Bessemer-prosessi
Wikipedia
Bessemer-prosessi oli ensimmäinen teollinen prosessi teräksen laajamittaiseen teolliseen valmistamiseen.
Bessemer-prosessissa masuunista saatava sula takkirauta, joka sisältää 3-4% hiiltä, mellotetaan (poltetaan ylijäämähiili pois) päärynän muotoisessa Bessemer-konvertterissa puhaltamalla siihen ilmaa. Ilman happi polttaa rautaan liuenneen hiilen sekä rautakarbidien hiilen hiilidioksidiksi, ja tuloksena on terästä, tai mikäli prosessi viedään loppuun saakka, kankirautaa. Prosessi on saanut nimensä keksijänsä, Sir Henry Bessemerin, mukaan ja se patentoitiin 1855. Mellotus tapahtuu nestefaasissa ja noin 1400 °C lämpötilassa. Samalla myös epäpuhtaudet, kuten pii, palavat pois.
Kemiallisena reaktorina Bessemer-konvertteri on siis panosreaktori, jossa panoksen koko on yleensä 8-30 tonnia. Bessemer-prosessi on hyvin nopea - panoksen mellotus kestää vain noin 20 minuuttia, ja sillä kyetään tuottamaan suuria määriä terästä nopeasti. Verrattuna varhaisempaan putlaukseen, Bessemer-teräs on hinnaltaan noin kymmenesosa putlaamalla saatavaan keittoteräkseen verrattuna, joskaan ei yhtä korkealuokkaista. Nykyisin yleisin teräksen mellotusvalmistusmenetelmä, emäshappimellotus, on parannettu versio Bessemer-prosessista.
Bessemer-prosessin alussa konvertteri kaadetaan vaaka-asentoon suuaukko ylöspäin, ja masuunista lasketaan sulaa takkirautaa konvertteriin. Konvertteri nostetaan pystyyn, ja samanaikaisesti konvertterin alapäästä puhalletaan suuttimien läpi suurella paineella ilmaa. Ilman happi polttaa pois epäpuhtaudet, ja samanaikaisesti syntyy valtava, noin 20 m pitkä lieska konvertterin suuaukosta. Kun prosessi on edennyt riittävän pitkälle, konvertteri käännetään ala-asentoon (suuaukko alaspäin) ja sula teräs kaadetaan edelleen prosessoitavaksi ja valssattavaksi.
Bessemer-prosessi merkitsi suurta edistysaskelta, sillä putlaus oli hidas menetelmä ja ennen Bessemer-prosessia ei ollut käytännössä mitään mahdollisuutta tuottaa teollisesti terästä takkiraudasta.
Itse konvertteri on rakennettu teräsvaipan ympäröimästä keraamisesta materiaalista, joka on vuorattu joko savella (hapan Bessemer-prosessi Britannian vähäfosforisia rautamalmilaatuja varten) tai dolomiittikalkkikivellä (emäksinen Thomas-Gilchrist-prosessi Keski-Euroopan runsasfosforisia rautamalmilaatuja varten). Thomas-Gilchrist -prosessin sivutuotteena saadaan tuomaskuonaa, joka on arvokas fosforilannoite.
A = konvertteri
B = konvertterin suuaukko
K = lieskakupu
L = hormi
M = takkiraudan lasku masuunista
N = senkka
O = senkan kehys
P = akseli
Q = vastapaino
h = senkan laskuluukku
i = senkan käyttökoneisto
k = voimansiirto
l = laakerointi
m = laskuluukun käyttöakseli
n = lakuluukun käyttöpyörä
o = akselin laakerointi
p = puhallusilman syöttö
Bessemer-prosessin pullonkaula oli sen valtava tehokkuus: koko panoksen konversio kestää vain 20 minuuttia. Aika on aivan liian lyhyt näytteenottoa ja kemiallista analyysiä varten, ja Bessemer-teräksen laatu saattoi vaihdella erästä toiseen. Samoin puhallusilma sisältää typpeä, joka vaikuttaa teräksen latuun. Ongelma oli jo Henry Bessemerin tiedossa, ja hän ehdotti hapen käyttöä ilman sijaan puhalluksessa, mutta 1800-luvun teollisuus ei kyennyt tuottamaan riittävän puhdasta happea. Ongelma ratkaistiin vasta 1950-luvulla kun Voest Alpine AG (Linz-Donawitz, Itävalta) kehitti emäshappimellotusprosessin (BOS, Basic-Oxygen Steelmaking). Emäshappimellotus oli Bessemer-prosessin uudistettu versio, ja onkin nykyään syrjäyttänyt sekä alkuperäisen Bessemer-prosessin että Siemens-Martin -prosessin lähes täysin teräksen primäärivalmistusmenetelmänä "neitseellisestä" takkiraudasta.
