Bessemer soprou ar através do ferro fundido para queimar o carbono

Antes da década de 1850, o aço era usado apenas para objetos pequenos e valiosos, como talheres e ferramentas; era caro demais para pontes, edifícios, trilhos ou canhões. O ferro barato o suficiente para esses trabalhos era o ferro forjado ou o ferro fundido, mas nenhum dos dois podia ser transformado em aço adequado de forma econômica. No início da Guerra da Crimeia, Bessemer foi inspirado, por uma conversa com Napoleão III, a tentar melhorar a qualidade do ferro para artilharia, e começou a trabalhar em janeiro de 1855.

O problema eram as impurezas no ferro-gusa, principalmente o excesso de carbono. O método estabelecido, a pudlagem, removia-as mexendo manualmente um banho de metal fundido enquanto se queimava combustível, o que era lento, caro e intensivo em mão de obra. A ideia de Bessemer era soprar ar através do metal fundido. O oxigênio do ar oxida o carbono e outras impurezas, que saem como gás ou escória, e a reação, sendo exotérmica, na verdade eleva a temperatura do ferro, de modo que ele permanece fundido e pode ser vazado sem combustível adicional.

O processo inicial tinha uma falha crítica: sem uma maneira de saber quando interromper o sopro, Bessemer podia deixar carbono demais ou queimar o aço, tornando-o quebradiço. Robert Forester Mushet resolveu isso queimando primeiro essencialmente todo o carbono e as impurezas, e depois reintroduzindo uma quantidade controlada de carbono e manganês pela adição de spiegeleisen. Isso produziu um aço maleável e de alta qualidade e tornou o processo comercialmente confiável.

Bessemer registrou uma patente do processo em 1856. Foi o primeiro método industrial barato para produzir aço em massa a partir de ferro-gusa fundido, e reduziu o preço do aço de cerca de £40 a tonelada para £6–7 a tonelada, e é assim que o aço se tornou o material da era industrial — ferrovias, navios, edifícios e pontes.

O ar oxida as impurezas, mantém o metal fundido

O ferro-gusa tem excesso de carbono e impurezas que o tornam quebradiço, e a pudlagem os removia lentamente a um grande custo de combustível.

O ar soprado através do metal fundido fornece oxigênio que oxida o carbono, o silício e o manganês.

A oxidação é exotérmica, de modo que mantém o metal fundido e elimina a necessidade de combustível extra.

A etapa de Mushet, de queimar o carbono e depois adicionar de volta uma quantidade medida, produziu um aço controlado e trabalhável.

Use a própria impureza como combustível: uma oxidação que remove o contaminante pode ser exotérmica o suficiente para alimentar o processo, eliminando a etapa separada de aquecimento.

O processo, patenteado em 1856, foi a primeira maneira barata de produzir aço em massa a partir de ferro-gusa fundido, reduzindo seu custo de cerca de £40 para £6–7 por tonelada longa e ampliando enormemente a produção. Bessemer ganhou milhões em royalties, embora William Kelly, do Kentucky, tenha desenvolvido independentemente um método semelhante. O aço Bessemer mostrou-se quebradiço demais para muitos usos estruturais porque o nitrogênio do ar o enfraquecia, então o aço de forno Siemens-Martin assumiu e a produção de aço por oxigênio básico mais tarde o substituiu, encerrando a produção comercial nos EUA em 1968.