振轩,司合图.三八妇女翻砂厂[M].石家庄:河北美术出版社，1958.

[10] 铸工编辑部.关于冲天炉风压和风量方面的问题[J].铸工,1954(5):49-50.

[11] 沈阳扇风机厂.高炉用高压串联离心通风机图册[M].北京:机械工业出版社,1958.

[12] 钟会云.鼓风机并联试验[J].钢铁,1958(10):40-43 .