Bessemer流程

Bessemer转换器，示意图

这Bessemer流程是第一个便宜的工业过程为了大量生产的钢来自熔融生铁在发展之前开放炉炉。关键原则是清除杂质来自铁经过氧化空气被熔融铁吹。氧化还会提高铁质量的温度并保持熔融。

有关的脱氧随着空气流程已经在欧洲以外使用了数百年，但没有在工业规模上使用。[1]一个这样的过程（类似于布丁）在11世纪在东亚闻名，学者在那里沉库那个时代描述了它在中国钢铁行业中的使用。[2][3]在17世纪，欧洲旅行者的帐户详细介绍了日本人的可能使用。[4]

现代过程以其发明者，英国人的名字命名亨利·贝塞默（Henry Bessemer），谁拿出了专利在1856年的过程中。[5]据说该过程是由美国发明家在1851年独立发现的威廉·凯利[4][6]尽管该主张是有争议的。[7][8][9][10]

使用基本的过程耐火衬里被称为“基本贝塞姆过程”或Gilchrist – Thomas过程在英国发现者之后珀西·吉尔克里斯特（Percy Gilchrist）和西德尼·吉尔克里斯特·托马斯（Sidney Gilchrist Thomas）.

历史

Bessemer转换器，凯勒姆岛博物馆，英格兰谢菲尔德（2010）。

早期历史

自11世纪以来，东亚就已经存在类似于Bessemer过程的系统。[2][3]经济历史学家罗伯特·哈特威尔（Robert Hartwell）写道宋（960–1279 CE）创新了一种重复锻造的“部分脱碳”方法铸铁在冷爆炸下。[11]汉学家约瑟夫·尼德姆（Joseph Needham）冶金学院的历史学家Theodore A. Wertime将这种方法描述为制造钢的前身。[2][12][13]这一过程首先是由多产的学者和Polymath政府官员描述的沉库（1031–1095）1075年，当时他访问了Cizhou。[11]哈特威尔指出，也许最早的实践中心是沿途的伟大的铁生产区亨南–hebei11世纪的边界。[11]

在15世纪，服装过程，在欧洲开发了另一个与Bessemer进程共享吹气原理的过程。1740年，本杰明·亨斯曼（Benjamin Huntsman）开发了坩埚技术对于钢制造商，在他在地区的车间Handsworth在谢菲尔德。这个过程对钢生产的数量和质量产生了巨大影响，但它与使用脱氧化的Bessemer型工艺无关。

约翰·阿尔布雷希特·曼德尔斯洛描述了日本对Bessemer过程的使用。[4]

日本人可能利用了贝塞默型工艺，这是欧洲旅行者在17世纪观察到的。[4]冒险家约翰·阿尔布雷希特·曼德尔斯洛描述了1669年英文发表的一本书中的过程。地球的脚，在那里持续吹来，将其填满，以赋予其要的形式。”据历史学家唐纳德·瓦格纳（Donald Wagner）称，曼德尔斯洛（Mandelslo）没有亲自访问日本，因此他对这一过程的描述很可能源自前往日本的其他欧洲人的叙述。瓦格纳（Wagner）认为，日本进程可能与贝塞默（Bessemer）的过程相似，但警告说，另类解释也是合理的。[4]

Bessemer的专利

威廉·凯利在Bessemer的专利之前，可能已经尝试了类似的过程。

在1850年代初至中期，美国发明家威廉·凯利实验类似于Bessemer过程的方法。瓦格纳（Wagner）写道，凯利（Kelly）可能是受到凯利（Kelly）在1854年雇用的中国铁工引入的技术的启发。[4]凯利（Kelly）和贝塞默（Bessemer）发明相同过程的说法仍然存在争议。当Bessemer报告该过程的专利时科学美国人，凯利回应了给杂志的一封信。凯利（Kelly）在信中指出，他以前曾尝试过这一过程，并声称贝塞默（Bessemer）知道凯利（Kelly）的发现。他写道：“我有理由相信我的发现在三，四年前在英格兰闻名，因为许多英国布丁人参观了这个地方看我的新进程。在那里发明。”[4]建议凯利的流程比贝塞默的流程较不发达和成功。[14]

亨利·贝塞默爵士描述了他发明的起源自传写于1890年。克里米亚战争，许多英国工业家和发明者对军事技术产生了兴趣。据Bessemer称，他的发明受到与之交谈的启发拿破仑三世1854年，与更好的火砲所需的钢有关。Bessemer声称“这是“火花”，这是当前世纪必须记录的最伟大的革命之一，因为在那天晚上从Vincennes到巴黎的出租车骑行时，我下定决心要尽我所能，尽我所能。铁在制造枪支中的质量。”[5]当时，钢被用来制作餐具和工具等小型物品，但对于大砲来说太昂贵了。从1855年1月开始，他开始以一种制作钢的方式，以大量的数量生产砲兵到十月，他提交了与Bessemer流程有关的第一份专利。一年后的1856年，他为该方法申请了专利。[5]

亨利·贝塞默（Henry Bessemer）

Bessemer将专利的过程许可为四个铁主义者，[什么时候？]总共27,000英镑，但被许可人未能产生他承诺的钢质质量 - 据他的朋友威廉·克莱（William Clay）说，它“烂又烂了”[15] - 他后来以32,500英镑的价格买了他们。[16]他的计划是在几个地理区域中的每一个中向一家公司提供许可决定降低其销售价格。通过这种方法，他希望使新过程获得站立和市场份额。[15]

他意识到技术问题是由于铁中的杂质造成的，并得出结论，解决方案在于知道何时在其过程中关闭空气流动，以便将杂质烧毁，但适当的数量碳留下来。但是，尽管在实验上花费了数万英镑，但他找不到答案。[17]某些等级的钢对78％敏感氮这是通过钢的空气爆炸的一部分。

该解决方案首先是由英语冶金学家发现的罗伯特·福特斯特·穆什特（Robert Forester Mushet），他们在院长森林。他的方法是首先烧毁全部杂质和碳，然后重新引入碳和锰通过添加确切的数量Spiegeleisen，一种铁和锰合金，带有痕量的碳和矽。这具有提高成品质量的影响，从而增加了其锻造性 - 它能够在高温下承受滚动和锻造并使其更适合大量用途。[18][19]Mushet的专利最终由于Mushet无法支付专利费而失效，并被Bessemer收购。Bessemer从专利中获得了超过500万美元的特许权使用费。[20]

第一家获得该过程的公司是曼彻斯特公司W＆J Galloway，他们这样做是在贝塞默（Bessemer）于1856年在切尔滕纳姆（Cheltenham）宣布的。但是，他们随后在1858年取消了许可证，以换取机会与Bessemer和其他人进行合作伙伴关系。从1858年开始，这种合作伙伴关系开始在谢菲尔德制造钢瑞典。这是第一个商业作品。[15][21]

瑞典商人和领事也购买了在瑞典和挪威使用的Bessemer专利20％的份额GöranFredrikGöransson在1857年访问伦敦期间。在1858年上半年，戈兰森与一小群工程师一起尝试了Edsken附近的Bessemer进程霍夫，瑞典在他最终成功之前。1858年晚些时候，他再次在伦敦与亨利·贝塞默（Henry Bessemer）会面，设法说服了他在这一过程中的成功，并谈判了在英格兰出售钢铁的权利。埃德斯肯（Edsken）的产量继续进行，但对于所需的工业规模生产而言，它太小了。1862年，戈兰森（GöranssonSandviken成立于。该公司更名为Sandviken的Ironworks，继续增长，最终成为桑德维克在1970年代。[22]

美国的工业革命

亚历山大·莱曼·霍利（Alexander Lyman Holley）在美国的Bessemer Steel取得成功做出了重大贡献。他的关于军械和盔甲的论文是当代武器制造和钢铁制造实践的重要工作。1862年，他参观了贝塞默（Bessemer）的谢菲尔德（Sheffield）作品，并有兴趣许可在美国使用的过程。返回美国后，霍利遇到了来自纽约特洛伊，约翰·温斯洛（John F. Winslow）和约翰·奥古斯都·格里斯沃尔德，他要求他返回英国并与英格兰银行代表他们。Holley获得了Griswold和Winslow的许可，以使用Bessemer的专利流程，并于1863年底返回美国。[23]

三人开始在纽约特洛伊1865年。工厂包含了许多霍利的创新，这些创新极大地提高了谢菲尔德的贝塞默工厂的生产力，业主在1867年进行了成功的公开展览。特洛伊工厂引起了人们的注意宾夕法尼亚铁路，希望使用新工艺制造钢轨。它作为宾夕法尼亚州钢铁子公司的一部分资助了Holley的第二磨坊。在1866年至1877年之间，合作伙伴能够为总共11个Bessemer Steel Mills许可。

他们吸引的投资者之一是安德鲁·卡内基，他在1872年访问Bessemer后在新的钢铁技术中看到了巨大的希望，并将其视为其现有业务的有用辅助手段Keystone Bridge Company和联合铁的作品。霍利（Holley）为卡内基（Carnegie）建造了新的钢铁厂，并继续改善和完善该过程。新工厂，称为埃德加·汤姆森钢铁厂，于1875年开业，并开始成为美国主要钢铁生产国的增长。[24]使用Bessemer流程，卡内基钢能够降低钢的成本铁路从1873年至1875年之间，轨道从每吨100美元到每吨50美元。钢的价格继续下跌，直到卡内基到1890年代以每吨18美元的价格出售铁路。在卡内基的汤森工厂开业之前，美国的钢铁产量每年总计约157,000吨。到1910年，美国公司每年生产2600万吨钢。[25]

威廉·沃克·斯克兰顿（William Walker Scranton），经理和所有者拉克瓦纳铁与煤炭公司在宾夕法尼亚州斯克兰顿，还调查了欧洲的过程。他于1876年使用钢轨的贝塞默工艺建造了一家工厂，并将其生产三倍。[26]

Bessemer Steel在美国主要用于铁路。在布鲁克林桥建造期间，关于是否是否存在坩埚钢应该使用更便宜的贝塞默钢。1877年，艾布拉姆·休伊特（Abram Hewitt）写了一封信，敦促在建造中使用贝塞默钢布鲁克林大桥.[27][28]投标已经提交了坩埚钢和Bessemer钢；约翰·罗布林（John A.[29]但是在休伊特的方向上，合同授予了J. Lloyd Haigh Co.。[30]

技术细节

Bessemer转换器组件。

使用Bessemer工艺，将三到五吨铁转换为钢的10到20分钟 - 以前至少需要一整天的加热，搅拌和加热才能实现这一目标。[25]

氧化

通过熔融生铁将空气吹到熔体中，导致氧气导致氧气氧化，去除生铁中发现的杂质，例如矽，锰， 和碳以氧化物。这些氧化物要幺以气体逸出，要幺形成固体矿渣。转换器的难治衬也在转换中起作用 - 粘土很少有衬里可能会使用磷在原材料中，贝塞默本人使用加尼斯特砂岩 - 这被称为酸Bessemer过程。当磷含量高时白云石，有时宏伟的，在基本的Bessemer石灰石过程，请参阅以下。为了生产具有所需特性的钢，添加剂，例如Spiegeleisen（杂质去除杂质后，可以添加到熔融钢中。

管理流程

形成所需的钢后，将其倒入钢包中，然后在留下较轻的炉渣时转移到模具中。转换过程称为“打击”，大约在20分钟内完成。在此期间，杂质的氧化进展是根据转换器口从口腔发出的火焰的出现来判断的。记录火焰特征的光电方法的现代使用极大地帮助了鼓风机控制最终产品质量。打击后，根据所需的产品，将液态金属重新浮动到所需的点，并添加其他合金材料。

Bessemer转换器一次可以治疗5至30吨的“热金属”（一批热金属）。[31]它们通常成对操作，一个在填充或窃听的同时被炸毁。

前身过程

Bessemer转换器在HögboBruk，Sandviken.

到19世纪初期，这个水坑的过程很普遍。直到技术进步使在更高的热量下工作才有可能矿渣杂质不能完全清除，而是发炉可以使铁加热而不直接放置在火中，从而提供一定程度的保护，免受燃料源的杂质。因此，随着这项技术的出现，煤炭开始替换木炭燃料。Bessemer工艺可以使用铁的杂质产生必要的热量，从而无需燃料生产钢。这大大降低了钢铁的成本，但原料有了所需的特征，可能很难找到。[32]

高质量的钢是通过将碳添加到无碳的反向过程锻铁，通常是从瑞典。制造过程称为胶结过程，包括锻铁的加热棒木炭在长石盒中最多一周。这产生了水泡钢。水泡钢被放入钉铁和融化的坩埚中，产生坩埚钢。多达3吨昂贵可乐每吨生产的钢被烧毁。滚入酒吧时，这种钢的售价为50至60英镑（2008年约3,390至4,070英镑）[33]一个长吨。然而，该过程中最困难，最密集的部分是生产锻铁服装在瑞典。

这一过程在18世纪进行了完善本杰明·亨斯曼（Benjamin Huntsman）坩埚钢 - 制造技术，增加了三个小时的启动时间，需要额外的大量可乐。在制作坩埚钢时，水泡钢棒被分成碎片，并用小坩埚融化，每个都含有20公斤左右。这产生了更高质量的坩埚钢，但增加了成本。Bessemer工艺将使该质量的钢的钢缩短了大约半小时，而最初仅需要可口可乐才能融化生铁。最早的Bessemer转换器以7英镑的价格生产钢长吨，尽管最初以每吨40英镑的价格售出。

“基本”与酸性贝塞姆工艺

更多信息：Gilchrist – Thomas过程

西德尼·吉尔克里斯特·托马斯（Sidney Gilchrist Thomas）是威尔士父亲的伦敦人，是一位工业化学家，他决定解决铁中磷的问题，这导致了低级钢的生产。相信他已经发现了解决方案，他联系了表弟，珀西·吉尔克里斯特（Percy Gilchrist），他是化学家Blaenavon Ironworks。当时的经理爱德华·马丁（Edward Martin）提供了西德尼（Sidney）设备进行大规模测试，并帮助他制定了一项专利，该专利于1878年获得。SidneyGilchrist Thomas的发明包括使用Dolomite或有时是石灰岩衬里，而不是用于Bessemer Converter而不是Bessemer Converter粘土，它被称为“基本”贝塞默，而不是“酸”贝塞默过程。另一个优点是，这些过程在转换器中形成了更多的炉渣，并且可以回收并用作磷酸盐肥料的利润。[34]

重要性

大国和法国生产的铁，铁和钢的生产的演变。对于两国，可以在这些图形上注意到每种金属之间的晶体。
Bessemer炉在运行中俄亥俄州扬斯敦，1941年。

1898年科学美国人发表了一篇名为Bessemer Steel及其对世界的影响解释增长的重大经济影响供应用便宜的钢。他们指出，将铁路扩展到以前稀疏的该国稀有地区已导致了这些地区的和解，并使某些商品的贸易使某些商品的交易过于昂贵，而这些商品的运输太高了。[35]

Bessemer工艺通过将其成本从每吨的40英镑降低到每吨的6-7英镑，从而大大提高了这种重要的原材料的规模和生产速度，从而彻底改变了钢铁生产。该过程还减少了钢铁制造的劳动力要求。在引入之前，钢太贵了，无法制作桥梁或建筑物的框架，因此在整个过程中都使用了锻铁工业革命。引入Bessemer工艺后，钢铁和锻铁的价格类似，一些用户（主要是铁路）转向了钢铁。质量问题，例如吹气空气中氮引起的脆弱性，[36]防止Bessemer钢用于许多结构应用。[37]开放式钢适用于结构应用。

钢铁大大提高了铁路的生产率。钢轨的持续时间比铁轨长十倍。随着价格下跌，钢轨变得更重，可以携带较重的机车，这可能会拉更长的火车。[38]钢轨汽车更长，能够将车运费从1：1到2：1增加。

早在1895年，在英国，人们注意到贝塞默过程的鼎盛时期已经结束，并且开放壁炉方法占主导地位。这铁和煤炭贸易评论说这是“处于半月球状态。年复一年，它不仅不再取得进展，而且绝对下降了。”据建议，无论是在那时还是最近，这是原因是缺乏训练有素的人员和技术投资，而不是该过程本身的任何固有的东西。[39]例如，巨型铁工公司衰落的主要原因之一Bolckow Vaughan米德尔斯堡（Middlesbrough）是其未能升级其技术的原因。[40]基本过程，即托马斯 - 吉尔克里斯特的过程，在使用更长的时间内，尤其是在欧洲大陆，铁矿石的磷含量很高[41]开放的过程无法去除所有磷。在1950年代和1960年代，这种方法几乎用这种方法生产了几乎所有廉价的建筑钢。[42]最终被取代了基本的氧气制造.

过时

在美国，使用这种方法的商业钢生产于1968年停止。碱性氧（Linz – Donawitz）过程，可以更好地控制最终化学。Bessemer工艺如此之快（热量10-20分钟），以至于几乎没有时间进行化学分析或调整钢中合金元素。Bessemer转换器未从熔融钢中有效去除磷。随着低磷矿石变得越来越昂贵，转化成本增加了。该过程仅允许有限的废料钢铁要收取的钢材，进一步增加成本，尤其是当废料廉价时。用于电弧炉技术与Bessemer流程竞争，导致其过时。

基本的氧气制造实质上是贝塞姆工艺的改进版本（通过将氧气吹入热量中，而不是通过将氧气载运物质添加到热量中来脱氧氧气，而不是将多余的碳燃烧消失）。亨利·贝塞默（Henry Bessemer）已知纯氧爆炸比空气爆炸的优点，但19世纪的技术不足以允许生产大量的纯氧气以使其经济。

也可以看看

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参考书目

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外部链接