煤粉化铁炉钩沉

张明(威海科兴铸造机械有限公司,山东威海 264205)

煤粉化铁炉钩沉

张明
(威海科兴铸造机械有限公司,山东威海 264205)

详细回顾了1970年代中国煤粉化铁炉的历史，内容包括历史背景、技术沿革的细节。

煤粉化铁炉；历史

煤粉化铁炉是一种以煤粉为燃料熔化铸铁的工业炉，其煤粉喷嘴设置在前炉燃烧室。中国最早出现的卧式煤粉化铁炉属于反射炉与冲天炉的结合，应用最为广泛。除卧式外，后期还出现了一种立式煤粉化铁炉。煤粉化铁炉对中国略后出现的燃油化铁炉、天然气化铁炉的结构有直接、重要的影响。按历史文献记录，中国煤粉化铁炉的数量在1970年到1972年之间呈井喷式增长，1980年之后逐渐沉寂。

1 卧式煤粉化铁炉

图1 青岛生建机械厂4 t/h煤粉化铁炉（1966）

1968年，《铸造机械》刊登了青岛生建机械厂的“煤粉化铁简介[1]”一文，这是公开文献记载中最早的一篇介绍煤粉化铁炉的历史文献。该厂1968年所建的4t/h煤粉化铁炉见图1。该厂同时称，煤粉化铁炉由辽宁省旅大市第一铸造厂首创。

浙江绍兴铸造厂是浙江省最早使用煤粉化铁炉的工厂,该厂的煤粉化铁炉见图2。该厂当时的革命委员会（相当于今厂部）刊登在《科技简报》的“冶炼工艺上的重大革新—煤粉化铁新技术[2]”一文中称：

“……我国东北大连某工厂的革命职工首先试验成功。绍兴铸造厂于1969年10月，奋战五十天，革新成功煤粉化铁炉。从去年12月至今年10月，经过反复试验已开42炉，化铁460吨。煤粉化铁试验取得完全成功。为我省建立小而全的工业体系做出了新的贡献。”

大连红旗造船厂（今大连造船厂）1971年在《铸工》增刊所撰写的“树雄心、立壮志，为煤粉化铁闯新路”一文中称[3]：

“1966年2月至1968年8月，我们试验的是熔化率1 t/h的煤粉化铁炉。1968年10月至1970年,月我们试验的是熔化率2 t/h的煤粉化铁炉。”

上述三段历史文献记录虽有一些矛盾，但也形成了一定的相互印证关系，据此可以初步推断中国煤粉化铁炉的出现时间在1966年，创建者为辽宁省大连地区的红旗造船厂、或旅大市第一铸造厂，最先的煤粉化铁炉为卧式炉。

2 立式煤粉化铁炉

在文献记录中，广东江门红星机械厂的2t/h立式煤粉化铁炉（见图2）建成于1969年初，该厂称[4]：

“遵照毛主席‘备战、备荒、为人民’的伟大战略方针，我厂在市革委会的领导下，充分发动群众，发扬自力更生、艰苦奋斗和敢想敢干的革命精神，去年一月建造了2 t/h立式煤粉化铁炉，经过反复实践，终于得成功，现已开了五十多炉次，铁水温度稳定在1360～1400℃，煤铁比1∶7。”

图2 江门红星机械厂2t/h立式煤粉化铁炉（1969）

广东江门红星机械厂是广东省最早使用煤粉化铁炉的工厂，同时是中国立式煤粉化铁炉的首创者。

卧式与立式煤粉化铁炉的优缺点，广东佛山铸造厂自1970年开始对此专门做过两年多的对比研究，最后确定卧式煤粉化铁炉优于立式化铁炉，他们在1974年称[5]：

“我们先后搞了立式、斜式和卧式三种炉型，在卧炉的前炉上又采用了各不相同的尺寸，六座不同的炉子同时使用、互作比较。经过两年多实践，发现斜式炉同卧式炉的效果是相当的，缺点是燃烧室挠起了30°操作不便，就首先否定了。立炉同卧炉比较，虽然有耐火材料消耗少，前炉不易倒塌等优点，但在卧炉上采取了提高炉龄的措施后，立炉的优点就被取代了，而立炉的缺点却突了出来：贮铁水少、难点火，煤粉不到200目就难点燃，否则也温度低，煤粉沉积；铁水温度不稳定。于是，去年初又把立式炉淘汰了，将留下来的五座煤粉化铁炉都改建成卧式的。”

如果现在回顾当时的历史，考虑前炉的散热面积，立式炉因散热面积小、应比卧式炉节省燃料。立式炉难于点火的原因，与当时利用劈柴火种点火有关。立式炉由于结构限制，炉内积存不了太多的劈柴火种，点火时的送风量只限于很小范围，风量稍大便可能吹熄劈柴火种。

3 双燃烧室煤粉化铁炉

1970年，广东江门红星机械厂建造了另外一座3 t/h立式煤粉化铁炉（见图3）[6]，该炉在原2 t/h炉的基础上加长了过桥、增加一个燃烧室，成为双燃烧室的立式煤粉化铁炉，用于孕育铸铁（KT28-48）的生产。该厂是双燃烧室煤粉化铁炉的首创者。

图3 江门红星机械厂3 t/h双燃烧室立式炉（1971）

广东江门化机厂铸造车间1971年，由4 t/h燃焦冲天炉改制的4 t/h卧式煤粉化铁炉，也采用了双燃烧室[7]。

上述两个工厂采用双燃烧室，可能与其使用的煤种有关，煤粉热值低，不利于提高铁液温度。该两厂所用煤粉来自广东梅田无烟煤用煤[8]，是当时全国用于煤粉化铁的28种煤[9]中，灰分含量最高的煤，灰分在34%～48%之间。如果按照燃烧学，煤粉化铁炉采用双燃烧室并无技术必要性。在所有煤粉化铁炉的历史记录中，惟有广东江门上述两个工厂采用过双燃烧室。

4 煤粉供应与风煤混合

煤粉化铁炉典型的煤粉供应系统，一般包括破碎和粉碎机、气力输送系统、煤粉斗、定量器、煤粉混合器、烧咀等。图4为湖南零陵通用机械厂2 t/h煤粉化铁炉煤粉的粉碎和输送供应系统[10]。最早的煤粉化铁炉，例如大连红旗造船厂的1 t/h和2 t/h煤粉化铁炉[3]，也采用了气力输送，但结构略简单一些。

图4 原煤粉碎和气力循环输送系统（1974）

煤粉通过气力输送进入煤粉斗后，早期的煤粉化铁炉直接用星形给料（定量）器[1]、或用“皮钱管”机构[2]将煤粉加入一次风管中；利用一次风管中高速流动的空气对煤粉进行混合并将煤粉带入炉内。这种简单装置的弊端在于，很难保证煤粉与空气的均匀混合，容易导致燃烧不充分甚至煤粉在炉内的堆积；另外炉压变化引起的风压变化，导致煤粉斗内的压力处于波动状态甚至翻腾、使很难保证煤粉定量准确。

南昌柴油机厂在1970年所建的800 kg/h、1971年所建的1.5 t/h煤粉化铁炉中，对煤粉与一次风的混合做了重要改进，采用了气力混合器（俗称喉管），利用压缩空气的动能对煤粉进行混合（见图5）[11]，极大地改进了煤粉与空气的混合效果。沈阳机床一厂在1970年由卧式煤粉化铁炉改建的5 t/h立式煤粉化铁炉[12]；1971年上海柴油机厂所建的1.5 t/h煤粉化铁炉[13],均采用了与此类似的混合器。

图5 南昌柴油机厂煤粉炉混合喉管（1970）

1971年湖南动力机厂在湖南大学的协作下，将一台2.5 t/h燃焦冲天炉改制为2.5 t/h立式煤粉化铁炉，在前述气力混合器的基础上，又在含煤粉的一次风进入立式前炉前，增加了一个风煤混合器（见图6），进一步改善了煤粉与空气的混合效果[14]。

5 水冷煤粉化铁炉

煤粉化铁炉普遍存在着炉衬侵蚀严重、炉龄短的问题，特别是环形火道以上的熔化喉部，侵蚀特别严重，改进耐火材料并不能取得提高炉衬寿命的显著效果。

图6 湖南动力机厂立式煤粉炉风煤混合器（1971）

图7 上海柴油机厂煤粉炉的水冷夹套（1971）

按文献记录，1971年9月上海柴油机厂首先将该厂的卧式、立式各1台1.5 t/h煤粉化铁炉，全部进行了炉缸区的水冷改造，环形火道、环形火道之上的熔化喉部、前炉与后炉之间的出火孔等炉衬容易侵蚀的部位，仅敷设厚度30～40 mm搪衬（如图10）；在熔化过程中,由于炉衬到冷却水的保护，炉衬侵蚀极少,每次打炉检查,基本上保持原来尺寸,略加整修可继续熔化，起到了延长炉衬寿命的显著效果[15]。

1974年徐州玛钢工具厂的2 t/h煤粉化铁炉，不仅对熔化喉部采用了水套冷却，同时首先对卧式前炉采用水套冷却，基本解决了煤粉化铁炉炉衬寿命短的问题[16]。

上海柴油机厂和徐州玛钢工具厂创造的煤粉化铁炉的水套冷却结构，在其他工厂的煤粉化铁炉上得到了广泛的应用。

6 点火装置与火焰检测

煤粉化铁炉的点火方式包括劈柴火种点火，煤气点火枪、固定式燃气或燃油点火烧咀等三种。

早期的煤粉化铁炉，利用燃烧室和前炉内烘炉劈柴的火种点火、引燃煤粉。如果劈柴火种量小、点火风量大导致点火失败，需要打开燃烧室重新装入劈柴。

其后的一些煤粉化铁炉，炉膛上设置有点火孔，在煤粉化铁炉点火前，首先将燃烧中的煤气点火枪伸入炉膛内；另外一些煤粉化铁炉，出现了固定安装在燃烧室体上的燃气、燃油点火喷咀[14、17]。目前尚未发现当时的燃气、燃油点火喷咀，有使用电子点火装置的记录，点火烧咀应为人工辅助点燃。

火焰检测器是一种检测火焰的电子器件，一般与点火装置配合使用，广泛用于现代工业炉窑。目前尚未发现当时的煤粉化铁炉存在设置火焰检测器的文献记录。当时所有的煤粉化铁炉均设置有看火孔，通过操作者的观察，判断点火是否成功。

7 煤粉燃烧控制

煤粉化铁炉内煤粉的燃烧状态与燃焦冲天炉内的焦炭有明显的区别。煤粉化铁炉的煤粉燃烧需要严格控制空气和煤粉的比例（气煤比），空气不足或者过量均会影响到炉温和铁液温度。影响气煤比的因素很多，包括煤粉中的固定碳的含量、挥发分的化学成分及其各种挥发分的含量、灰分与水分含量，甚至包括空气的温度、压力和湿度。另外，控制气煤比涉及煤粉、空气的计量或定量设备的准确性、电气控制部分的仪表及其控制算法，等等。

虽然煤粉化铁炉的燃烧控制一直受到人们的重视，但中国煤粉化铁炉的燃烧控制技术一直处于落后状态，缺乏必要的燃烧控制系统，绝大多数煤粉化铁炉的燃烧依据炉工的经验进行控制。

1981年初，可以发现湛江市机械研究所和湛江市农机厂合作在《铸工》杂志上连续发表了好几篇煤粉化铁炉自动化控制的文章；他们以当时广泛使用的动圈式指示调节仪为核心，研制出了按体积控制煤粉化铁炉风量的自动调节装置、煤粉化铁炉燃烧控制程序，同时包括自动电点火装置、加料自动控制系统等[18-20]。

1981年，当时的一机部曾对湛江的一台煤粉化铁炉进行过技术鉴定[21]，因此推测当时湛江市机械研究所可能承担了一机部煤粉化铁炉的研制任务，研制任务的主要课题应该就是煤粉化铁炉的燃烧控制。可惜的是，煤粉化铁炉在1981年的发展已显式微，目前尚未发现湛江市机械研究所研制的煤粉化铁炉燃烧控制系统推广应用的任何文献记录。

8 煤粉化铁炉的井喷式发展与沉寂

从1970年到1971年《铸造机械》和《铸造》编辑部刊发的一些消息或调查，可以看到中国煤粉化铁炉在此期间的井喷式发展。

1971年《铸造机械》第4期刊登了一组关于煤粉化铁的专题文章[22]，介绍了南京、广东的一些煤粉化铁炉，其编后语称：“我国工人阶级创造的、具有伟大战略意义的煤粉化铁新技术,已在全国普遍开花结果,这项新技术的巩固、推广和提高工作,也在迅猛发展，形势一片大好!”

1971年《铸造机械》编辑部在第5期刊发的“急令：煤粉化铁水 备战、备荒、为人民—煤粉化铁动态[23]”一文中称：“广东省东莞县为了加快发展地方工业,推广煤粉化铁,不到一年就改建和新建了33座煤粉炉。”“浙江省为了利用本省长广煤化铁,省、市主管部门领导亲自在绍兴铸造厂组织试验,取得成功后,又在省内九个地区扩大试验,然后推广应用。目前全省已建成了50多座煤粉化铁炉。”

《铸工》杂志于1970年第1期转载了一机部情报所《技术革新简报》一则关于煤粉化铁炉简报，该文称[24]：“这项新技术一出现,就显示出强大的生命力，发展很快。现在已有上海燎原铸造厂、南京第四机床厂、南京线路器材厂、南京新生工厂、青岛生建机械厂、广东省化工机械厂(江门市)、郑州机床厂等单位推广应用。”

1971年《铸工》增刊集中刊发了大连红旗造船厂、青岛生建机械厂、广东江门红星机械厂、南昌柴油机厂、广西玉林朵油机厂、上海油机厂、广东省东莞县寮步公社农械厂、广东东莞机电厂、广东江门化机厂、绍兴新光五金社厂、北京金属结构厂等工厂使用煤粉化铁炉的经验和消息，并称“煤粉化铁炉像雨后春笋在全国各地不断胜利诞生”[25]。

在1971年《铸工》增刊中，编辑部搜集、刊载了“国内一些工厂煤粉化铁情况[8]”，其中介绍了黑龙江、吉林、辽宁、河北、河南、山东、江苏、上海、浙江、安徽、湖北、江西、广东、广西、贵州、陕西、甘肃等17个省市60个有代表性的工厂煤粉冲天炉的使用情况，其中熔化率最大的煤粉化铁炉为第一重型机械厂的7.5 t/h卧式煤粉冲天炉。

为什么中国煤粉化铁炉在此期间得到了井喷式的发展？在1970年到1972年涉及煤粉化铁炉的历史文献中，可以频繁发现“节省焦炭、支援钢铁”、“反帝反修”、“准备打仗”等。这些字样记录了当时的社会现状，可以说明中国煤粉化铁炉在此期间得到井喷式发展的原因。钢铁工业发展速度过快导致焦炭供应紧张、当时国际形势变化莫测等等原因，使这种自成体系、方便灵活、适合于战争生产的煤粉化铁炉，不仅受到了工业行政部门的高度重视，也是许多铸造厂的无奈选择。

涉及煤粉化铁炉的历史文献绝大多数集中于1970年到1972年之间，时间最晚的出现于1985年，涉及厦门铸造厂煤粉化铁炉的除尘和余热利用[26]；另外一篇涉及一台煤粉化铁炉改作退火窑使用[27]，透露了这种熔化炉的式微。此后的公开刊物中，再无煤粉化铁炉的任何记录，研究呈沉寂状态。该炉的式微与沉寂，与中国焦炭的市场供应改善直接相关，兴亦焦炭、衰亦焦炭。

9 煤粉化铁炉其他

1970年9月，南昌柴油机厂在建成的煤粉化铁炉上,成功地将分子筛制氧新技术用于煤粉化铁炉进行加氧送风[11]。南昌柴油机厂是江西省较早使用煤粉化铁炉的工厂，同时是文献记录中，中国唯一将加氧送风技术用于煤粉化铁炉的工厂。

据河北工业大学钱立先生1979年的研究，附加煤粉冲天炉1973年由孝感地区柴油机厂在其多排小风口冲天炉上最先试验成功；到1979年，附加煤粉的熔化技术应用于卡腰护、中央送风冲天炉、两排大间距冲天炉，炉子吨位包括1 t/h至15 t/h，天津、北京、辽宁、山东、河北等省市均有应用[28]。按照附加煤粉冲天炉的出现时间，煤粉化铁炉的相关技术可能对附加煤粉冲天炉产生过一些影响，两者或者存在一定技术传承关系。

在现有的历史文献中，尚未发现北京、内蒙、山西、新疆、西藏、青海、云南等七省区存在使用煤粉化铁炉的记录。

[1] 青岛生建机械厂.煤粉化铁简介[J] .铸造机械,1968(4):36-38.

[2] 绍兴铸造厂革委会报道组.冶炼工艺上的重大革新—煤粉化铁新技术[J]. 科技简报,1970(12):2-4.

[3] 大连红旗造船厂. 树雄心、立壮志，为煤粉化铁闯新路[J]. 铸工,1971(Z1):14-21.

[4] 广东江门红星机械厂.不断实践,创出煤粉化铁新炉型—立式煤粉化铁炉投产应用[J]. 铸工,1971(5):6-8.

[5] 广东佛山铸造厂.白煤粉化铁一万八千多吨[J].铸造机械1974(Z1):60-66 .

[6] 广东江门红星机械厂.双燃烧室卧式煤粉化铁炉[J]. 铸工,1971(6):30.

[7] 广东江门化机厂.双燃烧室卧式煤粉化铁炉[J].铸工,1971(6):30.

[8] 铸工编辑部.国内一些工厂煤粉化铁情况[J].铸工,1971(Z1):36-43.

[9] 铸工编辑部. 国内一些工厂煤粉化铁使用煤种情况[J].铸工,1971(Z1):44

[10] 熊家骥.2吨/小时立式热风煤粉化铁炉改进成功[J]. 铸工,1974(6):30-35.

[11] 南昌柴油机厂.1.5吨煤粉化铁炉在我厂的应用[J].铸工,1971(Z1):13-18+29.

[12] 沈阳机床一厂.立式前炉煤粉化铁炉[J]. 铸工,1971(6):13-17.

[13] 上海柴油机厂.1.5吨卧式冷风煤粉化铁炉[J]. 铸工,1971(Z1):34-35.

[14] 湖南省动力机厂,湖南大学.立式煤粉化铁炉[J].铸造机械,1972(3):32-39.

[15] 上海柴油机厂革委会. 水冷炉衬煤粉化铁炉[J]. 铸工,1972(2):25-29.

[16] 沈汝梁.热风水冷炉衬煤粉化铁炉[J].铸工,1975(5):50-52.

[17] 南京第四机床厂. 如何提高煤粉化铁炉的铁水温度[J] .铸造机械,1972(4):43+46.

[18] 朱炳培.煤粉化铁炉程序控制与自动调节试验[J].铸工,1981(2):50.

[19] 刘湖昌.煤粉化铁炉机械装置试验[J].铸工,1981(2):50.

[20] 刘湖昌,何均发.煤粉化铁炉的检测装置[J]. 铸工,1981(3):30-31.

[21] 张焕文,李安民.一机部铸造化铁炉用煤粉标准审定会议及煤粉化铁炉鉴定会在湛江召开[J]. 铸工,1981(2):62.

[22] 铸造机械编辑部.煤粉化铁专题[J]. 铸造机械,1971(4):24-51.

[23] 铸造机械编辑部.急令煤粉化铁水 备战、备荒、为人民—煤粉化铁动态[J]. 铸造机械,1971(5):8 .

[24] 铸工编辑部.介绍煤粉化铁新技术[J]. 铸工,1970(1):38-39.

[25] 铸工编辑部.煤粉化铁炉[J]. 铸工,1971(Z1):13-47.

[26] 胡运康.厦门铸造厂2t/h煤粉化铁炉除尘与余热利用系统[J].铸造,1985,04:53-55.

[27] 王耀玺,梁山,吕正杰.用煤粉化铁炉进行可煅铸铁退火[J].铸造技术,1985(4):30-31.

[28] 钱立.附加煤粉冲天炉的理论探讨和生产控制[J].河北工学院学报,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

稿件编号:1511-1119

张明（1958—），男，高级工程师，主要从事燃焦冲天炉、燃气化铁炉的技术研究和项目规划工作.