雷麗芳 方一兵 潛偉

(1.北京科技大學冶金與材料史研究所,北京 100083； 2.中國科學院自然科學史研究所,北京 100190)

抗戰(zhàn)時期后方冶金燃料的研究
——以經(jīng)濟部礦冶研究所為例

雷麗芳1方一兵2潛偉1

(1.北京科技大學冶金與材料史研究所,北京 100083； 2.中國科學院自然科學史研究所,北京 100190)

抗戰(zhàn)時期國民政府對工業(yè)資源重新配置與科研技術力量的分配重組,是對中國幾十年來學習并積累西方科學技術以及工業(yè)化能力的一種檢驗,在中國近現(xiàn)代技術史上具有特殊意義。本文以抗戰(zhàn)時期經(jīng)濟部礦冶研究所對后方冶金燃料的研究開發(fā)為例,探討科技工作人員如何在資源、資金、設備、人才等多方限定的條件下,因地制宜地發(fā)展出適應戰(zhàn)時工業(yè)的生產(chǎn)技術。

抗戰(zhàn)時期 冶金燃料 經(jīng)濟部礦冶研究所

近年來抗戰(zhàn)史研究主要從戰(zhàn)爭史、工業(yè)史、經(jīng)濟史等角度入手,而技術史視角的研究還相對薄弱。已有技術史研究多關注后方科技的研究,或介紹科研機構內(nèi)遷及后來取得的科研成果[1,2]、或從工業(yè)科技發(fā)明專利、工業(yè)科研機構、學術團體等角度宏觀介紹戰(zhàn)時大后方工業(yè)科技的發(fā)展概況[3],還有一些學者從某個特定的地域[4]或機構[5,6]入手,探討后方科技推進與人才的培養(yǎng),而從工業(yè)技術本身出發(fā)探討技術發(fā)展的研究不多。本文以抗戰(zhàn)時期經(jīng)濟部礦冶研究所對后方冶金燃料的研究開發(fā)為例,探討后方如何在資源、設備、資金、人才等多方限制的條件下,因地制宜地發(fā)展出適應戰(zhàn)時工業(yè)的生產(chǎn)技術。

1 抗戰(zhàn)后方煉焦技術改進的必要性

1.1 工業(yè)內(nèi)遷導致后方冶金燃料需求增長

沿海沿江工業(yè)內(nèi)遷導致后方對冶金燃料需求急增,是后方進行冶金燃料研究的必要性之一?？箲?zhàn)爆發(fā)之前,我國的工業(yè)絕大部分集中于東南沿海沿江地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計,抗戰(zhàn)之前僅江蘇、浙江及上海三個省市的工廠即達2336家,占全國工廠總數(shù)的56%,工業(yè)區(qū)位分布極其不平衡[7]。七七事變后,一些愛國民營工業(yè)廠家紛紛向國民政府呈文,要求采取緊急措施,把重要工廠的設備拆遷往內(nèi)地,以免落入敵用；同時,要求在后方重新設廠,生產(chǎn)抗戰(zhàn)所需物資。1937年7月22日,國民政府軍委會密令成立國家總動員設計委員會,指定資源委員會籌辦包括遷廠問題在內(nèi)的資源統(tǒng)制。8月10日,行政院第324次會議決議由資源委員會、財政部、軍政部及實業(yè)部會同組織上海工廠內(nèi)遷。10月,蔣介石核準廠礦遷移原則及監(jiān)督遷移辦法,明確遷移的廠礦主要分為兩種,一為軍需廠礦,二為普通廠礦([8],69頁)。11月20日國民政府發(fā)表移駐重慶宣言。1938年8月4日,政府全部遷移重慶后,蔣介石指令以川、黔、湘西為內(nèi)遷廠礦設廠復工的主要地區(qū)?！芭愣肌敝貞c成為抗戰(zhàn)大后方冶金工業(yè)的中心[9]。

抗戰(zhàn)前四川省只能生產(chǎn)土鐵,因其含硅太低而不能翻砂與車制。1919年熊克武等籌建的重慶煉鋼廠亦時辦時停,直到1937年1月才出第一爐鋼。而四川原有規(guī)模較大的鋼鐵廠僅重慶煉鋼廠、華西煉鋼廠以及龍飛甡泰民生等翻砂廠數(shù)家,所需生鐵多取自六河溝和漢陽鐵廠以及本地土法煉爐?？箲?zhàn)爆發(fā)后,各地鋼鐵事業(yè)在政府及企業(yè)的合作下,遷入四川的有鋼鐵廠遷建委員會、上海鋼鐵廠、大鑫煉鋼廠等,而原有的重慶煉鋼廠與華西煉鋼廠也在設計擴充以應抗戰(zhàn)需求；翻砂廠遷入四川的有六河溝、永利、大公等數(shù)家。隨著抗戰(zhàn)的推進,鋼鐵冶煉需要頓增,焦炭供給成為嚴重的問題,抗戰(zhàn)之初預計增加生鐵產(chǎn)量每日約200余噸,所需焦炭每日約三四百噸,焦炭用煤每日不低于600噸[10]。如何改良本地煤質(zhì)用以煉焦并適合于冶金鑄件,成為抗戰(zhàn)初期后方冶金工業(yè)急需解決的重要技術問題。

1.2 川煤煤質(zhì)不經(jīng)洗選不能煉制冶金焦

據(jù)實業(yè)部地質(zhì)調(diào)查所估計,四川、云南、貴州、廣西四省的煤炭儲藏量共計13350兆噸,其中四川9874兆噸,云南1627兆噸,貴州1549兆噸,廣西300兆噸([11],23—30頁)。四川省煤田儲量占后方四省煤炭儲量的74%。而四川煤田主要為二疊紀與侏羅紀煤田,二疊紀煤質(zhì)厚,開采較易,但所含灰質(zhì)及硫磺太高,并不適合用于制煉冶金焦。侏羅紀煤分布雖廣,煤質(zhì)較善,但煤層過薄,開采成本較高；其含硫雜質(zhì)雖少,但粘著性及膨脹性不足,不易堅結成塊,也不適于單獨制煉冶金焦。此外,二疊紀和侏羅紀煤的灰分含量均太高,不經(jīng)洗選,均不能煉制冶金焦。因此,長期以來一直有川煤不能煉制冶金焦的說法。民國時期,四川土法煉焦雖隨處可見,但各煤礦進行煉焦的出發(fā)點只是為末煤尋求出路,專供家庭燃料使用,對洗煉技術向來不考究。因此,所煉焦類,質(zhì)松易碎,經(jīng)遠道運送或日久積壓,極易出現(xiàn)碎末,煉鐵爐使用極不經(jīng)濟,普通商家亦多有詬??；而且硫分含量在1.5%以上,灰分甚至高達20%左右,用其供給熔鐵爐,更加不受歡迎[9]。生鐵需含硫0.05%以下時方適合于作為鑄件,因為含硫過高,易使鐵質(zhì)硬脆且多砂眼,不合一般工業(yè)材料的需要。而鋼鐵中硫的來源主要為焦炭,所以欲降低鋼鐵中的硫分,則必須盡量降低焦炭中的硫分,雖然也可以在煉鐵爐中減少硫分,但需要增加石灰石和焦炭的用量,這不但減少煉鐵產(chǎn)量而且增加了成本。據(jù)鋼鐵專家計算,減低焦炭的灰分1%,每噸生鐵的成本可省美金2.5角；減低硫分1‰,每噸生鐵成本可減少美金1.5—3角[10]。然而,四川土法所煉制焦炭的焦質(zhì)硫分含量與灰分含量,均遠高于冶金焦的標準要求的硫分≦1.5%,灰分≦10%[12]。由此可見,利用川煤制煉冶金焦炭,必須進行川煤洗選研究,這是進行后方冶金燃料研究的必要性之二。

2 經(jīng)濟部礦冶研究所對四川省土法洗煤煉焦技術的改進

基于后方冶金燃料的急需,當時的礦冶工程師們紛紛出謀劃策,尋找川煤洗煤煉焦技術的改良方法,探討四川冶金焦炭的供給問題。最早對四川煤炭的煤質(zhì)進行研究的是中國西部科學院理化研究所*中國西部科學院是中國第一家民辦科學院,成立于1930年10月,盧作孚任院長。其工作特點是理論研究的同時更注重應用科學的研究,其目的是為地方政府提供咨詢?？箲?zhàn)時期,理化研究所為適應戰(zhàn)爭及社會的急需,其中心工作為對燃料問題之研究、市場礦產(chǎn)計工業(yè)原料之分析與應用化學之研究。。該所自1932年11月至1942年8月針對四川煤炭進行過大量的分析實驗,曾分析四川各地煤樣品1826種,辨明了四川各地煤礦的煤質(zhì)情況,對工礦、冶煉業(yè)選用煤提供了重要參考[13],所長李樂元*李樂元(1908—1969),湖南攸縣人,畢業(yè)于北京大學化學系,曾任中國西部科學院研究員、理化研究所主任。曾考察過犍為沫溪煉焦廠的低溫蒸餾情況[14],并取川省煤樣20多種進行低溫蒸餾試驗[15]。經(jīng)濟部地質(zhì)調(diào)查所沁園燃料研究室工程師蕭之謙*蕭之謙,江蘇鎮(zhèn)江人,于美國本雪凡尼亞省立大學獲得博士學位,專長地質(zhì)。1936年下半年,軍事委員會資源委員會與地質(zhì)調(diào)查所為研究煙煤和油頁巖的低溫干餾石油技術,曾在南京水晶臺設立工廠,設有試驗裝置,由蕭之謙主持研究工作。,曾制定過《冶金焦評價之標準》,并作天府原煤的洗選及煉焦試驗,發(fā)現(xiàn)天府煤含硫量不易用洗滌方法減低至適當限度,洗煤所煉焦炭,含硫仍高達1.77%。蕭之謙認為改良方法宜以低硫煤與天府煤摻和煉焦,并可在煉焦過程中,加小量煤觸劑,使炭中硫分去除[16]。重慶大學礦冶系羅冕教授*羅冕(1888—1958),號冠英,畢業(yè)于成都省立高等工業(yè)學校礦冶科,后考取公費留學英國,進伯明罕大學冶金系,1918年畢業(yè),獲理科學士學位，是西昌的第一個留英學士。在求學期間,曾任薛菲爾鋼鐵廠工程師。1923年返國后,歷任北京農(nóng)商部礦政司技正、陜西省政府總工程師兼辦銅元局、重慶大學工學院院長等職。以寶源公司原煤為試驗原料,采用土法洗煤和改造土法煉焦爐的方法進行洗煤煉焦改良試驗,試驗結果表明該改良方法并不適用于灰重之煤[17]。渠江礦業(yè)公司工程師王之楨*王之楨,號輔周,河北正定人,生于1911年,1936年畢業(yè)于北洋工學院礦冶系?？箲?zhàn)時期曾任渠江礦業(yè)公司工程師,該公司是在抗戰(zhàn)中建立起來的小型民營機器鋼鐵廠,籌備于1939年11月,廠址設于達縣鐵山老君殿,主要生產(chǎn)灰口鐵。則主要采用改進手工洗選方式[18]。

與前述四個單位不同,經(jīng)濟部礦冶研究所以朱玉崙*朱玉崙(1901—1989),河北臨城人,1925年畢業(yè)于北洋大學礦冶系,1932年獲美國伊利諾伊大學研究院工程碩士學位,1935年獲美國西弗吉尼亞大學研究院工科博士學位,同年回國。曾任北洋大學教授、礦冶系主任,1938年開始任國民政府經(jīng)濟部礦冶研究所所長,1946年至1948年主持修復了石景山鋼鐵廠,任鋼鐵廠經(jīng)理。、俞再麟*俞再麟(1906—1947),浙江嵊縣人,中國礦冶工程學會會員。1932年畢業(yè)于北洋大學采冶科，得工學士學位。曾在河北唐山開灤礦務局實習20月,后任任南京建設委員會事業(yè)處礦業(yè)科技佐,抗戰(zhàn)時期任經(jīng)濟部礦冶研究所選礦組技士。、劉波一等為代表,投入的科研力度最大,研究最為系統(tǒng),取得的科研成果最為豐碩。經(jīng)濟部礦冶研究所根據(jù)自身的試驗經(jīng)驗,歸納總結《洗煤標準試驗方法》,并以此標準,對四川二疊紀和侏羅紀兩種煤的重點煤礦分別進行了較為系統(tǒng)的浮沉試驗和溜槽試驗,并就試驗結果建立了試驗洗煤煉焦廠,煉制出灰、硫均低,適于煉鐵的焦炭,解決了戰(zhàn)時焦炭供不應求的技術難題,起到了先鋒示范作用,促進了后方焦炭工業(yè)的迅速發(fā)展。下文將以經(jīng)濟部礦冶研究所為中心,介紹其對川煤洗煤煉焦技術的改良試驗過程。

2.1 經(jīng)濟部礦冶研究所的設立

1938年3月3日,國民政府為了開發(fā)利用抗戰(zhàn)后方的礦冶資源,將資源委員會原屬的采礦、冶金兩室合并*八一三事變后,冶金室仍留守南京,南京失守后,冶金室的儀器設備基本未能撤出,人員撤到重慶后,在四川綦江三岐創(chuàng)設了一個純鐵(海綿鐵)冶煉廠,由葉渚沛任廠長。因此礦冶研究所名義上是由礦室和冶金室合并成立,實際上冶金室基本上沒有補充人員、設備。,成立了一個礦冶研究所,并委任原礦室主任朱玉崙擔任該所所長[19]。經(jīng)濟部礦冶研究所是我國第一個也是當時唯一的一個專門從事礦冶學術研究的機構。根據(jù)礦冶研究所組織條例規(guī)定,該所執(zhí)掌范圍包括：(1)采礦選礦工程技術之研究；(2)燃料開發(fā)及利用之研究；(3)鋼鐵及非鐵金屬冶煉之研究；(4)其他有關礦冶資源之調(diào)查、研究。此外,根據(jù)抗戰(zhàn)的急需,研究所的科研工作又特別注意以下四個方面：(1)作為工業(yè)基礎的煤鐵工業(yè)；(2)作為充實國庫基金和換取外匯的主要物資如金、鎢、銻、錫、工；(3)有關軍工、民用急需的金屬,如銅、鋅、鋁；(4)有關技術政策的調(diào)查研究。四川雖是“天府之國”,有“中國糧倉”之稱,但工業(yè)基礎十分薄弱,大部分廠礦生產(chǎn)仍多沿用土法,不僅生產(chǎn)效率很低,而且缺乏安全保障。面對這種現(xiàn)實,礦冶研究所提出了“依靠實事求是、土洋結合、因陋就簡、因地制宜、求速效實效”的科研工作指導思想。工作中,先以調(diào)查研究,繼之以科學試驗,復又根據(jù)試驗研究結果,或擬具建議提供有關方面參考,或派人員作技術指導以改進土法生產(chǎn),更進而設示范廠,以利推廣([19],74頁)。由于抗戰(zhàn)期間經(jīng)費十分拮據(jù),研究所的事業(yè)費加上資源委員會每月補助的2000元,合計不過6000余元,因此,只能簡化組織機構,緊縮人員編制。業(yè)務方面,初期僅分設采礦、選礦、冶金、煤焦和化驗5個研究室,室內(nèi)設主任一人,技正、技士、技佐和實習生若干人。研究所技術人員,包括原礦室的10名技術人員,總共不過40余人,大部分是在抗戰(zhàn)前后從各大專院校挑選進來的優(yōu)秀畢業(yè)生,也有新招考進來的實習生,室主任大部分是當時礦冶界知名專家、學者和教授([19],73頁)。

2.2 礦冶研究所對四川省土法洗煤煉焦技術的改進

2.2.1 抗戰(zhàn)初期對四川省煤焦資源的調(diào)查與研究

為了搜集第一手材料,搞清楚后方礦產(chǎn)資源和生產(chǎn)情況,經(jīng)濟部礦冶研究所在成立之初便派大批技術人員分赴各地廠礦進行現(xiàn)場調(diào)查。先后派出李公達、張伯平、馬濬之、石充、汪允慶、王恒源、安朝俊、施家福、王子祐、朱玉崙、任廷江、王世豐、劉樹人、王栻、周同藻、陳耀德、謝家蘭、侯恩銑、趙天從、張卯鈞、李維鈞、龍丕炎、李嘉善等24人,調(diào)查了四川、貴州、湖南、西康、湖北、云南、陜西等7省57縣市包括煤、鐵、石油等27種礦產(chǎn)資源,先后完成調(diào)查及研究報告200余篇,對于大后方礦冶業(yè)的開發(fā)和發(fā)展具有重大的指導意義[20]。

抗戰(zhàn)之初,經(jīng)濟部礦冶研究所對四川煤田及煤礦進行了廣泛調(diào)查與研究,有關煤焦的調(diào)查研究報告就達20多個。例如,技士王恒源在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),川省其他各處所用的煉焦方法與南川處大同小異,大部分采用圓形(釜形)煉焦爐。該土法煉焦方法簡單迅速,成本較低,但所煉出的焦炭有四個缺點：一是火道周圍的煤內(nèi)摻土,易使所煉的焦炭灰分增高；二是火道周圍攙土量不好控制,摻土過多易造成焦炭灰分增高,過少則大火道易坍塌堵塞；三是由于沒有砌磚的墻壁,粘性差的煤在燃燒時易出現(xiàn)上部煤炭坍塌的現(xiàn)象；四是由于爐內(nèi)裝煤較厚,火力不易控制,火力太大焦炭亦成灰,火力太小則燃燒不透不能成焦炭。因此,所煉焦炭適合作日常生活燃料,并不適用于煉鐵([21],9頁)。

對四川省土法洗煤煉焦技術的改進是礦冶研究所重點礦產(chǎn)試驗研究的主要內(nèi)容之一,該項試驗研究是在所長朱玉崙的直接指導下進行的,參與人員主要有煤焦研究室主任俞再麟、技副任廷江以及工程師白燕武、劉波一等。朱玉崙指出,想要利用川煤煉制冶金焦,第一須減低灰分,第二須減低硫分。減低灰分可利用比重,采用洗選,方法較為簡單；而硫質(zhì)的成分較為復雜,因此去硫所用的方法較為繁瑣,可分別在采礦、篩選、洗煤、煉焦四個過程中去硫。因此可從川煤洗選試驗,改良土法洗煤技術、以及改良土法煉焦三個方面入手[9]。

2.2.2 對四川主要煤礦的洗選試驗

煤的洗選對改善煤質(zhì)、焦質(zhì)十分重要,直接關系著冶煉成品的成本和質(zhì)量。早在資源委員會礦室時期,朱玉崙和俞再麟等即針對我國的主要煤礦進行過洗選試驗。為了確保試驗的迅速與正確,他們曾參閱中西各書,厘定試驗標準方法,并將《洗煤試驗標準方法》于1938年11月1日發(fā)表在《礦冶半月刊》上,供從事洗煤試驗工作者遵循參考與普及[22]。

鑒于川煤不經(jīng)過洗選不適宜制煉冶金焦的特點,礦冶研究所于1939年遷后峯巖新所址之初,就在白廟子戲臺上著手對四川二疊紀與侏羅紀煤分別進行浮沉試驗*浮沉試驗是利用煤與雜質(zhì)之間的比重(相對密度)的不同·使彼此分離,是探求煤與雜質(zhì)關系,以便決定洗選方法。預測產(chǎn)品品質(zhì)·計算各種效率·就試驗程序而論,可分為取樣篩析,浮沉分類及化驗各項。和溜槽試驗。當時四川開采的二疊紀煤礦計有天府、三才生、南桐等礦,經(jīng)濟部礦冶研究所利用該所設備對天府、三才生、南桐、寶源、全濟、江合等礦的煤樣進行試驗,并以天府煤的試驗最為詳盡。因當時天府礦具有機械設備,大量生產(chǎn)最有把握,故在該礦井下按標準步驟,分槽取樣,然后作煤質(zhì)分析、篩析試驗、浮沉試驗等,設法改良煤質(zhì)。在天府井下煤層,大類分內(nèi)連和外連兩層,內(nèi)連能煉焦,外連不結焦,僅可作普通燃料[23]。天府煤洗選試驗亦以內(nèi)連為限。內(nèi)連從上至下分七層,分別是天平、子連、牛肉、二連、底連、沙連和夾沙,由于當時底連炭以下的碳層尚未開采,故僅以天平、子連、牛肉、二連、底連五層所取樣品進行試驗,完成了《四川二疊紀煤洗選性質(zhì)試驗報告》。報告指出：

1.內(nèi)七連炭除底連炭外均可煉焦。除天平炭外,灰分均不甚高,而硫分均在1%以上。子連炭含有機硫較多,其余各連以無機硫居多,證之浮沉試驗,無機硫難以洗凈,尚有一部分混在煤中,至于硫酸硫因含量甚少,影響于煤質(zhì)者亦微。2.根據(jù)篩析結果,塊煤之灰分及硫分往往較末煤為多,是概因牛肉炭及二連炭質(zhì)松易碎,大部分走入末煤之故,如將十公厘以上之塊煤篩去,可得灰分硫分較低之末煤,為量約當全量70%左右,復根據(jù)浮沉試驗,如將此末煤在比重1.5處分開,可得含灰10%,含硫百分1.3%之凈煤約80%,其所制之焦,當可合冶金之選。3.根據(jù)浮沉試驗結果,若將子連炭牛肉炭及二連炭之統(tǒng)煤,在比重1.5處加以洗選,則可得含灰10%以下、含硫1.5%以下之凈煤約90%左右,其所制成之焦尚可供冶金之用。4.若以二連炭及牛肉炭在1.4比重處分界,則可得凈煤80%,其所含之灰分當在10%以下,而硫分在1.3%左右,所制之焦炭,但可適合冶金之需。5.天平炭與底連炭經(jīng)洗選后,其品質(zhì)亦可大見進步,惟是否經(jīng)濟則待決于其他條件也。[24]

洗選試驗結果表明,天府煤(二疊紀煤)的內(nèi)連能結焦,外連不能結焦；內(nèi)連取天平、子連、牛肉、二連、底連共五層煤樣,以中間三層為較優(yōu),其中又以牛肉、二連較子連為優(yōu),經(jīng)適當?shù)奶韵?約可得凈煤80%,其所含灰分在10%以下,硫分在1.3%以下,所制焦炭可適合化鐵所用。

礦冶研究所就洗煤煉焦試驗的結果,于1939年5月呈報經(jīng)濟部批準,在北川鐵路麻柳灣車站附近創(chuàng)辦了一個試驗洗煤煉焦廠,該廠的主要原料是天府二疊紀煤,揮發(fā)物在15%左右,結焦性較弱,在處理這種結焦性微弱的煤時,困難不在于去灰去硫的程度,關鍵在于能否成焦,因此洗煉標準的制定就顯得尤為重要了。若盲目從事洗煉,一旦焦未能結成,則損失太大,因此,寧可在洗選上多加費用,并于洗選之前先用坩堝試驗結焦性,洗選之后,必經(jīng)浮沉試驗,合乎標準的焦煤才能裝爐煉制,否則重新淘洗,事關生產(chǎn)經(jīng)濟大計不容疏忽。因此,經(jīng)過一年多的試驗后,試驗煉焦廠暫定洗煉標準如表1所示[25]。

表1 經(jīng)濟部礦冶研究所試驗煉焦廠洗煉標準

2.2.3 對土法洗煤設備的改良

川省洗選方法多系地槽重洗法,勉強符合目的,抗戰(zhàn)初期,雖有設洗煤臺(Table)及簸淘機(Jig),但仍處于試驗階段,試驗洗煤煉焦廠于1939年冬天開始著手對洗煤技術的改良,設置木槽與上升水流合并法,將傳統(tǒng)的槽洗法的洗槽改良為Y形地槽+瑞氏木槽(上升水流洗槽)合并而成的改良槽洗方式(見圖1),并屢經(jīng)補充改良,所產(chǎn)焦炭,質(zhì)量能滿足用戶的要求,產(chǎn)量亦能供給用戶、解決燃料缺乏的急需。其結構及裝備情形如下：

(1)Y形地槽：為1吋厚柏木板制,槽的左右,安裝時必須水平,否則有水流不勻的弊病,不利洗選,槽成Y形,由交插點分前后兩段；前段兩支,槽各長30呎,寬1呎,高6吋,坡度7度,槽之頂端即加煤處,各有二吋水管及開關一只,用作放水沖洗原煤,后段長50呎,寬1.67呎,高9吋,坡度6度,在中途30呎的地方,設轉向(Bend)與擋板(Dam),高約2吋,以便輕者如純煤等漂過,而重者如雜煤渣石等,則滯留在擋板內(nèi),待扒撈除去([25],27頁)。

(2)瑞氏槽：此槽由一吋的木板制成,左右水平,分前后二段,前后兩段的長度均為25呎,寬1.67呎,高9吋,前后兩段坡度有所區(qū)別,前段坡度6度,后段坡度4度。上接地槽的尾部,下至11.33呎的地方,有一橫長1.67呎,寬1吋的漏洞(Slot),以下每隔6呎10吋有一漏洞,共計6個。距離每個漏洞后方3吋的地方,各設一擋板,擋板高度約自0.5吋至4吋不等,視上升的高度大小及洗槽水流的急緩而酌情調(diào)整。每個漏洞下方各有一渣箱,也是用一吋的厚板制成,長2呎2吋,寬3呎3吋,高2呎1吋,渣箱右端凸起,左端凹下,洗槽置于凹處,與槽的邊緣符合,與箱的凸處同高,由凸處可將下沉的物體,如渣石及質(zhì)量較重的雜煤等撈出,每箱的前面,各裝有2吋水管開關一只,其位置在槽下的中央,放水入箱,水滿即經(jīng)漏洞的夾板由漏洞上沖,與洗煤之水流混合,沿洗槽而下,流入凈煤沉淀池([25],27—28頁)。

洗選結果表明：1.利用土法地槽洗選,專去細粉雜質(zhì),配合瑞氏洗槽,專去塊粒狀雜質(zhì),雖然原煤的塊粒大小相差懸殊但選煤并無困難；2.地槽由矩形改為Y形式,在兩支槽頂端,交互加煤,間斷工作變?yōu)檫B續(xù),可以增加洗量,在兩支槽尾部,交互抓渣,廢渣內(nèi)含好煤量,自然減少,可以增加凈煤回收率,經(jīng)會和點后,兩支槽水流合并為一,水量加多,水速加大,利于瑞氏槽洗選；3.成灰、成硫的細粉狀物除去較難,試驗煉焦廠的方法,先用小水急流,再利用漫流與惰性關系,可除去大半；4.焦炭品質(zhì)提高,在量方面自然減少,試驗煉焦廠在可能范圍內(nèi),多次洗選,增加煉制普通焦炭及洗末,有利于改善經(jīng)濟條件；5.雜煤經(jīng)撞碎后,大部雜質(zhì)與純煤分離,再經(jīng)循環(huán)洗選去除,可以整調(diào)煤質(zhì)、節(jié)省人工、減少損失、增強效能；6.洗煉有標準,有所管制,品質(zhì)自然提高,尤其處理微弱結焦性煤,裨益更多([25],35—36頁)。

圖1 經(jīng)濟部礦冶研究所瑞氏洗槽配合土法洗煤設備圖

2.2.4 對土法煉焦爐的改良

戰(zhàn)時后方煉焦工業(yè)多用土法,產(chǎn)焦效率低、焦化時間長,與新式副產(chǎn)焦爐,不能相提并論。但新式副產(chǎn)焦爐的建設,并非易事。有鑒于此,試驗洗煤煉焦廠先采用長方形改良土法煉焦爐煉焦以應急需。為了確保煤源的供應,1941年4月礦冶研究所與天府煤礦合資經(jīng)營試驗洗煤煉焦廠,業(yè)務逐漸擴大。1943年冬天,煉焦廠著手計劃建設新式副產(chǎn)焦爐——蜂房式煉焦爐。1944年春,蜂房式煉焦爐開始建造,一切因陋就簡,經(jīng)半年多的努力終于建成,焦炭的理化性能也進一步改良。新式副產(chǎn)焦爐為蜂巢式煉焦爐,其構造特點有兩項：一為爐底煙道,二為兩爐并座。在爐底設置煙道,可使爐內(nèi)氣體因煙囪的吸力作用自墻壁暗道折入爐底,再經(jīng)煙囪而出；如此可以增加爐底的溫度,減少焦的黑頭。另外,由于單一爐體不易保持爐溫,采用兩爐對背而座的方式,除兩爐的熱量可以調(diào)節(jié)互相利用外,還可以節(jié)省建筑材料。其構造(見圖2)：

焦爐形似蜂巢,用耐火磚石砌成,爐底內(nèi)徑九呎,底石厚6吋,下設有彎曲煙道,頂高六呎,狀如半球,中央有裝煤孔一,兩端有孔互通,用石閘板管制,墻高二呎半,有出焦門二,高各二呎,寬一呎半,兩門位置形成直角,且爐底由內(nèi)向焦門方逐漸傾斜。期將爐內(nèi)焦炭完全出盡,門側有下降暗道二,為引煙焰入底分別轉進煙筒之用,門側并設有看火眼二,不特隨時視察爐內(nèi)之溫度,并可管制煙焰應否下降,爐頂與墻之外圍以泥土砂石,藉保爐溫促進焦化。最外圍以石灰石,保全整個爐體之穩(wěn)固。([26],44頁)

煉焦工作程序：第一步為烘爐,即在出焦門口設臨時灶,生火緩緩烘干需時1—2日。第二步為發(fā)火,可用灶火或堆火,前者需時較長但節(jié)省燃料、方法安妥,后者需時較短,但必須要求工作人員熟練。第三步是裝煤,從頂孔下煤,同時在焦門口用鐵扒括平拍緊,煤厚最高不能超過76.2cm,所有手續(xù)需要在20分鐘內(nèi)完成,否則爐內(nèi)溫度會驟降影響焦化。第四步通風,先封門20多分鐘,然后由門孔供給適當空氣,同時在看火眼內(nèi),將通爐底的暗道打開,爐內(nèi)漸見燭光,煙焰下折,經(jīng)爐底輾轉,由煙囪抽出。第五步焦化,焦化時間視爐溫及裝煤的厚度以及煤的種類而定,一般要36—72小時。第六步出焦,待爐內(nèi)的煤收縮開裂后,用鐵扦試探是否完全結焦,全結即可出焦。出焦之前,應將爐底煙道關閉然后開啟爐門,用長把扒與鋼鏟等工具,將所有火紅焦炭完全取出,拋入水內(nèi)浸熄。第七步調(diào)節(jié)溫度,裝煤初期,爐內(nèi)溫度一般較低,可利用另一爐的廢熱,即將兩爐當中的石閘板抽出,使另一爐已發(fā)生的煤氣與廢熱進入本爐再經(jīng)爐底由煙囪抽出,這樣兩爐之間互相調(diào)節(jié)溫度,對于焦化作用很有利([26],44—45頁)。

圖2 經(jīng)濟部礦冶研究所煤焦研究室建造的蜂巢式爐結構圖

礦冶研究所的蜂巢式煉焦爐與其他土法比較(見表2),焦化時間約縮短1/2,收回率約增加10%,操作省工,并節(jié)減燃料,即使是低揮發(fā)物的煤,用這種爐裝煉亦無困難。

表2 礦冶研究所蜂巢式煉焦爐與土法煉焦之比較([26],46頁)

2.3 礦冶研究所煤焦技術改進研究的影響

就礦冶研究所對洗煤煉焦的研究而言,對推動抗戰(zhàn)時期冶金焦炭的生產(chǎn)與增產(chǎn)等方面發(fā)揮了重要的作用。主要表現(xiàn)在以下四個方面：

第一,打破了川煤不適合煉冶金焦的神話。礦冶研究所對四川省的主要煤礦廠家如天府、南桐、三才生、寶源、全濟、江合等礦的煤樣進行洗選試驗,試驗結果表明四川二疊紀煤經(jīng)過一定洗選,所制焦炭可適合化鐵使用,為使用川煤冶煉冶金焦炭奠定了基礎。

第二,洗煤煉焦技術的推廣。由于川煤多系煉末,因此礦冶研究所試驗煉焦廠的洗煤設備以洗末煤為主；其洗煤方式采用木槽與上升水流合并法,將傳統(tǒng)的槽洗法的洗槽改良為Y形地槽加瑞氏木槽(上升水流洗槽)合并而成的改良槽洗。而煉焦方面,由于后方需焦緊急,新法煉焦緩不及待,于是該所先用改良土法煉焦以應急需。煉焦設備最初以日產(chǎn)洗焦10噸為目標,僅建圓形焦爐16座,長方形焦爐3座,次焦爐2座；1940年秋,因各方需焦甚多,再購地擴充煉焦設備,增建長方形焦爐11座,次焦爐3座；1941年4月與天府煤礦合辦煉焦廠后,又添筑長方形焦爐7座,次焦爐4座,日產(chǎn)洗焦可達30噸左右。礦冶研究所試驗煉焦廠,雖然生產(chǎn)規(guī)模小,產(chǎn)量有限,但其煉焦試驗的成功和推廣,確實給解決高爐冶金焦的供應指明了方向。

礦冶研究所自負責試驗,以至設廠出焦,中經(jīng)數(shù)載,使得完成上項洗焦設備,雖不敢自負發(fā)明創(chuàng)造之譽,但影響后方洗焦生產(chǎn)實巨,至今如三才生煤礦、人和鐵廠,全濟煤礦等已相繼仿效。([23],106頁)

至1941及1942年,我國的焦炭年產(chǎn)量約在30萬噸以上[27],較20世紀30年代初期10萬噸左右產(chǎn)量增長了兩倍([11],59頁)。

第三,新式蜂房式煉焦爐的應用與推廣。該所新建的蜂房式煉焦爐在試驗天府峯廠(后峯巖廠)二疊紀及裕濟煤礦侏羅紀末煤,結果尚且滿意,只是當時戰(zhàn)爭接近尾期,洗焦銷路疲滯,經(jīng)濟困窘,未能得到普遍應用。但到1945年1月,洗焦供不應求,行政院戰(zhàn)時生產(chǎn)局為推動增產(chǎn),提倡經(jīng)濟部礦冶研究所設計的蜂房式煉焦爐,于是戰(zhàn)時生產(chǎn)局的美國專家肯特(Kent)即根據(jù)礦冶研究所的試驗結果,為天府煤礦設計了一個洗煤煉焦廠,又取天府煤礦龍王洞廠二疊紀煤繼續(xù)試驗,成績尚佳([28],281頁)。

第四,對其他廠礦建設的示范指導。礦冶研究所曾多方協(xié)助與指導當?shù)貜S礦的洗煤煉焦工作,曾協(xié)助資和煉焦廠冶煉公司設計煉焦設備,協(xié)助江西煉鐵廠設計洗煤煉焦設備,協(xié)助三才生煤礦設計洗煤設備([20],11頁)。三才生煤礦公司在1940年4月以前,一直負責礦冶研究所的原煤供應,1940年11月又呈請聘任礦冶研究所試驗煉焦廠的負責人俞再麟為該廠選煉股顧問工程師。

查礦廠焦炭改進事宜,前曾邀請礦冶研究所俞再麟君來礦研究改善辦法,當承繪制計劃圖表尚屬簡易可用,即擬按照設計逐步施行,惟以該俞君設計在先,勢須該本人親自指導方收事半功倍之效。爰商請礦冶研究所特準俞再麟君隨時來礦指導……[29]

1941年1月1日,俞再麟出任三才生煤礦選礦股顧問工程師(圖3)。此外,礦冶研究所還曾應威遠縣政府的邀請,派馬濬之指導威遠煤業(yè)的改善,對其工程方面的指導設計,尤為詳盡；并應建中公司的請求,派王恒源技士前往灌縣一帶調(diào)查、測勘設計,協(xié)助籌備灌縣煤礦等等([20],10—11頁)。

圖3 三才生公司呈請聘任俞再麟為顧問工程師的報告(左)和公司聘委的職員更動單(右)

3 戰(zhàn)時工業(yè)技術的發(fā)展特點與研發(fā)模式

隨著抗日戰(zhàn)爭的爆發(fā),中國的工業(yè)向后方轉移,各方人才也為躲避戰(zhàn)亂紛紛向后方聚集。工業(yè)技術的發(fā)展因受戰(zhàn)局發(fā)展的各方制約,呈現(xiàn)出區(qū)別于穩(wěn)定時期的特點。在抗戰(zhàn)這一特殊歷史時期,國民黨政府經(jīng)歷了一次明顯的資源重新配置與科技力量分配重組的過程,經(jīng)濟部礦冶研究所的成立即是其例,其目的在于快速高效地解決戰(zhàn)時國防民生的急需問題。這一個過程是國民黨政府為應對戰(zhàn)局、促進本土工業(yè)發(fā)展所采取的及時措施,它既是對晚清至20世紀30年代所培養(yǎng)的技術人才的集中利用,也是對我國幾十年來學習積累的西方科學技術以及工業(yè)化能力的一種檢驗。

從戰(zhàn)時工業(yè)技術的選擇與發(fā)展來看,抗戰(zhàn)時期,由于受到封鎖,先進機器設備的采購與引進受到制約,工業(yè)生產(chǎn)基本不可能采用最先進的技術,只能因陋就簡、因地制宜、自力更生,發(fā)展適應戰(zhàn)時條件的工業(yè)技術。就后方冶金焦炭的生產(chǎn)來說,從技術選擇上看,一方面,因為動力不足、機器設備缺乏以及資金、技術人員制約等問題,后方采用機械洗煤與新式煉焦爐相結合的大規(guī)模煉制冶金焦并不具備實現(xiàn)的可能性；此外,根據(jù)當時的焦煤分布情況與生產(chǎn)情形來看,大規(guī)模的煉制冶金焦亦不可能。另一方面,通過對比研究發(fā)現(xiàn),在當時可選的煉焦設備中,池形爐(萍鄉(xiāng)式長方形煉焦爐)較其他煉焦爐具有創(chuàng)業(yè)費較少、成品焦小塊與焦末最少、容量較大和品質(zhì)較優(yōu)、建造容易等優(yōu)點。經(jīng)過多方努力,經(jīng)濟部礦冶研究所最終通過洗選試驗改善川煤煤質(zhì)和改良土法洗煤與煉焦設備的方式,找到了適應當時情況的技術,在最短的時間內(nèi)提高了焦炭的質(zhì)量與產(chǎn)量,多快好省、快速高效地解決了戰(zhàn)時的冶金焦炭的供給問題,尋找到最適應當時戰(zhàn)爭需要的技術平衡點。后來在條件稍好之后的1943年,才開始嘗試建造新式蜂房煉焦爐進一步提高焦炭的理化性能。迫于戰(zhàn)爭，技術迂回發(fā)展,是一種無奈的選擇,是戰(zhàn)爭直接影響技術的結果?？梢?戰(zhàn)爭時期,技術的改進首先表現(xiàn)為對可立即執(zhí)行的更優(yōu)技術的模仿,而不是選擇最優(yōu)的技術,這是戰(zhàn)時工業(yè)生產(chǎn)技術發(fā)展的特點之一。

從戰(zhàn)時技術研發(fā)模式及其作用來看。全面抗戰(zhàn)的爆發(fā)促使國民黨政府對戰(zhàn)略資源進行統(tǒng)制管理,為開發(fā)與利用后方礦冶資源而成立了經(jīng)濟部礦冶研究所,專門從事礦冶技術的研究與推廣。以冶金焦制煉的研發(fā)為例,一開始參與科研的力量遍及“研—學—產(chǎn)”三個部分。研,即科研機構,包括官辦的經(jīng)濟部地質(zhì)研究所燃料研究室、礦冶研究所以及民辦的中國西部科學院理化研究所；學,即學校,如重慶大學礦冶系；產(chǎn),即產(chǎn)業(yè)或企業(yè),如鋼鐵廠遷建委員會、渠江礦業(yè)公司等。但由于資金、設備、人才以及政府的支持力度不同,最終以礦冶研究所的研究最為系統(tǒng),主要有幾個方面的原因：一是礦冶研究所是建立在資源委員會礦室的基礎上,設備和人員都繼承自資源委員會,且在資源委員會礦室時期即已對全國的煤炭進行大量的洗選試驗,這些都為后來的研究奠定了基礎；二是礦冶研究所是政府為開放后方礦冶資源而專門成立的科研機構,經(jīng)費由政府提供,支持力度較其他科研機構更大；三是與天府煤礦公司合作,保障試驗煉焦廠的盈利。而礦冶研究所關于“調(diào)查研究→科學試驗→根據(jù)試驗研究結果擬具建議或派員作技術指導→設示范廠推廣”的工作思路,本身就綜合了科研、生產(chǎn)、教育三個功能,是“產(chǎn)—學—研”相結合的典型思路,對戰(zhàn)后乃至新中國科研模式的探索與確立具有借鑒意義。

致 謝 中國國家圖書館縮微文獻中心、重慶市檔案館、重慶市圖書館為本文資料查找提供了幫助,在此謹致謝意。

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20 經(jīng)濟部礦冶研究所編. 經(jīng)濟部礦冶研究所四年來之工作概況[M]. 經(jīng)濟部礦冶研究所,1942.

21 王恒源. 南川圓形煉焦爐之檢討[J]. 礦冶半月刊,1938, (1): 9—13.

22 朱玉崙,俞再麟. 洗煤試驗標準方法[J]. 礦冶半月刊,1938, (6): 1—9.

23 俞再麟. 洗煤煉焦試驗之回顧[J]. 礦冶(復刊號),1942, (1): 100—101.

24 朱玉崙,俞再麟. 四川二疊紀煤洗選性質(zhì)試驗報告[J]. 燃料匯報第一號,1939: 22—23.

25 劉波一,白燕武. 試驗洗焦廠瑞氏洗槽洗煤方法[J]. 經(jīng)濟部礦冶研究所燃料專刊,1946: 35.

26 劉波一,白燕武. 試驗洗焦廠蜂巢式爐煉焦試驗報告[J]. 經(jīng)濟部礦冶研究所燃料?？?1946: 44—49.

27 簡易副產(chǎn)煉焦爐(連載)(發(fā)明人郭毅之)[J]. 工礦建設,1947, (3): 33

28 重慶市檔案館, 四川省冶金廳《冶金志》編委會. 抗戰(zhàn)后方冶金工業(yè)史料[M]. 重慶：重慶出版社,1988. 281.

29 三才生煤礦股份有限公司總務科、三才生煤礦股份有限公司礦廠、三才生煤礦股份有限公司營運科白廟子辦事處關于徐衍青、張樹楠、何以端、俞鴻興等委職并寄送其履歷表、更動單的呈函(附職員更動單)[A].三才生煤礦股份有限公司.三才生煤礦股份有限公司人事委派[R].1940年.重慶: 重慶市檔案館,02440002001650000001.

Research on Metallurgical Fuels in the Rear Area during the Anti-Japanese War——A case study of the National Bureau of Mining and Metallurgical Research

LEI Lifang1, FANG Yibing2, QIAN Wei1

(1.InstituteofHistoricalMetallurgyandMaterials,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China2.TheInstitutefortheHistoryofNaturalScience,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China)

During the Anti-Japanese War, the Chinese Government experienced a process of reallocation of industrial resources and reorganization of scientific and technological power. Having a special significance in the history of modern technology, this process of reorganization was a test of the assimilationof western science and technology and industrialization capacity in China for several decades. By meticulously studying the literatures and archives in the period of the Anti-Japanese War, this paper chooses the research and development of the metallurgical fuels which was conducted by the National Bureau of Mining and Metallurgical Research, Ministry of Economic Affairs in Rear Area as a case study to explore how the scientists and engineers developed industrial production technology under the variously limited conditions of raw materials, capital, equipments, human resource in the war time.

Anti-Japanese War, metallurgical fuels, the National Bureau of Mining and Metallurgical Research, Ministry of Economic Affairs

2016- 08- 05

雷麗芳,1985年生,女,福建福安人,北京科技大學冶金與材料史研究所博士研究生,研究方向為近現(xiàn)代科學技術史；方一兵,1971年生,女,福建云霄人,中國科學院自然科學史研究所副研究員,研究方向為近現(xiàn)代技術史；潛偉,男,江西贛州人,北京科技大學科技史與文化遺產(chǎn)研究院院長,教授,博士生導師,研究方向為科技史,科學學與科技政策。

N092

A

1673- 1441(2016)03- 0271- 13