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中國(guó)鋼鐵冶金和冶金裝備行業(yè)的開(kāi)拓者:靳樹(shù)梁

發(fā)布時(shí)間:2020-03-08 來(lái)源: 點(diǎn)擊:360

  靳樹(shù)梁(1899.1.1-1964.1.1),冶金學(xué)家,煉鐵專家,冶金教育家,中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員(1993年改稱院士)。40年代他積極開(kāi)拓小型高爐技術(shù),并取得突出成績(jī),使威遠(yuǎn)鐵廠的煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居當(dāng)時(shí)中國(guó)同類型高爐之冠。靳樹(shù)梁多年從事高爐強(qiáng)化理論研究,開(kāi)拓了承德鋼鐵公司釩鈦磁鐵礦高爐冶煉新工藝。在辦學(xué)中,他倡導(dǎo)理論與實(shí)踐相結(jié)合、廠校結(jié)合,領(lǐng)導(dǎo)東北工學(xué)院(現(xiàn)東北大學(xué))建立了教學(xué)、科研、生產(chǎn)三結(jié)合體制;主編了結(jié)合中國(guó)實(shí)際的《現(xiàn)代煉鐵學(xué)》。
  抗戰(zhàn)初期,中國(guó)半壁河山淪陷,西南地區(qū)只有小規(guī)模的土鐵生產(chǎn),遠(yuǎn)不能滿足抗戰(zhàn)的需要。當(dāng)時(shí)拆遷到四川的是原六河溝鐵廠的100噸高爐,由于四川地區(qū)煉鐵原料產(chǎn)地分散,產(chǎn)量小,運(yùn)輸也很不方便,短時(shí)期內(nèi)不能滿足重建100噸高爐的需要。為滿足抗戰(zhàn)急需,決定先建一座20噸高爐,由靳樹(shù)梁負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。靳樹(shù)梁在既無(wú)前人經(jīng)驗(yàn),又缺國(guó)外資料的情況下,根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件,充分利用拆遷來(lái)的鋼鐵材料,克服重重困難,完成了設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)一年時(shí)間建設(shè),于1940年3月2日正式開(kāi)爐投產(chǎn),較快地為抗戰(zhàn)提供了生鐵。靳樹(shù)梁曾撰文說(shuō):小型煉鐵爐為近代新技術(shù)在交通困難、礦層貧薄情況下,供戰(zhàn)時(shí)生鐵急需的時(shí)代產(chǎn)物。而東西典籍,查無(wú)資料記載,缺乏資料可以引證。創(chuàng)行伊始,眾目睽睽,一國(guó)既出,群相效尤,得以救活當(dāng)時(shí)之鐵荒現(xiàn)象,實(shí)為中國(guó)工業(yè)上之莫大成就。這確實(shí)是當(dāng)時(shí)實(shí)際情況的寫(xiě)照。繼上述高爐外,靳樹(shù)梁還為永榮鐵廠設(shè)計(jì)了一座5噸高爐,為云南鋼鐵廠設(shè)計(jì)了一座50噸高爐,改造了威遠(yuǎn)鐵廠的15噸高爐。1944年12月,靳樹(shù)梁發(fā)表了《小型煉鐵爐之設(shè)計(jì)》,這是中國(guó)首篇較詳細(xì)地總結(jié)小型高爐設(shè)計(jì)的材料。
  小型高爐
  40年代初期的小型高爐普遍存在焦炭消耗高、產(chǎn)量低的問(wèn)題。靳樹(shù)梁對(duì)此進(jìn)行了深入研究,認(rèn)為主要是裝料時(shí)料中粉末多集中于爐墻邊緣,料柱邊緣透氣性過(guò)差且易結(jié)瘤所引起。為此他設(shè)計(jì)了小型高爐標(biāo)準(zhǔn)爐喉,使用這種爐喉能使裝料時(shí)料中粉末適當(dāng)離開(kāi)邊緣。靳樹(shù)梁在威遠(yuǎn)鐵廠15噸高爐上首先使用了這種爐喉,并且結(jié)合小型高爐特點(diǎn),進(jìn)一步探索了與標(biāo)準(zhǔn)爐喉相匹配的合理工藝操作方法,使威遠(yuǎn)鐵廠小型高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在抗戰(zhàn)期間一直居于同類型高爐之首(其平均焦比為每噸鐵1.30噸焦,有時(shí)為1.147噸焦;平均日產(chǎn)量為每立方米高爐容積產(chǎn)鐵0.413噸。而當(dāng)時(shí)同類型高爐的平均焦比都在2.0噸以上,平均日產(chǎn)量則都在每立方米高爐0.280噸以下)。
  靳樹(shù)梁發(fā)明的小型高爐標(biāo)準(zhǔn)爐喉獲得了重慶國(guó)民政府經(jīng)濟(jì)部305號(hào)5年專用證書(shū)及教育學(xué)術(shù)審計(jì)委員會(huì)獎(jiǎng)金10000元。他的《小型煉鐵爐爐喉設(shè)計(jì)之探討》一文在1944年中國(guó)工程師學(xué)會(huì)桂林年會(huì)上被評(píng)為得獎(jiǎng)?wù)撐摹?br>  靳樹(shù)梁在小型高爐方面還有其他成就,例如:他根據(jù)小型高爐爐缸易冷易凍的特點(diǎn),改變高爐風(fēng)口傾角;為使小型高爐在多雨季節(jié)也能正常生產(chǎn)而增設(shè)爐底防潮設(shè)施;創(chuàng)造了被人們冠以靳氏稱號(hào)的簡(jiǎn)易燒結(jié)法等。這些工作均在實(shí)際生產(chǎn)中取得了很好的效果。
  高爐冶煉
  50年代以前,高爐冶煉強(qiáng)度低,風(fēng)口前的焦炭層不活躍,爐料都從風(fēng)口前燃燒區(qū)逐步下降,形似漏斗下料,被稱為燃燒漏斗受料論。其后,部分煉鐵工作者也有沿襲這種看法的。50年代以來(lái),高爐冶煉強(qiáng)度增高,靳樹(shù)梁認(rèn)為:高爐風(fēng)口區(qū)爐料運(yùn)動(dòng)是高爐全部爐料運(yùn)動(dòng)的先導(dǎo),是決定爐內(nèi)煤氣行為的重要因素。適當(dāng)調(diào)整其內(nèi)部關(guān)系是強(qiáng)化高爐冶煉的關(guān)鍵,也是高爐順行的基礎(chǔ),必須研究清楚。于是他懷著強(qiáng)烈的責(zé)任心和緊迫感,精心地進(jìn)行了高爐風(fēng)口區(qū)降料理論的研究。從1957年起,他用了近4年的時(shí)間研究這一問(wèn)題。他一方面進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn),另一方面在本溪鋼鐵公司煉鐵廠高爐上進(jìn)行實(shí)地觀察和測(cè)量,同時(shí)還認(rèn)真分析了國(guó)外立體攝影的爐料下降軌跡。他在大量研究工作的基礎(chǔ)上,提出了高爐風(fēng)口前爐料運(yùn)動(dòng)的新觀點(diǎn)。
  他首先明確了風(fēng)口區(qū)的定義。指出風(fēng)口區(qū)是高爐兩個(gè)特定橫截面之間的區(qū)域,一個(gè)橫截面在氧化帶的至高點(diǎn),另一個(gè)在氧化帶的至低點(diǎn)。同時(shí)指出國(guó)內(nèi)外煉鐵界將風(fēng)口區(qū)籠統(tǒng)地稱為氧化帶或者燃燒帶過(guò)于含混,因?yàn)槠渲羞€有還原區(qū)。
  他又指出,現(xiàn)代高爐的各個(gè)風(fēng)口前都有一個(gè)爐料持續(xù)不斷地以回旋方式迅速運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。在實(shí)際生產(chǎn)中,這一區(qū)域是焦炭劇烈燃燒的地方。不論是向前噴射中的或是向后回旋中的焦炭,都在迅速地燃燒著,所以這些焦炭不可能一再往復(fù)循環(huán)。國(guó)外籠統(tǒng)地命名此區(qū)為循環(huán)區(qū)也是不確切的。
  他指出,傳統(tǒng)的降料理論,即燃燒漏斗受料論,對(duì)風(fēng)力足以使?fàn)t料回旋運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)代大中型高爐已經(jīng)過(guò)時(shí)。
  接著,他對(duì)風(fēng)口區(qū)的爐料運(yùn)動(dòng),提出了新的假設(shè)。他把風(fēng)口區(qū)分為邊緣區(qū)、回旋區(qū)、中心區(qū)和回旋區(qū)相互之間的中間層等四個(gè)部分。設(shè)想回旋區(qū)的爐料運(yùn)動(dòng)是從風(fēng)口前的焦塊的平射或稍微向下斜射開(kāi)始,然后向上下左右回旋的。中間層的爐料運(yùn)動(dòng)以向下為主,但對(duì)回旋區(qū)有向心傾向。邊緣區(qū)的爐料以向下降落,集中供應(yīng)回旋區(qū)為主,同時(shí)也供應(yīng)一部分中間層的消耗和進(jìn)行少量直接還原的耗損。中心區(qū)則大量進(jìn)行著直接還原,消耗焦炭,所以爐料也是下降的。邊緣區(qū)和中心區(qū)各自結(jié)合著和它接觸的部分中間層,構(gòu)成爐料下行極為活躍的區(qū)域,是兩條主要的降料路線。為了驗(yàn)證這一假設(shè),1962年,靳樹(shù)梁指導(dǎo)李永鎮(zhèn)又做了回旋區(qū)焦炭消耗的模擬試驗(yàn),描繪了風(fēng)口區(qū)上方的爐料運(yùn)動(dòng)軌跡,上述假設(shè)得到驗(yàn)證。試驗(yàn)表明,回施區(qū)內(nèi)焦炭消耗的補(bǔ)給來(lái)源,不是來(lái)自回旋區(qū)上方,而是來(lái)自靠近風(fēng)口端部的上方。焦炭下降到風(fēng)口端部時(shí),被鼓風(fēng)吹送而平射進(jìn)回旋區(qū),好像被裝進(jìn)口袋一樣。他將這一現(xiàn)象命名為袋式效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn),有利于促進(jìn)高爐強(qiáng)化理論的研究和生產(chǎn)的發(fā)展。
  靳樹(shù)梁還領(lǐng)導(dǎo)東北工學(xué)院煉鐵教研室進(jìn)行了多項(xiàng)課題研究。早在1953年,他即帶領(lǐng)部分教師在本溪鋼鐵公司進(jìn)行高爐強(qiáng)化冶煉研究,總結(jié)中國(guó)高爐強(qiáng)化的經(jīng)驗(yàn)。1959年,他根據(jù)本鋼高爐的強(qiáng)化經(jīng)驗(yàn),運(yùn)用蘇聯(lián)扎伏隆科夫(Жаворонков)散料層流體力學(xué)公式,解析高爐冶煉強(qiáng)度的規(guī)律,對(duì)總結(jié)中國(guó)高爐強(qiáng)化經(jīng)驗(yàn)起了重要作用。他還建議教研室將高爐強(qiáng)化理論研究作為長(zhǎng)遠(yuǎn)的研究方向之一。
  開(kāi)辟冶煉新工藝
  高爐冶煉釩鈦磁鐵礦在國(guó)外已有100多年歷史,但只有渣中二氧化鈦含量不超過(guò)15%時(shí)才能順利生產(chǎn)。用中國(guó)承德的礦石冶煉時(shí),渣中二氧化鈦含量高達(dá)16%~18%,生產(chǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo),成本也高,冶煉技術(shù)長(zhǎng)期未能過(guò)關(guān),1961年,承德綱鐵公司被調(diào)整下馬。
  1962年,多元鐵礦石的冶煉和綜合利用課題被列入國(guó)家科技發(fā)展規(guī)劃,承德釩鈦磁鐵礦的冶煉研究也被列入規(guī)劃。這是一個(gè)開(kāi)拓性課題,意義重大,難度也很大。靳樹(shù)梁以高度責(zé)任感主動(dòng)承擔(dān)了這一任務(wù)。他誠(chéng)懇地對(duì)煉鐵教研室教師說(shuō):國(guó)家建設(shè)的急需,就是的研究方向,承德釩鈦磁鐵礦冶煉研究是國(guó)家急需,煉鐵工作者責(zé)無(wú)旁貸。他又深有感觸地說(shuō):中國(guó)釩鈦磁鐵礦資源極為豐富,能從事這方面的研究和生產(chǎn),也是三生有幸。他以豐富的經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí),分析了攻克難關(guān)的可能性,組成了科研組,并派人赴承德鋼鐵公司進(jìn)行實(shí)地考察。
  1949年上半年,靳樹(shù)梁任本溪煤鐵公司總工程師。當(dāng)時(shí)人民解放戰(zhàn)爭(zhēng)正在進(jìn)行,恢復(fù)生產(chǎn),支援戰(zhàn)爭(zhēng)是當(dāng)務(wù)之急,要求盡快修復(fù)高爐。在修復(fù)2號(hào)高爐時(shí),當(dāng)清除日偽占領(lǐng)期間留下的滿爐爐料和積鐵后,發(fā)現(xiàn)爐基上有很多又寬又大的裂縫。如何處置,大家意見(jiàn)不一。靳樹(shù)梁和公司經(jīng)理?xiàng)罹S召開(kāi)技術(shù)會(huì)議,決定采取以下措施,即:在爐基下部打鋼筋混凝土箍;用200號(hào)沙漿灌注裂縫;而后在爐基上再加一層100~200毫米厚的石棉耐熱混凝土墊層,妥善地解決了這一難題。爐基問(wèn)題解決后,在測(cè)量爐子中心線時(shí),發(fā)現(xiàn)高爐中心線向上料斜橋方向傾斜了280毫米。有人建議拆掉重建,這確實(shí)是個(gè)根治的辦法,但戰(zhàn)事急迫,時(shí)不待人,不允許拆除重建。靳樹(shù)梁為了盡早修復(fù)開(kāi)爐,提出兩借方針,即從機(jī)械上設(shè)法借過(guò)一點(diǎn),再以偏砌耐火磚襯的辦法借過(guò)一點(diǎn)。隨后請(qǐng)來(lái)了蘇聯(lián)專家,意見(jiàn)與靳樹(shù)梁一致。遂用爐口唇圈墊偏墊的辦法借過(guò)80毫米,再用偏砌耐火磚襯的辦法借過(guò)120毫米。雖然尚偏80毫米,影響就不大了。
  1949年6月30日下午4時(shí),本鋼2號(hào)高爐正式點(diǎn)火,準(zhǔn)備七·一獻(xiàn)禮。靳樹(shù)梁和工人一起,日夜守候在爐旁,當(dāng)風(fēng)量加到每分鐘500立方米時(shí),空氣柱與風(fēng)口平臺(tái)發(fā)生共振,使整個(gè)平臺(tái)都震動(dòng)起來(lái),引起震驚。靳樹(shù)梁憑自己的經(jīng)驗(yàn)和卓識(shí),果斷地提出再加風(fēng)。一小時(shí)后,當(dāng)風(fēng)量增至每分鐘700立方米時(shí),爐臺(tái)震動(dòng)消除了。翌日,當(dāng)風(fēng)量達(dá)到定額值每分鐘920立方米時(shí),爐臺(tái)紋絲不動(dòng)。靳樹(shù)梁和大家都露出笑容。經(jīng)過(guò)三天晝夜艱苦奮斗,1949年7月3日,2號(hào)高爐為新中國(guó)流出了首爐鐵水,全廠一片沸騰,靳樹(shù)梁也激動(dòng)得流下了眼淚。
  靳樹(shù)梁調(diào)到東北工學(xué)院工作后,他仍急生產(chǎn)之所急,屢次幫助工廠解決技術(shù)難題。
  1953年本鋼煉鐵廠實(shí)行全風(fēng)量操作。由于原料沒(méi)有得到相應(yīng)改善,以致高爐嚴(yán)重結(jié)瘤。靳樹(shù)梁應(yīng)邀帶領(lǐng)煉鐵教研室教師多次前往調(diào)查研究,提出方案,協(xié)助解決了這一問(wèn)題。
  1954年3月,威遠(yuǎn)鐵廠來(lái)信要求幫助解決結(jié)瘤問(wèn)題。靳樹(shù)梁經(jīng)過(guò)周密思考,結(jié)合威遠(yuǎn)鐵廠的具體情況,在回函中提出了從加強(qiáng)原料管理入手,搞好爐料篩分入爐,采用中性渣操作,控制適當(dāng)爐溫等措施,為解決爐瘤問(wèn)題再次作出了貢獻(xiàn)。
  1958年大建小高爐,靳樹(shù)梁發(fā)現(xiàn)煤氣利用上有很大浪費(fèi),分析原因是煤氣除塵不好。為此他結(jié)合小高爐實(shí)際,因地制宜地設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的竹網(wǎng)除塵器,提高了小高爐煤氣利用效率。
  1959年他又協(xié)助本鋼解決高爐強(qiáng)化后風(fēng)口大量燒損的問(wèn)題。1960年他分析了本鋼高爐爐缸燒穿原因,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),提出防止方案。1964年他在病中還函復(fù)包頭鋼鐵公司要求協(xié)助解決風(fēng)口嚴(yán)重?zé)龘p的問(wèn)題,建議采用風(fēng)口外壁加耐火層的辦法。靳樹(shù)梁真是鞠躬盡瘁,為生產(chǎn)嘔心瀝血。
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