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贝塞麦转炉炼钢法

随着工业革命的胜利,工场手工业转向了机器大工业。机器的大量发明和广泛使用,使钢铁成了最基本的工业材料。从前的炼钢方法已经不能满足工业和技术发展的急需,寻找新炼钢法最早获得成就的是英国的威廉•凯利。19世纪40年代末他在肯特郡自己开办的工厂里发现,精炼生铁时,少加一些木炭,多向炉内鼓进些空气,能使炉温升高。此法不仅节约了木炭,而且可以把铁炼成钢。1851年凯利建成了新的炼钢炉,但他严格保密,不向外公布。

首先公布转炉炼钢法的是英国发明家贝塞麦。直接导致他寻找新炼钢法的契机是军备和战争的需要。1854年底,在阿萨斯诺靶场试射贝塞麦研制的新型炮弹时,军官们担心:用生铁铸造的旧炮发射这种新型炮弹,它是否承受得了炮弹的爆炸力,贝塞麦回忆说:这是导致他考虑去寻找新炼钢方法的“一个火花”。

随后贝塞麦设计了一个炉子,高约1.22米,系固定式的垂直容器,下部有6个风口,可加入熔融生铁约350公斤。试验时人们对此表示极大的怀疑。就连参加实验的工匠们都警告他说,不加焦炭光吹空气,会使铁水在炉中凝固。但是,从炉底鼓进空气后,情况出人意料。首先将铁水中的锰和硅氧化,形成褐色烟雾逸出,在这期间,铁水中的碳也被氧化成二氧化碳。炉温从倒人铁水时的1350℃大约上升到1600℃,反应非常剧烈,象火山爆发一样。整个过程约30分钟,而且不需要任何燃料,就可以炼一炉钢。接着,他将炼钢炉从固定式结构改为可向一侧倾倒,以使炼好的钢水易于倒出。使炼钢炉成为可转动的炉,即转炉。1857年他取得了这项发明的专利。

贝塞麦的发明,引起世界各国的兴趣,纷纷申请采用该法生产的专利。但是很快就出现了问题,不少钢铁企业用此法炼出的钢太脆,一击就碎,原因是矿石中含磷较高。而贝塞麦实验用的矿石恰巧含磷较低。贝塞麦花了很大精力试图解决这一问题,但未能取得成效,此法只限于吹炼含磷少的生铁。

转炉吹炼法还有另一个质量问题,即铸锭内有许多气孔。这一问题由贝塞麦的一位苏格兰朋友乌希特建议“鼓风”之后加去氧剂(铁锰合金)得以解决。

磷的问题是20多年后由英国人托马斯解决的。他认为生铁中的磷被空气氧化后,又被硅质炉衬还原成磷,重新进入钢水。经过一番努力,他发现石灰石能使铁水脱磷,但必须把贝塞麦转炉原先的酸性硅酸质炉衬改为碱性炉衬。新的碱性耐火砖是用在高温下烧成熟料的白云石与焦油混合烧成的。1877年托马斯利用一个星期天的时间在南威尔炼钢厂进行了实验,用碱性耐火砖砌衬,在转炉冶炼过程中与鼓风的同时添加石灰石使炉渣成为高碱性,结果炼出了脱磷的钢。实验大获成功,创造了碱性转炉炼钢法,又称贝塞麦一托马斯法。

第二次世界大战后,不少国家开始实验用纯氧代替空气炼钢。1948年奥地利首先取得了技术突破。此法是把生铁水与废钢混合,倒入转炉中,然后吹氧,将碳与杂质迅速烧掉。用这种方法炼出的钢,质量可与平炉炼出的钢相媲美,所需时间却只有平炉的十分之一。

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