Bessemer fit souffler de l'air à travers la fonte en fusion pour brûler le carbone

Avant les années 1850, l'acier n'était utilisé que pour de petits objets de valeur comme les couverts et les outils ; il était bien trop cher pour les ponts, les bâtiments, les rails ou les canons. Le fer assez bon marché pour ces usages était le fer forgé ou la fonte, mais ni l'un ni l'autre ne pouvait être transformé économiquement en véritable acier. Au déclenchement de la guerre de Crimée, une conversation avec Napoléon III inspira à Bessemer l'idée d'améliorer la qualité du fer destiné à l'artillerie, et il se mit au travail en janvier 1855.

Le problème venait des impuretés de la fonte brute, principalement l'excès de carbone. La méthode établie, le puddlage, les éliminait en brassant à la main un bain en fusion tout en brûlant du combustible, ce qui était lent, coûteux et gourmand en main-d'œuvre. L'idée de Bessemer était plutôt de souffler de l'air à travers le métal en fusion. L'oxygène de l'air oxyde le carbone et les autres impuretés, qui s'échappent sous forme de gaz ou de laitier, et la réaction, étant exothermique, élève en fait la température du fer, si bien qu'il reste en fusion et peut être coulé sans combustible supplémentaire.

Le procédé initial présentait un défaut critique : faute de moyen de savoir quand arrêter le soufflage, Bessemer pouvait soit laisser trop de carbone, soit rendre l'acier cassant. Robert Forester Mushet résolut le problème en brûlant d'abord essentiellement tout le carbone et les impuretés, puis en réintroduisant une quantité contrôlée de carbone et de manganèse par ajout de spiegel. Cela donna un acier malléable et de haute qualité et rendit le procédé fiable sur le plan commercial.

Bessemer déposa un brevet sur le procédé en 1856. Ce fut la première méthode industrielle peu coûteuse pour produire en masse de l'acier à partir de fonte brute en fusion, et elle fit passer le prix de l'acier d'environ 40 £ la tonne à 6–7 £ la tonne, ce qui permit à l'acier de devenir le matériau de l'âge industriel — chemins de fer, navires, bâtiments et ponts.

L'air oxyde les impuretés, maintient le métal en fusion

La fonte brute contient un excès de carbone et d'impuretés qui la rendent cassante, et le puddlage les éliminait lentement à grands frais de combustible.

L'air soufflé à travers le métal en fusion fournit l'oxygène qui oxyde le carbone, le silicium et le manganèse.

L'oxydation est exothermique, ce qui maintient le métal en fusion et supprime le besoin de combustible supplémentaire.

L'étape de Mushet, consistant à brûler le carbone puis à en rajouter une quantité mesurée, donna un acier contrôlé et utilisable.

Utiliser l'impureté elle-même comme combustible : une oxydation qui élimine le contaminant peut être suffisamment exothermique pour alimenter le procédé, supprimant l'étape de chauffage séparée.

Le procédé, breveté en 1856, fut le premier moyen peu coûteux de produire en masse de l'acier à partir de fonte brute en fusion, faisant passer son coût d'environ 40 £ à 6–7 £ la tonne longue et augmentant considérablement la production. Bessemer gagna des millions en redevances, bien que William Kelly, du Kentucky, ait développé indépendamment une méthode similaire. L'acier Bessemer se révéla trop cassant pour de nombreux usages structurels, car l'azote de l'air l'affaiblissait ; l'acier au four Martin prit donc le relais et la métallurgie à l'oxygène basique le supplanta ensuite, mettant fin à la production commerciale américaine en 1968.