贝塞麦法(Bessemer process)

将空气由酸性炉衬的转炉炉底吹入铁水以氧化其中的杂质元素并发生大量的热，借以炼成钢水的转炉炼钢方法。又称为酸性底吹转炉炼钢法。在19世纪中叶，欧洲资本主义工业蓬勃发展，当时已有的普德林法和坩埚炼钢法等古代炼钢方法已无法满足社会对钢日益增长的需要。1855年英国人贝塞麦(H．Bessemer)试验成功将空气吹入铁水以炼成液态钢的方法，1856年取得专利。在同一时期，美国人凯利(w．Kelly)也研究成功往铁水内吹空气炼钢的方法(Kelly’s air boiling process)，1857年获得美国专利。贝塞麦开始试验时，恰巧用了磷、硫低而且锰高的生铁作原料，初步成功了。但改用其他生铁时，炼得的钢水凝固时产生气孔并发生热裂，难以使用。1856年英国人马希特(R．Mushet)将镜铁(一种含锰的合金)加入到钢水中，克服了上述困难，促进了贝塞麦法的发展，开了大规模生产液态钢的先河。它具有极高的生产率和低的成本，钢质量也优于半固态生产的普德林铁，因而发展迅速，从1870年到1908年的30多年间，贝塞麦法成为世界上的主要炼钢方法。图1为贝塞麦在英国舍菲尔德开办的炼钢厂的概貌。在美国，1908年前贝塞麦法也一直占据主要地位，直至平炉炼钢法兴起。随着低磷铁矿耗用殆尽，而世界上逐渐积累起来的废钢又不能在贝塞麦炼钢法中应用，而且其钢的质量较平炉钢差。因此，贝塞麦法逐渐衰落，为平炉炼钢法所取代。虽然现在贝塞麦炼钢法已经消失，但它被公认为是现代炼钢法的肇始，它巧妙地利用鼓风的动力学作用使金属、炉渣和空气处于高度乳化的弥散状态，冶金反应得以高速进行的原理，在各种现代氧气转炉中仍在广泛应用。

工艺及设备 贝塞麦法对生铁成分与铁水温度有一定的要求。铁中的硅是此法的主要发热元素。含硅不足，操作难以进行；而含硅过高，温度过高，喷溅严重，会延长吹炼时间，增加铁损。生铁中适量的锰有助于造渣，但含锰过高，氧化后侵蚀酸性炉衬及风嘴，且渣稀易引起喷溅，并增加钢中夹杂物。此法不能去磷、硫，由于金属的吹损，终钢中磷、硫含量比吹炼前还略有提高。故要求生铁中磷、硫含量低于成品钢。正常吹炼时，铁水中各元素成分为：Si 0．80％～1．40％，Mn 0．60％～0．90％，P<0．07％，S<0．06％；铁水温度在1250～1350℃，即可获得平稳吹炼。贝塞麦转炉由炉帽、炉身和炉底构成，整个炉体架在支承架上，可以转动；炉身为圆筒形，上接截锥形炉帽，炉口有偏口和正口两种；炉底穿有一些风嘴与下部风箱连接，空气由此送入炉内；炉底可拆卸以便修理更换；炉子内部砌以硅砖或以石英砂打结而成。(图2)来自高炉、混铁炉或化铁炉的铁水注入转炉，当温度、成分正常时，吹炼操作可分为3期：第1期是硅、锰氧化期。首先鼓入空气，空气中的氧与铁水接触，氧化其中的铁生成FeO并随即与硅、锰发生剧烈氧化反应，放出大量热。炉气主要为N。和少量的O。与CO2。这时炉口火焰不亮且很短，并有金属火花喷出。生成的氧化物上浮形成铁、锰硅酸盐炉渣，因渣中含FeO高，呈黑色。第2期是碳氧化期。熔池温度提高后，碳开始强烈氧化；炉气主要为CO，它在炉口外燃烧形成长而白亮的火焰。由于炉衬溶解和渣中的FeO、MnO被还原，SiO2含量增加，渣为亮黄色。当碳降到很低时，火焰突然缩短并逐渐变暗，吹炼即转入第3期。第3期称为冒烟期，主要是铁的氧化；过程很短，生成的一些FeO蒸发形成褐色烟雾。一般在火焰显著缩短时就结束吹炼，不进行第3期。吹炼过程中，金属成分与熔化温度的变化如图3。吹炼完毕根据所需钢种规格进行脱氧及必要的增碳操作。

因受资源与生产条件所限，贝塞麦法所用铁水的含硅量与温度有时不合要求，致使吹炼操作有不同类型。如铁水含硅高(>1．75％)、温度适中或大于1350℃ 时，吹炼过程熔池温度甚高，称为热操作，必须加入废钢冷却降温；而以低温低硅(<1．25％)的铁水吹炼时，由于热量不足，称为冷操作，应尽量减少热损失，此外还常需添加硅铁作补充热源，以利操作顺行。贝塞麦法的金属损失约为装入量的8％～10％。吹炼后炉底侵蚀较为严重，每15～20炉即需更换一次炉底。炉衬寿命经中间修补可达2000次。

产品应用 此法生产的钢(贝塞麦钢)有很好的焊接性和可切削性，轧制件表面光滑。当钢中含铜近o．2％时，对空气的抗蚀性能较好。贝塞麦钢可用于制造焊接钢管、螺帽、螺栓、白铁皮、低碳钢丝和钢筋等。贝塞麦钢含氮量比碱性平炉钢高，易产生时效硬化而发脆，且含磷、氧也较高，限制了它的用途。