Невипадково сталь стала основою сучасної інфраструктури. Це сталося тому, що хтось вигадав, як прокачувати повітря через розплавлений чавун досить швидко, щоб весь процес не застиг. Цей метод — процес Бессемера, перший промисловий метод масового виробництва сталі.
Сер Генрі Бессемер отримав ім’я та патент. Але ідея належала не лише йому. Це була суперечка умів через Атлантичний океан.
В 1847 Вільям Келлі, бізнесмен і вчений з Піттсбурга, почав проводити експерименти. Його мета була простою, але радикальною: видалити домішки з чавуну шляхом продування повітрям. Його теорія полягала у тому, що продування повітрям зробить дві речі. По-перше, кисень вступить у реакцію з домішками і перетворить їх на оксиди, які випадуть у вигляді шлаку. По-друге, ця хімічна реакція виділить тепло. Це тепло було критично важливим. Воно запобігало затвердінню розплавленої маси під час роботи. Потрібно було кілька невдач, щоб довести, що це працює. Як тільки це вдалося, він зміг швидко виготовляти сталеві зливки.
Безсемер працював незалежно у Шеффілді, Англія. До 1856 року він розробив і запатентував той самий метод. Келлі мали наукові знання, але не було грошей для масштабування. Безсемер мав капітал, щоб зробити це комерційною реальністю.
Патент не завершив процесу. Його треба було доопрацювати, щоб він став корисним. Роберт Форрестер М’юхет, ще один англієць, вирішив проблему вуглецевого балансу. Коли продування повітрям завершувалося, він додавав суміш вуглецю, марганцю та заліза. Це відновлювало рівень вуглецю і нейтралізувало домішки, що залишилися, такі як сірка. Тим часом Горан Горанссон, шведський майстер із виплавки заліза, перепроектував саму піч. Він зробив надійним конвертер.
Результатом стала дешева сталь, яка виробляється у великих кількостях. Вона вийшла на ринок у Великій Британії та Сполучених Штатах. Раптом у будівництві та на залізницях з’явився матеріал, який міг витримувати більшу напругу, ніж залізо. Рейки служили довше. Мости перетинали великі відстані. Індустріальний світ змінювався.
Механіка конвертера
У центрі цієї революції був конвертер Бессемера. Він виглядає як величезний циліндричний казан. Спочатку він був заввишки близько 6 метрів. Внутрішня частина викладена силікатним вогнетривким матеріалом, щоб витримувати тепло.
Повітря подається через отвори на дні. Вони називаються фурмами. Струменя створює оксиди. Кремній та марганець стають частиною шлаку. Оксиди вуглецю відносяться потоком повітря. Усі зміни відбуваються за кілька хвилин. Вони перетворюються з чавуну на сталь, готову для кузні або прокатного табору.
Чому оригінальний дизайн не прижився в Європі
Була одна проблема. Оригінальний конвертер було справитися з фосфором. Більшість британських та європейських залізних руд містили значну кількість фосфору. Кислий силікатний футерівка не могла його видалити. Сталь залишалася тендітною та дефектною.
Рішення прийшло від Сідні Гілкріста Томаса з Англії. Він винайшов томас-гілкрістовський конвертер. Замість кислого силікатного футерування використовувався основний матеріал, такий як обпалений вапняк. Ця хімічна зміна дозволила видалити фосфор. Процес став можливим для європейських руд.
Інша проблема зберігалася довгий час. Потік повітря залишав невеликий відсоток азоту у сталі. Цей недолік було виправлено лише у 1950-х роках.
Розквіт і занепад процесу
Киснево-конвертерний процес народився у 1860-х роках. У ньому не було проблем із азотом. Зрештою він перевершив процес Бессемера. Киснево-конвертерний метод домінував упродовж десятиліть. Він займав це становище до середини 20 століття.
Пізніше киснево-конвертерний метод замінили киснево-конвертерним процесом (киснево-конвертерним). Іронічно, але цей сучасний метод насправді є розширенням та удосконаленням самого процесу Бессемера.
Спадщина – це не лише машини. Це у силуетах міст. Щоразу, коли ви бачите сталеву балку, ви бачите результат між бідним пенсільванцем та забезпеченим англійцем. Наука була поділена. Слава була поділена. Сталь була збудована.
Ми все ще використовуємо його. Не зовсім так само. Печі змінилися. Управління тепер цифрове. Але основна ідея залишається незмінною. Продувайте метал повітрям, щоб змінити його природу. Це жорстокий процес. Він швидкий. І він працює.
Все ще точаться суперечки про те, як найкраще керувати рівнем азоту в сучасному виробництві сталі. Хімія стала точнішою. Масштаб збільшився. Проте основне питання не змінилося. Як зробити сталь досить дешевою, щоб побудувати світ, але чи достатньо міцною, щоб утримувати його разом?
Відповідь почалася з порції повітря.
