베서머는 용융 철에 공기를 불어넣어 탄소를 태워 없앴다

1850년대 이전에 강철은 칼붙이와 도구처럼 작고 값비싼 물건에만 쓰였으며, 다리, 건물, 레일, 대포에는 너무 비쌌다. 그런 용도에 쓸 만큼 값싼 철은 연철이나 주철이었지만, 둘 다 경제적으로 제대로 된 강철로 만들 수 없었다. 크림 전쟁이 발발했을 때 베서머는 나폴레옹 3세와의 대화에서 영감을 받아 포병용 철의 품질을 개선하려 했고, 1855년 1월에 작업에 착수했다.

문제는 선철 속의 불순물, 주로 과잉 탄소였다. 기존 방법인 퍼들링은 연료를 태우면서 용융된 철욕을 손으로 휘저어 불순물을 제거했는데, 느리고 비용이 많이 들며 노동 집약적이었다. 베서머의 착상은 대신 용융 금속에 공기를 불어넣는 것이었다. 공기 중의 산소는 탄소와 다른 불순물을 산화시켜 가스나 슬래그로 빠져나가게 하고, 이 반응은 발열 반응이므로 오히려 철의 온도를 높여 연료를 더하지 않고도 용융 상태를 유지하며 부을 수 있게 한다.

초기 공정에는 치명적인 결함이 있었다. 송풍을 언제 멈출지 알 방법이 없어 베서머는 탄소를 너무 많이 남기거나 강철을 취성으로 태워버릴 수 있었다. 로버트 포레스터 머셋이 이를 해결했는데, 먼저 탄소와 불순물을 사실상 전부 태워 없앤 뒤 스피겔아이젠을 첨가해 통제된 양의 탄소와 망가니즈를 다시 넣는 방식이었다. 그 결과 전성이 있고 고품질인 강철이 만들어져 공정이 상업적으로 신뢰할 수 있게 되었다.

베서머는 1856년 이 공정에 대한 특허를 출원했다. 이는 용융 선철로부터 강철을 대량 생산하는 최초의 값싼 산업적 방법이었고, 강철 가격을 톤당 약 40파운드에서 6~7파운드로 낮추었으며, 이로써 강철은 산업 시대의 재료, 즉 철도, 선박, 건물, 다리의 재료가 되었다.

공기가 불순물을 산화시키고 용융 상태를 유지한다

선철에는 취성을 만드는 과잉 탄소와 불순물이 있으며, 퍼들링은 이를 막대한 연료 비용을 들여 느리게 제거했다.

용융 금속에 불어넣은 공기는 탄소, 규소, 망가니즈를 산화시키는 산소를 공급한다.

산화 반응은 발열 반응이므로 금속을 용융 상태로 유지하고 추가 연료의 필요성을 없앤다.

탄소를 태워 없앤 뒤 측정된 양을 다시 넣는 머셋의 단계는 통제되고 가공 가능한 강철을 만들어냈다.

불순물 자체를 연료로 활용하라. 오염물을 제거하는 산화 반응이 공정을 구동할 만큼 충분히 발열적일 수 있어 별도의 가열 단계를 없앨 수 있다.

1856년 특허를 받은 이 공정은 용융 선철로부터 강철을 대량 생산하는 최초의 값싼 방법이었으며, 비용을 롱톤당 약 40파운드에서 6~7파운드로 낮추고 생산량을 크게 늘렸다. 베서머는 로열티로 수백만을 벌었지만, 켄터키의 윌리엄 켈리가 독자적으로 유사한 방법을 개발했다. 베서머 강철은 공기 중의 질소가 이를 약화시켜 많은 구조용 용도에 너무 취성인 것으로 드러났고, 그래서 평로강이 대체하게 되었으며 이후 염기성 산소 제강법이 이를 대체하여 1968년 미국의 상업적 생산이 끝났다.