Причина - фосфор
Процесс производства литой стали продолжал активно развиваться и после того, как Генри Бессемер отошел от дел. Увеличивались размеры и производительность конвертеров, совершенствовалась технология, производились исследования процесса. К концуXIX века вместимость конвертера достигла 15 т чугуна. Внутренний объём конвертера был в 10 раз больше объёма жидкого чугуна, у больших конвертеров диаметр доходил до 2,7 м при 5 м высоты. Расход воздуха составлял в среднем 300 м3 на тонну чугуна (150—250 м3/мин.). После открытия в 1860 г. знаменитыми германскими физиками Кирхгофом и Бунзеном спектрального анализа профессор Роско (ученик и друг Бунзена) применил его для наблюдения за процессом продувки на заводе Джона Брауна в Шеффилде. Благодаря работам Роско спектроскопические исследования (с 1864 г.) стали обязательным элементом производственного контроля над ходом плавки.
В 1866 г., после работ австрийского профессора Купельвизера (Franz Kupelwieser), стала понятна картина происходящего в конвертере, был определен порядок выгорания примесей. Процесс продувки стали делить на
три периода, каждый из которых соответствовал выгоранию конкретного элемента: сначала выгорал кремний, затем углерод и на заключительной стадии – марганец; если дутьё продолжали подавать и после третьего
периода («передувка»), начинало окисляться железо.
В 1860-х годах было разработано несколько вариантов технологии бессемерования. Наиболее распространён был английский способ, или «прямое бессемерование», при котором металл доводился практически до полного обезуглероживания, т.е. получалось жидкое малоуглеродистое железо. При этом имело место насыщение металла кислородом, которое требовало добавления зеркального чугуна для раскисления и науглероживания металла с получением стали. При бессемеровании чугунов с высоким содержанием марганца, остающийся в металле после завершения продувки марганец препятствовал образованию оксидов, и в этом случае можно было завершать процесс при желаемом содержании углерода без добавки зеркального чугуна. Этот способ был известен под названием шведского. По этому способу из конвертера по ходу продувки брали пробы металла и шлака, что сильно затрудняло ведение процесса. По немецкому способу чугун с низким содержанием кремния («химически холодный») сильно перегревался в вагранке или отражательной печи («физический нагрев»). Вследствие этого выгорание углерода начиналось с самого начала процесса вместе с кремнием и происходило спокойно, «без извержений». По этому способу после полного обезуглероживания металла требовалась «передувка» для удаления остатков кремния. Этот способ также назывался русским, поскольку уральские сталеплавильщики внедрили его даже раньше немецких. Заслуга Германии заключается в теоретическом исследовании этого способа профессором Мюллером. Триумфальное шествие конвертерного способа производства стали сдерживала практически единственная, но существенная проблема — фосфор. Решить проблему фос-
фора пытались многие выдающиеся металлурги. Айзак Лоутиан Белл (Isaac Lowthian Bell) — химик, промышленник и политик, которого современники называли «первосвященником британской металлургии», в 1870 г. выпустил книгу «Химические явления при выплавке чугунна», в которой подвёл итог своим почти сорокалетним изысканиям преимущественно в области доменного производства чугуна.
Благодаря опытам Белла стало понятно, что использовать для удаления фосфора железистые шлаки в конвертере с кислой футеровкой не удастся, а кроме того, нельзя сделать и футеровку из железистых материалов(как в пудлинговой печи), поскольку она будет разрушаться из-за взаимодействия с углеродом чугуна. Таким образом, успешная борьба с фосфором была возможна лишь в конвертере с основной футеровкой. Проблема удаления фосфора при конвертерной плавке была комплексной – требовалось найти подходящий материал для футеровки, разработать способ её изготовления, подобрать шлакообразующие материалы, а также изменить технологию собственно конвертерной плавки в соответствии с изменениями в химизме процесса.