Metoda Thomas lub proces Thomas-Gilchrist jest historycznym metodą rafinacji z surówki pochodzącego z konwerterem Bessemer . Nosi imię swoich wynalazców, którzy opatentowali go w 1877 roku: Sidney Gilchrist Thomas i jego kuzyn Percy Carlyle Gilchrist . Pozwalając na eksploatację najobficiej występującej rudy żelaza w postaci fosforu , proces ten umożliwia szybką ekspansję przemysłu stalowego poza Wielką Brytanią i Stanami Zjednoczonymi .
Proces różni się zasadniczo od procesu Bessemera ogniotrwałą powłoką konwertera . Ten, wykonany z dolomitu wypalanego ze smołą , jest zasadowy , natomiast Bessemer, złożony z przygotowanego piasku, jest kwaśny . Fosfor, migrując z żelaza do żużla , umożliwia zarówno uzyskanie metalu o zadowalającej jakości, jak i fosforanów, które są poszukiwane jako nawozy.
Po znacznym promowaniu spektakularnego rozwoju przemysłu stalowego w Lotaryngii , proces ten przed konwerterem Siemens-Martin stopniowo zanika, zanim zniknie w połowie lat sześćdziesiątych: wraz z rozwojem skraplania gazu, stosowanie czystego tlenu staje się ekonomiczne. Nawet jeśli wszystkie nowoczesne konwertery do czystego tlenu działają na podstawowym medium, ich wydajność i zachowanie mają niewiele wspólnego z ich przodkiem.
Kiedy ogłosił odkrycie jego procesu w Cheltenham , the13 sierpnia 1856, Henry Bessemer stwierdza, że jednoczesne mieszanie żużla i metalu sprawia, że jego proces zdolny do usuwania „na siarkę i wszystkich substancji lotnych, która mocuje tak ściśle do żelaza ” . Jednak nieliczni kowale, którzy kupili prawo do wytwarzania stali Bessemer, szybko stwierdzili, że otrzymane żelazo często nie nadawało się do najbardziej wymagających zastosowań, nazywając je nawet „zgniłym na gorąco i zgniłym na zimno” . Aby uciszyć sprawę i dać sobie czas na ustalenie pochodzenia tej złej jakości, Bessemer natychmiast odkupił prawa swoich współpracowników. Ale doniesienia o niepowodzeniach mnożą się, a sprawa rozprzestrzenia się nawet w prasie. Dokładnie badając pochodzenie złej jakości żelaza otrzymywanego z niektórych odlewów, odkrył, że „ brytyjska surówka zawiera obficie tego śmiertelnego wroga, fosfor ” .
Żelazo, gdy zawiera więcej niż 3 ‰ fosforu, rzeczywiście staje się kruche. Podczas gdy kałuża powoduje defosforację żeliwa, proces Bessemera nie ma wpływu na ten pierwiastek. Poszukiwanie ulepszenia zdolnego do usuwania fosforu mobilizowało energię Bessemera na kilka lat. Ale po wydaniu kilku tysięcy funtów szterlingów na różne eksperymenty, nie mógł znaleźć rozwiązania, aby go wyeliminować. Próby wzbogacenia powietrza w bardziej reaktywne pierwiastki (m.in. w tlenek węgla i węglowodory ), aby proces był zgodny z koksem fosforowym , kończą się niepowodzeniem.
Z braku rozwiązania Bessemer postanowił ograniczyć swój proces do rafinacji szwedzkiego żeliwa na węgiel drzewny i kilku angielskich żeliwa hematytowego , wytwarzanych z rud bez fosforu. Proces pozostaje opłacalny, ponieważ jego wydajność rekompensuje wyższy koszt wysokiej jakości żeliwa. Jest mało popularny poza Stanami Zjednoczonymi , Wielką Brytanią i, w mniejszym stopniu, Szwecją , jedynymi krajami, w których produkcja stali rośnie.
W temperaturze pokojowej fosfor utlenia się, tworząc w roztworze wodnym kwas fosforowy H 3 PO 4. Ortofosforan anion PO 4 3 powstaje podczas następującej reakcji: 2 P + 5 O + 3 O 2- 2 PO 4 3−
Aby promować tworzenie tego tlenku , konieczne jest zatem:
W wysokiej temperaturze bezwodną formą tego kwaśnego tlenku jest pięciotlenek fosforu P 2 O 5, który powstaje podczas następującej reakcji: 2 P + 5 O P 2 O 5
Jednak, jak pokazuje diagram Ellinghama , ten tlenek fosforu jest rozkładany przez żelazo w następstwie reakcji: P 2 O 5 + 5 Fe → 2 P + 5 FeO gdy T> 1280 ° C .
Jeśli defosforyzacja przez pudding, która działa na żelazo w stosunkowo niskiej temperaturze, jest tylko nieznacznie karana przez tę reakcję, to nie jest to to samo w konwerterze. Rzeczywiście, temperatura jest tam znacznie wyższa, ponieważ pod koniec dmuchania odpowiada co najmniej temperaturze stopionego żelaza ( 1535 ° C ). Aby przezwyciężyć tę reakcję, podstawowy tlenek musi połączyć się z P 2 O 5w żużlu od jego powstania. Dzięki temu możliwa jest zarówno stabilizacja fosforu w postaci utlenionej, jak i zmniejszenie aktywności P 2 O 5. aby promować jego tworzenie.
Jeśli zasadą obecną w żużlu jest wapno , reakcja jest zapisana: 2 P + 5 FeO + n CaO → n CaO P 2 O 5 + 5 Fe gdzie n = 3 lub 4 w obecności nadmiaru wapna.
Dlatego tlenek fosforu jest kwasem, który może przetrwać tylko wtedy, gdy jest związany z zasadowym żużlem. Pewien John Heaton od 1866 r. Odniósł sukces na odfosforyzowaniu ciekłego żeliwa za pomocą azotanu sodu, ale „operacja była tak trudna do kontrolowania, a koszty tak wielkie, że metoda ta musiała zostać porzucona, gdy wzbudzono wielkie nadzieje. Oparto na jej sukcesie”. . Francuski metalurg Gruner , który identyfikuje procesy defosforyzacji, odrzuca stosowanie alkaliów , które rozrzedzając żużel i zwiększając jego reaktywność degradują materiały ogniotrwałe . Że tlenki wapnia i magnezu, po czym pozostaje tylko substancje zdolne ekonomicznie fix pięciotlenkiem fosforu.
Jeśli przyjmie się, że do utworzenia fosforanu niezbędne jest środowisko utleniające i zasadowe , należy zapewnić, aby ten ostatni pozostał. Żeliwo jest silnie utleniane w procesie Bessemera, ale aby uzyskać zadowalającą aktywność wolnego tlenu, konieczne jest odczekanie do całkowitego zaniku krzemu, węgla i manganu. Jeśli chodzi o uzyskanie podstawowego medium, jest ono niekompatybilne z wykładziną konwertora Bessemera: zawarta w nim krzemionka jest natychmiast wchłaniana przez żużel zasadowy, niszcząc zarówno materiał ogniotrwały, jak i zasadowość żużla.
W 1872 r. Metalurg Snelus opatentował użycie wapna jako podstawowego żużla. Eksperymentował z syntetycznym żużlem na bazie wapna i tlenków żelaza w konwertorze zbudowanym z cegieł wapiennych magnezytowych wypalanych w bardzo wysokiej temperaturze i udało mu się zadowalająco usunąć fosforanowanie kilku kwintali żeliwa. Ale użyte cegły są drogie, a Snelus niewiele mówi o swoich testach. Ponadto higroskopijny charakter tego produktu sprawił, że był on bezużyteczny w ówczesnych przetwórcach.
W 1875 roku Gruner podsumowując trudności, znalazł rozwiązanie:
„Wapno i tlenek magnezu , tak topliwy jak tlenek glinu , mogą również działać jako środek ogniotrwały… [Ale] te mocne zasady łączą się z krzemionką i razem z gliną tworzą podwójne lub liczne krzemiany, które są łatwe do topienia. W takich warunkach byłyby złymi wykładzinami ogniotrwałymi ...
Silne powinowactwo dwóch zasad do kwasów, szkodliwe w przypadku pierwiastka krzemionkowego, może być przydatne z innych punktów widzenia. Oto przykład: gdy huta żelaza fosforowego poddawana jest rafinacji, powstaje fosforan żelaza, który pod połączonym wpływem krzemionki, żelaza lub węgla można łatwo zredukować do stanu fosforek w obecności wapna. lub magnezja, powstają trwalsze fosforany. Dlatego konieczne jest użycie tych dwóch baz w operacjach, w których proponuje się rafinację metali surowych.
Niestety ich zatrudnienie nastręcza pewne trudności. Węglan wapnia rozkłada się pod wpływem ciepła; wapno palone absorbuje wilgoć i upadki w proszku ... Dzień my ugasić pożarów, wapno bezpiecznik i wpada w proszku. Magnezja byłaby lepsza, ponieważ nie rozpada się w powietrzu; niestety węglan magnezji jest rzadkością mineralogiczną. Może moglibyśmy skorzystać z dolomitu , podwójnego węglanu wapna i magnezji? Dolomit, wypalany w wysokiej temperaturze, zwłaszcza jeśli zawierał wystarczająco dużo gliny, aby trochę spiekać, byłby bardziej odporny na działanie wilgotnego powietrza niż czyste wapno. "
- E.-L. Grüner, Treatise on metalurgy
Sidney Gilchrist Thomas to młody urzędnik sądowy, który po śmierci ojca musiał przerwać naukę. Jednak przez 7 lat uczęszczał na kursy wieczorowe z chemii nieorganicznej , a od 1875 roku zaczął syntetyzować badania dotyczące problemu defosforyzacji żeliwa. W 1876 r., Przekonany, że podstawowa wykładzina ogniotrwała jest kluczem do problemu, planował zbudować tygiel z dyszami, którego wykładzinę ogniotrwałą można łatwo modyfikować. Testy z tym prymitywnym konwerterem wymagają jednak pewnych środków i czasu. Następnie połączył siły ze swoim kuzynem Percym Carlyle Gilchristem , chemikiem w Blaenavon Ironworks , który przeprowadził i przeanalizował testy.
Te próby są wystarczająco obiecujące, aby uzasadnić 2 kwietnia 1877, zgłoszenie pierwszego patentu. Ten pierwszy konwerter o udźwigu 3 kg nie pozwala jednak na sprawdzenie z całą pewnością wydajnego materiału ogniotrwałego. Nowy konwerter o nośności 200 kg metalu został zbudowany na początku 1878 r. Przy wsparciu Blaenavon Ironworks , której dyrektor Edward Martin dołączył do dwóch kuzynów. Konwerter ten pozwala potwierdzić, że materiał ogniotrwały składający się z wapna związanego krzemianem sodu umożliwia rafinację odfosforową żeliwa. Umożliwia również sprawdzenie skuteczności materiału ogniotrwałego, który wytrzymuje około pięćdziesięciu uderzeń, i zaobserwowanie, że fosfor jest usuwany dopiero pod koniec rafinacji.
Ale żużel, który pochłania fosfor, jest uzyskiwany tylko dzięki zużyciu wykładziny ogniotrwałej. Thomas i Gilchrist wpadli wówczas na pomysł umieszczenia niezbędnego żużla w konwertorze w tym samym czasie, co żeliwo. Pomysł jest istotny, ponieważ „aby proces miał znaczenie techniczne, należy unikać zużycia materiału ogniotrwałego poprzez duży dodatek podstawowych dodatków, aby zagwarantować podstawowy żużel od pierwszych chwil wdmuchiwania” . Ale te nadające się do parzenia dodatki można ładować tylko na zimno: tylko konwertor przemysłowy jest w stanie podgrzać ten syntetyczny żużel. Ponadto te dodatki, wypełniając retortę ze szkodą dla metalu, zmniejszają produktywność konwertera o ponad 20%.
Testy ładowania wapnem, przeprowadzone na 6-tonowym konwerterze w Dowlais Iron and Co , potwierdzają skuteczność defosforyzacji, ale wciąż są sprzeczne z produkcją wytrzymałej wykładziny ogniotrwałej. W zakładzie w Bolckow Vaughan rusza produkcja przemysłowa4 kwietnia 1879na konwerterze o pojemności 15 ton. Chociaż ten konwerter jest ograniczony do 10 ton stali Thomasa ze względu na objętość zajmowaną przez wapno, jest pierwszym wyposażonym w powłokę na bazie dolomitu , której koszt i wytrzymałość są w pełni zadowalające, a nawet okazały się bardziej ekonomiczne niż Bessemer kwaśna powłoka.
Sukcesy odnotowane w Dowlais Iron and Co zdecydowały, że dwaj kuzyni opublikują swój wynalazek. Przygotowują one wystąpienie na kongres Instytutu Żelaza i Stali jesienią 1878 roku, który odbywa się w Paryżu. Ale ich prezentacja została uznana za nieistotną i jej odczytanie zostało przełożone na następną sesję. Jednak problem defosforyzacji jest bardzo interesujący dla społeczności przemysłu stalowego. Wprowadzenie słynnego metalurga Isaaca Lowthian Bella , który rozpoczyna kongres prezentacją swoich badań nad defosforacją, prowokuje debatę, w której dyskretnie interweniuje Thomas:
„W trakcie tej dyskusji młody członek, najwyraźniej najmłodszy w zgromadzeniu, skromnie w trzech zdaniach poinformował, że właśnie udało mu się usunąć prawie cały fosfor w procesie Bessemera i że kilkaset analiz przeprowadzonych przez p. Gilchrist potwierdził spadek fosforu od 20 do 99,9%. Nikt nie śmiał się ani nie gratulował temu młodemu człowiekowi tego osiągnięcia. Nie pytaliśmy dalej o sposób jego eliminacji; ta niezbyt demonstracyjna zapowiedź nie została nawet zauważona. Tym młodym człowiekiem, którego nazwisko było znane tylko nielicznym obecnym tam obecnym, był Sidney Gilchrist Thomas, a proces Thomas-Gilchrist został właśnie ogłoszony po raz pierwszy. "
- William Tulloch Jeans, Twórcy epoki stali
W oczekiwaniu na kolejny kongres proces ten jest dalej udoskonalany, ponieważ powłoka wapna magnezytowego próbowana w Dowlais Iron and Co została zarzucona na rzecz cegieł dolomitowych opalanych smołą . Plotka rozeszła się wtedy i „ Middlesbrough jest szybko oblężone przez połączone siły Belgii, Francji, Prus , Austrii i Ameryki ” . Kongres Instytutu Żelaza i Stali wiosną 1879 r. Uznał sukces dwóch kuzynów i mistrzów żelaza, którzy byli z nimi partnerami. Od sierpnia huty w kontynentalnej Europie ogłaszają swoje sukcesy.
Dolomit to węglan wapnia i magnez o wzorze chemicznym CaMg (CO 3 ) 2 . Dlatego jest to skała zbliżona do wapienia, w której część wapnia jest zastępowana przez magnez . Aby uzyskać stabilny materiał ogniotrwały , miesza się go ze smołą .
Pod koniec XIX -go wieku, jego realizacja dla przemysłu hutniczego słucha dobrze zdefiniowane kryteria:
„Przygotowanie dolomitu polega na ekstensywnym gotowaniu do aglomeracji. Gotowanie jest niezbędne, aby zmniejszyć skłonność materiału do ponownego wchłaniania w kontakcie z powietrzem, wodą i kwasem węglowym, co uniemożliwiłoby ich użycie. W języku niemieckim mówimy, że dolomit jest zabijany przez wypalanie (we Francji mówimy spiekany) […]
Dolomit jest kruszony […] i mieszany z niewielką zawartością smoły, wynoszącą od 2 do 8%, co pozwala na jego aglomerację […]. Tak przygotowany materiał służy do wykonania gliny na wykładzinę pieca lub do formowania w postaci cegieł, z których buduje się ściany pieca.
Jednak przed wprowadzeniem ich do konstrukcji, cegły te muszą przejść nowe wypalanie, które oczyszcza je z lotnych części smoły; węgiel tego ostatniego pozostaje i służy jako spoiwo dla ziaren dolomitu. Na początku gotowania materiał mięknie pod wpływem ciepła, następnie nabiera twardości kamienia.
Jeśli chodzi o ubitą ziemię i cegły używane w stanie surowym, są one wypalane na miejscu. Należy ogrzewać przez 12 godzin w temperaturze 300 ° C cegły o wadze 25 kg . "
- A. Ledebur, Teoretyczny i praktyczny podręcznik metalurgii żelaza
Magnezję obecny w dolomitu promuje odfosforowania ponieważ jest bardziej podstawowa niż wapna. Tlenek żelaza, chociaż lekko zasadowy, jest zabroniony, ponieważ zachowuje się jak topnik . W praktyce dolomit jest używany tylko wtedy, gdy zamyka mniej niż 3% tlenku żelaza i mniej niż 2% krzemionki.
Piec do gotowania dolomitu w 1895 roku.
Instalacja do rozdrabniania palonego dolomitu i mieszania ze smołą.
Forma na spód konwertera.
Przykład muru retorty: ściany są ceglane, a spód z adobe.
Konwerter Thomasa jest bardzo podobny do konwertera Bessemera . Jednak musi być większy, aby przyswoić ładunek wapna. Siarka jest również częściowo usuwana w procesie, ale bardziej ekonomiczne jest odsiarczanie za pomocą manganu niż przez długie wdmuchiwanie.
Operacje odwęglania i odwęglania są podobne do tych w „kwasowym” procesie Bessemera ; zmienia się tylko kinetyka reakcji, zasadowość żużla sprzyja produkcji krzemionki, ale utrudnia produkcję tlenku manganu . Utlenianie fosforu wymaga kilku dodatkowych operacji: wsad wapna palonego odpowiadający od 12 do 15% masy żeliwa jest wcześniej wsypywany do retorty , a następnie żeliwo jest umieszczane w piecu. Wreszcie, przedmuchiwanie wykracza poza odwęglanie, aby umożliwić defosforyzację.
Podczas defosforyzacji utleniony fosfor migruje do żużla. Silny wzrost temperatury tłumaczy egzotermiczny aspekt utleniania tego pierwiastka. W istocie, podczas gdy wkład cieplnego spalania węgla, żelaza i manganu, ma tylko o kilka stopni, spalanie 1% krzemu podnosi temperaturę łaźni przez 300 ° C i 1% fosforu. Wzrost 183 ° C . Ale w końcu, jeśli proces dmuchania Thomasa generuje więcej ciepła niż proces Bessemera, należy wziąć pod uwagę, że trzeba w nim ponownie podgrzać dużo wapna.
Dla hutników ważne jest zatem, aby wyprodukować żeliwo, które zawiera minimum krzemu, aby nie zakwaszać żużla przez produkcję krzemionki i maksymalnie fosforu, którego spalanie zapewni termiczny sukces operacji. i jakość żużla. Dlatego „żeliwa Thomas” idealnie zawierają mniej niż 1% krzemu, podczas gdy te przeznaczone do procesu Bessemera mają wyższą zawartość. Zawartość fosforu musi być większa niż 2%, co wyklucza wytop z rud o niewystarczającej zawartości fosforu: rudy amerykańskie, zbyt fosforowe dla kwaśnego procesu Bessemera i niewystarczające dla procesu podstawowego, należą do tej kategorii i nie mogą być rafinowane. Niż podstawowe Martin- Piekarnik marki Siemens .
Ostatni etap, zwany „przedmuchiwaniem”, należy przerwać, gdy tylko zostanie wyeliminowany fosfor, ponieważ odpowiada on również rozpoczęciu spalania żelaza, które objawia się wydzielaniem się czerwonego dymu. Jednak zakończenia spalania fosforu nie można zidentyfikować poprzez modyfikację smugi spalin: jedynie pobranie próbek metali, których analizuje się facje ich zimnego pęknięcia , pozwala potwierdzić zakończenie defosforyzacji.
Okładzina ogniotrwała jest wydajna, ale operacja wymaga tego bardziej niż w przypadku procesu Bessemera: przy dłuższym dmuchaniu i silnej egzotermii w momencie defosforyzacji konieczne jest dodawanie częstszego przechylania konwertera w celu pobrania próbki. W 1890 r. Spód konwertera wytrzymuje średnio 14 uderzeń, a reszta konwertera od 40 do 70 uderzeń.
Ponieważ fosfor jest usuwany dopiero pod koniec nadmuchu, całkowite spalenie węgla jest zatem warunkiem wstępnym eliminacji fosforu. Jeśli chcemy zwiększyć zawartość węgla w stali, konieczne jest wówczas ponowne nawęglenie stopionego metalu w sposób kontrolowany. To ponowne zwęglenie musi nastąpić po opróżnieniu żużla, aby zapobiec uwalnianiu tego pierwiastka przez węgiel, poprzez redukcję tlenku fosforu.
Przed wynalezieniem Thomasa, pojawienie się procesu Bessemera sprawiło , że rudy wolne od fosforu ( hematytu ) stały się niezbędne. Nawet w Wielkiej Brytanii, gdzie jest ich dość dużo, ich cena szybko podwaja się w porównaniu z rudami fosforu. Oprócz tego Bell już w 1870 r. Nalegał na wartość, jaką mogą mieć pozostałości po defosforacji:
„Zerwanie związku, który wiąże [fosfor z żelazem] razem, może rzucić wyzwanie umiejętnościom naszych najlepszych naukowców. Ale dobrze byłoby pamiętać, że roczna produkcja surówki z samej tylko rudy Cleveland zawiera 30 000 ton fosforu przydatnego w rolnictwie. Gdyby był użyty jako nawóz w postaci kwasu fosforowego , byłby wart ćwierć miliona, wiedząc, że różnica w cenie między żeliwem z Cleveland a żeliwem hematytowym zbliża się do 4 milionów dolarów, a to tylko z powodu tych 250 000. £ fosfor ”
- IL Bell, Zjawiska chemiczne wytopu żelaza
Stal uzyskana w procesie Thomasa jest oddzielana przez osadzanie się z żużla zawierającego tlenki fosforu. Wytwarzane ilości są znaczące: masa żużla stanowi 25% metalu (tj. 70% objętości ze względu na jego mniejszą gęstość). Ten żużel można wykorzystać jako nawóz . Znajdujący się tam kwas fosforowy występuje głównie w postaci fosforanu czterowapniowego (4CaO.P 2 O 5) z których większość może zostać przyswojona przez roślinność.
Typowe składy żużli z rafinacji surówki (w% masy) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Rodzaj żużla | FeO / Fe 2 O 3 | MnO | SiO 2 | Al 2 O 3 | CaO | MgO | P 2 O 5 | S |
Bessemer (bez fosforu) |
15 | 7 | 75 | 3 | 0 | |||
Tłusta kałuża (o niskiej zawartości fosforu ) |
70 | 5 | 16 | 1 | 0,7 | 4 | 0.3 | |
Thomas oryginał (defosforan) |
17 | 9 | 15 | 37 | 10 | 12 | 0.5 | |
Thomas poprawiony (defosfor, zoptymalizowany pod kątem rolnictwa) |
10 | 3 | 7 | 2 | 52 | 5 | 20 | 0.3 |
Konwerter tlenu OLP (defosforan) |
12 | 4 | 7 | 57 | 20 |
Humanista i bardzo zaniepokojony kwestiami społecznymi, Thomas mówi, że „dręczy go kwestia mleczarza” . W 1883 r. W Wielkiej Brytanii nadal nie używano żużla z hut . W Niemczech natomiast od zimy 1882 r. Prowadzono próby rozrzucania żużla uprzednio rozdrobnionego. Gleby niemieckie, piaszczyste i kwaśne, wapnowano zasadowym żużlem, a następna uprawa domieszkowana fosforem okazała się znakomita .
Te wyniki są nadal poufne. Chory Tomasz namawia swojego kuzyna Gilchrista, by skupił się na wycenie żużla konwertorowego, posuwając się nawet do przewidywania, że „jakkolwiek śmieszny może być ten pomysł, jestem przekonany, że ostatecznie, biorąc pod uwagę koszty produkcji, stal będzie produkt uboczny , a fosfor głównym produktem ” .
W 1889 r. Wyprodukowano 700 000 ton żużla bogatego w fosfor. Aby żużel miał wartość handlową, zawartość fosforu w nim musi być większa niż 16%. Wiele stalowni maksymalizuje zawartość fosforu, ładując najpierw dwie trzecie wymaganego wapna, resztę dodaje się pod koniec dmuchania, po usunięciu żużla nasyconego fosforem, który utworzył się do tego momentu. Po ostygnięciu wystarczy drobny mielenie, aby zapewnić przyswajanie przez roślinność.
Kruszarka z osią poziomą : odpowiednia do materiałów o małej gęstości, ale bogata w niemożliwe do kruszenia bloki, jest często używana do mielenia żużla.
Młyn żużlowy Rodange w 1913 r.
Pakowanie żużla Thomasa.
W czterech najbardziej uprzemysłowionych krajach w tamtym czasie (Niemcy, Stany Zjednoczone, Francja i Wielka Brytania) udział stali Thomasa, bliski zeru w 1880 r., Odpowiada 62% produkcji Bessemera i Thomasa w 1913 r., Wiedząc, że produkcja amerykańska przeżywa spektakularny wzrost (3380 kt w 1880 r. i 33 500 kt w 1913 r.) bez stosowania procesu Thomasa.
W 1880 r. Sama Wielka Brytania wyprodukowała 1,31 miliona ton ciekłej stali, podczas gdy cztery inne kraje europejskie - Niemcy, Belgia, Francja i Luksemburg - wyprodukowały tylko 1,22 miliona ton . W 1908 roku, w przededniu pierwszej wojny światowej , kraj ten utracił dominującą pozycję. Rzeczywiście, proces ten pozwala na intensywne wykorzystanie minety lotaryńskiej , bogatej w fosfor (od około 0,5 do 1% rudy). W szczególności niemiecka produkcja stali, która czerpie korzyści ze złóż anektowanej Lotaryngii i kartelizacji przemysłu, stanowi 11,2 mln ton w porównaniu z 5,3 mln w Wielkiej Brytanii, przy czym produkcja w piecu Martina wzrasta w każdym kraju o około 4 mln ton .
Dlatego nowy proces całkowicie zmienił przemysłową wagę narodów, zwłaszcza w Europie . Biorąc pod uwagę poziom inwestycji, jest to również wzrost dużych firm, które są zdolne do integracji pionowej i / lub specjalizacji.
W obrębie krajów produkcja metalurgiczna jest skoncentrowana w określonych regionach. W Francji , wiele małych wiejskich ośrodków metalurgicznych, którzy przeżyli przybycie i usprawnień pieców w początkach XIX th century zniknie za tym nie załączone przemysłowa Lotaryngia. W 1869 r., Przed wojną francusko-niemiecką w 1870 r. , Dwa departamenty Meurthe i Moselle produkowały 1,4% francuskiej stali; w 1913 r. tylko stal Thomas z fabryk w Meurthe-et-Moselle stanowiła 69% produkcji krajowej. Rozwój ten podkreśla również bardzo silna poprawa środków transportu, które pozwalają na dostarczanie wytworzonych produktów z dala od ośrodków produkcyjnych.
W zależności od użytej rudy, każdy mistrz kuźni dostosowuje proces: opracowuje wstępne desylacje, procedury oceny postępu defosforyzacji podczas wdmuchiwania, alternatywne podstawowe materiały ogniotrwałe itp. Główną wadą stali Thomas jest wysoka zawartość azotu, który osłabia metal. Prowadzone są liczne badania mające na celu ograniczenie wnikania tego pierwiastka, który przedostaje się do metalu podczas przedmuchiwania. Szczególnie szybko próbuje się ograniczyć wnikanie azotu do atmosfery poprzez wzbogacanie powietrza wiejący wiatr.
Oprócz zmniejszenia zawartości azotu, termiczna zaleta wzbogacania wdmuchiwanego powietrza tlenem jest oczywista. Rafinacja staje się zarówno szybsza, jak i bardziej egzotermiczna, umożliwiając recykling złomu wraz z konwerterem. Dlatego dodatek tlenu staje się powszechny, gdy tylko staje się dostępny po niskich kosztach, dzięki procesom skraplania powietrza opracowanym przez Carla von Linde i Georgesa Claude'a . W 1925 r. W Oberhausen pracował konwerter Thomasa na wzbogaconym powietrzu. W 1930 r. Pierwsza duża instalacja do skraplania powietrza umożliwiła firmie Maximilianshütte w Sulzbach-Rosenberg uogólnienie dodatku tlenu. Po II wojnie światowej proces ten został szerzej przyjęty w Europie Zachodniej . Powietrze wzbogacone o 30% tlenu pozwala na szybkie zwiększenie produkcji hut w momencie, gdy konieczne jest zaopatrzenie fabryk zbudowanych w ramach Planu Marshalla .
Pomysł ma jednak ograniczenia, ponieważ przedmuchiwanie powietrzem zawierającym ponad 40% tlenu nastręcza znaczne trudności. Reakcja czystego tlenu z żeliwem prowadzi do temperatur, które w momencie defosforyzacji osiągają od 2500 do 2700 ° C ; w tych warunkach spód konwertera ulega zniszczeniu w ciągu kilku godzin. Tlen jest następnie rozcieńczany w gazach, których pękanie w wysokiej temperaturze jest endotermiczne . Para wodna, opatentowana w 1943 roku w Szwecji, testowana około 1950 roku we Francji i Niemczech, a następnie przyjęta w Walii w 1958 roku, jest ekonomiczna. Zastosowany pod koniec rozdmuchu pozwala obniżyć końcową zawartość azotu w stali do 0,001%, przy jednoczesnym dopuszczeniu obciążenia składającego się z 15% złomu. Ostateczna ewolucja konwertera Thomasa, proces ten, zwany VLN (od bardzo niskiego azotu ), pojawia się tymczasowo jako ekonomiczna alternatywa dla procesu Martina-Siemensa , który następnie wytwarza 80% światowej stali.
Ale para wodna wprowadza wodór do metalu, co go osłabia. Dwutlenek węgla , próbował Domnarvet w Szwecji w latach 1947-1949, jest mniej szkodliwe, lecz kosztowne chłodzenie. W tym samym czasie konwerter czystego tlenu zaczyna się ostatecznie rozwijać, wraz z pojawieniem się procesu LD . Wreszcie, jest to opracowanie miedzianych dysz, chłodzonych obwodowym wtryskiem węglowodorów, których pękanie jest wystarczająco endotermiczne, aby uniknąć topnienia miedzi, co zakończy ewolucję konwertera Thomasa.
Te nowe konwertery tlenu (LWS, OBM, Q-BOP itp.) Osiągnęły następnie poziom produktywności i złożoności niezwiązany z konwerterem opracowanym przez firmę Bessemer. Jednak współczesne ograniczenia metalurgiczne narzucają zaawansowaną defosforację: łączne stosowanie podstawowych materiałów ogniotrwałych i wapna jest systematyczne w konwertorach tlenu, niezależnie od używanego żeliwa.