Non è un caso che l’acciaio sia diventato la spina dorsale delle infrastrutture moderne. Ciò è accaduto perché qualcuno ha capito come pompare aria attraverso il ferro fuso abbastanza velocemente da evitare che il tutto si congeli durante il processo. Questo metodo è il processo Bessemer, il primo metodo industriale per la produzione in serie di acciaio.
Sir Henry Bessemer riceve il nome e il brevetto. Ma l’idea non era solo sua. È stato uno scontro di menti al di là dell’Atlantico.
Nel 1847, William Kelly, uomo d’affari e scienziato di Pittsburgh, iniziò a condurre esperimenti. Il suo obiettivo era semplice, ma radicale: rimuovere le impurità dalla ghisa soffiando aria. La sua teoria era che soffiare aria avrebbe fatto due cose. Innanzitutto, l’ossigeno reagirebbe con le impurità e le convertirebbe in ossidi, che precipiterebbero come scorie. In secondo luogo, questa reazione chimica produrrebbe calore. Questo caldo era fondamentale. Evitava che la massa fusa si solidificasse durante la lavorazione. Ci sono voluti diversi fallimenti per dimostrare che funzionava. Una volta accaduto ciò, è stato in grado di produrre rapidamente lingotti di acciaio.
Bessemer ha lavorato in modo indipendente a Sheffield, in Inghilterra. Nel 1856 aveva sviluppato e brevettato lo stesso metodo. Kelly aveva la scienza ma non i soldi per svilupparla. Bessemer aveva i capitali per farne una realtà commerciale.
Il processo non era ancora completo dopo il brevetto. Doveva essere perfezionato per essere utile. Robert Forester Mushet, un altro inglese, risolse il problema del bilancio del carbonio. Una volta completata l’iniezione dell’aria, aggiunse una miscela di carbonio, manganese e ferro. Ciò ha ripristinato i livelli di carbonio e neutralizzato le impurità rimanenti come lo zolfo. Nel frattempo, Goran Goransson, un maestro del ferro svedese, ha ridisegnato la fornace stessa. Ha reso affidabile il convertitore.
Il risultato fu un acciaio economico prodotto in grandi quantità. Ha colpito il mercato in Gran Bretagna e negli Stati Uniti. All’improvviso, nell’edilizia e nelle ferrovie, apparve un materiale in grado di resistere a sollecitazioni maggiori del ferro. Le tracce durarono più a lungo. I ponti attraversavano spazi più ampi. Il mondo industriale stava cambiando.
Meccanica dei convertitori
Al centro di questa rivoluzione c’era il convertitore Bessemer. Sembra un enorme vaso cilindrico. Originariamente era alto circa 6 metri. L’interno è stato rivestito con materiale ignifugo ai silicati per resistere al caldo.
L’aria viene soffiata attraverso le aperture sul fondo. Questi sono chiamati tuyeres. L’esplosione crea ossidi. Silicio e manganese entrano a far parte delle scorie. Gli ossidi di carbonio vengono trasportati nel flusso d’aria. L’intero cambiamento avviene in pochi minuti. Si va dalla ghisa all’acciaio pronto per la fucina o il laminatoio.
Perché il progetto originale fallì in Europa
C’era un problema. Il convertitore originale non poteva gestire il fosforo. La maggior parte dei minerali di ferro britannici ed europei contenevano quantità significative di fosforo. Il rivestimento siliceo non è riuscito a rimuoverlo. L’acciaio è rimasto fragile e difettoso.
La soluzione è arrivata da Sidney Gilchrist Thomas dall’Inghilterra. Ha inventato il convertitore Thomas-Gilchrist. Invece di un rivestimento di silicato acido, è stato utilizzato un materiale base come la pietra calcarea bruciata. Questo cambiamento chimico ha permesso di rimuovere il fosforo. Il processo è diventato fattibile per i minerali europei.
Un altro problema è continuato per molto tempo. Il flusso d’aria ha lasciato una piccola percentuale di azoto nell’acciaio. Questa carenza fu corretta solo negli anni ’50.
L’ascesa e la caduta del processo
Il processo a focolare aperto nacque negli anni ’60 dell’Ottocento. Non c’era nessun problema di azoto. Alla fine ha superato il processo Bessemer. Per decenni il focolare aperto è stato il metodo dominante. Mantenne questa posizione fino alla metà del XX secolo.
Successivamente il focolare aperto venne sostituito da un processo basico ad ossigeno. Paradossalmente, questo metodo moderno è in realtà un’estensione e un perfezionamento del processo Bessemer stesso.
L’eredità non riguarda solo le macchine. È nell’orizzonte. Ogni volta che vedi una trave d’acciaio, vedi il risultato tra un pennsylvaniano squattrinato e un inglese benestante. La scienza è stata condivisa. Il credito è stato diviso. È stato costruito l’acciaio.
Lo usiamo ancora. Non proprio allo stesso modo. I forni sono cambiati. Il controllo ora è digitale. Ma l’idea di base rimane la stessa. Soffia aria attraverso il metallo per cambiarne la natura. È un processo violento. È veloce. E funziona.
Si discute ancora su come gestire al meglio i livelli di azoto nella moderna produzione di acciaio. La chimica è diventata più precisa. La scala è aumentata. Tuttavia la questione fondamentale non è cambiata. Come possiamo rendere l’acciaio abbastanza economico da costruire il mondo, ma abbastanza forte da tenerlo insieme?
La risposta è iniziata con un soffio d’aria.
