Большая советсткая энциклопедия Бессемеровский процесс

Бессемеровский процесс

Бессемеровский процесс, бессемерование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство).

Б. п. был предложен Г. Бессемером в 1856 в связи с растущими потребностями в стали, вызванными ростом ж.-д. строительства, судостроения и машиностроения; он был прогрессивным для того времени методом получения литой стали. Первые заводские опыты производства бессемеровской стали в России относятся к концу 50-х гг. 19 в. (уральские заводы Кушвинский, Нижнеисетский, Сысертский, Всеволодо-Вильвинский и др.). При организации Б. п. в промышленных масштабах русские металлурги (Д. К. Чернов на Обуховском в 1872 и почти одновременно К. П. Поленов на Нижнесалдинском заводах) пошли самостоятельными путями и разработали особый способ передела малокремнистых чугунов в бессемеровском конвертере, получивший название русского бессемерования. Этот способ характеризовался высоким нагревом чугуна в вагранке (Обуховский завод) или в отражательной печи (Нижнесалдинский завод) перед его заливкой в конвертер. Б. п. обычно осуществляется в конвертерах с донной продувкой через установленные в днище конвертера фурмы. Сквозь жидкий чугун, залитый в бессемеровский конвертер, продувают сжатый воздух, чаще атмосферный, реже — обогащенный кислородом. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживающая его в жидком состоянии. В производстве стали для фасонного литья применяют небольшие конвертеры с боковой продувкой. Этот процесс получил название малого бессемерования.

Течение Б. п. определяется прежде всего химическим составом и температурой заливаемого в конвертер чугуна. В Б. п. значительную роль играет кремний, окисление которого в начале процесса способствует повышению температуры в тот период, когда она ещё недостаточна для реакции обезуглероживания. Чем выше степень перегрева чугуна сверх температуры плавления, тем ниже содержание кремния в чугуне. Бессемеровский чугун по содержанию Si делят на три группы: холодный (менее 1,0% Si), химически нормальный (1,0—1,5% Si) и химически горячий (свыше 1,5% Si). По степени нагрева заливаемого в конвертер чугуна различают: горячий (1350°С и выше), физически нормальный (1250 — 1350°С) и физически холодный (ниже 1250°С) чугун. Регулируя соотношение факторов (химический состав, главным образом содержание кремния, и температуру чугуна), строят тепловой баланс Б. п., определяющий нормальный его ход и надлежащие свойства конечного продукта — стали. Ход Б. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом. Температуру Б. п. регулируют изменением количества дутья или введением в конвертер добавок к металлу. Для понижения температуры металла обычно вводят стальной скрап, руду или окалину. При недостатке тепла практикуется присадка ферросплавов, богатых кремнием. Температура металла при выпуске около 1600°С. Продутый металл, т. н. бессемеровская сталь, содержит в растворе избыток кислорода в виде закиси железа (Fe0). Поэтому заключительная стадия плавки — раскисление металлов с помощью ферросплавов.

Получающиеся при продувке чугуна нелетучие окислы входящих в его состав элементов (кремнезём, закиси марганца и железа — SiO2, MnO и FeO) совместно с компонентами разъедаемой футеровки образуют шлак, химический состав которого по ходу продувки непостоянен. Примерный химический состав шлака нормально проведённой операции при изготовлении низкоуглеродистой стали: 60% Si0₂, 3% AI₂O₃, 15% FeO, 17% MnO, незначительное содержание CaO+MgO. Ярко выраженный кислотный характер шлаков при наличии также кислой футеровки конвертера не даёт возможности при Б. п. удалить из металла вредные примеси — фосфор и серу. Лишь незначительная доля фосфора улетучивается с газами в парообразном состоянии. Чистота в отношении серы и фосфора — непременное требование к бессемеровским чугунам. Для выплавки бессемеровского чугуна пригодны лишь специальные "бессемеровские" руды с содержанием фосфора не более 0,025—0,03%, запасы которых весьма ограничены.

Высокое содержание азота в дутье существенно отражается на тепловом балансе Б. п.: на нагрев балластного азота (основного компонента дымовых газов при средней их температуре 1450°С) расходуется около 630 кдж (150 ккал) тепла на 1 кг продуваемого чугуна. Кроме того, наличие азота в металле, в котором он частично растворяется, резко ухудшает качество стали.

Всё повышающиеся требования к стали и наряду с этим значительное уменьшение запасов "бессемеровских" руд привели к резкому сокращению бессемеровского производства. Этому способствовала также и ограниченная ёмкость конвертеров донного дутья (до 50 т). Производство бессемеровской стали (в % к общему производству стали) составляет: в СССР — 1,5; США — 0,2; Франции — 0,3; Англии — 0,06. Более перспективны, чем Б. п., мартеновский процесс, а в последние десятилетия — кислородно-конвертерный процесс.

Лит.: Афанасьев С. Г., Исследование бессемеровского процесса, М., 1957; Лапицкий В. И., Ступарь Н. И., Легкоступ О. И., Металлургия стали, М., 1963; Левин С. Л., Сталеплавильные процессы, К., 1963; Сталеплавильное производство. Справочник, т. 1, М., 1964.

С. Г. Афанасьев.