Es ist kein Zufall, dass Stahl zum Rückgrat der modernen Infrastruktur geworden ist. Dies geschah, weil jemand herausfand, wie man schnell genug Luft durch das geschmolzene Eisen pumpt, um zu verhindern, dass das Ganze dabei gefriert. Bei dieser Methode handelt es sich um den Bessemer-Prozess, die erste industrielle Methode zur Massenproduktion von Stahl.
Sir Henry Bessemer erhält den Namen und das Patent. Aber die Idee stammte nicht nur von ihm. Auf der anderen Seite des Atlantiks kam es zu einem Meinungskampf.
Im Jahr 1847 begann William Kelly, ein Geschäftsmann und Wissenschaftler in Pittsburgh, Experimente durchzuführen. Sein Ziel war einfach, aber radikal: durch Einblasen von Luft Verunreinigungen aus Roheisen zu entfernen. Seine Theorie war, dass das Blasen von Luft zwei Dinge bewirken würde. Erstens würde Sauerstoff mit Verunreinigungen reagieren und diese in Oxide umwandeln, die als Schlacke ausfallen. Zweitens würde diese chemische Reaktion Wärme erzeugen. Diese Hitze war kritisch. Es verhinderte, dass die geschmolzene Masse während des Arbeitens erstarrte. Es bedurfte mehrerer Fehlschläge, um zu beweisen, dass es funktionierte. Nachdem dies geschehen war, konnte er schnell Stahlbarren herstellen.
Bessemer arbeitete unabhängig in Sheffield, England. Bis 1856 hatte er die gleiche Methode entwickelt und patentiert. Kelly hatte die nötige Wissenschaft, aber kein Geld, um sie zu skalieren. Bessemer verfügte über das Kapital, um daraus eine kommerzielle Realität zu machen.
Der Prozess war nach dem Patent noch nicht abgeschlossen. Es musste verfeinert werden, um nützlich zu sein. Robert Forester Mushet, ein weiterer Engländer, löste das Problem der Kohlenstoffbilanz. Als die Luftinjektion abgeschlossen war, fügte er eine Mischung aus Kohlenstoff, Mangan und Eisen hinzu. Dadurch wurde der Kohlenstoffgehalt wiederhergestellt und verbleibende Verunreinigungen wie Schwefel neutralisiert. In der Zwischenzeit hat Goran Goransson, ein schwedischer Eisenmeister, den Ofen selbst neu gestaltet. Er machte den Konverter zuverlässig.
Das Ergebnis war billiger Stahl, der in großen Mengen produziert wurde. Es kam in Großbritannien und den Vereinigten Staaten auf den Markt. Plötzlich gab es im Bauwesen und bei der Eisenbahn einen Werkstoff, der größeren Belastungen standhalten konnte als Eisen. Die Spuren hielten länger. Brücken überquerten größere Lücken. Die industrielle Welt veränderte sich.
Konvertermechanik
Im Zentrum dieser Revolution stand der Bessemer-Konverter. Es sieht aus wie ein riesiger zylindrischer Topf. Ursprünglich war es etwa 6 Meter hoch. Der Innenraum wurde mit feuerfestem Silikatmaterial ausgekleidet, um der Hitze standzuhalten.
Durch Öffnungen im Boden wird Luft eingeblasen. Diese werden Blasdüsen genannt. Durch die Explosion entstehen Oxide. Silizium und Mangan werden Bestandteil der Schlacke. Kohlenoxide werden im Luftstrom mitgerissen. Die ganze Veränderung geschieht in wenigen Minuten. Sie reichen vom Roheisen bis zum Stahl, der für die Schmiede oder das Walzwerk bereit ist.
Warum das ursprüngliche Design in Europa scheiterte
Es gab einen Haken. Der ursprüngliche Konverter konnte Phosphor nicht verarbeiten. Die meisten britischen und europäischen Eisenerze enthielten erhebliche Mengen Phosphor. Die silikatische Auskleidung konnte es nicht entfernen. Der Stahl blieb spröde und fehlerhaft.
Die Lösung kam von Sidney Gilchrist Thomas aus England. Er erfand den Thomas-Gilchrist-Wandler. Anstelle einer sauren Silikatauskleidung wurde ein basisches Material wie gebrannter Kalkstein verwendet. Durch diese chemische Veränderung konnte Phosphor entfernt werden. Das Verfahren wurde für europäische Erze durchführbar.
Ein anderes Problem bestand noch lange. Der Luftstrom hinterließ einen geringen Anteil Stickstoff im Stahl. Dieser Mangel wurde erst in den 1950er Jahren behoben.
Aufstieg und Fall des Prozesses
Das Open-Heart-Verfahren wurde in den 1860er Jahren geboren. Es gab kein Stickstoffproblem. Es übertraf schließlich den Bessemer-Prozess. Die offene Feuerstelle war jahrzehntelang die vorherrschende Art. Diese Stellung hatte sie bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts inne.
Später wurde der offene Herd durch ein basisches Sauerstoffverfahren ersetzt. Ironischerweise ist diese moderne Methode tatsächlich eine Erweiterung und Verfeinerung des Bessemer-Verfahrens selbst.
Beim Erbe geht es nicht nur um Maschinen. Es liegt in der Skyline. Jedes Mal, wenn Sie einen Stahlträger sehen, sehen Sie das Ergebnis zwischen einem mittellosen Pennsylvanianer und einem gut betuchten Engländer. Wissenschaft wurde geteilt. Der Kredit wurde aufgeteilt. Stahl wurde gebaut.
Wir verwenden es immer noch. Nicht ganz auf die gleiche Weise. Die Öfen haben sich verändert. Die Steuerung erfolgt nun digital. Aber die Grundidee bleibt dieselbe. Blasen Sie Luft durch das Metall, um seine Beschaffenheit zu verändern. Es ist ein gewaltsamer Prozess. Es ist schnell. Und es funktioniert.
Es gibt immer noch Debatten darüber, wie der Stickstoffgehalt in der modernen Stahlproduktion am besten kontrolliert werden kann. Die Chemie ist präziser geworden. Der Maßstab hat zugenommen. An der Grundfrage hat sich jedoch nichts geändert. Wie machen wir Stahl billig genug, um die Welt zu bauen, aber stark genug, um sie zusammenzuhalten?
Die Antwort begann mit einem Luftstoß.
