中国钢铁冶金和冶金装备行业的开拓者:靳树梁
发布时间:2020-03-08 来源: 点击:117
靳树梁(1899.1.1-1964.1.1),冶金学家,炼铁专家,冶金教育家,中国科学院学部委员(1993年改称院士)。40年代他积极开拓小型高炉技术,并取得突出成绩,使威远铁厂的炼铁技术经济指标居当时中国同类型高炉之冠。靳树梁多年从事高炉强化理论研究,开拓了承德钢铁公司钒钛磁铁矿高炉冶炼新工艺。在办学中,他倡导理论与实践相结合、厂校结合,领导东北工学院(现东北大学)建立了教学、科研、生产三结合体制;主编了结合中国实际的《现代炼铁学》。
抗战初期,中国半壁河山沦陷,西南地区只有小规模的土铁生产,远不能满足抗战的需要。当时拆迁到四川的是原六河沟铁厂的100吨高炉,由于四川地区炼铁原料产地分散,产量小,运输也很不方便,短时期内不能满足重建100吨高炉的需要。为满足抗战急需,决定先建一座20吨高炉,由靳树梁负责设计。靳树梁在既无前人经验,又缺国外资料的情况下,根据现实条件,充分利用拆迁来的钢铁材料,克服重重困难,完成了设计。经过一年时间建设,于1940年3月2日正式开炉投产,较快地为抗战提供了生铁。靳树梁曾撰文说:小型炼铁炉为近代新技术在交通困难、矿层贫薄情况下,供战时生铁急需的时代产物。而东西典籍,查无资料记载,缺乏资料可以引证。创行伊始,众目睽睽,一国既出,群相效尤,得以救活当时之铁荒现象,实为中国工业上之莫大成就。这确实是当时实际情况的写照。继上述高炉外,靳树梁还为永荣铁厂设计了一座5吨高炉,为云南钢铁厂设计了一座50吨高炉,改造了威远铁厂的15吨高炉。1944年12月,靳树梁发表了《小型炼铁炉之设计》,这是中国首篇较详细地总结小型高炉设计的材料。
小型高炉
40年代初期的小型高炉普遍存在焦炭消耗高、产量低的问题。靳树梁对此进行了深入研究,认为主要是装料时料中粉末多集中于炉墙边缘,料柱边缘透气性过差且易结瘤所引起。为此他设计了小型高炉标准炉喉,使用这种炉喉能使装料时料中粉末适当离开边缘。靳树梁在威远铁厂15吨高炉上首先使用了这种炉喉,并且结合小型高炉特点,进一步探索了与标准炉喉相匹配的合理工艺操作方法,使威远铁厂小型高炉的技术经济指标在抗战期间一直居于同类型高炉之首(其平均焦比为每吨铁1.30吨焦,有时为1.147吨焦;平均日产量为每立方米高炉容积产铁0.413吨。而当时同类型高炉的平均焦比都在2.0吨以上,平均日产量则都在每立方米高炉0.280吨以下)。
靳树梁发明的小型高炉标准炉喉获得了重庆国民政府经济部305号5年专用证书及教育学术审计委员会奖金10000元。他的《小型炼铁炉炉喉设计之探讨》一文在1944年中国工程师学会桂林年会上被评为得奖论文。
靳树梁在小型高炉方面还有其他成就,例如:他根据小型高炉炉缸易冷易冻的特点,改变高炉风口倾角;为使小型高炉在多雨季节也能正常生产而增设炉底防潮设施;创造了被人们冠以靳氏称号的简易烧结法等。这些工作均在实际生产中取得了很好的效果。
高炉冶炼
50年代以前,高炉冶炼强度低,风口前的焦炭层不活跃,炉料都从风口前燃烧区逐步下降,形似漏斗下料,被称为燃烧漏斗受料论。其后,部分炼铁工作者也有沿袭这种看法的。50年代以来,高炉冶炼强度增高,靳树梁认为:高炉风口区炉料运动是高炉全部炉料运动的先导,是决定炉内煤气行为的重要因素。适当调整其内部关系是强化高炉冶炼的关键,也是高炉顺行的基础,必须研究清楚。于是他怀着强烈的责任心和紧迫感,精心地进行了高炉风口区降料理论的研究。从1957年起,他用了近4年的时间研究这一问题。他一方面进行大量的实验室模型试验,另一方面在本溪钢铁公司炼铁厂高炉上进行实地观察和测量,同时还认真分析了国外立体摄影的炉料下降轨迹。他在大量研究工作的基础上,提出了高炉风口前炉料运动的新观点。
他首先明确了风口区的定义。指出风口区是高炉两个特定横截面之间的区域,一个横截面在氧化带的至高点,另一个在氧化带的至低点。同时指出国内外炼铁界将风口区笼统地称为氧化带或者燃烧带过于含混,因为其中还有还原区。
他又指出,现代高炉的各个风口前都有一个炉料持续不断地以回旋方式迅速运动的区域。在实际生产中,这一区域是焦炭剧烈燃烧的地方。不论是向前喷射中的或是向后回旋中的焦炭,都在迅速地燃烧着,所以这些焦炭不可能一再往复循环。国外笼统地命名此区为循环区也是不确切的。
他指出,传统的降料理论,即燃烧漏斗受料论,对风力足以使炉料回旋运动的现代大中型高炉已经过时。
接着,他对风口区的炉料运动,提出了新的假设。他把风口区分为边缘区、回旋区、中心区和回旋区相互之间的中间层等四个部分。设想回旋区的炉料运动是从风口前的焦块的平射或稍微向下斜射开始,然后向上下左右回旋的。中间层的炉料运动以向下为主,但对回旋区有向心倾向。边缘区的炉料以向下降落,集中供应回旋区为主,同时也供应一部分中间层的消耗和进行少量直接还原的耗损。中心区则大量进行着直接还原,消耗焦炭,所以炉料也是下降的。边缘区和中心区各自结合着和它接触的部分中间层,构成炉料下行极为活跃的区域,是两条主要的降料路线。为了验证这一假设,1962年,靳树梁指导李永镇又做了回旋区焦炭消耗的模拟试验,描绘了风口区上方的炉料运动轨迹,上述假设得到验证。试验表明,回施区内焦炭消耗的补给来源,不是来自回旋区上方,而是来自靠近风口端部的上方。焦炭下降到风口端部时,被鼓风吹送而平射进回旋区,好像被装进口袋一样。他将这一现象命名为袋式效应。这一发现,有利于促进高炉强化理论的研究和生产的发展。
靳树梁还领导东北工学院炼铁教研室进行了多项课题研究。早在1953年,他即带领部分教师在本溪钢铁公司进行高炉强化冶炼研究,总结中国高炉强化的经验。1959年,他根据本钢高炉的强化经验,运用苏联扎伏隆科夫(Жаворонков)散料层流体力学公式,解析高炉冶炼强度的规律,对总结中国高炉强化经验起了重要作用。他还建议教研室将高炉强化理论研究作为长远的研究方向之一。
开辟冶炼新工艺
高炉冶炼钒钛磁铁矿在国外已有100多年历史,但只有渣中二氧化钛含量不超过15%时才能顺利生产。用中国承德的矿石冶炼时,渣中二氧化钛含量高达16%~18%,生产达不到设计指标,成本也高,冶炼技术长期未能过关,1961年,承德纲铁公司被调整下马。
1962年,多元铁矿石的冶炼和综合利用课题被列入国家科技发展规划,承德钒钛磁铁矿的冶炼研究也被列入规划。这是一个开拓性课题,意义重大,难度也很大。靳树梁以高度责任感主动承担了这一任务。他诚恳地对炼铁教研室教师说:国家建设的急需,就是的研究方向,承德钒钛磁铁矿冶炼研究是国家急需,炼铁工作者责无旁贷。他又深有感触地说:中国钒钛磁铁矿资源极为丰富,能从事这方面的研究和生产,也是三生有幸。他以丰富的经验和学识,分析了攻克难关的可能性,组成了科研组,并派人赴承德钢铁公司进行实地考察。
1949年上半年,靳树梁任本溪煤铁公司总工程师。当时人民解放战争正在进行,恢复生产,支援战争是当务之急,要求尽快修复高炉。在修复2号高炉时,当清除日伪占领期间留下的满炉炉料和积铁后,发现炉基上有很多又宽又大的裂缝。如何处置,大家意见不一。靳树梁和公司经理杨维召开技术会议,决定采取以下措施,即:在炉基下部打钢筋混凝土箍;用200号沙浆灌注裂缝;而后在炉基上再加一层100~200毫米厚的石棉耐热混凝土垫层,妥善地解决了这一难题。炉基问题解决后,在测量炉子中心线时,发现高炉中心线向上料斜桥方向倾斜了280毫米。有人建议拆掉重建,这确实是个根治的办法,但战事急迫,时不待人,不允许拆除重建。靳树梁为了尽早修复开炉,提出两借方针,即从机械上设法借过一点,再以偏砌耐火砖衬的办法借过一点。随后请来了苏联专家,意见与靳树梁一致。遂用炉口唇圈垫偏垫的办法借过80毫米,再用偏砌耐火砖衬的办法借过120毫米。虽然尚偏80毫米,影响就不大了。
1949年6月30日下午4时,本钢2号高炉正式点火,准备七·一献礼。靳树梁和工人一起,日夜守候在炉旁,当风量加到每分钟500立方米时,空气柱与风口平台发生共振,使整个平台都震动起来,引起震惊。靳树梁凭自己的经验和卓识,果断地提出再加风。一小时后,当风量增至每分钟700立方米时,炉台震动消除了。翌日,当风量达到定额值每分钟920立方米时,炉台纹丝不动。靳树梁和大家都露出笑容。经过三天昼夜艰苦奋斗,1949年7月3日,2号高炉为新中国流出了首炉铁水,全厂一片沸腾,靳树梁也激动得流下了眼泪。
靳树梁调到东北工学院工作后,他仍急生产之所急,屡次帮助工厂解决技术难题。
1953年本钢炼铁厂实行全风量操作。由于原料没有得到相应改善,以致高炉严重结瘤。靳树梁应邀带领炼铁教研室教师多次前往调查研究,提出方案,协助解决了这一问题。
1954年3月,威远铁厂来信要求帮助解决结瘤问题。靳树梁经过周密思考,结合威远铁厂的具体情况,在回函中提出了从加强原料管理入手,搞好炉料筛分入炉,采用中性渣操作,控制适当炉温等措施,为解决炉瘤问题再次作出了贡献。
1958年大建小高炉,靳树梁发现煤气利用上有很大浪费,分析原因是煤气除尘不好。为此他结合小高炉实际,因地制宜地设计了结构简单、造价低廉的竹网除尘器,提高了小高炉煤气利用效率。
1959年他又协助本钢解决高炉强化后风口大量烧损的问题。1960年他分析了本钢高炉炉缸烧穿原因,总结经验教训,提出防止方案。1964年他在病中还函复包头钢铁公司要求协助解决风口严重烧损的问题,建议采用风口外壁加耐火层的办法。靳树梁真是鞠躬尽瘁,为生产呕心沥血。
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