Bessemer blies Luft durch geschmolzenes Eisen, um den Kohlenstoff auszubrennen

Vor den 1850er Jahren wurde Stahl nur für kleine, wertvolle Gegenstände wie Besteck und Werkzeuge verwendet; für Brücken, Gebäude, Schienen oder Kanonen war er viel zu teuer. Das Eisen, das für diese Aufgaben billig genug war, war Schmiedeeisen oder Gusseisen, aber aus keinem von beiden ließ sich wirtschaftlich richtiger Stahl herstellen. Bei Ausbruch des Krimkriegs wurde Bessemer durch ein Gespräch mit Napoleon III. dazu angeregt, die Qualität des Eisens für die Artillerie zu verbessern, und er machte sich im Januar 1855 an die Arbeit.

Das Problem waren die Verunreinigungen im Roheisen, vor allem überschüssiger Kohlenstoff. Das etablierte Verfahren, das Puddeln, entfernte sie durch manuelles Umrühren eines Schmelzbads unter Verbrennung von Brennstoff, was langsam, kostspielig und arbeitsintensiv war. Bessemers Idee war, stattdessen Luft durch das geschmolzene Metall zu blasen. Der Sauerstoff in der Luft oxidiert den Kohlenstoff und andere Verunreinigungen, die als Gas oder Schlacke entweichen, und die Reaktion erhöht, da sie exotherm ist, tatsächlich die Temperatur des Eisens, sodass es geschmolzen bleibt und ohne zusätzlichen Brennstoff gegossen werden kann.

Das frühe Verfahren hatte einen entscheidenden Mangel: Ohne eine Möglichkeit zu wissen, wann das Gebläse zu stoppen war, konnte Bessemer entweder zu viel Kohlenstoff zurücklassen oder den Stahl spröde brennen. Robert Forester Mushet löste dies, indem er zunächst praktisch den gesamten Kohlenstoff und die Verunreinigungen ausbrannte und dann durch Zugabe von Spiegeleisen eine kontrollierte Menge Kohlenstoff und Mangan wieder einführte. Das ergab einen schmiedbaren, hochwertigen Stahl und machte das Verfahren kommerziell zuverlässig.

Bessemer meldete 1856 ein Patent auf das Verfahren an. Es war das erste kostengünstige industrielle Verfahren zur Massenproduktion von Stahl aus geschmolzenem Roheisen, und es senkte den Preis von Stahl von etwa 40 £ pro Tonne auf 6–7 £ pro Tonne, wodurch Stahl zum Werkstoff des Industriezeitalters wurde — Eisenbahnen, Schiffe, Gebäude und Brücken.

Luft oxidiert Verunreinigungen, hält geschmolzen

Roheisen hat überschüssigen Kohlenstoff und Verunreinigungen, die es spröde machen, und das Puddeln entfernte sie langsam bei hohem Brennstoffverbrauch.

Durch das geschmolzene Metall geblasene Luft liefert Sauerstoff, der den Kohlenstoff, Silizium und Mangan oxidiert.

Die Oxidation ist exotherm, sodass sie das Metall geschmolzen hält und die Notwendigkeit zusätzlichen Brennstoffs beseitigt.

Mushets Schritt, den Kohlenstoff auszubrennen und dann eine abgemessene Menge wieder zuzugeben, ergab einen kontrollierten, verarbeitbaren Stahl.

Nutze die Verunreinigung selbst als Brennstoff: Eine Oxidation, die den Schadstoff entfernt, kann exotherm genug sein, um den Prozess anzutreiben, und beseitigt den separaten Erhitzungsschritt.

Das 1856 patentierte Verfahren war der erste kostengünstige Weg zur Massenproduktion von Stahl aus geschmolzenem Roheisen, senkte dessen Kosten von etwa 40 £ auf 6–7 £ pro long ton und steigerte die Produktion enorm. Bessemer verdiente Millionen an Lizenzgebühren, obwohl William Kelly aus Kentucky unabhängig eine ähnliche Methode entwickelte. Bessemer-Stahl erwies sich für viele strukturelle Verwendungen als zu spröde, weil Stickstoff in der Luft ihn schwächte, sodass der Siemens-Martin-Stahl übernahm und das Sauerstoffaufblasverfahren ihn später ablöste, was 1968 die kommerzielle Produktion in den USA beendete.