El Estado de la Metalurgia Ferrosa antes del siglo XIX

Antes de que el siglo XIX reelaborara las reglas de la metalurgia, la producción de hierro y acero usable era un esfuerzo costoso, intensivo en mano de obra, limitado por el suministro de combustible y las limitaciones del proceso.El mundo material de la década de los 1700 se construyó en gran medida de madera, piedra y hierro forjado.

El reto metalúrgico de la era

El desafío central que definió la metalurgia del siglo XIX fue la falta de un método para controlar el contenido de carbono a escala industrial. El hierro forjado contiene menos de 0.008% de carbono; es suave y dúctil. El hierro fundido contiene entre 2% y 4% de carbono; es duro y frágil. El acero ocupa la gama estrecha entre aproximadamente 0.008% y 2.14% de carbono, un punto dulce que le otorga una combinación única de resistencia, tenilidad

La crisis del combustible y el surgimiento de la coca

El desarrollo de hornos de explosión de coque en Coalbrookdale a principios de la década de los 1700 solucionó la crisis de deforestación causada por la producción de carbón. A principios de los años 1800, la fundición de coca era generalizada, disminuyendo significativamente el costo y aumentando la producción de hierro forjado. Sin embargo, los hornos de explosión de coque-fuego se seguían produciendo sólo hierro de gran tamaño.

El horno de apuro: Refiniendo sin carbón

La invención de Henry Cort del proceso de puddling había sido una mejora histórica. Usando un horno reverberatorio alimentado por carbón, un puddler molido de hierro fundido, exponiéndolo al oxígeno en la atmósfera del horno. El oxígeno quemó el carbono, el silicio y el manganeso, dejando atrás una masa de hierro forjado relativamente puro.

El proceso de los Bessemer: La revolución neumática

La innovación más transformadora en la historia del acero ocurrió en 1856 cuando Sir Henry Bessemer patentó su proceso neumático. La visión de Bessemer fue radical: en lugar de usar llamas o revolver para eliminar impurezas del hierro, propuso que soplar aire directamente a través de un baño de hierro fundido. El oxígeno en el aire reaccionaría químicamente con el carbono, el silicio y el manganeso suficiente

El convertidor autogenoso en acción

El aparato de bessemer, el convertidor, era un recipiente en forma de pera forrado con ladrillo de silica (un revestimiento de ácido). Un lote de hierro fundido fue cargado en el convertidor, y el aire fue forzado a través de los tubérculos en el fondo. Una llama violenta, varios metros de largo, erupción de la boca del convertidor como silicona y carbono fueron oxidizados.

El problema del fósforo y la solución básica

El primer triunfo del acero de Bessemer fue rápidamente templado por un defecto crítico.El revestimiento de silica ácido del convertidor no pudo eliminar el fósforo del hierro. El fósforo hace hervidor de acero, especialmente a bajas temperaturas, una condición conocida como "corta fría" solamente ores con contenido de fósforo extremadamente bajo, como los encontrados en Suecia y partes de Inglaterra, podría ser reemplazado.

El impacto económico de acero barato

El impacto de los procesos de Bessemer y Gilchrist-Thomas fue asombroso. El precio de los carriles de acero cayó en más del 80% entre 1856 y 1900. Los volúmenes de producción explotaron de cantidades insignificantes a millones de toneladas anuales. El proceso de Bessemer permitió directamente la rápida expansión de las redes ferroviarias en los Estados Unidos, Europa, India y Rusia. El acero, una vez un metal precioso, se convirtió en un producto.

El proceso de la Tierra Abierta: Precisión y Escala

Aunque el proceso Bessemer se superó en velocidad y costo, tenía inconvenientes inherentes. Era difícil controlar la química final precisamente, no podía refinar efectivamente grandes cantidades de acero a la chatarra, y el tamaño de lote estaba limitado por la capacidad del convertidor. El proceso de apertura, desarrollado independientemente por William Siemens en Inglaterra y Pierre-Émile Martin en Francia durante los años 1860, proporciona una solución complementaria que enfatizaba la flexibilidad.

El horno regenerativo de Siemens

El corazón del proceso de apertura fue el horno regenerativo, una de las grandes innovaciones de eficiencia térmica del siglo XIX. El diseño de Siemens utilizó los gases de escape caliente del horno para calentar un par de "cámaras de control de ladrillo." Después de unos minutos, el flujo de aire se revirtió: el aire entrante y el gas de combustible pasó por los cacheos calentados, ganando inmensa energía térmica antes de entrar en la cámara de faracidio.

Ventajas en el uso de la química y el raspado

El horno Siemens-Martin fue cargado con una mezcla cuidadosamente calculada de hierro fundido, acero desechable, mineral de hierro y flujos. El proceso de refinación tomó significativamente más tiempo que un golpe Bessemer, por lo general de 4 a 8 horas, y a veces más largo para las calificaciones de alto carbono. Este ritmo más lento fue una ventaja, ya que permitió que los derribados tomar muestras, analizar la química exacta, y hacer la adición

Híbridación y muerte de la puñetera

El proceso de apertura de la historia absorbió gradualmente los roles del horno de charco y el crisol. Produjo acero altamente uniforme y fiable, ideal para placas de caldera, vigas estructurales, cascos de naves y placa de armadura. La adopción de la base de la cuerda abierta (utilizando revestimientos de dolomita) en los años 1880 extendió aún más su alcance, permitiéndole procesar hierros básicos de alta fósforo

Innovaciones complementarias y de apoyo

El aumento de la fabricación de acero de Bessemer y de corazón abierto fue apoyado por una constelación de otros desarrollos en el procesamiento de materiales rodantes, aleados y crudos. Estas innovaciones complementarias aseguraron que el acero producido pudiera ser moldeado, fortalecido y aplicado a todo el espectro de necesidades industriales.

Avances en la tecnología Rolling Mill

La capacidad de producir grandes linajes de acero no tenía sentido sin los medios para configurarlos. Los molinos de rodillos fueron una revolución paralela en el siglo XIX. La invención de la trilla de rodadura permitió que se produciran formas más pesadas y más largas en un solo paso. El desarrollo del molino de placas universales permitió la rodadura de grandes placas planas para cascos de barcos y calderas.

El nacimiento de Aceros de Aleación

El siglo XIX también vio el primer desarrollo intencional de aceros de aleación. Metallurgistos e industriales comenzaron a experimentar con la adición de elementos específicos al acero para impartir propiedades especiales. El uso de manganeso de Robert Mushet en spiegeleisen fue la primera adición práctica de aleación. Más tarde, Robert Hadfield desarrolló acero manganeso (contiene 12-14% manganeso) en 1882, que exhibió una extraordinaria dureza y resistencia estructural, convirtiéndose en maquinaria esencial para el rocko

El Gilchrist-Thomas Basic Lining Deep Dive

El desarrollo básico de forro merece un énfasis particular, ya que era un punto de giro metalúrgico y geopolítico. Thomas y Gilchrist su visión clave fue que un material refractario básico podría combinarse químicamente con los óxidos de fósforo ácido producido durante el golpe. El escoria que se formó era rico en fósforo y ampliamente vendido como fertilizante agrícola, creando un valioso flujo de ingresos secundarios para las plantas de acero.

Transformación del Mundo y la Sociedad Construidas

El coste de caída pronunciada y la creciente calidad del acero tuvieron un impacto directo y tangible en el mundo físico. La Segunda Revolución Industrial fue, de muchas maneras, una revolución impulsada por el acero. Cada proyecto de infraestructura importante de finales del siglo XIX, desde los ferrocarriles transcontinentales hasta los puentes de suspensión a los primeros rascacielos, dependió del material que fluye de las plantas de Bessemer y de corazón abierto.

Ferrocarriles, Puentes y la Infraestructura Backbone

La industria ferroviaria fue el mayor consumidor inicial de acero. Los raíles de acero duraron diez a veinte veces más que los ferrocarriles de hierro forjado, lo que significaba menores costos de mantenimiento y la capacidad de soportar locomotoras más pesadas y más rápidas. El ferrocarril transcontinental de acero americano, completado en 1869, dependía de los ferrocarriles de acero producidos por los convertidores en el este.

El esqueleto de acero y el Levántate de la ciudad

La moderna ciudad de altura nació del marco de acero. Antes del desarrollo de esqueletos de acero, la altura de la construcción se limitó por la fuerza compresiva de la mampostería. El edificio de seguros en Chicago, completado en 1885, es ampliamente considerado el primer rascacielos porque utilizó un marco de acero estructural para soportar su peso. Esta innovación permitió que las ciudades se expandieran hacia arriba en lugar de exclusivamente hacia fuera, concentrando la actividad comercial en los sistemas de ferrocarriles densos.

Poder naval y Poder Industrial

Las aplicaciones militares de acero barato fueron inmediatas.La primera nave de hierro de irrefutable, el Warrior (1860), usó hierro en lugar de madera, pero por los años 1870, el acero se había convertido en el estándar de construcción naval. Las placas de armadura de acero podrían ser rodadas a mayor espesor y resistencia que las placas de hierro, lo que llevó a una carrera de armadura naval

Conclusión: La Fundación de la Sociedad Industrial Moderna

Las innovaciones en la producción de hierro y acero en el siglo XIX representan un ejemplo de cómo los avances técnicos y químicos conectados pueden reestructurar completamente una civilización. El proceso Bessemer introdujo velocidad y escala; el proceso de apertura introdujo la calidad y el control; el proceso Gilchrist-Thomas resolvió la crisis de fósforo y cambió el equilibrio global de la industria.

Para 1900, la producción de acero global había alcanzado 28 millones de toneladas, un volumen impensable apenas cincuenta años antes. Los procesos desarrollados en esta era evolucionaron directamente hacia la fabricación básica de acero al oxígeno (un derivado de Bessemer) y el horno eléctrico del arco (un derivado de los principios de crucible y de corazón abierto) que dominan la producción de acero hoy. Entendiendo los inmensos desafíos técnicos superados por Bessemer, Siemens, Martin, Thomas