Het is geen toeval dat staal de ruggengraat van de moderne infrastructuur is geworden. Dit gebeurde omdat iemand had ontdekt hoe hij snel genoeg lucht door het gesmolten ijzer moest pompen om te voorkomen dat het hele ding bevroor. Deze methode is het Bessemer-proces, de eerste industriële methode voor massaproductie van staal.
Sir Henry Bessemer ontvangt de naam en het patent. Maar het idee was niet alleen van hem. Het was een botsing van geesten aan de overkant van de Atlantische Oceaan.
In 1847 begon William Kelly, een zakenman en wetenschapper in Pittsburgh, met het uitvoeren van experimenten. Zijn doel was simpel, maar radicaal: onzuiverheden uit ruwijzer verwijderen door lucht te blazen. Zijn theorie was dat het blazen van lucht twee dingen zou doen. Ten eerste zou zuurstof reageren met onzuiverheden en deze omzetten in oxiden, die neerslaan als slak. Ten tweede zou deze chemische reactie warmte produceren. Deze hitte was van cruciaal belang. Het verhinderde dat de gesmolten massa tijdens het werken stolde. Er waren verschillende mislukkingen nodig om te bewijzen dat het werkte. Toen dit eenmaal gebeurde, kon hij snel staalblokken produceren.
Bessemer werkte zelfstandig in Sheffield, Engeland. In 1856 had hij dezelfde methode ontwikkeld en gepatenteerd. Kelly had de wetenschap, maar geen geld om deze op te schalen. Bessemer beschikte over het kapitaal om er een commerciële realiteit van te maken.
Na het patent was het proces nog niet afgerond. Het moest verfijnd worden om bruikbaar te zijn. Robert Forester Mushet, een andere Engelsman, loste het probleem van de koolstofbalans op. Toen de luchtinjectie voltooid was, voegde hij een mengsel van koolstof, mangaan en ijzer toe. Dit herstelde het koolstofniveau en neutraliseerde resterende onzuiverheden zoals zwavel. Ondertussen heeft Goran Goransson, een Zweedse ijzermeester, de oven zelf opnieuw ontworpen. Hij maakte de converter betrouwbaar.
Het resultaat was goedkoop staal dat in grote hoeveelheden werd geproduceerd. Het kwam op de markt in Groot-Brittannië en de Verenigde Staten. Plotseling was er in de bouw en bij de spoorwegen een materiaal dat grotere spanningen kon weerstaan dan ijzer. Nummers duurden langer. Bruggen overbrugden grotere gaten. De industriële wereld was aan het veranderen.
Converter-mechanica
Centraal in deze revolutie stond de Bessemer-converter. Het lijkt op een enorme cilindrische pot. Oorspronkelijk was het ongeveer 6 meter hoog. Het interieur was bekleed met brandwerend silicaatmateriaal om de hitte te weerstaan.
Via openingen in de bodem wordt lucht naar binnen geblazen. Dit worden tuyeres genoemd. Door de ontploffing ontstaan er oxiden. Silicium en mangaan worden onderdeel van de slak. Koolstofoxiden worden meegevoerd in de luchtstroom. De hele verandering gebeurt in een paar minuten. Ze gaan van ruwijzer tot staal dat klaar is voor de smederij of walserij.
Waarom het oorspronkelijke ontwerp in Europa faalde
Er was een vangst. De oorspronkelijke converter kon geen fosfor verwerken. De meeste Britse en Europese ijzerertsen bevatten aanzienlijke hoeveelheden fosfor. De kiezelachtige voering kon het niet verwijderen. Het staal bleef bros en defect.
De oplossing kwam van Sidney Gilchrist Thomas uit Engeland. Hij vond de Thomas-Gilchrist-converter uit. In plaats van een zure silicaatbekleding werd een basismateriaal zoals gebrande kalksteen gebruikt. Door deze chemische verandering kon fosfor worden verwijderd. Het proces werd haalbaar voor Europese ertsen.
Een ander probleem bleef lange tijd bestaan. De luchtstroom liet een klein percentage stikstof in het staal achter. Dit tekort werd pas in de jaren vijftig gecorrigeerd.
De opkomst en ondergang van het proces
Het openhaardproces werd geboren in de jaren 1860. Er was geen stikstofprobleem. Het overtrof uiteindelijk het Bessemer-proces. Decennia lang was de open haard de dominante manier. Het bekleedde deze positie tot het midden van de 20e eeuw.
Later werd de open haard vervangen door een basisch zuurstofproces. Ironisch genoeg is deze moderne methode feitelijk een uitbreiding en verfijning van het Bessemer-proces zelf.
De erfenis gaat niet alleen over machines. Het staat in de skyline. Elke keer dat je een stalen balk ziet, zie je het resultaat tussen een straatarme Pennsylvaniaan en een welgestelde Engelsman. Wetenschap werd gedeeld. Het krediet werd gesplitst. Er werd staal gebouwd.
Wij gebruiken het nog steeds. Niet helemaal op dezelfde manier. De ovens zijn veranderd. De besturing is nu digitaal. Maar het basisidee blijft hetzelfde. Blaas lucht door het metaal om de aard ervan te veranderen. Het is een gewelddadig proces. Het is snel. En het werkt.
Er is nog steeds discussie over de beste manier om het stikstofgehalte in de moderne staalproductie te beheersen. De scheikunde is preciezer geworden. De schaal is groter geworden. De fundamentele vraag is echter niet veranderd. Hoe maken we staal goedkoop genoeg om de wereld op te bouwen, maar sterk genoeg om deze bij elkaar te houden?
Het antwoord begon met een luchtstoot.
