Не случайно сталь стала основой современной инфраструктуры. Это произошло потому, что кто-то придумал, как прокачивать воздух через расплавленный чугун достаточно быстро, чтобы весь процесс не застыл. Этот метод — процесс Бессемера, первый промышленный метод массового производства стали.
Сэр Генри Бессемер получил имя и патент. Но идея принадлежала не только ему. Это был спор умов через Атлантический океан.
В 1847 году Уильям Келли, бизнесмен и ученый из Питтсбурга, начал проводить эксперименты. Его цель была простой, но радикальной: удалить примеси из чугуна путем продувки воздухом. Его теория заключалась в том, что продувка воздухом сделает две вещи. Во-первых, кислород вступит в реакцию с примесями и превратит их в оксиды, которые выпадут в виде шлака. Во-вторых, эта химическая реакция выделит тепло. Это тепло было критически важным. Оно предотвращало затвердевание расплавленной массы во время работы. Потребовалось несколько неудач, чтобы доказать, что это работает. Как только это удалось, он смог быстро производить стальные слитки.
Бессемер работал независимо в Шеффилде, Англия. К 1856 году он разработал и запатентовал тот же метод. У Келли были научные знания, но не было денег для масштабирования. У Бессемера был капитал, чтобы сделать это коммерческой реальностью.
Патент не завершил процесс. Его нужно было доработать, чтобы он стал полезным. Роберт Форрестер Мьюхет, еще один англичанин, решил проблему углеродного баланса. Когда продувка воздухом завершалась, он добавлял смесь углерода, марганца и железа. Это восстанавливало уровень углерода и нейтрализовало оставшиеся примеси, такие как сера. Тем временем Горан Горанссон, шведский мастер по выплавке железа, перепроектировал саму печь. Он сделал конвертер надежным.
Результатом стала дешевая сталь, производимая в больших количествах. Она вышла на рынок в Великобритании и Соединенных Штатах. Внезапно в строительстве и на железных дорогах появился материал, который мог выдерживать большее напряжение, чем железо. Рельсы служили дольше. Мосты пересекали большие расстояния. Индустриальный мир менялся.
Механика конвертера
В центре этой революции находился конвертер Бессемера. Он выглядит как огромный цилиндрический котел. Изначально он был высотой около 6 метров. Внутренняя часть была выложена силикатным огнеупорным материалом, чтобы выдерживать тепло.
Воздух подается через отверстия в дне. Они называются фурмами. Струя создает оксиды. Кремний и марганец становятся частью шлака. Оксиды углерода уносятся потоком воздуха. Все изменения происходят за несколько минут. Они превращаются из чугуна в сталь, готовую для кузницы или прокатного стана.
Почему оригинальный дизайн не прижился в Европе
Была одна загвоздка. Оригинальный конвертер не мог справиться с фосфором. Большинство британских и европейских железных руд содержали значительное количество фосфора. Кислый силикатный футеровка не могла его удалить. Сталь оставалась хрупкой и дефектной.
Решение пришло от Сидни Гилкриста Томаса из Англии. Он изобрел томас-гилкристовский конвертер. Вместо кислой силикатной футеровки использовался основной материал, такой как обожженный известняк. Это химическое изменение позволило удалить фосфор. Процесс стал возможным для европейских руд.
Другая проблема сохранялась долгое время. Поток воздуха оставлял небольшой процент азота в стали. Этот недостаток был исправлен только в 1950-х годах.
Расцвет и упадок процесса
Кислородно-конвертерный процесс родился в 1860-х годах. В нем не было проблемы с азотом. В конечном итоге он превзошел процесс Бессемера. Кислородно-конвертерный метод доминировал на протяжении десятилетий. Он занимал это положение до середины 20-го века.
Позже кислородно-конвертерный метод был заменен кислородно-конвертерным процессом (кислородно-конвертерным). Иронично, но этот современный метод на самом деле является расширением и усовершенствованием самого процесса Бессемера.
Наследие — это не только машины. Это в силуэтах городов. Каждый раз, когда вы видите стальную балку, вы видите результат между бедным пенсильванцем и обеспеченным англичанином. Наука была разделена. Слава была разделена. Сталь была построена.
Мы все еще используем его. Не совсем так же. Печи изменились. Управление теперь цифровое. Но основная идея остается прежней. Продувать металл воздухом, чтобы изменить его природу. Это жестокий процесс. Он быстрый. И он работает.
Все еще ведутся споры о том, как лучше всего управлять уровнем азота в современном производстве стали. Химия стала более точной. Масштаб увеличился. Однако основной вопрос не изменился. Как сделать сталь достаточно дешевой, чтобы построить мир, но достаточно прочной, чтобы удерживать его вместе?
Ответ начался с порции воздуха.
