基本介紹
- 中文名：貝塞麥法
- 外文名：Bessemer
- 別名：酸性底吹轉爐煉鋼法
- 發明者：英國人貝塞麥
- 發明時間：1855
簡介,原理,歷史,方法,
簡介
1855年英國人貝塞麥(H．Bessemer)試驗成功將空氣吹入鐵水以煉成液態鋼的方法，1856年取得專利。在同一時期，美國人凱利(w．Kelly)也研究成功往鐵水內吹空氣煉鋼的方法(Kelly’s air boiling process)，1857年獲得美國專利。貝塞麥開始試驗時，恰巧用了磷、硫低而且錳高的生鐵作原料，初步成功了。但改用其他生鐵時，煉得的鋼水凝固時產生氣孔並發生熱裂，難以使用。1856年英國人馬希特(R．Mushet)將鏡鐵(一種含錳的合金)加入到鋼水中，克服了上述困難，促進了貝塞麥法的發展，開了大規模生產液態鋼的先河。它具有極高的生產率和低的成本，鋼質量也優於半固態生產的普德林鐵，因而發展迅速，從1870年到1908年的30多年間，貝塞麥法成為世界上的主要煉鋼方法。在美國，1908年前貝塞麥法也一直占據主要地位，直至平爐煉鋼法興起。隨著低磷鐵礦耗用殆盡，而世界上逐漸積累起來的廢鋼又不能在貝塞麥煉鋼法中套用，而且其鋼的質量較平爐鋼差。因此，貝塞麥法逐漸衰落，為平爐煉鋼法所取代。雖然現在貝塞麥煉鋼法已經消失，但它被公認為是現代煉鋼法的肇始，它巧妙地利用鼓風的動力學作用使金屬、爐渣和空氣處於高度乳化的彌散狀態，冶金反應得以高速進行的原理，在各種現代氧氣轉爐中仍在廣泛套用。
原理
轉爐煉鋼是一種不需外加熱源，主要以液態生鐵為原料的煉鋼方法。轉爐煉鋼法的主要特點是：靠轉爐內液態生鐵的物理熱和生鐵內各組分（如碳、錳、矽、磷等）與送入爐內的氧進行化學反應所產生的熱量，使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。爐料主要為鐵水和造渣料（如石灰、石英、螢石等），為調整溫度，可加入廢鋼以及少量的冷生鐵塊和礦石等。轉爐按爐襯的耐火材料性質分為鹼性（用鎂砂或白雲石為內襯）和酸性（用矽質材料為內襯）;按氣體吹入爐內的部位分為底吹、頂吹和側吹;按吹煉採用的氣體，分為空氣轉爐和氧氣轉爐。酸性轉爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優質生鐵，因而套用範圍受到限制。鹼性轉爐適於用高磷生鐵煉鋼，曾在西歐得到較大發展。空氣吹煉的轉爐鋼，因含氮量高，質量不如平爐鋼，且原料有局限性，又不能多配廢鋼，未能像平爐那樣在世界範圍內廣泛採用。1952年氧氣頂吹轉爐問世，逐漸取代空氣吹煉的轉爐和平爐，現在已經成為世界上主要煉鋼方法。
歷史
隨著工業革命的勝利，工場手工業轉向了機器大工業。機器的大量發明和廣泛使用，使鋼鐵成了最基本的工業材料。從前的煉鋼方法已經不能滿足工業和技術發展的急需，尋找新煉鋼法最早獲得成就的是英國的威廉·凱利。19世紀40年代末他在肯特郡自己開辦的工廠里發現，精煉生鐵時，少加一些木炭，多往爐內鼓進些空氣，能使爐溫升高。此法不僅節約了木炭，而且可以把鐵煉成鋼。1851年凱利建成了新的煉鋼爐，但他嚴格保密，不向外公布。
首先公布轉爐煉鋼法是英國發明家貝塞麥。直接導致他尋找新煉鋼法的契機是軍備和戰爭的需要。1854年底，在阿薩斯諾靶場試射貝塞麥研製的新型炮彈時，軍官們擔心：用生鐵鑄造的舊炮發射這種新型炮彈，它是否承受得了炮彈的爆炸力，貝塞麥回憶說： “這是導致他考慮去尋找新煉鋼方法的 “一個火花”。
隨後貝塞麥設計了一個爐子，高約1.22米，系固定式的垂直容器，下部有6個風口，可加入熔融生鐵約350公斤。試驗時人們對此表示極大的懷疑。就連參加實驗的工匠們都警告他說，不加焦炭光吹空氣，會使鐵水在爐中凝固。但是，從爐底鼓進空氣後，情況出人意料。首先將鐵水中的錳和矽氧化，形成褐色煙霧逸出，在這期間，鐵水中的碳也被氧化成二氧化碳。爐溫從倒入鐵水時的135。C大約上升到1600。C，反應非常劇烈，象火山爆發一樣。整個過程約30分鐘，而且不需要任何燃料，就可以煉一爐鋼。接著，他將煉鋼爐從固定式結構改為可向一側傾倒，以使煉好的鋼水易於倒出。使煉鋼爐成為可轉動的爐。即轉爐。1857年他取得了這項發明的專利。
貝塞麥的發明，引起世界各國的興趣，紛紛申請採用該法生產的專利。但是很快就出現了問題，不少鋼鐵企業用此法煉出的鋼太脆，一擊就碎，原因是礦石中含磷較高。而貝塞麥實驗用的礦石恰巧含磷較低。貝塞麥花了很大精力試圖解決這一問題，但未能取得成效，此法只限於吹煉含磷少的生鐵。
轉爐吹煉法還有另一個質量問題，即鑄錠內有許多氣孔。這一問題由貝塞麥的一位蘇格蘭朋友烏希特建議“鼓風”之後加去氧劑（鐵錳合金）得以解決。
磷的問題是20多年後由英國人托馬斯解決的。他認為生鐵中的磷被空氣氧化後，又被矽質爐襯還原成磷，重新進入鋼水。經過一番努力，他發現石灰石能使鐵水脫磷，但必須把貝塞麥轉爐原先的酸性矽酸質爐襯改為鹼性爐襯。新的鹼性耐火磚是用在高溫下燒成熟料的白雲石與焦油混合燒成的。1877年托馬斯利用一個星期天的時間在南威爾煉鋼廠進行了實驗，用鹼性耐火磚砌襯，在轉爐冶煉過程中與鼓風的同時添加石灰石使爐渣成為高鹼性，結果煉出了脫磷的鋼。實驗大獲成功，創造了鹼性轉爐煉鋼法，又稱貝塞麥一托馬斯法。
第二次世界大戰後，不少國家開始實驗用純氧代替空氣煉鋼。1948年奧地利首先取得了技術突破。此法是把生鐵水與廢鋼混合，倒入轉爐中，然後吹氧，將碳與雜質迅速燒掉。用這種方法煉出的鋼，質量可與平爐煉出的鋼相媲美，所需時間卻只有平爐的十分之一。
方法
通過向鐵水吹風，將鐵中雜質燒掉。空氣中的氧和部分鐵結合產生“氧化鐵”。氧化鐵又將矽、錳氧化，生成的物質和氧化鐵一起形成爐渣。氧化鐵還和碳化合，產生一氧化碳和二氧化碳煤氣。這就是為什麼說這種方法叫氧化法的。矽、錳、碳都被氧化了。這些雜質變成爐渣或煤氣時，就可使之與鐵分離。倒出來的金屬就是鋼。
貝塞麥法用的爐子叫轉爐。爐子的外殼由鋼板製成。裡面襯有一層耐火磚。轉爐向一邊傾斜，熔鐵從頂部倒進去。然後再將轉爐豎起。空氣從轉爐底部的風眼中吹進。這叫“吹煉。空氣壓進鐵水。氧化過程開始。氧化過程產生熱。溫度從開始的1300℃上升到後來的1600℃。不從外部加熱。
（貝塞表當時還不知道怎樣從鐵里除磷．磷是鋼中的一種雜質。1878年，石灰石和熔鐵第一次一起倒進轉妒頂部，耐火磚爐襯也參進了白雲石。石灰石、白雲石與磷化合變成爐渣。正如你在前面已經讀到的，在鋼水流進鋼水桶之前，熔渣就已從轉爐倒出。）
