Proceso de Bessemer

A principios y mediados de la década de 1850, el inventor estadounidense William Kelly experimentó con un método similar al proceso Bessemer. Wagner escribe que Kelly pudo haberse inspirado en técnicas introducidas por trabajadores del hierro chinos contratados por él en 1854. ^{[ 2 ]} La afirmación de que tanto Kelly como Bessemer inventaron el mismo proceso sigue siendo controvertida. Cuando Scientific American informó sobre la patente de Bessemer para el proceso , Kelly respondió escribiendo una carta a la revista. En la carta, Kelly afirma que ya había experimentado con el proceso y que Bessemer conocía su descubrimiento. Escribió: «Tengo motivos para creer que mi descubrimiento se conocía en Inglaterra hace tres o cuatro años, ya que varios chapistas ingleses visitaron este lugar para ver mi nuevo proceso. Varios de ellos han regresado desde entonces a Inglaterra y es posible que hayan hablado de mi invención allí». ^{[ 2 ]} Se sugiere que el proceso de Kelly estaba menos desarrollado y tuvo menos éxito que el de Bessemer. ^{[ 8 ]}

Sir Henry Bessemer describió el origen de su invento en su autobiografía escrita en 1890. Durante el estallido de la Guerra de Crimea , muchos industriales e inventores ingleses se interesaron por la tecnología militar. Según Bessemer, su invento se inspiró en una conversación con Napoleón III en 1854 sobre el acero necesario para una mejor artillería. Bessemer afirmó que «fue la chispa que encendió una de las mayores revoluciones que el siglo actual ha registrado, pues durante mi solitario viaje en taxi aquella noche de Vincennes a París, decidí intentar mejorar la calidad del hierro en la fabricación de cañones». ^{[ 1 ]} En aquel entonces, el acero se utilizaba solo para fabricar objetos pequeños como cubiertos y herramientas, pero era demasiado caro para los cañones. A partir de enero de 1855, comenzó a trabajar en un método para producir acero en las grandes cantidades necesarias para la artillería y, en octubre, presentó su primera patente relacionada con el proceso Bessemer. Patentó el método un año después, en 1856. ^{[ 1 ]} A William Kelly se le concedió la patente de prioridad en 1857. ^{[ 9 ]}

Bessemer cedió la patente de su proceso a cuatro fabricantes de hierro por un total de 27 000 libras, pero los licenciatarios no lograron producir el acero de la calidad prometida —era «podrido en caliente y podrido en frío», según su amigo William Clay ^{[ 10 ]} — y posteriormente los recompró por 32 500 libras. ^{[ 11 ]} Su plan consistía en ofrecer las licencias a una empresa en cada una de varias zonas geográficas, con un precio de regalías por tonelada que incluía una tasa reducida sobre una proporción de su producción para incentivarla, pero no una proporción tan grande como para que decidieran reducir sus precios de venta. Con este método, esperaba que el nuevo proceso ganara prestigio y cuota de mercado. ^{[ 10 ]}

Se dio cuenta de que el problema técnico se debía a impurezas en el hierro y concluyó que la solución radicaba en saber cuándo interrumpir el flujo de aire en su proceso para que las impurezas se quemaran pero quedara la cantidad justa de carbono . Sin embargo, a pesar de gastar decenas de miles de libras en experimentos, no pudo encontrar la respuesta. ^{[ 12 ]} Ciertos grados de acero son sensibles al 78 % de nitrógeno , que formaba parte del chorro de aire que pasaba a través del acero.

La solución fue descubierta por primera vez por el metalúrgico inglés Robert Forester Mushet , quien realizó miles de experimentos en el Bosque de Dean . Su método consistía en eliminar, en la medida de lo posible, todas las impurezas y el carbono, para luego reintroducir el carbono y el manganeso mediante la adición de una cantidad exacta de spiegeleisen , una aleación de hierro y manganeso con trazas de carbono y silicio . Esto mejoraba la calidad del producto final, aumentando su maleabilidad —su capacidad para resistir el laminado y la forja— a altas temperaturas y haciéndolo más adecuado para una amplia gama de usos. ^{[ 13 ] [ 14 ]} La patente de Mushet finalmente caducó debido a su incapacidad para pagar las tasas y fue adquirida por Bessemer. Bessemer obtuvo más de 5 millones de dólares en regalías por las patentes. ^{[ 15 ]}

La primera empresa en obtener la licencia del proceso fue la firma de Manchester W & J Galloway , y lo hizo antes de que Bessemer lo anunciara en Cheltenham en 1856. No figura en la lista de las cuatro empresas a las que reembolsó las tasas de licencia. Sin embargo, posteriormente rescindió su licencia en 1858 a cambio de la oportunidad de invertir en una sociedad con Bessemer y otros. Esta sociedad comenzó a fabricar acero en Sheffield a partir de 1858, utilizando inicialmente arrabio de carbón vegetal importado de Suecia . Esta fue la primera producción comercial. ^{[ 10 ] [ 16 ]}

El comerciante y cónsul sueco Göran Fredrik Göransson adquirió una participación del 20% en la patente de Bessemer para su uso en Suecia y Noruega durante una visita a Londres en 1857. Durante la primera mitad de 1858, Göransson, junto con un pequeño grupo de ingenieros, experimentó con el proceso Bessemer en Edsken, cerca de Hofors , Suecia, hasta que finalmente lo logró. Más tarde, en 1858, se reunió nuevamente con Henry Bessemer en Londres, consiguió convencerlo del éxito del proceso y negoció el derecho a vender su acero en Inglaterra. La producción continuó en Edsken, pero era demasiado pequeña para la producción industrial necesaria. En 1862, Göransson construyó una nueva fábrica para su empresa siderúrgica Högbo a orillas del lago Storsjön, donde se fundó la ciudad de Sandviken . La empresa pasó a llamarse Sandviken's Ironworks, continuó creciendo y finalmente se convirtió en Sandvik en la década de 1970. ^{[ 17 ]}

Alexander Lyman Holley contribuyó significativamente al éxito del acero Bessemer en los Estados Unidos. Su obra A Treatise on Ordnance and Armor ^{[ 18 ]} es un trabajo importante sobre la fabricación de armas y las prácticas siderúrgicas contemporáneas. En 1862, visitó la fábrica de Bessemer en Sheffield y se interesó en obtener la licencia del proceso para su uso en los Estados Unidos. A su regreso a los Estados Unidos, Holley se reunió con dos productores de hierro de Troy, Nueva York , John F. Winslow y John Augustus Griswold , quienes le pidieron que regresara al Reino Unido y negociara con el Banco de Inglaterra en su nombre. Holley consiguió una licencia para que Griswold y Winslow utilizaran los procesos patentados de Bessemer y regresó a los Estados Unidos a finales de 1863. ^{[ 19 ]}

En 1865 , el trío comenzó a instalar una fábrica en Troy, Nueva York. La planta incorporaba varias innovaciones de Holley que mejoraron notablemente la productividad con respecto a la fábrica de Bessemer en Sheffield, y los propietarios realizaron una exitosa exposición pública en 1867. La fábrica de Troy atrajo la atención de la Pennsylvania Railroad , que deseaba utilizar el nuevo proceso para fabricar raíles de acero. Esta financió la segunda planta de Holley como parte de su filial Pennsylvania Steel. Entre 1866 y 1877, los socios consiguieron licenciar un total de 11 acerías Bessemer.

Uno de los inversores que atrajeron fue Andrew Carnegie , quien vio un gran potencial en la nueva tecnología del acero después de una visita a Bessemer en 1872, y la consideró un complemento útil para sus negocios existentes, la Keystone Bridge Company y la Union Iron Works. Holley construyó la nueva acería para Carnegie y continuó mejorando y perfeccionando el proceso. La nueva acería, conocida como Edgar Thomson Steel Works , abrió sus puertas en 1875 e impulsó el crecimiento de Estados Unidos como un importante productor mundial de acero. ^{[ 20 ]} Utilizando el proceso Bessemer, Carnegie Steel logró reducir los costos de los rieles de acero para ferrocarril de $100 por tonelada a $50 por tonelada entre 1873 y 1875. El precio del acero continuó bajando hasta que Carnegie vendía rieles a $18 por tonelada en la década de 1890. Antes de la apertura de Thomson Works de Carnegie, la producción de acero en Estados Unidos totalizaba alrededor de 157,000 toneladas por año. En 1910, las empresas estadounidenses producían 26 millones de toneladas de acero al año. ^{[ 21 ]}

William Walker Scranton , gerente y propietario de la Lackawanna Iron & Coal Company en Scranton, Pensilvania , también había investigado el proceso en Europa. Construyó una fábrica en 1876 utilizando el proceso Bessemer para rieles de acero y cuadruplicó su producción. ^{[ 22 ]}

El acero Bessemer se utilizó en Estados Unidos principalmente para rieles de ferrocarril. Durante la construcción del Puente de Brooklyn , surgió una importante disputa sobre si se debía usar acero de crisol en lugar del más económico acero Bessemer. En 1877, Abram Hewitt escribió una carta instando a no utilizar acero Bessemer. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Se presentaron ofertas tanto para acero de crisol como para acero Bessemer; John A. Roebling's Sons presentó la oferta más baja para acero Bessemer, ^{[ 25 ]} pero por orden de Hewitt, el contrato se adjudicó a J. Lloyd Haigh Co. ^{[ 26 ]}

Al soplar aire a través del arrabio fundido, se introduce oxígeno en la masa fundida. Esto oxida impurezas como el silicio , el manganeso y el carbono . Estos óxidos se liberan en forma de gas o forman una escoria sólida . El revestimiento refractario del convertidor desempeña un papel importante en la conversión; se pueden usar revestimientos de arcilla cuando la materia prima contiene poco fósforo . El propio Bessemer utilizó arenisca ganister en el proceso Bessemer ácido . Dado el alto contenido de fósforo, se utilizan revestimientos de dolomita o magnesita en el proceso Bessemer básico con caliza . Posteriormente, se pueden añadir materiales como el spiegeleisen (una aleación de ferromanganeso) al acero fundido para establecer propiedades específicas.

Cuando se forma el acero requerido, se vierte en cucharas y luego se transfiere a moldes, dejando atrás la escoria (más ligera). El proceso de conversión, llamado "soplado", inicialmente duraba aproximadamente 20 minutos. Durante este intervalo, el progreso de la oxidación de las impurezas se evalúa mediante la aparición de la llama en la boca del convertidor. Posteriormente, se reemplazó la observación visual por métodos fotoeléctricos para monitorear la llama, lo que aumentó la precisión final. Después del soplado, se agrega carbono al metal líquido y otros materiales de aleación.

Un convertidor Bessemer podía tratar una "cola" (lote de metal caliente) de 5 a 30 toneladas a la vez. ^{[ 27 ]} Por lo general, funcionaban en pares: uno se soplaba mientras el otro se llenaba o se vaciaba.

El químico industrial Sidney Gilchrist Thomas abordó el problema del fósforo en el hierro, que resultaba en la producción de acero de baja calidad. Creyendo haber encontrado una solución, contactó a su primo, Percy Gilchrist , químico en la fundición de Blaenavon . El gerente de la fundición, Edward Martin, le ofreció a Thomas equipo de prueba y lo ayudó a redactar una patente que se emitió en mayo de 1878. La invención de Thomas consistía en utilizar revestimientos de dolomita o piedra caliza para el convertidor Bessemer en lugar de arcilla, y se conoció como el proceso Bessemer "básico" en vez del proceso Bessemer "ácido". Una ventaja adicional era que los procesos generaban más escoria en el convertidor, la cual podía recuperarse y utilizarse de forma rentable como fertilizante. ^{[ 28 ]}

• Anstis, Ralph (1997), Hombre de hierro, hombre de acero: Vidas de David y Robert Mushet , Albion House, ISBN 0-9511371-4-X
• Jackson, Albert (1964), Oxide Steelmaking for Steelmakers , George Newnes Ltd., ISBN 978-0408073523{{citation}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
• Baggley, P.; Sanderson, N. (2002), Archivo pictórico de la siderurgia en Workington , ISBN 0-9538447-1-4