- Бессеме́ровский процесс, бессемерование чугуна, производство бессеме́ровской стали — в настоящее время устаревший метод передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом. Операция продувки производится в бессемеровском конвертере. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению примесей, содержащихся в чугуне — кремния, марганца и углерода (отчасти также железа) кислородом воздуха дутья. Несмотря на возрастание (с окислением примесей) температуры плавления металла, он остаётся в жидком состоянии благодаря выделению тепла при реакциях окисления. Термин «бессемеровский процесс» обычно присваивают так называемому кислому конвертерному процессу, который ведут в агрегате с кислой футеровкой (кремнистый материал, динас). Процесс был предложен в Англии Генри Бессемером в 1856 году.
Позднее бессемерование стало применяться в цветной металлургии. В частности, в 1866 году русский изобретатель и инженер Василий Александрович Семенников (1831 – 1898) впервые осуществил бессемерование медного штейна для передела его в черновую медь.
Бессемеровский процесс
Бессемеровский процесс состоит в окислении содержащихся в чугуне примесей воздухом. [1]
Бессемеровский процесс состоит из трех периодов: шлакообразования ( период искр), пламени и бурого дыма. [3]
Бессемеровский процесс является кислым, идущим на кислых шлаках, и футеровка конвертера выполняется из кислого огнеупора – динаса. При кислом процессе из металла не удаляются фосфор и сера, являющиеся вредными примесями. Вследствие этого в бессемеровской стали содержится значительное количество фосфора. Кроме того, в результате тесного контакта с воздухом дутья в ней содержится много азота. Все это определяет основные недостатки бессемеровской стали – повышенная хрупкость, особенно при низких температурах, и повышенная склонность к старению. [4]
Бессемеровский процесс был разработан Бессемером ( Англия) в 1856 г. Сущность способа состоит в том, что сталь получают, окисляя примеси расплавленного чугуна, налитого в конвертор, путем продувки воздухом снизу, через фурмы, расположенные в днище, Окисление углерода, кремния и марганца идет по тем же реакциям, что и при кислородном дутье. Емкость бессемеровских конверторов 10 – 35 т, время продувки 12 – 15 мин. [5]
Бессемеровский процесс состоит из трех периодов: 1) шлакообразования, 2) яркого пламени и 3) бурого дыма. [6]
Бессемеровский процесс отличается высокой производительностью. Уже в самые первые годы своего существования он позволял за считанные минуты превратить 10 – 15 т чугуна в ковкое железо или сталь. [7]
Бессемеровский процесс непригоден для переработки чугунов с повышенным содержанием фосфора, выплавленного из фосфористых руд. Для переработки чугунов высокофосфористых руд, значительные запасы которых имеют страны Западной Европы ( Франция, Бельгия, ФРГ, Люксембург), был предложен томасовский процесс. [8]
Бессемеровский процесс весьма интенсивен и продолжается ( от заливки чугуна в конвертор до получения стали) всего 15 – 20 мин. [9]
Бессемеровский процесс – получение стали из чугуна в конверторе путем окисления кремния, марганца, углерода и железа атмосферным воздухом, обогащенным кислородом. [10]
Бессемеровский процесс весьма интенсивен и продолжается ( от заливки чугуна в конвертор до получения стали) всего 15 – 20 мин. [11]
Бессемеровский процесс производства стали разработан в 1852 г. американцем Уильямом Келли и независимо от него в 1855 г. англичанином Генри Бессемером. Через специальные сопла, вмонтированные в дно конвертера, в расплав продувают воздух, который окисляет кремний, марганец и другие примеси, а в последнюю очередь углерод. Реакция завершается примерно за 10 мин, что можно наблюдать по изменению характера пламени горящей окиси углерода, выбрасываемого из конвертера. Затем добавляют высокоуглеродистый сплав и готовую жидкую сталь разливают. [12]
Достоинствами бессемеровского процесса являются высокая производительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, сравнительно низкие затраты и расходы по переделу. [13]
Преимущество бессемеровского процесса состоит в том, что он не требует дополнительного нагревания, и сталь, полученная по этому способу, хорошо сваривается, прокатывается и протягивается на холоду. [14]
Изобретение бессемеровского процесса обычно относится к 1855 г., когда англичанин Генри Бессемер ( Henry Bessemer, 1813 – 1898 гг.) взял патент на новый способ производства стали, названный впоследствии его именем. Великое открытие Бессемера было подготовлено всем ходом социально-экономич. Главная сущность изобретения Бессемера заключалась в том, что он предложил плавильный аппарат с высоким темп-рным режимом и значительно ускорил реакции окисления примесей за счет интенсивного перемешивания жидкого чугуна струей проходящего через его толщу воздуха. Тепло, выделяющееся при протекании химических реакций окисления примесей в чугуне ( кремния, марганца, углерода, а частично и самого железа), используется в бессемеровской реторте для покрытия всех тепловых потерь процесса. С этой точки зрения предложенный Бессемером способ п о-лучения стали без затраты горючего является непревзойденным по стройности своей теоретич. Для пром-сти того времени Бессемер дал совершенно новый способ массового получения дешевой литой стали, позволяющий немедленно увеличить масштаб производства черного металла в десятки и сотни раз. Вместо громоздких агрегатов для получения пудлингового желеаа и тигельной стали, вместо примитивных горнов и печей, металлич. Бессемер дал оригинальный плавильный аппарат, в к-ром можно было за одну операцию в течение 10 – 15 мин. Так обстояло дело в области количественных отношений. Не менее разительные по тому времени результаты дало внедрение нового процесса в части повышения качества стальных изделий. Достаточно указать, что первые бессемеровские рельсы выдерживали срок службы в 40 – 50 раз больший, чем рельсы из пудлинговой стали, изготовлявшиеся в добессе-меровские времена. Этими обстоятельствами объясняется огромное историч. Бессемер должен был не только установить его производственную схему, но впервые во всех деталях конструктивно разработать всю аппаратуру и вспомогательное оборудование для массового получения литой стали, начиная от плавильного агрегата ( конвертера) и кончая изложницей и разливочным ковшом со стопорным аппаратом, к-рые являются теперь необходимым оборудованием для каждой сталеплавильной мастерской. [15]
Бессеме́ровский процесс, бессемерование чугуна, производство бессеме́ровской стали — в настоящее время устаревший метод передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом. Операция продувки производится в бессемеровском конвертере. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению примесей, содержащихся в чугуне — кремния, марганца и углерода (отчасти также железа) кислородом воздуха дутья. Несмотря на возрастание (с окислением примесей) температуры плавления металла, он остаётся в жидком состоянии благодаря выделению тепла при реакциях окисления. Термин «бессемеровский процесс» обычно присваивают так называемому кислому конвертерному процессу, который ведут в агрегате с кислой футеровкой (кремнистый материал, динас). Процесс был предложен в Англии Генри Бессемером в 1856 году [1] .
Содержание
Технология [2]
Течение бессемеровского процесса определяется химическим составом и температурой жидкого чугуна (так называемый «бессемеровский чугун»).
Получившиеся при продувке чугуна нелетучие окислы входящих в его состав элементов (SiO2, MnO, FeO) совместно с компонентами разъедаемой футеровки образуют кислый шлак, содержащий при выплавке низкоуглеродистой стали до 65 % SiO2. Наличие кислого шлака не даёт возможность удалить из металла присутствующие в нём вредные примеси — в первую очередь фосфор и серу, чем бессемеровский процесс отличается от томасовского процесса. Поэтому чистота в отношении серы и фосфора является непременным требованием к бессемеровским чугунам, а следовательно, и к «бессемеровским» рудам (содержание фосфора в руде не более 0,025—0,030 %).
На нагрев балластного азота, являющегося при бессемеровском процессе основным компонентом дымовых газов, при средней их температуре 1450 °C расходуется около 110 ккал на 1 кг продуваемого чугуна. При полной замене воздуха кислородом кремний перестаёт играть ведущую роль в тепловом балансе бессемеровского процесса. Оказывается возможной продувка химически холодных чугунов, поскольку количество тепла дымовых газов снижается в этом случае примерно с 28 % до 8,5 %. При чисто кислородном дутье содержание в шихте лома, как показывают тепловые расчёты, может быть очень значительным (до 25 %).
Условия прекращения процесса
Вследствие кратковременности бессемеровского процесса (около 15 мин.) весьма трудно определить момент прекращения продувки на заданном содержании углерода в стали. Примерно до 40-х годов XX века бессемеровский процесс обычно заканчивался на пониженном (против заданного) содержании в стали углерода; сталь затем дополнительно науглероживали в ковше. Продувка приводила к повышению содержания в металле остаточного кислорода, а следовательно, к увеличению расхода ферросплавов — раскислителей; в результате повышалось также содержание в стали неметаллических включений. Впоследствии на агрегатах были установлены приборы для непрерывного определения по спектру вырывающегося из горловины конвертера пламени содержания в металле углерода (а также температуры); это позволило автоматически точно определять момент требуемого окончания продувки, с получением стали заданного состава. Для достижения этой цели стали применяться и другие способы, например, кратковременная остановка продувки для взятия пробы на углерод. Температура металла при выпуске составляет около 1600 °C. Выход годных слитков (см. Бессемеровская сталь) к весу залитого в конвертер чугуна колеблется в пределах 88—90 %, поднимаясь до 91—92 % при добавке в конвертер руды.
Малый бессемеровский процесс
Разновидностью бессемеровского процесса является малое бессемерование (малый бессемеровский процесс), проводимое в небольших конвертерах ёмкостью обычно 0,5—4 т, в которых воздух не пронизывает толщу металла, а направляется на его поверхность. При этом получается горячая сталь (1600—1650 °C) с относительно небольшим содержанием азота (примерно до 0,0075 %), используемая главным образом для тонкостенного и мелкого фасонного стального литья; жидкий чугун для малого бессемеровского процесса готовится в вагранках.