更新时间：2024-08-07 11:23
托马斯法是将空气由碱性炉衬的转炉炉底吹入铁水并以石灰为熔剂造渣去除铁水中的磷而将高磷生铁炼成钢的转炉炼钢方法。又称为碱性底吹转炉炼钢法或碱性贝塞麦法。
贝塞麦法只能以低磷铁矿石炼出的低硫低磷生铁为原料，但西欧大陆的阿尔萨斯、洛林地区储有大量的高磷铁矿，炼出的生铁含磷量约为2%，不可能用贝塞麦法炼钢，因此迫使人们寻找能脱磷的新炼钢方法。1878年英国人托马斯(S.G.Thomas)和吉尔克里斯特(P.C.Gilchrist)经长期试验终于认识了铁水中的磷只有在碱性炉渣下才能被氧化去除的规律，所以在吹炼时加入石灰造渣以吸收磷的氧化物，转炉则须用碱性耐火材料作炉衬。最初炉衬也用石灰，后来才改用白云石。
托马斯的发明开始未受到保守的冶金界的重视，只是由于迫切需要解决用高磷生铁炼钢的难题，到1885年此法才得以推广。20世纪上半叶，托马斯法曾是西欧诸国(法、德、比、卢)的主要炼钢法。但由于此法也不能利用废钢，而且托马斯钢的含氮量高，品质差，在氧气炼钢法问世后，逐步被氧气转炉炼钢法所取代。到20世纪70年代，随着最后的托马斯转炉改建为氧气底吹转炉，托马斯法退出了历史舞台。但是托马斯法首先解决了用碱性炉渣以脱磷和脱硫的问题。这种碱性造渣法随后又被应用于平炉和氧气转炉，碱性炼钢法已成为炼钢的最基本的方式。托马斯炼钢法是利用高磷生铁(1.5%～2.2%P)炼钢的最有效方法，在它的基础上将底吹的空气改为氧气而形成的氧气底吹转炉炼钢法，仍然是用高磷生铁炼钢的有效方法。
生铁中的磷是托马斯法的主要发热元素;同时为了保证最后炉渣中含有12%～16%的P2O5以作磷肥，故生铁含磷量应>1.5%。生铁中硅含量应低，如硅太高，生成的SiO2将剧烈侵蚀碱性炉衬。同时渣量增大、易产生喷溅，延长吹炼时间，也冲淡了渣中P2O5含量，降低了炉渣作为农肥的价值。生铁中的锰有利于脱硫，并能在后吹时保护铁不致过分氧化;但含锰太高也易喷溅，且使炼成的钢含氮高。托马斯法可少量去硫，与贝塞麦法相比，允许生铁中含硫量稍高些。托马斯法所用铁水成分为：C2.90%～3.50%，Si0.20%～0.60%，Mn0.85%～1.50%，P1.50%～2.20%，S0.04%～0.08%;铁水温度1200～1250℃。
操作分为硅锰氧化期、碳氧化期和后吹期3个时期。铁水和必需的石灰加入空气底吹转炉即开始吹炼，与贝塞麦法相似，第1期为硅和锰氧化期，硅、锰很快氧化为SiO2与MnO，并向熔池供热。SiO2与石灰生成硅酸钙，与MnO形成硅酸锰。由于是碱性渣，硅去除很快而锰则较慢(到吹炼终了仍存有残余的锰)，此时火焰透明;由于铁水温度与含硅量均低，还加入了大量冷石灰，故炉温上升比贝塞麦法慢。随后进入第2期即碳氧化期，由于温度较贝塞麦法低，火焰略带黄色。此期喷溅较多，熔池温度不上升甚至下降。当碳降至很低火焰开始下落时，转入第3期，称为“后吹期”。在后吹期磷激烈氧化，炉温显著提高。生成的P2O5与石灰结合成为磷酸钙进入渣中。同时，有一些金属中的硫以CaS的形式溶于渣中而去除。因为底吹气体的强搅拌作用，脱磷可以高速进行，而铁不致大量氧化。但磷脱到相当低时，铁的烧损也随之增加，在炉口出现褐色烟雾。为避免铁的过多损失，后吹时间不能太长。因不能从炉口火焰判断磷是否已去除到合格水平，吹炼终点只能凭经验调节。吹炼过程中金属成分和熔池温度的变化见图。吹炼结束进行脱氧，必要时，根据钢的含碳量要求加入增碳剂。为防止回磷，脱氧时需将炉渣出尽。或实行挡渣出钢，在钢包内脱氧和增碳的操作。托马斯法的金属损失比贝塞麦法的大，约为装入量的12%～17%。炉衬寿命约为200～400炉;炉底寿命则为40炉左右。
托马斯钢的氮、氧、磷和非金属夹杂含量均稍高于贝塞麦钢，但钢的性能基本相似，两者用途相同，在重要用途上均受到限制。为降低托马斯钢的含氮量，曾试验过许多改进措施：如铁水分两次装入以提前脱磷，加铁矿石或轧钢屑降低熔池温度，高压鼓风或斜吹以缩短空气和金属的接触时间，用富氧鼓风、蒸汽加氧或CO2加氧鼓风等;但是都没有能够根本改变托马斯法的缺点。
英国著名的冶金专家和发明家。1875年和表弟吉尔克里斯特发明了在底吹式转炉中用碱性炉衬和炉渣炼钢的方法，称为“托马斯法”。此法利于大量脱磷，在生产高磷生铁的西欧各国得到广泛采用。
托马斯发明的碱性转炉的炼钢方法。贝塞麦的酸性转炉不适于冶炼欧洲大部分地区所产的铁矿石。因此，解决含磷铁矿石的炼钢问题成了19世纪中叶以后冶金技术的一大难题。1878年，英国年仅二十九岁的托马斯(Sidney Gilchrist Thomas，1850—1885)发明的碱性转炉炼钢法，使这一难题得到解决。
托马斯在法院担任职员时接受了夜校教育。从夜校化学课上得知贝塞麦法存在的问题之后，他便利用业余时间钻研有关理论并进行实验。他首先用白云石在高温下烧成的熟料，混合焦油制成碱性耐火砖，代替原来用粘土烧成的酸性硅酸质耐火砖，改造了炉衬。同时，在冶炼鼓风过程中添加石灰石，使整个反应在碱性条件下进行，使高温中被氧化的磷与石灰结合起来，残留在渣内，解决了脱磷问题。1878年8月，他向英国钢铁协会正式作了报告，其碱性转炉炼钢法被称之为托马斯法。这种方法的创造，为转炉的大量推广排除了障碍，使钢产量有了较大的提高。