Изобретение бессемеровского способа получения стали

Требования, предъявляемые к металлургии тяжелой промышленностью, не могли быть удовлетворены существующими в 60-х годах XIX в. методами получения железа и стали, т. е. кричным переделом чугуна и пудлингованием, так как последние обладали рядом существенных недостатков. Пудлингование было медленным и трудоемким, а следовательно, и дорогим способом передела чугуна в железо. Тигельный способ получения стали также был весьма дорог и, главное, ограничен по своим масштабам.

Задача массового получения стали была разрешена английским изобретателем Генри Бессемером (1813-1898). В 1854 г. Бессемер началработать над улучшением качества чугуна, шедшего на изготовление дальнобойных орудий, которые должны были выдерживать большое количество выстрелов. В 1856 г. он получил свой первый патент на усовершенствованный метод передела чугуна. За этим изобретением последовал ряд других изобретений, и в результате Бессемер создал новый способ передела чугуна в ковкое железо и сталь (Схема конвертера Бессемера).

Бессемерование чугуна — это процесс передела жидкого чугуна в литую сталь путем продувки сквозь него сжатого воздуха. Продувка производится в специальном резервуаре — конвертере. Превращение чугуна в сталь в конвертере происходит благодаря окислению углерода и примесей (кремния, марганца), содержащихся в чугуне, кислородом воздуха. Процесс бессемерования происходит без подвода тепла извне и без применения какого-либо горючего материала: тепло, необходимое для процесса, образуется благодаря окислению железа и его примесей.

Практически бессемерование протекает следующим образом. Чугун в том виде, как он выходит из доменной печи, заливается в конвертер (Конвертер — это резервуар (похожий на грушу) с отверстиями на дне для подвода воздуха. Он укреплен на двух подвижных опорах, по одной с каждой стороны и поэтому его можно переводить из горизонтального в вертикальное положение).

Наполнив конвертер, его поворачивают в вертикальное положение и через отверстия в дне начинают вдувать воздух, который пузырьками проходит через расплавленный металл. Кислород воздуха при этом приходит в соприкосновение с каждой частицей чугуна и в результате соединяется с углеродом, находящимся в чугуне, совершенно так же, как углерод угля, сгорая, соединяется с кислородом воздуха. Когда процесс закончен, конвертер переводят опять в горизонтальное положение и прекращают вдувание воздуха. После окончания процесса в конвертере образуется железо, в которое затем добавляют строго определенную дозу примеси, содержащей углерод, поддерживающий дальнейший процесс окисления железа. В результате в конвертере образуется сталь, содержащая требуемый процент углерода.

Процесс бессемеровання протекает чрезвычайно быстро, продолжительность его не превышает 15 минут. Количество перерабатываемого чугуна и пропускная способность конвертера весьма велики: в конвертере 10-15 т чугуна превращается в железо или сталь в течение 10 мин. Для того чтобы получить такое же количество стали, раньше требовалось несколько дней работы пудлинговой печи или две недели работы старого кричного горна.

Конвертер бессемера

Несмотря на преимущества бессемеровского процесса по сравнению с пудлингованием, бессемерование стало внедряться в металлургическое производство лишь с 70-х годов XIX в., т. е. спустя 20 лет после изобретения. Это объяснялось рядом причин: во-первых, в 50-х годах потребности тяжелой промышленности в металле были ограничены; во-вторых, капиталисты, вложившие большие средства в пудлинговые установки, боролись против введения нового способа получения стали; в-третьих, само бессемерование еще не было настолько усовершенствовано, чтобы занять доминирующее положение в металлургии.

Бессемер потратил много упорного труда, внедряя свое изобретение в металлургическое производство. В 1858 г. он построил завод в Шеффильде — центре металлургического производства Англии — со специальной целью распространить новый способ получения стали среди шеффильдских фабрикантов.Всемирная выставка в Лондоне в 1862 г. принесла Бессемеру полный успех. Перед посетителями было продемонстрировано большое разнообразие изготовляемых из бессемеровского металла предметов, а также высокие свойства нового металла.

К середине 90-х годов XIX в. бессемеровский процесс прочно вошел в металлургию. В процессе эксплуатации бессемеровские конвертеры были значительно усовершенствованы. На крупных металлургических заводах производительность конвертеров с 1870 по 1903 г. увеличилась в 62,5 раза.

В России первые заводские опыты получения стали новым способом были произведены еще в 1856-1857 гг. Однако внедрение бессемеровского процесса в промышленных масштабах началось лишь с 1872 г. на Обуховском заводе и с 1875 г. на Нижне-Салдинском заводе. Здесь под руководством инженера-металлурга К. П. Поленова был создан новый, так называемый «русский» вариант бессемерования. Сущность русского процесса бессемерования состояла в том, что в конвертер поступал уже сильно перегретый в отражательной печи чугун, и поэтому первый период английского процесса бессемерования — горение кремния и получение шлака — здесь или отсутствовал или был крайне ограничен. Нагрев чугуна до высокой температуры заменял первый период процесса и поэтому вел к ликвидации необходимости в искусственном увеличении содержания кремния в чугуне.

Этим и объясняется большое распространение русского варианта бессемерования при переделе уральских древесноугольных малокремнистых чугунов.

Вообще в разных странах и даже в одной и той же стране бессемеровский процесс осуществлялся по разным схемам. Кроме русского способа бессемерования известны английский, шведский, немецкий и другие способы. Та или иная схема бессемеровского процесса применялась в зависимости от качества руд, использовавшихся для выплавки чугуна.