Historia de la civilización occidental II

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25.4.3: La producción de acero

Antes de 1860, el acero era caro y se producía en pequeñas cantidades, pero el desarrollo de la técnica del acero de crisol por Benjamin Huntsman en la década de 1740, el proceso Bessemer en la década de 1850 y el proceso Siemens-Martin en la década de 1850-1860 dieron lugar a la producción en masa de acero, uno de los avances clave detrás de la Segunda Revolución Industrial.

Objetivo de aprendizaje

Postular los efectos de la mejora de la producción de acero en la progresión de la industria.

Puntos clave

  • El acero es una aleación de hierro y otros elementos, principalmente carbono, que se utiliza ampliamente en la construcción y otras aplicaciones debido a su alta resistencia a la tracción y su bajo coste. El metal base del acero es el hierro. Se produjo por primera vez en la antigüedad, pero dos décadas antes de la Revolución Industrial se produjo una mejora en la producción de acero, que en ese momento era un producto caro que se utilizaba sólo cuando el hierro no servía.
  • Benjamin Huntsman desarrolló su técnica de acero de crisol en la década de 1740. Consiguió hacer un acero fundido satisfactorio en crisoles de arcilla, cada uno de los cuales contenía unas 34 libras de acero blister. Se añadía un fundente y se cubrían y calentaban con coque durante unas tres horas. El acero fundido se vertía entonces en moldes y los crisoles se reutilizaban. Durante mucho tiempo, Huntsman exportó toda su producción a Francia, ya que los productores locales se negaban a trabajar con un acero más duro que el que ya utilizaban.
  • El acero suele citarse como la primera de las nuevas áreas de producción industrial en masa que caracterizan la Segunda Revolución Industrial. Antes de 1860 aproximadamente, el acero seguía siendo un producto caro. El problema de la producción en masa de acero barato fue resuelto en 1855 por Henry Bessemer con la introducción del convertidor Bessemer en su acería de Sheffield, Inglaterra. Otros experimentos realizados por Göran Fredrik Göransson y Robert Forester Mushet permitieron a Bessemer perfeccionar lo que se conocería como el proceso Bessemer.
  • Aunque al principio Bessemer se encontró con rechazos y se vio obligado a emprender la explotación de su proceso por sí mismo, finalmente se solicitaron licencias en tal cantidad que Bessemer recibió regalías que superaban el millón de libras esterlinas. En 1870, el acero de Bessemer se utilizaba ampliamente para la fabricación de chapas de barcos. El proceso Bessemer también hizo que los ferrocarriles de acero fueran competitivos en precio. La experiencia demostró rápidamente que el acero tenía mucha más resistencia y durabilidad y podía soportar los motores y vagones más pesados y rápidos.
  • Después de 1890, el proceso Bessemer fue suplantado gradualmente por la fabricación de acero a cielo abierto. Carl Wilhelm Siemens desarrolló el horno regenerativo Siemens en la década de 1850. Este horno funcionaba a alta temperatura mediante el precalentamiento regenerativo del combustible y el aire para la combustión. En 1865, Pierre-Émile Martin obtuvo una licencia de Siemens y aplicó su horno regenerativo para fabricar acero. El proceso Siemens-Martin era más lento y, por tanto, más fácil de controlar. También permitía fundir y refinar grandes cantidades de chatarra, lo que reducía aún más los costes de producción del acero y reciclaba un material de desecho que de otro modo sería problemático.
  • El proceso Siemens-Martin se convirtió en el principal proceso de fabricación de acero a principios del siglo XX. La disponibilidad de acero barato permitió construir puentes, ferrocarriles, rascacielos y barcos más grandes. Otros productos siderúrgicos importantes fueron el cable de acero, la varilla de acero y la chapa de acero, que permitieron construir grandes calderas de alta presión y acero de alta resistencia para la maquinaria. El equipamiento militar también mejoró considerablemente.

Términos clave

Segunda Revolución Industrial Fase de rápida industrialización del último tercio del siglo XIX y principios del XX, también conocida como Revolución Tecnológica. Aunque algunos de sus acontecimientos característicos pueden remontarse a innovaciones anteriores en la industria manufacturera, como el establecimiento de una industria de máquinas-herramienta, el desarrollo de métodos para la fabricación de piezas intercambiables y la invención del Proceso Bessemer, se suele fechar entre 1870 y 1914 hasta el comienzo de la Primera Guerra Mundial. Proceso Bessemer Primer proceso industrial barato para la producción en masa de acero a partir de arrabio fundido antes del desarrollo del horno de solera abierta. El principio clave es la eliminación de las impurezas del hierro mediante la oxidación con aire soplado a través del hierro fundido. La oxidación también eleva la temperatura de la masa de hierro y la mantiene fundida. acero de crisol Término que se aplica al acero fabricado por dos métodos diferentes en la era moderna y producido en distintos lugares a lo largo de la historia. Se fabrica fundiendo hierro y otros materiales. Se producía en el sur y el centro de Asia durante la época medieval, pero las técnicas de producción de acero de alta calidad fueron desarrolladas por Benjamin Huntsman en Inglaterra en el siglo XVIII. Sin embargo, el proceso de Huntsman utilizaba el hierro y el acero como materias primas en lugar de la conversión directa del hierro fundido, como en el posterior proceso de Bessemer. La estructura cristalina homogénea de este acero fundido mejoró su resistencia y dureza en comparación con las formas de acero precedentes. cementación Tecnología obsoleta para fabricar acero mediante la carburación del hierro. A diferencia de la siderurgia moderna, aumentaba la cantidad de carbono en el hierro. Al parecer, se desarrolló antes del siglo XVII. El horno de acero de Derwentcote, construido en 1720, es el primer ejemplo que se conserva de un horno que utilizaba esta tecnología. carburación Proceso de tratamiento térmico en el que el hierro o el acero absorben carbono mientras el metal se calienta en presencia de un material portador de carbono, como el carbón vegetal o el monóxido de carbono. El objetivo es endurecer el metal. A diferencia de la siderurgia moderna, el proceso aumentaba la cantidad de carbono en el hierro.

El acero es una aleación de hierro y otros elementos, principalmente carbono, que se utiliza ampliamente en la construcción y otras aplicaciones por su gran resistencia a la tracción y su bajo coste. El metal base del acero es el hierro, que puede adoptar dos formas cristalinas, la cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y la cúbica centrada en la cara (FCC), dependiendo de su temperatura. La interacción de estos alótropos con los elementos de aleación, principalmente el carbono, es lo que confiere al acero y a la fundición sus propiedades únicas. En la disposición BCC, hay un átomo de hierro en el centro de cada cubo, y en la FCC, hay uno en el centro de cada una de las seis caras del cubo. El carbono, otros elementos e inclusiones dentro del hierro actúan como agentes endurecedores que impiden el movimiento de las dislocaciones que, de otro modo, se producen en las redes cristalinas de los átomos de hierro.

El acero (con menor contenido de carbono que el arrabio pero mayor que el hierro forjado) se produjo por primera vez en la antigüedad, pero dos décadas antes de la Revolución Industrial se produjo una mejora en la producción de acero, que en ese momento era un producto caro que se utilizaba sólo donde el hierro no servía, como para herramientas de corte y para muelles. Benjamin Huntsman desarrolló su técnica de acero de crisol en la década de 1740. Tras muchos experimentos, Huntsman consiguió fabricar un acero fundido satisfactorio en crisoles de arcilla, cada uno de los cuales contenía unas 34 libras de acero blister. Se añadía un fundente y se cubrían y calentaban con coque durante unas tres horas. El acero fundido se vertía entonces en moldes y los crisoles se reutilizaban. Los fabricantes locales de cuchillería se negaban a comprar el acero fundido de Huntsman, ya que era más duro que el acero alemán que estaban acostumbrados a utilizar. Durante mucho tiempo, Huntsman exportó toda su producción a Francia. El acero blíster utilizado por Huntsman como materia prima se fabricaba mediante el proceso de cementación o carburación del hierro. La carburación es un proceso de tratamiento térmico en el que el hierro o el acero absorben carbono mientras el metal se calienta en presencia de un material que contiene carbono, como el carbón vegetal o el monóxido de carbono. El objetivo es endurecer el metal. A diferencia de la fabricación moderna de acero, el proceso aumentaba la cantidad de carbono en el hierro.

Segunda Revolución Industrial

El acero se cita a menudo como la primera de varias áreas nuevas para la producción industrial en masa que caracterizan la Segunda Revolución Industrial que comienza alrededor de 1850, aunque un método para la fabricación en masa de acero no se inventó hasta la década de 1860 y se hizo ampliamente disponible en la década de 1870 después de que el proceso se modificó para producir una calidad más uniforme.

Antes de 1860, el acero era un producto caro, fabricado en pequeñas cantidades y utilizado principalmente para espadas, herramientas y cubiertos. Todas las grandes estructuras metálicas eran de hierro forjado o fundido. El problema de la producción masiva de acero barato fue resuelto en 1855 por Henry Bessemer con la introducción del convertidor Bessemer en su acería de Sheffield (Inglaterra). En el proceso Bessemer, el arrabio fundido procedente del alto horno se cargaba en un gran crisol y se soplaba aire a través del hierro fundido desde abajo, encendiendo el carbono disuelto del coque. A medida que el carbono se quemaba, el punto de fusión de la mezcla aumentaba, pero el calor del carbono quemado proporcionaba la energía extra necesaria para mantener la mezcla fundida. Una vez que el contenido de carbono en la masa fundida descendía al nivel deseado, se cortaba el tiro de aire. Un convertidor Bessemer típico podía convertir un lote de 25 toneladas de arrabio en acero en media hora. Bessemer demostró el proceso en 1856 y tuvo una operación exitosa en 1864.

Convertidor Bessemer, impresión publicada en 1867 en Gran Bretaña.

Aunque el proceso Bessemer ya no se utiliza comercialmente, en la época de su invención tuvo una enorme importancia industrial porque abarató el coste de producción del acero, lo que hizo que el acero fuera ampliamente sustituido por el hierro fundido.La atención de Bessemer se centró en el problema de la fabricación de acero en un intento de mejorar la construcción de armas.

Bessemer concedió la licencia de la patente de su proceso a cinco ferreteros, pero desde el principio, las empresas tuvieron grandes dificultades para producir acero de buena calidad. Göran Fredrik Göransson, un herrero sueco, que utilizaba el arrabio de carbón más puro de ese país, fue el primero en fabricar un buen acero mediante el proceso, pero sólo después de muchos intentos. Sus resultados impulsaron a Bessemer a probar un hierro más puro obtenido de la hematita de Cumberland, pero sólo tuvo un éxito limitado porque la cantidad de carbono era difícil de controlar. Robert Forester Mushet, tras miles de experimentos en la fábrica de hierro de Darkhill, demostró que la cantidad de carbono podía controlarse eliminando casi todo el hierro y añadiendo después una cantidad exacta de carbono y manganeso en forma de spiegeleisen (una aleación de ferromanganeso). Cuando Bessemer trató de inducir a los fabricantes a adoptar su sistema mejorado, se encontró con el rechazo general y finalmente se vio obligado a emprender él mismo la explotación del proceso. Construyó fábricas de acero en Sheffield en asociación con otras empresas, como W & J Galloway & Sons, y comenzó a fabricar acero. Al principio la producción era insignificante, pero poco a poco la magnitud de la operación se fue ampliando hasta que la competencia se hizo efectiva y los comerciantes de acero se dieron cuenta de que la firma de Henry Bessemer & Co. les estaba malvendiendo hasta 10£-15£ la tonelada. Este argumento para el bolsillo no tardó en surtir efecto, y se solicitaron licencias en tal número que, en concepto de regalías por el uso de su proceso, Bessemer recibió una suma considerablemente superior al millón de libras esterlinas. En 1870, el acero Bessemer se utilizaba ampliamente para la chapa de los barcos. En la década de 1850, la velocidad, el peso y la cantidad del tráfico ferroviario estaban limitados por la resistencia de los raíles de hierro forjado que se utilizaban. La solución fue recurrir a los raíles de acero, cuyo precio era competitivo gracias al proceso Bessemer. La experiencia demostró rápidamente que el acero era mucho más resistente y duradero y que podía soportar las máquinas y vagones más pesados y rápidos.

Sin embargo, Mushet no recibió nada y en 1866 estaba en la indigencia y con mala salud. Ese año, su hija de 16 años, Mary, viajó sola a Londres para enfrentarse a Bessemer en sus oficinas, argumentando que su éxito se basaba en los resultados del trabajo de su padre. Bessemer decidió pagar a Mushet una pensión anual de 300 libras, una suma muy considerable, lo que hizo durante más de 20 años, posiblemente para evitar que los Mushet emprendieran acciones legales.

Después de 1890, el proceso Bessemer fue suplantado gradualmente por la fabricación de acero a cielo abierto. Sir Carl Wilhelm Siemens desarrolló el horno regenerativo Siemens en la década de 1850 y afirmó en 1857 que recuperaba suficiente calor para ahorrar entre el 70 y el 80% del combustible. Este horno funcionaba a alta temperatura mediante el precalentamiento regenerativo del combustible y el aire para la combustión. En el precalentamiento regenerativo, los gases de escape del horno se bombean a una cámara que contiene ladrillos, donde el calor se transfiere de los gases a los ladrillos. A continuación, se invierte el flujo del horno para que el combustible y el aire pasen por la cámara y sean calentados por los ladrillos. Con este método, un horno de solera puede alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para fundir el acero, pero Siemens no lo utilizó inicialmente para ello. En 1865, el ingeniero francés Pierre-Émile Martin obtuvo una licencia de Siemens y aplicó por primera vez su horno regenerativo para fabricar acero. La característica más atractiva del horno regenerativo de Siemens es la rápida producción de grandes cantidades de acero básico, utilizado, por ejemplo, para la construcción de edificios de gran altura.

Horno Siemens de 1895

La característica más atractiva del horno regenerativo Siemens era la rápida producción de grandes cantidades de acero básico, utilizado por ejemplo para construir edificios de gran altura. Con el método de Siemens, un horno a cielo abierto podía alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para fundir el acero, pero Siemens no lo utilizó inicialmente para ello. Fue Martin quien aplicó por primera vez el horno regenerativo para fabricar acero.

El proceso Siemens-Martin complementaba, más que sustituía, el proceso Bessemer. Era más lento y, por tanto, más fácil de controlar. También permitía fundir y refinar grandes cantidades de chatarra, lo que reducía aún más los costes de producción del acero y reciclaba un material de desecho que, de otro modo, sería problemático. Su peor inconveniente era y sigue siendo el hecho de que fundir y refinar una carga lleva varias horas. Además, el entorno de trabajo alrededor de un horno de solera abierta era y sigue siendo extremadamente peligroso.

El proceso Siemens-Martin se convirtió en el principal proceso de fabricación de acero a principios del siglo XX. La disponibilidad de acero barato permitió construir puentes, ferrocarriles, rascacielos y barcos más grandes. Other important steel products—also made using the open hearth process—were steel cable, steel rod, and sheet steel which enabled large, high-pressure boilers and high-tensile strength steel for machinery, creating much more powerful engines, gears, and axles than were previously possible. With large amounts of steel, it also became possible to build much more powerful guns and carriages, tanks, armored fighting vehicles, and naval ships.

Attributions

  • Steel Production
    • «Carburizing.» https://en.wikipedia.org/wiki/Carburizing. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Industrial Revolution.» https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_Revolution. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Second Industrial Revolution.» https://en.wikipedia.org/wiki/Second_Industrial_Revolution. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Benjamin Huntsman.» https://en.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Huntsman. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Crucible steel.» https://en.wikipedia.org/wiki/Crucible_steel. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Open hearth furnace.» https://en.wikipedia.org/wiki/Open_hearth_furnace. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Ferrous metallurgy.» https://en.wikipedia.org/wiki/Ferrous_metallurgy. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «History of the steel industry (1850–1970).» https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_steel_industry_(1850%E2%80%931970). Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Cementation process.» https://en.wikipedia.org/wiki/Cementation_process. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Spiegeleisen.» https://en.wikipedia.org/wiki/Spiegeleisen. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Bessemer process.» https://en.wikipedia.org/wiki/Bessemer_process. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Henry Bessemer.» https://en.wikipedia.org/wiki/Henry_Bessemer. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Steel.» https://en.wikipedia.org/wiki/Steel. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «Reverberatory furnace.» https://en.wikipedia.org/wiki/Reverberatory_furnace. Wikipedia CC BY-SA 3.0.
    • «ConverterB.jpg.» https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ConverterB.jpg. Wikimedia Commons Public domain.
    • «Siemensmartin12nb.jpg.» https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Siemensmartin12nb.jpg. Wikimedia Commons Public domain.