Bessemerův konvertor

Bessemerův konvertor je asi 6 metrů vysoká nádoba[1] hruškovitého tvaru, opatřená vyzdívkou z rozemletého křemičitého písku, do níž je nalito roztavené surové železo. Ve dně nádoby jsou kanály, jimiž je do železa vháněn vzduch.[1] Dno konvertoru se mimo konvertor opatří vyzdívkou s otvory, suší a poté se jeřábem vkládá do konvertoru.[2] Celá nádoba se dá sklápět, což je důležité při plnění a vyprazdňování. Konvertor je nahoře otevřený, tímto otvorem vychází ven spaliny a plameny. Do sklopeného konvertoru se nalije surové železo, začne se dmýchat a konvertor se postaví. Tlak dmýchaného větru ( až 0,3 MPa) zabraňuje proniknutí železa do otvorů ve dně. Hloubka lázně bývá asi 0,5 m.

Při náplni 3 – 5 tun železa je doba výroby oceli – tedy konverze železa na ocel – asi 20 minut. Velké konvertory mohou zpracovat 15 až 50 tun železa na jednu náplň. Celý proces se řídí podle vzhledu a barvy plamenů a spalin vycházejících z otvoru konvertoru.

Podstatou výroby oceli ze surového železa je odstranění nečistot obsažených v surovém železe, zejména snížení obsahu uhlíku pod 2,14%. V surovém železe je kolem 4% uhlíku.[3] Při bessemerizaci je do roztaveného železa vháněn vzduch, který oxiduje nežádoucí příměsi, jako je uhlík, křemík nebo mangan. Kyselá vyzdívka neodstraní fosfor ani síru, obsah těchto prvků v surovém železe musí být tedy co nejnižší. Teplo potřebné pro správný průběh bessemerova pochodu se získává spalováním křemíku a manganu. V surovém železe proto musí být min. 1,2 až 1,5 % Si a asi 1% Mn. Spalováním Si a Mn se zvyšuje teplota kovové lázně a po dosažení asi 1350 °C se spaluje uhlík z surového železa za vzniku oxidu uhelnatého, který hoří bílým plamenem u ústí konvertoru. Mizení plamene je známkou ukončené oxidace uhlíku. Stupeň oduhličení se přesněji stanoví sledováním plamene spektroskopem. Ocel se dále dezoxiduje ( snižuje se obsah FeO) pomocí přídavku přísad dezoxidačních činidel s větší afinitou ke kyslíku než má železo, ty navážou oxid železnatý a odvedou ho do strusky. Případně se ocel nauhličuje na požadované složení a poté se odlévá. Ocel je možno také dodatečně legovat.[4]

Bessemerův konvertor byl prvním zařízením, které umožnilo výrazně zvýšit produkci oceli a zároveň ji zefektivnit a zlevnit. Konvertorová ocel nahradila dosud používanou ocel svářkovou či kelímkovou, která byla drahá, její produkce byla nízká a kvalita značně kolísala. Výrazně tak přispěla k průmyslovému rozvoji zejména v USA.

Hlavní nevýhodou bessemerova procesu je totiž to, že vyrábí kvalitní ocel pouze ze železa z kvalitní rudy, tedy ze švédské nebo americké rudy. Evropské a britské rudy obsahují velké množství nečistot jako jsou fosfor a síra a základní (kyselý) bessemerův proces je neumí odstranit. Tuto nevýhodu odstranil až anglický chemik a metalurg Sidney Gilchrist Thomas. Nahradil původní křemičitou vyzdívku konvertoru vyzdívkou ze zásaditých materiálů, z dolomitu nebo vápence. Ten reaguje s nečistotami v tavenině, především s fosforem a tím jej z oceli odstraní. Zároveň se přidává pálené vápno, to část fosforu váže ve strusce. Takto upravený konvertor se nazývá Thomasův konvertor.[3]

Dalšími nevýhodami bessemerizace je zvyšování obsahu dusíku (ze vzduchu), který ovlivňuje kvalitu oceli a také to, že relativně rychlý proces neumožňuje průběžnou kontrolu kvality oceli a také není možné při výrobě zároveň ocel legovat. Bessemerův konvertor také neumí zpracovat větší množství železného šrotu.

Uvedené nevýhody bessemerova a thomasova konvertoru byly odstraněny zavedením nových technologií. V první polovině 20. století Siemens-Martinskou pecí a později kyslíkovým konvertorem a obloukovou elektrickou pecí nebo rotačními konvertory (Kaldo) či rotačními pecemi (rotory).[2]

• 
  Schema bessemerova konvertoru
• 
  Bessemerův konvertor v Sheffieldu ve střední Anglii
• 
  Průběh čištění v bessemerově konvertoru
• 
  Bessemerův konvertor v provozu v Youngstownu, Ohio, 1941.
• 
  Bessemerův konvertor v provozu v ocelárně Lackawanna v New Yorku
• 
  Schema dvou bessemerových konvertorů v tandemovém uspořádání