酸性底吹转炉炼钢工艺是什么？

贝塞麦想冶炼的又硬又韧的铁其实是钢。但当时他对冶铁一窍不通，就从头学起。首先从冶铁的基础知识学起。在短短的两三年时间里，贝塞麦几乎读完了所有关于冶金问题的书籍。同时，他还参观了英国各地的炼铁工厂，详细考察了当时的炼铁方法。为了把书本上的理论知识和钢铁生产的实践结合起来，他还办了一个工厂进行实验。经过努力学习，他终于掌握了冶铁的基本知识。在贝塞麦实验的时代，制造业使用的铁基本上只有两种。一种是铸铁，也就是生铁。它含碳量高，很硬，但也很脆，抗拉强度低。主要用于熔炼后铸造发动机的气缸、车架等产品。生铁质地硬脆，容易破碎，这是其主要缺陷之一。贝塞麦设计的新型大炮是由生铁制成的。另一种是锻铁，抗拉强度大得多，弹性也大得多。因为熟铁比较软，可以用锻造、压制等成型方法制造铁轨、船体、桥梁和各种机器零件。这种铁由于质地较软，在高压下容易变形，所以用途也受到很大限制。炼铁炉直接炼出来的铁是生铁，生铁的含碳量很高，在2%以上。尽量去除生铁中所含的碳，得到熟铁。熟铁的碳含量一般在0.04%以下。两者之间的碳含量是钢。与生铁和熟铁相比，钢具有优异的性能，既有硬度又有韧性。但在那个时候，钢很难制造，所以它非常昂贵，被视为一种贵金属。用它来铸炮显然不现实。当然，如果能找到一种既便宜又快速的炼钢方法，那就另当别论了。现在，贝塞麦所做的就是找到这种方法。传统的炼钢方法是先将生铁炼成熟铁，再加入适量的碳，炼成钢。为了把生铁变成熟铁，当时采用的是氧化法，即在生铁中加入氧化剂(通常是铁矿石)，加热使其处于熔融状态。此时，熔融生铁中的碳将与氧化剂反应并被除去。贝塞麦仔细研究了把生铁变成熟铁的方法。他将仔细称量的铁矿石加入生铁中，然后加热混合物使其处于熔融状态。铁矿石的主要成分是氧化铁。在高温下，氧化铁中的氧原子与生铁中的碳原子结合生成一氧化碳，一氧化碳进一步燃烧成为二氧化碳逸出。这时候炉内剩下的就是熟铁了。根据实验结果，贝塞麦想到:既然生铁中的碳原子可以氧化得到熟铁，为什么不能用其他氧化方法把碳烧掉呢？例如，用鼓风机直接向熔融生铁中吹气，使空气中的氧气与熔融生铁中的碳原子发生反应，使其脱碳，从而得到熟铁。贝塞麦的建议遭到了一些专家的反对。这些专家认为，当用鼓风机吹熔融的生铁时，吹入的冷空气会使铁水冷却凝固，从而导致整个冶炼过程停止。

贝塞麦没有盲目听取专家的意见。他觉得自己的建议是否可行，要通过实验来鉴定。实验结果与专家的意见相反。吹来的风不仅没有冷却铁水，反而提高了铁水的温度，因为其中的氧原子与生铁中的碳反应放出热量。在第一个实验中，当鼓风机向熔融的生铁吹气时，在本已平静的炼铁炉中突然燃烧起来，反应异常激烈，几乎失控。这让他非常紧张。他没想到铁水中的碳等杂质被氧化时会释放出这么多的热量。好在这个过程只持续了十几分钟。氧化之后，他就放心了。实验表明，鼓风法不需要外加燃料，降低了成本，且简单易操作。这的确是一种很好的生铁养护方法。随着实验的深入，贝塞尔进一步想到，在生铁熟化的过程中，如果在适当的时候停止反应，生铁中的碳没有完全去除，而是保持在2% ~ 0.04%的范围内，就可以直接得到钢。不需要像传统方法那样，先从生铁中提炼出熟铁，再经过熟铁阶段得到钢。当然，这些中间过程也没必要花钱买很多燃料。为了验证这个想法的可行性，他在自己位于伦敦圣潘克里斯的工厂里建造了一个固定的熔化炉。炉高约1.2米，可装生铁350公斤。炉子底部有六个风口。贝塞尔用它做了一个严肃的实验，实验结果证明他的想法是完全可行的。于是，1856年8月，他在切尔滕纳姆的南英国科学促进会年会上做了题为《不用燃料制造熟铁和钢的方法》的报告，介绍了自己的炼钢方法，还把认真写好的论文送到杂志社发表。从此，他的鼓风炼钢法正式向世人公布。1860年，第一座改进型移动式转炉建成投产。人们一般称这种炉为“贝塞麦转炉”。由于采用酸性材料作为炉衬，这种炼钢方法也被称为“酸性底吹转炉炼钢法”。