Бессемеровский процесс

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Схема конвертера Бессемера
Схема бессемеровского конвертера. Через расплавленный чугун продувают воздух, вызывающий окисление примесей и превращение чугуна в сталь.
Конвертер Бессемера в музее Kelham Island, Шеффилд, Англия

Бессеме́ровский процесс, бессемерование чугуна, производство бессеме́ровской стали — в настоящее время устаревший метод передела жидкого чугуна в сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом. Процесс был предложен в Англии Генри Бессемером в 1856 году.

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 кислому конвертерному процессу, который ведут в агрегате с кислой футеровкой (кремнистый материал, динас)[1].

Позднее бессемерование стало применяться в цветной металлургии. В частности, в 1866 году русский изобретатель и инженер Василий Александрович Семенников (1831—1898)[2] впервые осуществил бессемерование медного штейна для передела его в черновую медь[3].

Технология

Течение бессемеровского процесса определяется химическим составом и температурой жидкого чугуна (так называемый «бессемеровский чугун»)[4].

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 возможности 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 %)[4].

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 %)[4].

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.

В России

Первые в отечественной металлургии опыты по производству стали бессемеровским способом проводились в конце 1860-х годов на Воткинском заводе под руководством А. А. Иоссы. В 1868 году Иосса направил директору Горного департамента В. К. Рашету докладную записку, обосновывая в ней необходимость проведения дополнительных опытов по выплавке стали мартеновским способом. Из-за задержки финансирования эти опыты начались на Воткинском заводе уже после отъезда Иоссы на Пермкий сталепушечный завод[5][6][7][8].

Изначально при бессемеровском процессе использовались только высококремнистые чугуны. Чугун с малым содержанием кремния считался непригодным для бессемерования. В начале 1870-х годов почти одновременно металлурги Д. К. Чернов на Обуховском заводе и К. П. Поленов на Нижнесалдинском заводе разработали технологию бессемерования низкокремнистых чугунов, предложив производить их предварительное расплавление и перегрев в вагранке до заливки в конвертор[9][10].

Бессемеровские конверторы работали в России до конца 1990-х годов на Чусовском металлургическом заводе[11]

Примечания

  1. ↑ Бессемер, Генрих // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  2. ↑ Ванюков В. А. Роль русских инженеров в развитии металлургии меди // в кн.: Русские ученые в цветной металлургии. — Москва, 1948.
  3. ↑ Яковлев В. Б. К истории бессемерования штейнов // Вопросы истории естествознания и техники. — 1957. — № 3.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Квитко М. П., Афанасьев С. Г. Кислородно-конвертерный процесс. — Москва: Металлургия, 1974. — 343 с.
  5. ↑ Шаблон:Source
  6. ↑ Иосса Александр Александрович / Микитюк В. П. // Уральская историческая энциклопедия : [арх. 20 октября 2021] / глав. ред. В. В. Алексеев. — 2-е изд., перераб. и доп. — Екатеринбург : Академкнига; УрО РАН, 2000. — С. 232. — 640 с. — 2000 экз. — ISBN 5-93472-019-8.
  7. ↑ Шаблон:Source
  8. ↑ Иосса (Jossa) Александр Александрович // Немцы России : энциклопедия : в 3 т. / пред. редкол. В. Караев — М. : Общественная Академия наук российских немцев, 1999. — Т. 1 : А–И. — С. 820. — 832 с. — 5500 экз. — ISBN 5-93227-002-0.
  9. ↑ П.И. Полухин. Технология металлов и сварка. — М.: Высш. Школа, 1977. — С. 28.
  10. ↑ Жизненный путь и научное творчество Д.К. Чернова. Дата обращения: 21 февраля 2019. Архивировано 21 февраля 2019 года.
  11. ↑ Растворивашаяся целлюлоза. Как подставной инвестор помог выдавить с уральского завода тысячи людей. Рамблер. 21 сентября 2018 года.

Литература

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Бессемеровский_процесс&oldid=12580752