被誉为“钢铁泰斗”—— 孙德和

 

孙德和(1911.8.21-1981.7.21),安徽桐城人,冶金学家,钢铁工程设计专家,被誉为“钢铁泰斗”。1934年毕业于清华大学化学系。1938年获德国柏林高等工业学院工程师学位,1943年获德国阿享工科大学工程博士学位。1946年回国。曾任同济大学教授。建国后,历任上海钢铁三厂厂长、总工程师,冶金工业部北京钢铁设计研究总院副总工程师、教授,上海钢铁公司副经理,中国科学院技术科学部委员,中国金属学会常务理事。1955年选聘为第一届中国科学院院士。他系统地研究了钢中含氢、真空测氢和真空冶炼对不同钢种含氢的影响;创制了真空钢液取样测氢和氧的仪器;主持了我国第一个特殊钢厂—大冶钢厂的扩建工程总体设计;积极推进和指导我国第一个氧气转炉厂、连续铸钢、钢水真空处理和炉外精炼等项目的实验和工程设计。是中国钢中氢气行为规律研究领域的先驱者之一,氧气转炉炼钢和炉外精炼等技术工业化的开拓者之一。他集冶金学与工程学为一体,为中国冶金事业做出重要贡献。

生平:

孙德和,1911914日出生于北京市,祖籍安徽省桐城县。从青年时代起,就以先天下之忧而忧为座佑铭,立志以工业救国为己任。1934年,清华大学化学系毕业后又入机械系进修有关课程,为从事化学与冶金工程研究打下基础。1935年秋考取安徽省公费留学德国,同年冬,入柏林工科大学钢铁冶金系选读铸造与钢铁冶金专业。当时有人问他为什么从基础学科转学钢铁冶金工程学科时,他答道:没有钢铁,中国工业与国防两俱落空。

1936年秋,他转入德国亚琛工科大学矿冶系。师从德国治金学家琵沃瓦斯基(E·piwowarskg)教授与埃伦德(W·Eilender)教授。1938年开始了氢在钢中作用与行为规律的研究,19392月完成题为《氢在人工充氢的各种含金钢及工业纯铁中,氢的吸收与逸出速度的研究》的论文,以杰出成绩获工程师学位。1940年春受埃伦德教授之聘,任助教与研究生,继续研究钢中氢问题。19427月,他完成《钢中氢的研究》的博士论文,再次以杰出成绩获得工程博士学位。为表彰他出众的研究成果,亚琛工科大学授予他博尔歇斯奖牌。这是德国亚琛大学从1909年起为最优秀博士论文获得者专设的奖牌。孙德和是第一位获此殊荣的中国留学生。在德学习期间,他曾在克虏伯钢铁公司所属平炉、电炉炼钢、铸钢铸铁厂及有色铸造厂实习一年多。该厂对他的评语为勤奋工作、品学兼优1943年孙德和受聘于柏林施攀道钢厂任炼钢工程师。当时德国钢铁厂一般不接受外籍工程技术人员供职,但孙德和在上述钢铁厂任职期间,深受该厂总工程师器重。

1945第二次世界大战结束,留德中国学生推举孙德和为负责人,组成战后第一个留德中国学生归国团,辗转4个多月,回到阔别多年的祖国,抵达上海。孙德和虽有深厚的理论造诣与丰富的生产实际经验,一时却无用武之地。为生活所迫,他在任同济大学教授的同时,在联合国上海救济总署任工矿委员会副主任;后受民族资本家荣毅心之聘,设计并建成了无锡开源机器厂(无锡机床厂前身),任厂长。19495月上海解放不久,孙德和担任了上海钢铁公司的副经理,负责全公司各厂恢复与扩大生产、技术管理工作,并兼任上海第三钢铁厂厂长。在19491952年间,孙德和为上海钢铁工业的恢复与发展做出了重要贡献。1952年他调至重工业部钢铁局设计公司,担任大冶特殊钢厂工程设计总工程师,这是中国第一个自己设计的大型钢铁工程;1958年他主持设计新疆八一钢铁厂扩建工程,又指导了首钢中国第一座30吨氧气顶吹转炉工程设计以及太钢的氩氧炼钢炉的半工业试验,促进了中国氧气转炉和炉外精炼等技术的工业化。

“文化大革命”期间,他身心受到摧残,健康每况愈下,却仍全身心地投入工作,如参加鞍钢的改扩建规划和本钢的扩建设计、全国转炉与连铸情况考察以及援助阿尔巴尼亚冶金联合企业工程论证等,为参加论证会甚至推迟了预约的手术治疗时间。

1975年在国务院召开的钢铁工业发展战略座谈会上,孙德和提出许多建议,如我国钢铁工业发展要运用国内外两种资源,可从澳大利亚、巴西等国进口铁矿;为解决资金短缺,可向国外出口煤炭,发展远洋船队;在东南沿海有深水港,可建设现代化钢铁大型厂,改造旧厂,更新装备,并采用新技术;提高钢铁产品质量;加强科研与设计力量;企业要注重经济效益,在企业内部实行计件工资制等。以上意见,部分被收录到《关于加速钢铁工业十六条》的建议书中。该建议书为当时整顿钢铁工业起了重要引导作用。1979年他重病缠身,还毅然接受了《中国大百科全书·矿冶卷》冶金编辑委员会副主任的重托,又一次担任了该卷冶金部分“总设计师”的角色。

1955年孙德和当选为中国科学院技术科学部学部委员,并受聘于中国科学院金属研究所任学术委员会委员;1957年受聘为国家科学技术委员会冶金组成员;他还是中国金属学会第一、二、三届常务理事,全国人大第一、二、三届代表;1978年当选为第五届全国政协委员。同年,全国科技大会授予孙德和“重大贡献先进工作者”奖状。

孙德和一生勤奋,为人谦逊,知识渊博,技术精湛。他集冶金理论与技术开发以及工程设计为一体,是中国冶金科技界杰出的人才之一。1981年孙德和逝世。这位德高望重的英年早逝的学者,至今仍为人们所惋惜与怀念。

 

我国研究钢中氢行为规律的先驱者之一

 

1935年,德国著名冶金学家申克(H·Schenck)等在《钢中白点的成因》一文中指出,钢中氢是导致白点的根本原因。随后,德国亚琛工科大学矿冶系钢铁冶金研究所所长埃伦德将原从1930起就已开展的钢中气体测定及气体对钢质量影响的课题,重点转向钢中氢的研究。

1938年孙德和在该校攻读工程师学位,论文即是关于氢的吸收与逸出速度的研究。孙德和研究摸索有关工业纯铁、多种二元合金钢及三元合金钢中氢的吸收与逸出行为的基本规律,并于1940年起以埃伦德教授助手与博士研究生身份,继续从事钢,特别是合金钢中氢气行为规律研究。它的范围涉及氢在不同合金钢中,特别是不同合金钢的不同组织结构中的扩散系数与扩散速度的研究;氢在不同合金钢中的含量及所形成的缺陷;在高频感应炉冶炼过程中,如增碳、脱碳、脱氧等过程对氢含量的影响等。孙德和得出以下结论:相结构不同,氢的析出情况不同,如以NiMn为基的面心立方奥氏体钢无氢析出;体心正方的马氏体钢有氢的析出,而体心立方的铁素体钢,氢的析出与合金元素对氢的亲和力有关,亲和力大的合金元素,可抑制氢的析出。另外,氢的析出与否也与氢在合金钢中的扩散能力有关,铁素体钢中氢的扩散系数随SiCr含量增高而降低,以致完全抑制氢的析出。

他测定了氢在αFeγFe中的扩散系数公式,该公式被后人称为盖勒W·Geller-Sun)公式,常被引用。孙德和又与盖勒合作,应用热力学计算方法建立了铁氢系富铁角的二元相图。该相图被载入德国汉森所著《二元相图手册》及德国出版的《金相图表大全》中。

他设计与制作了真空法钢液定氢定氧仪(简称真空法),这是一个构思新颖、结构紧凑、性能可靠的仪器,用12种不同的合金钢作试验,该仪器所测定的氢含量与一般的非真空测氢法相比较表明:真空法可收集到钢液在凝固过程中所逸出的全部氢气,使氢损失量降至可忽略不计。而非真空法取样,难以避免损失在液态凝固过程中所析出的氢。此外,利用真空法所测出的CO2量,可计算出钢液中的含氧量。因而孙德和所设计的仪器既可定氢又可定氧。据文献记载,1957年德国改进的工业定氢定氧装置仍沿用孙德和的真空定氢定氧仪原理。从孙德和的定氢定氧仪测试数据表明,由于采用真空提取法,可使钢液中增强了脱氢作用,该实验结论对德国50年代初开发的炉外精炼——真空脱气法有重要启发作用。

孙德和和盖勒(Werner Gdler)的上述研究成果,以论文形式连续发表在1939年、1943年、1944年以及1950年各年的《德国钢铁冶金文献》上。埃伦德评论孙德和对氢气研究的贡献时写道:“孙德和有超群的勤奋,少见的敏捷才思,娴熟可靠的实验技能,执著的献身精神。”他对孙德和在冶金方面的试验工作及对研究所的定气工作所做的贡献与有力支持表示敬意和感谢。

 

为上海钢铁工业的恢复与发展做出重要贡献

 

上海钢铁公司始建于1947年。该公司下属有一、二、三厂,但当时该公司的钢材总量却只有万余吨。1948年上述各厂均已陷入停产状态。19495月上海解放,孙德和作为冶金专家被任命为上海钢铁公司副经理。

首先,他率领职工从仓库里找出部分生铁与煤炭,又派人到虬江码头拆旧船,作为废钢原料。同时组织人员进行平炉和轧机检修。在短短一个多月里就使上钢一厂和三厂的平炉点火、出钢,接着上钢二厂也恢复了生产,轧出线材。上钢一厂小型酸性转炉是他指导设计并顺利投产的,这是上海解放后第一项炼钢工程。该车间的技术经济指标良好,多次受到重工业部、上海钢铁公司的表彰。他兼任上钢三厂厂长期间,从1949101日开始修复Φ500毫米和Φ360毫米的型钢轧机机组,于1950620日完成,为国家生产急需的型材立下汗马功劳。

上钢三厂当时只能生产镇静钢,浇注4英寸钢锭,其缩孔深、钢的收得率低。为提高产量和降低生产成本,孙德和接受苏联专家吉米多夫冶炼沸腾钢的建议,曾试验成功浇注6英寸和4英寸沸腾钢钢锭。

1949年为了尽快恢复铁路交通运输,以支援中南与西南地区,急需火车铸钢车轮。孙德和提出在三厂试制铸钢车轮,认为既可支援前线,又可自产自销,增加收入。经上海钢铁公司经理同意后,他千方百计地因陋就简地开始了试制工作。虽然他本人在国外工作时对铸造技术有所了解,但未亲自操作过,为此,他向老工人和铸造专家虚心请教;对砂型的种类、配比、粒度、含水率、透气性,粘结性以及冒口配置、钢流方向均反复试验与改进,并亲自设计可以活动装配的砂箱与底板,从而提高了工效,使废品率降至5%以下。仅用2个月时间就完成了试制任务,车轮光坯质量完全符合铁道部门验收条件。当时每月可向用户供应上千个铸钢车轮。1950年他又领导上钢三厂,承担了为淮河水闸试制大型铸钢件的任务。该铸钢件需承受很大的负荷,其铸钢件形状比较复杂,易出现裂纹,因而对铸钢件的质量要求严格。为此,孙德和与技术人员、工人一道研究铸型和浇注及热处理等工艺,并采用双包同时浇注、局部加冷铁等措施,从而生产出符合淮河工程严格要求的铸件。

1952年上海汽轮机厂在国内首次试制12000千瓦汽轮发电机,需用低含金钢铸造上下汽缸,而汽缸要求可耐500℃高温和承受90个大气压力。孙德和带领上钢三厂潘一心工程师专程到汽轮机厂了解技术要求。所承接的汽缸铸件于次年就交付使用。在他调离上海后,上钢三厂若遇到重大技术问题,仍然得到孙德和的指导。如50年代中期,上钢三厂首次接受军工任务,即为国产坦克铸造中碳镍铬钢部件,三厂便派人向孙德和请教。此外,孙德和还帮助他们试制成功防盾帽、支架、喷嘴等多种铸钢件。

目前上钢三厂已发展为全国生产大型铸钢件的重要基地,人们没有忘怀孙德和的奠基功劳。

 

在大冶特殊钢厂、新疆八一钢厂的扩建工程设计中再建功勋

 

1953年,国家开始了第一个五年计划。我国兴建的第一批钢铁骨干企业,绝大多数是苏联专家设计的,而大冶钢厂由一个普通碳素钢厂扩建为年产50万吨的大型特殊钢厂,它的设计是依靠以孙德和为主要技术骨干的一批我国设计人员完成的。

孙德和作为大冶特殊钢厂扩建项目设计的总工程师,接到上级委派后,于195312日带领12名技术人员,由上海直奔湖北黄石大冶钢厂进行现场调查,制订扩建方案。当时国内设计工作经验极少,特别是搞钢铁厂的总体设计,确有极大困难。孙德和在其已有知识的基础上,刻苦钻研,对钢铁、机械、电气、土建、动力以及给排水等专业均一一加以研究,并尽量翻阅有限的书籍与资料。由于孙德和等人的努力,使这项工程设计具有以下特点:一是不照搬苏联专家当时为北满钢厂设计的酸性平炉方案,而采用新建两座90吨碱性平炉的设计,他还预见到,今后可在平炉的下一道工序采用炉外精炼技术。他在平炉设计中采用当时国外先进的渣洗技术,使得钢的质量有所提高。该平炉投产后在利用废钢、生铁原料上具有灵活性,而且炼钢技术经济指标均好。二是改变其他特殊钢厂所采用的钢锭修磨办法,只是在必要时才对钢坯加以修磨。由于修磨办法改变,可在生产线上采用热送制度。热送的钢锭比例达到70%,从而大大节省了能源。三是采用850/825毫米初轧机开坯。当时是国内特殊钢厂开坯工序的一个创举,不但在技术上和经济上都有优越性,而且富有远见,有利于钢坯的质量提高,为扩大规模留有潜力。四是水源设计选择了组合水源方案。左家湾泉水流量小、温度低,适用于车间低温冷却水;长江水流量大、夏季水温高;尚有发电厂的循环水,将上述三种水源按季节分别使用,构成了优化组合水源方案,这种方案实施后,按设计规模每年可节省57万度电。五是有关长江边取水站的设计,孙德和等人经过认真查阅长江历年水文、水情资料,并经实地勘测后,排除了外国专家的“江心取水站”和“江边水泵站(冷冻施工法)”方案的建议。在设计中大胆确定了“江边水泵站”(作围堰大开槽施工法)的方案。在枯水期作围堰,用大开槽施工,由施工单位抢建成功。为了防止泥沙淤塞,水泵房无法作业,采用了17米水头压力反向冲洗措施,并使水泵机组运行时可自动投入和自动切换。这些独具匠心的做法,属于国内首创。六是在设计中采用了一些当时的先进技术,如平炉、均热炉以及各种热处理炉都采用了热工自动控制系统;轧钢机采用了集中润滑系统;发生炉的炉气实行集中生产和净化以及输送系统。最后在总图布置上,因老厂扩建工程地段地形复杂且有空洞裂隙,还有一片沼泽地,故难度很大,通过巧安排布置,终于解决;厂址标高处于长江最高洪水位之下等,为此设计了防洪堤。孙德和等人在总图运输设计以及土建工程设计上,作出多种方案,优选出最佳方案,解决了各项难题。

当孙德和带着大冶钢厂的扩建设计书到鞍山征求苏联专家意见时,开始时苏联专家对我国设计人员能否胜任如此复杂的设计项目持怀疑态度。经过深入研究上述设计方案后,苏联专家给予好评。事后,苏联设计专家组组长别列卡契说:“孙德和总工程师是迄今我在中国遇到的最有学识的钢铁专家。”大冶钢厂的扩建设计做到了一次投产成功,奠定了大冶特殊钢厂顺利发展的基础,如今该厂已成为我国特殊钢生产的重要基地。

19584月,北京钢铁设计院接受了新疆八一钢铁厂扩建为钢联合企业的设计任务,成立了新疆设计工作组,孙德和既是工作组领导之一,又是分管技术的总工程师。在他领导下,设计与施工图准备工作进展顺利。当时铁路只通到甘肃的峡东县,从该地改乘汽车到达乌鲁木齐市,他沿途对当地的气象、地质地貌、水源、矿产资源等作了调查,特别对新疆坎儿井和哈密地区的地下资源做了较详细的观察和了解,所收集的资料对后来的哈密钢铁厂的选址工作起了一定作用。抵达八一钢厂当天,孙德和就带领设计人员到现场。他以其敏锐的观察力发觉扩建工程场地的所谓平坦有问题。他与负责总图设计的技术人员反复研究,在他索取到地形图后,证实了他的怀疑。该场地具有平缓的坡度,如果建成一个长为200米的车间,两端的自然地平标高要相差2米以上。为此必须把缓坡削平,但如何能减少土方工程,这又要求孙德和等人及时提出方案,同时又要落实高炉和炼钢车间的准备工作。这一切都要在短时间内完成,因为新疆自治区政府与八一钢厂领导希望能在81日建军节这一天正式开始施工。功夫不负苦心人,孙德和带领设计人员度过多少个不眠之夜,终于在81日破土动工。当地人盛赞他们为“中央设计组”。此后,孙德和一方面指导八一钢铁厂的施工建设,另一方面关心新疆各地小高炉的生产,为新疆钢铁工业的发展献上了他的满腔热情。

 

我国氧气转炉炼钢与炉外精炼等技术工业化的开拓者之一

 

1952年氧气转炉炼钢技术问世后,孙德和关注这一技术的发展动向。在1956年制订十二年科技发展远景规划的会议上与1957年第三届全国人大会议上,孙德和与其他几位冶金学家联名倡议发展我国氧气转炉炼钢。1958年,在孙德和指导下,北京钢铁设计院为石钢(今首钢)设计了我国第一座30吨氧气顶吹转炉车间。虽然当时参加设计的人员缺乏新型转炉的设计经验,但在孙德和的指导帮助下,设计人员精心设计,该转炉于1964年投产。经过试验者、生产者的努力,使转炉的产量大大超过原设计水平,各项经济技术指标在一段时间内处于国内领先地位。

50年代中期,德国冶金界推出了炉外精炼新技术。孙德和敏感地认为:该技术将会是炼钢生产技术的一次革命性的转变。我国应该迎头赶上。他多方努力,终于在1964年经过冶金部主管部门批准,为上钢一厂三车间设计建立15-30吨提升法钢液真空处理装置,以提高钢的质量。当时参加设计的人多数是年轻人,缺乏经验,加上当时能获得的国外参考文献亦很少,孙德和一方面拿出自己搜集到的全部资料,供他们参考;另一方面由他本人讲授提升法真空处理原理、设备组成及功能,启发设计人员按其原理与功能要求,结合我国的实际情况大胆开发。

在设计过程中遇到一系列技术难题,特别是关于真空罐的石墨电阻棒加热器。这种加热器要求既要满足通电发热和与真空罐绝缘,又要保证真空密封,而且拆装要方便。在国内尚无厂家制造过这类加热器。孙德和亲自搜集有关石墨棒电阻加热器的国外资料,又帮助电气与工艺设计人员解决了理论计算问题,从而确定了加热器的参数。他还派人到株州601厂考察真空碳管炉的经验。这样,他们设计了国内首创的石墨棒加热器,这是设计人员在孙德和领导下,攻克工艺、设备、电力等环节中的最后一个难题,终于在1964年完成了我国第一台15-30吨提升法钢液真空处理装置设计。1965年一季度完成了工程设计并开始设备制造。该装置于19661月热负荷试验成功,标志着我国炉外精炼技术的一次重大突破。

1964年下半年,为提高鞍钢军工钢的质量,孙德和建议为鞍钢第二炼钢厂建设一套100吨提升法钢液真空处理装置。鞍山设计院接受设计任务后,孙德和率领北京钢铁设计院有关人员前往鞍山,帮助拟定设计方案,还亲自下现场帮助落实。孙德和的赤诚无私的指导,使鞍钢设计人员极受感动,干劲倍增。初步设计很快完成。19664月该台装置进行了热负荷试车。

提升法是现代炉外精炼技术中的一种。上钢一厂和鞍钢第二炼钢厂的装置设计是我国依靠自己力量最先开发成功的,孙德和作为这项新技术的带头人之一,培养了一批设计人员。不仅包括北京钢铁设计院,还有鞍钢设计院、上海冶金设计院、西安重型机械研究所以及上钢一厂的有关技术人员,他们中大多数成为发展炉外精炼的技术骨干。

70年代后,孙德和仍不断跟踪国外冶金前沿技术的发展,他在推广使用钢水吹氧、脱碳、吹氩搅拌及合成渣洗等系列技术方面做出了贡献。如北京钢铁设计总院承担的太钢18吨氩氧炼钢炉设计,上钢三厂15-30吨真空脱碳氧气精炼炉等设计的基础工作,均得到孙德和的具体指导。

 

为编纂《中国大百科全书·矿冶卷》等出版物呕心沥血

 

70年代末孙德和身患重病,行动十分不便。当他得知《中国大百科全书》是周恩来总理生前关心的一项文化建设时,毅然接受了矿冶卷的冶金编辑委员会副主任的重任。编纂这部学术水平要求高的专业百科全书,难处甚多,但他专心致志、一丝不苟,在经过深思熟虑后亲自把从编写方针、框架设计、条目选定到编写方法制订出来。为了做到“既能满足各界人士探索冶金知识的需要,也要对专业读者有所帮助”,编撰人员经多次研讨,确定了要“反映国际发展动向、突出中国特色”以及“雅俗共赏,各取所需”的编辑原则。

为了解读者的需求,他扶杖带领有关人员拜访工程技术人员、高等院校教师与学生,甚至问及中学生;召开过各种类型的座谈会听取不同层次读者的意见。此外,他翻阅并研究同类书籍的结构与框架。他认为,既要借鉴国外同类书籍的优点,又要保持我国早年编纂同类书的传统做法。由于孙德和等编委对冶金领域发展过程了解深入,使得《矿冶卷》冶金部分有以下四方面的突破:一是从传统的冶金学扩充到物理冶金学;二是从一般材料学扩展到新型材料学;三是适当减少钢铁冶炼篇幅,适当增加有色金属篇幅;四是从冶金专业知识扩展到矿冶产品的应用知识,增加产品资源、用途以及市场等内容,以适应经营业务的要求。

在编写过程中,孙德和对人对己均作到严格要求。为了一个条目,通常要经过试写、修改、总结经验后,通过全面平衡再正式写出,并经数次修改方能定稿。对数据要求准确、核实。当编写过程中出现意见分歧时,他主张学术民主,实事求是地取得共识。

为了编纂好这部科学巨著,孙德和联系了国防科工委、冶金部、科学院、高等学校、研究院等单位的专家、教授,多达数百人次,协调并解决了各种各样的矛盾与问题,保证了全书的高质量和进度安排。

孙德和参与编写该书的3年时间里,以顽强的毅力,忍受难以言喻的病痛,在他生命最后的日子里仍在思考钢铁工业发展和《矿冶卷》编写事宜。直到他的心脏停止跳动的前两天,还约几位同志商谈《矿冶卷》的工作。这种崇高的献身精神,鼓舞着其他同志,把他未竟的巨著定稿、出版。大百科全书总编辑姜椿芳高度评价孙德和,称他为矿冶卷的“巨擘”。

孙德和曾用大量时间与精力,对民主德国孔歇尔(Küntscher)教授所著的《工业用钢》一书的中译稿,进行了认真的总校对,保证了该书的质量。该书介绍了德国许多先进技术,对促进和发展我国的合金钢及相应的先进技术起到良好作用。他对向他请教技术问题的人,不论身份高低,年龄大小,总是满腔热情,有问必答。

孙德和博学多才,谦虚谨慎,宽以待人,一生刻苦奋斗,为冶金事业鞠躬尽瘁,贡献卓著。

 

参考源:

1. 中国科学院学部

http://sourcedb.cas.cn/sourcedb_ad_cas/zw2/ysxx/200906/t20090603_363560.html

2. 人民网http://www.people.com.cn/GB/keji/25509/29829/2108657.html

3. 人物百科http://www.hinews.org/doc-view-1767