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.