ベッセマーは溶銑に空気を吹き込み炭素を燃焼させた

1850年代以前、鋼はカトラリーや工具のような小型で価値の高い品物にしか使われておらず、橋、建物、レール、大砲にはあまりにも高価すぎた。そうした用途に十分安価だった鉄は錬鉄か鋳鉄であったが、どちらも経済的に適切な鋼にすることはできなかった。クリミア戦争の勃発時、ベッセマーはナポレオン3世との会話に触発されて砲用の鉄の品質向上を試み、1855年1月に作業に着手した。

問題は銑鉄中の不純物、主に過剰な炭素であった。確立された方法であるパドル法は、燃料を燃やしながら溶湯を手でかき混ぜて不純物を除去するもので、遅く、費用がかかり、労働集約的であった。ベッセマーの着想は、代わりに溶けた金属に空気を吹き込むことであった。空気中の酸素は炭素やその他の不純物を酸化させ、それらはガスやスラグとして去り、この反応は発熱性であるため、実際に鉄の温度を上昇させ、追加の燃料なしで溶けたまま保ち注ぐことができた。

初期のプロセスには重大な欠陥があった。吹き込みをいつ止めるかを知る手段がなかったため、ベッセマーは炭素を残しすぎるか、鋼を脆く焼いてしまうかのどちらかであった。ロバート・フォレスター・マシェットがこれを解決した。まず炭素と不純物をほぼすべて燃焼させ、次に鏡鉄を加えて炭素とマンガンを制御された量だけ再導入したのである。これにより展延性のある高品質の鋼が得られ、プロセスは商業的に信頼できるものになった。

ベッセマーは1856年にこのプロセスの特許を取得した。これは溶銑から鋼を大量生産する最初の安価な工業的方法であり、鋼の価格を1トン約40ポンドから1トン6〜7ポンドに引き下げた。こうして鋼は工業時代の素材——鉄道、船舶、建物、橋——となった。

空気が不純物を酸化し、溶融状態を保つ

銑鉄には脆くする過剰な炭素と不純物があり、パドル法は多大な燃料費をかけてそれらをゆっくり除去していた。

溶けた金属に吹き込まれた空気は、炭素、ケイ素、マンガンを酸化する酸素を供給する。

酸化は発熱性であるため、金属を溶けたまま保ち、追加燃料の必要性をなくす。

炭素を燃焼させた後に測定された量を加え戻すマシェットの工程により、制御された加工可能な鋼が得られた。

不純物自体を燃料として利用する：汚染物質を除去する酸化は、プロセスを動かすのに十分な発熱性があり得るため、別個の加熱工程を不要にする。

1856年に特許を取得したこのプロセスは、溶銑から鋼を大量生産する最初の安価な方法であり、そのコストを1ロングトン約40ポンドから6〜7ポンドに引き下げ、生産量を大幅に拡大した。ベッセマーは特許使用料で数百万を稼いだが、ケンタッキー州のウィリアム・ケリーも独立に同様の方法を開発していた。ベッセマー鋼は空気中の窒素がそれを弱めるため多くの構造用途には脆すぎることが判明し、平炉鋼が取って代わり、後に転炉製鋼法がそれを置き換え、1968年に米国での商業生産が終了した。