從地位上說(shuō)，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐技術(shù)的核心前置科技，就是工業(yè)級(jí)空氣分離設(shè)備。
    歷史上，第一臺(tái)真正意義上的制氧機(jī)誕生于1903年末，應(yīng)用于金屬的氣焊和切割，后來(lái)隨著氮肥工業(yè)高速發(fā)展，逐漸對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)生極大需求，制氧機(jī)開始生產(chǎn)氧氣與氮?dú)猓拿諝夥蛛x設(shè)備。
    空氣分離設(shè)備工作原理非常簡(jiǎn)單，利用液態(tài)氧氣與液態(tài)氮?dú)夥悬c(diǎn)不同，對(duì)空氣進(jìn)行低溫處理，精餾分離，最終得到高純度氧氣與高純度氮?dú)猓约捌渌杏脷怏w。
    目前，全世界還沒(méi)有一臺(tái)真正意義上的工業(yè)級(jí)空氣分離設(shè)備，所有空分設(shè)備還處于小型水平，其氧氣產(chǎn)量為每小時(shí)5—10立方米左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足大規(guī)模氧氣煉鋼的需求，達(dá)不到工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
    2T級(jí)氧吹爐氧氣消耗量約為每噸金屬1.5立方米/每分鐘，冶煉時(shí)間為20分鐘左右，總耗氧量高達(dá)60立方米。
    一邊是180立方米的泳池，一邊是每小時(shí)5—10立方米左右的小水管，兩者之間的差距達(dá)到36—18倍區(qū)間，不可謂不大。
    想要達(dá)到氧氣煉鋼的標(biāo)準(zhǔn)，空分設(shè)備氧氣產(chǎn)量必須提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
    余華目標(biāo)是研制出每小時(shí)氧氣產(chǎn)量達(dá)到1000立方米以上的空分設(shè)備，如此，方可滿足計(jì)劃之中的2T級(jí)實(shí)驗(yàn)氧吹爐。
    不過(guò)，當(dāng)務(wù)之急還是先搞定氧槍。
    空氣分離設(shè)備是氧吹爐技術(shù)的核心前置科技，而氧槍以及耐火材料是氧吹爐本身的核心技術(shù)。
    一環(huán)扣一環(huán)，每一個(gè)地方都不能馬虎。
    辦公室內(nèi)，余華伏案工作，面容認(rèn)真，雙手拿著筆和工具在圖紙上不斷作圖，這是三孔氧槍噴頭法蘭零件的設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸數(shù)據(jù)，為了滿足供氧強(qiáng)度和壓力，噴頭法蘭零件的材質(zhì)采用鑄鐵和電爐鋼兩種，經(jīng)過(guò)埋弧焊工藝實(shí)現(xiàn)密封和連接。
    法蘭零件圖紙畫出，余華啟用思維計(jì)算機(jī)，眼神透出一抹絕對(duì)理性的色彩，腦海之中構(gòu)建法蘭零件的數(shù)學(xué)模型，而后載入基準(zhǔn)材料和結(jié)構(gòu)，以及高壓氧氣數(shù)據(jù)，接著開始計(jì)算模擬。
    計(jì)算模擬鑄鐵法蘭和電爐鋼法蘭的爐內(nèi)工作狀況和數(shù)據(jù)。
    這是余華獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)，無(wú)數(shù)科學(xué)家夢(mèng)寐以求的能力。
    數(shù)學(xué)模型中，一股高壓純氧沿中心管高速前進(jìn)，似如湍流般洶涌澎湃，來(lái)到噴頭法蘭部位后，對(duì)鑄鐵材料的法蘭施加巨大壓力。
    鑄鐵雖然不及電爐鋼，但也能輕松承受這股高壓氣態(tài)純氧所產(chǎn)生的壓力，在鑄鐵法蘭工作一秒后，數(shù)學(xué)模型引入新的變量因素——爐內(nèi)工作環(huán)境。
    火紅色轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)，高達(dá)一千多攝氏度的鋼水，時(shí)時(shí)刻刻向外釋放高額熱量，空氣迅速升溫加熱，籠罩采用鑄鐵材料制作的法蘭。
    “咔擦！”在低溫冷卻水和高溫?zé)崂穗p重影響下，鑄鐵迅速產(chǎn)生變化，強(qiáng)度和硬度以肉眼可見的速度降低，僅僅過(guò)了十?dāng)?shù)秒，鑄鐵法蘭產(chǎn)生一道裂紋，高壓純氧和低溫冷卻水隨即泄露。
    數(shù)學(xué)模型計(jì)算終止。
    “鑄鐵不行，看來(lái)只能用電爐鋼了。”余華對(duì)于鑄鐵法蘭的模擬數(shù)據(jù)并不意外，面色平靜，腦海分析這些模擬計(jì)算數(shù)據(jù)后，給出一個(gè)初步結(jié)論，而后開始進(jìn)行電爐鋼材料的法蘭數(shù)學(xué)模型計(jì)算。
    鑄鐵和電爐鋼兩種材料的力學(xué)性能明顯不同，而余華之所以要做兩種數(shù)學(xué)模型計(jì)算的緣故，只為了查看鑄鐵材料能否滿足使用。
    莫得辦法，根據(jù)地窮，中華窮，鑄鐵成本和電爐鋼成本完全是兩個(gè)概念，如果鑄鐵材料能滿足法蘭盤的使用環(huán)境，那就沒(méi)有必要耗費(fèi)珍貴的電爐鋼。
    可惜，鑄鐵法蘭的結(jié)果沒(méi)有令余華驚喜。
    數(shù)學(xué)模型計(jì)算再次啟動(dòng)，高壓純氧和爐內(nèi)工作環(huán)節(jié)等等現(xiàn)實(shí)變量因素出現(xiàn)，這一次，采用電爐鋼材料的法蘭盤，在近乎真實(shí)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，工作時(shí)間達(dá)到十個(gè)小時(shí)以上。
    “材料力學(xué)數(shù)據(jù)合格，安全壓力余量充足，在有冷卻水的情況下，電爐鋼法蘭能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在沒(méi)有冷卻水的情況下，大概十分鐘就會(huì)因?yàn)楦邷囟淖冏陨聿牧咸匦裕贿^(guò)，十分鐘已經(jīng)足夠噴頭損毀幾百次。”跑了一遍動(dòng)態(tài)計(jì)算模擬的余華，得出電爐鋼法蘭的材料力學(xué)數(shù)據(jù)和各項(xiàng)參數(shù)，退出消耗巨大的思維計(jì)算機(jī)模式，默默思索。
    這份計(jì)算數(shù)據(jù)表明，法蘭設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題，必須采用電爐鋼材料。
    噴頭法蘭搞定，整個(gè)氧槍研制項(xiàng)目基本宣告結(jié)束，余華在圖紙上標(biāo)注零件規(guī)格和材料要求，而后打開裝滿數(shù)十份設(shè)計(jì)圖紙的抽屜，將這張法蘭設(shè)計(jì)圖折疊整理，放入其中。xしēωēй.coΜ
    抽屜里這些設(shè)計(jì)圖紙全是關(guān)于氧槍的圖紙，包括整體三視圖、噴頭設(shè)計(jì)圖紙、槍身設(shè)計(jì)圖紙等等，千萬(wàn)別以為數(shù)十份很多，事實(shí)上，這個(gè)年代搞技術(shù)開發(fā)的工程師和學(xué)者，圖紙消耗動(dòng)輒幾十上百公斤。
    是的，幾十上百公斤。
    這還不算多，如果是那種超高難度且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程項(xiàng)目，圖紙消耗量甚至能達(dá)到噸級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
    對(duì)比同時(shí)代的同行們，余華這幾十份圖紙，已經(jīng)算超級(jí)勤儉節(jié)約的級(jí)別。
    而這些，全都依賴于思維計(jì)算機(jī)和思維近似物理系統(tǒng)。
    “氧槍算是搞定了，趁著現(xiàn)在還有精力，研究一下空分設(shè)備。”余華放好圖紙，心思由氧槍轉(zhuǎn)移到空分設(shè)備上，稍微休息一會(huì)兒，接著取出一張空白圖紙擺放于桌面。
    整個(gè)人面容有些嚴(yán)肅，右手執(zhí)筆，在旁邊草稿紙寫出空分設(shè)備的工作原理和制氧流程。
    原理為利用氧氣與氮?dú)獠煌姆悬c(diǎn)進(jìn)行制氧，制氧流程大致分為壓縮—凈化—換熱—制冷—精餾。
    要從空氣中制取氧氣，首先第一步，也是最重要的步驟，壓縮空氣。
    問(wèn)題來(lái)了，如何壓縮空氣？
    很簡(jiǎn)單，上一個(gè)擁有內(nèi)部空間且封閉的金屬體，加上往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)表面光滑的鑄鐵金屬，就能實(shí)現(xiàn)壓縮空氣，它在機(jī)械工程領(lǐng)域可以稱之為氣缸與活塞。
    光有氣缸與活塞還不夠，為了能傳動(dòng)能量讓活塞運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，肯定要加裝曲柄連桿，連接能量供應(yīng)核心，這個(gè)點(diǎn)由把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電機(jī)負(fù)責(zé)提供，此后，再加裝完全密封的鑄鐵殼體與進(jìn)排管道，一個(gè)可以壓縮空氣的機(jī)器設(shè)備就做好了。
    這，就是空氣壓縮機(jī)。
    從機(jī)械工程角度講，壓縮機(jī)工作原理非常簡(jiǎn)單，對(duì)后世任何一名理科高中生而言，只要聽了課，隨便掰扯理解，動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生，都能造個(gè)簡(jiǎn)易壓縮機(jī)。
    而壓縮機(jī)更是遍布千家萬(wàn)戶，舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，后世家家戶戶全都有的空調(diào)和冰箱，全靠壓縮機(jī)制冷。
    不過(guò)，作為工業(yè)級(jí)空分設(shè)備的心臟，研發(fā)道路上的第一只攔路虎，具有不可替代性的壓縮機(jī)，工作要求和指標(biāo)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)空凋壓縮機(jī)和冰箱壓縮機(jī)，而且，對(duì)壓縮機(jī)而言，想要整臺(tái)空分設(shè)備生產(chǎn)出足夠的氧氣，必須付出五倍以上的努力。
    原因很簡(jiǎn)單，空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%。
    制取一份氧氣，需要五份空氣。
    對(duì)壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，滿足一臺(tái)最小的2T級(jí)實(shí)驗(yàn)氧吹爐單位耗氧量，即180立方米每小時(shí)氧氣產(chǎn)量，得直接乘以五倍。
    如果是真正意義上的30噸級(jí)工業(yè)氧吹爐，那就更加夸張了。
    30噸級(jí)氧吹爐不僅意味著鋼水容積增加，而且單位耗氧量急劇上升，達(dá)到每噸金屬3.5立方米/每分鐘！
    這是什么概念？
    每小時(shí)供氧強(qiáng)度要達(dá)到6300立方米，然后再乘以5，得到3.15萬(wàn)立方米空氣的天文數(shù)字。
    當(dāng)然，余華沒(méi)有好高騖遠(yuǎn)，準(zhǔn)備直接上馬7000立方米每小時(shí)的空分設(shè)備，腳踏實(shí)地，從小出發(fā)，目標(biāo)定在每小時(shí)200立方米氧氣的空分設(shè)備。
    “現(xiàn)階段全世界空分設(shè)備的氧氣產(chǎn)量不高，主要原因在于壓縮機(jī)進(jìn)氣量不夠，而這取決于進(jìn)氣機(jī)組的進(jìn)氣效率……”余華右手握著鉛筆，簡(jiǎn)單幾筆，便畫出一個(gè)具有極簡(jiǎn)風(fēng)格的進(jìn)氣機(jī)組結(jié)構(gòu)，腦海高速運(yùn)轉(zhuǎn)思考。
    進(jìn)氣機(jī)組與進(jìn)氣效率！
    工業(yè)級(jí)空分設(shè)備的研發(fā)難度之所以高，在于超高制氧效率。
    由于壓縮機(jī)必須每時(shí)每刻需要獲得巨量空氣，進(jìn)氣機(jī)組的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，已知進(jìn)氣效率越高，壓縮機(jī)進(jìn)氣量越高。
    一個(gè)新的問(wèn)題由此誕生，什么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)氣機(jī)組效率最高？
    沒(méi)人知道，這是氮肥工廠老板和氧氣切割工程師最關(guān)心的事情。
    當(dāng)然，余華還是知道的，已知進(jìn)氣效率最高的進(jìn)氣機(jī)組，唯有F-22‘猛禽’身上F119矢量渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)用的壓氣機(jī)，這玩意兒進(jìn)氣效率之高令人感到可怕，每秒進(jìn)氣量達(dá)到上千立方米以上，令這款小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率，卻絲毫不弱于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力更是達(dá)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)之最。
    嗯，理論上這是一款超理想的壓縮機(jī)進(jìn)氣機(jī)組，如果余華能造出來(lái)的話。
    用F119渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)太過(guò)遙遠(yuǎn)，回到壓縮機(jī)草圖上，余華權(quán)衡考慮，仔細(xì)思索過(guò)后，認(rèn)為現(xiàn)階段最適合壓縮機(jī)的進(jìn)氣機(jī)組，就是由離心式壓氣機(jī)與渦輪構(gòu)成的渦輪增壓技術(shù)。
    是的，大名鼎鼎的渦輪增壓。
    渦輪增壓技術(shù)可以有效提升進(jìn)氣效率，進(jìn)而滿足壓縮機(jī)的進(jìn)氣量需求，在整個(gè)空分設(shè)備中起到至關(guān)重要的作用。
    余華握著鉛筆，畫出渦輪增壓機(jī)組和壓縮機(jī)的概念圖，與此同時(shí)，腦海開始計(jì)算數(shù)據(jù)，分別對(duì)單級(jí)壓氣機(jī)和多級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)計(jì)算，數(shù)分鐘過(guò)后，余華得到一系列數(shù)據(jù)結(jié)果。
    計(jì)算模擬結(jié)果顯示：
    單級(jí)壓氣機(jī)和渦輪令進(jìn)氣效率有效提升，但總進(jìn)氣量不足，只有每小時(shí)780立方米，依舊無(wú)法滿足2T實(shí)驗(yàn)爐的供氧強(qiáng)度需求。
    二級(jí)離心壓氣機(jī)和渦輪令進(jìn)氣效率相較單級(jí)提升30%以上，總進(jìn)氣量及格，達(dá)到每小時(shí)1014立方米，滿足2T實(shí)驗(yàn)爐需求。
    三級(jí)離心壓氣機(jī)和渦輪令進(jìn)氣效率相較二級(jí)提升45%以上，總進(jìn)氣量?jī)?yōu)秀，達(dá)到每小時(shí)1470立方米。
    這個(gè)誕生于1885年的渦輪增壓技術(shù)，頃刻間令空分設(shè)備研究產(chǎn)生翻天覆地的變化，至于四級(jí)壓氣機(jī)和五級(jí)壓氣機(jī)，考慮到加工難度和材料的限制，完全沒(méi)有計(jì)算模擬的必要。
    三級(jí)以上的離心壓氣機(jī)，對(duì)于1937年的機(jī)械制造業(yè)而言，就像是F119相對(duì)于黎明航發(fā)那般遙不可及。
    “一級(jí)不夠，三級(jí)離心壓氣機(jī)對(duì)制造工藝和材料的要求特別高，成本高昂，不劃算，二級(jí)雖然進(jìn)氣效率不如三級(jí)渦輪增壓機(jī)組，但已經(jīng)適合。”余華對(duì)采用三種不同結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)進(jìn)行選擇，毫無(wú)疑問(wèn)，二級(jí)離心壓氣機(jī)和渦輪的組合，最適合應(yīng)用于當(dāng)前的壓縮機(jī)。