História da Civilização Ocidental II

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25.4.3: Produção do Aço

Antes de 1860, o aço era caro e produzido em pequenas quantidades, mas o desenvolvimento da técnica do cadinho de aço por Benjamin Huntsman na década de 1740, o processo Bessemer na década de 1850 e o processo Siemens-Martin na década de 1850-1860 resultaram na produção em massa de aço, um dos principais avanços por trás da Segunda Revolução Industrial.

Objectivo de aprendizagem

Postular os efeitos da melhoria da produção de aço na progressão da indústria.

Key Points

  • Aço é uma liga de ferro e outros elementos, principalmente carbono, que é amplamente utilizada na construção e outras aplicações, devido à sua alta resistência à tração e baixo custo. O metal de base do aço é o ferro. Foi produzido pela primeira vez na antiguidade, mas duas décadas antes da Revolução Industrial foi feita uma melhoria na produção de aço, que na época era um bem caro utilizado apenas onde o ferro não o faria.
  • Benjamin Huntsman desenvolveu sua técnica de cadinho de aço na década de 1740. Ele foi capaz de fazer aço fundido satisfatoriamente em cadinhos de barro, cada um segurando cerca de 34 libras de aço em bolha. Um fluxo foi adicionado, e eles foram cobertos e aquecidos por coca-cola por cerca de três horas. O aço fundido foi então vertido em moldes e os cadinhos reutilizados. Durante muito tempo Huntsman exportou toda a sua produção para a França, pois os produtores locais recusaram-se a trabalhar com aço mais duro do que já usavam.
  • Steel é frequentemente citado como a primeira de várias novas áreas de produção industrial em massa que caracterizam a Segunda Revolução Industrial. Antes de cerca de 1860, o aço ainda era um produto caro. O problema da produção em massa de aço barato foi resolvido em 1855 por Henry Bessemer com a introdução do conversor Bessemer em sua aciaria em Sheffield, Inglaterra. Outras experiências de Göran Fredrik Göransson e Robert Forester Mushet permitiram a Bessemer aperfeiçoar o que seria conhecido como o processo Bessemer.

    • li> Embora inicialmente Bessemer se tenha encontrado com rebuçados e tenha sido forçado a empreender ele próprio a exploração do seu processo, eventualmente foram solicitadas licenças em números tais que Bessemer recebeu royalties superiores a um milhão de libras esterlinas. Em 1870, o aço Bessemer era amplamente utilizado para chapas de navios. O processo Bessemer também tornou as ferrovias de aço competitivas em preço. A experiência rapidamente comprovou que o aço tinha muito mais resistência e durabilidade e podia suportar os motores e carros mais pesados e rápidos.

  • A partir de 1890, o processo Bessemer foi gradualmente suplantado pela fabricação de aço de coração aberto. Carl Wilhelm Siemens desenvolveu o forno regenerativo Siemens na década de 1850. Este forno funcionava a alta temperatura, utilizando o pré-aquecimento regenerativo de combustível e ar para combustão. Em 1865, Pierre-Émile Martin tirou uma licença da Siemens e aplicou o seu forno regenerativo para a fabricação de aço. O processo Siemens-Martin era mais lento e, portanto, mais fácil de controlar. Ele também permitiu a fusão e refinação de grandes quantidades de sucata de aço, reduzindo ainda mais os custos de produção de aço e reciclando um material residual problemático.

    • li> O processo Siemens-Martin tornou-se o principal processo de fabricação de aço no início do século 20. A disponibilidade de aço barato permitiu pontes maiores, ferrovias, arranha-céus e navios. Outros produtos de aço importantes foram cabos de aço, barras de aço e chapas de aço, o que permitiu grandes caldeiras de alta pressão e aço de alta resistência à tração para máquinas. Os equipamentos militares também melhoraram significativamente.

Key Terms

Segunda Revolução Industrial Uma fase de industrialização rápida no último terço do século XIX e início do século XX, também conhecida como a Revolução Tecnológica. Embora alguns de seus eventos característicos possam ser rastreados a inovações anteriores na fabricação, tais como o estabelecimento de uma indústria de máquinas-ferramenta, o desenvolvimento de métodos de fabricação de peças intercambiáveis e a invenção do Processo Bessemer, ele é geralmente datado entre 1870 e 1914 até o início da Primeira Guerra Mundial. Processo Bessemer O primeiro processo industrial barato para a produção em massa de aço a partir do ferro-gusa fundido antes do desenvolvimento do forno de fornalha aberta. O princípio chave é a remoção de impurezas do ferro por oxidação com ar soprado através do ferro derretido. A oxidação também aumenta a temperatura da massa de ferro e mantém-na fundida. aço cadinho Um termo que se aplica ao aço fabricado por dois métodos diferentes na era moderna e produzido em diferentes locais ao longo da história. É feito através da fusão do ferro e de outros materiais. Foi produzido na Ásia do Sul e Central durante a era medieval, mas as técnicas de produção de aço de alta qualidade foram desenvolvidas por Benjamin Huntsman na Inglaterra no século XVIII. No entanto, o processo Huntsman utilizava ferro e aço como matérias-primas em vez de conversão directa do ferro fundido, como no processo posterior Bessemer. A estrutura cristalina homogênea deste aço fundido melhorou sua resistência e dureza em relação às formas anteriores de aço. cimentação Uma tecnologia obsoleta para a fabricação de aço por carburização do ferro. Ao contrário da produção de aço moderno, aumentou a quantidade de carbono no ferro. Aparentemente foi desenvolvido antes do século XVII. Derwentcote Steel Furnace, construído em 1720, é o primeiro exemplo sobrevivente de um forno que utiliza esta tecnologia. carburização Um processo de tratamento térmico no qual o ferro ou o aço absorve carbono enquanto o metal é aquecido na presença de um material que contenha carbono, como carvão vegetal ou monóxido de carbono. A intenção é tornar o metal mais duro. Ao contrário da produção de aço moderno, o processo aumentou a quantidade de carbono no ferro.

Aço é uma liga de ferro e outros elementos, principalmente carbono, que é amplamente utilizada na construção e outras aplicações, devido à sua alta resistência à tração e baixo custo. O metal base do aço é o ferro, que é capaz de assumir duas formas cristalinas, cúbica centrada no corpo (BCC) e cúbica centrada na face (FCC), dependendo da sua temperatura. É a interação desses alotrópodes com os elementos de liga, principalmente o carbono, que confere ao aço e ao ferro fundido a sua gama de propriedades únicas. No arranjo BCC, há um átomo de ferro no centro de cada cubo, e no FCC, há um no centro de cada uma das seis faces do cubo. O carbono, outros elementos e inclusões dentro do ferro atuam como agentes de endurecimento que impedem o movimento de deslocamentos que, de outra forma, ocorrem nas grades cristalinas dos átomos de ferro.

Aço (com menor teor de carbono que o ferro gusa, mas maior que o ferro forjado) foi produzido pela primeira vez na antiguidade, mas duas décadas antes da Revolução Industrial foi feita uma melhoria na produção de aço, que na época era um bem caro utilizado apenas onde o ferro não o faria, como para ferramentas de última geração e para molas. Benjamin Huntsman desenvolveu sua técnica de crucifixo de aço nos anos 1740. Depois de muitas experiências, Huntsman foi capaz de fazer aço fundido satisfatoriamente em cadinhos de barro, cada um segurando cerca de 34 libras de aço em bolha. Um fluxo foi adicionado, e eles foram cobertos e aquecidos por coca-cola por cerca de três horas. O aço fundido foi então vertido em moldes e os cadinhos reutilizados. Os fabricantes locais de cutelaria recusaram-se a comprar o aço fundido da Huntsman, pois era mais duro do que o aço alemão que estavam habituados a usar. Durante muito tempo a Huntsman exportou toda a sua produção para França. O aço blister usado pela Huntsman como matéria-prima era feito pelo processo de cimentação ou por carburização do ferro. A carburização é um processo de tratamento térmico, no qual o ferro ou o aço absorve o carbono enquanto o metal é aquecido na presença de um material que contenha carbono, como carvão vegetal ou monóxido de carbono. A intenção é tornar o metal mais duro. Ao contrário da siderurgia moderna, o processo aumentou a quantidade de carbono no ferro.

Segunda Revolução Industrial

Aço é freqüentemente citado como a primeira de várias novas áreas de produção industrial em massa que caracterizam a Segunda Revolução Industrial que começa por volta de 1850, embora um método de fabricação em massa de aço só tenha sido inventado na década de 1860 e se tenha tornado amplamente disponível na década de 1870, após o processo ter sido modificado para produzir uma qualidade mais uniforme.

Até cerca de 1860, o aço era um produto caro, feito em pequenas quantidades e usado principalmente para espadas, ferramentas e talheres. Todas as grandes estruturas metálicas eram feitas de ferro forjado ou fundido. O problema da produção em massa de aço barato foi resolvido em 1855 por Henry Bessemer com a introdução do conversor Bessemer em sua aciaria em Sheffield, Inglaterra. No processo Bessemer, o ferro fundido do alto-forno era carregado em um grande cadinho, e o ar era soprado através do ferro fundido por baixo, inflamando o carbono dissolvido do coque. À medida que o carbono queimado aumentava, o ponto de fusão da mistura aumentava, mas o calor do carbono queimado fornecia a energia extra necessária para manter a mistura derretida. Depois que o conteúdo de carbono na fusão caiu para o nível desejado, a corrente de ar foi cortada. Um conversor Bessemer típico poderia converter um lote de 25 toneladas de ferro-gusa em aço em meia hora. Bessemer demonstrou o processo em 1856 e teve uma operação de sucesso em 1864.

Conversor de Bessemer, impressão publicada em 1867 na Grã-Bretanha.

Alhes embora o processo Bessemer não seja mais utilizado comercialmente, na época de sua invenção era de enorme importância industrial, pois diminuía o custo de produção do aço, fazendo com que o aço fosse amplamente substituído pelo ferro fundido.Chamou-se a atenção de Bessemer para o problema da fabricação do aço na tentativa de melhorar a construção de pistolas.

Bessemer licenciou a patente do seu processo a cinco ferrageiros, mas desde o início, as empresas tiveram grande dificuldade em produzir aço de boa qualidade. Göran Fredrik Göransson, um mestre de ferro sueco, usando o ferro gusa de carvão mais puro daquele país, foi o primeiro a fazer bom aço pelo processo, mas só depois de muitas tentativas. Seus resultados levaram Bessemer a experimentar um ferro mais puro obtido da hematita Cumberland, mas teve pouco sucesso porque a quantidade de carbono era difícil de controlar. Robert Forester Mushet, depois de milhares de experiências na Darkhill Ironworks, tinha mostrado que a quantidade de carbono podia ser controlada removendo quase todo o ferro e depois adicionando uma quantidade exata de carbono e manganês na forma de spiegeleisen (uma liga de ferromanganês). Isto melhorou a qualidade do produto acabado e aumentou a sua maleabilidade.

Quando Bessemer tentou induzir os fabricantes a aceitarem o seu sistema melhorado, ele encontrou-se com repreensões gerais e acabou por ser levado a empreender ele próprio a exploração do processo. Ele montou a siderurgia em Sheffield em uma parceria comercial com outros, como W & J Galloway & Sons, e começou a fabricar aço. No início a produção era insignificante, mas gradualmente a magnitude da operação foi ampliada até que a concorrência se tornou efetiva e os comerciantes de aço perceberam que a empresa de Henry Bessemer & Co. estava vendendo-os a um preço inferior ao de UK£10-£15 por tonelada. Este argumento teve rapidamente o seu efeito e as licenças foram solicitadas em números tais que, em royalties pelo uso do seu processo, Bessemer recebeu uma soma consideravelmente superior a um milhão de libras esterlinas. Em 1870, o aço Bessemer era amplamente utilizado para chapas de navios. Na década de 1850, a velocidade, peso e quantidade do tráfego ferroviário era limitada pela força dos trilhos de ferro forjado em uso. A solução era recorrer aos trilhos de aço, que o processo Bessemer tornava competitivo em preço. A experiência rapidamente comprovou que o aço tinha muito mais resistência e durabilidade e podia suportar os motores e carros mais pesados e rápidos.

No entanto, Mushet não recebeu nada e, em 1866, estava desprovido e com problemas de saúde. Naquele ano, sua filha de 16 anos, Mary, viajou para Londres sozinha para enfrentar Bessemer em seus escritórios, argumentando que seu sucesso estava baseado nos resultados do trabalho de seu pai. Bessemer decidiu pagar a Mushet uma pensão anual de £300, uma soma muito considerável, que ele fez por mais de 20 anos, possivelmente para evitar que os Mushets fossem processados judicialmente.

A partir de 1890, o processo de Bessemer foi gradualmente suplantado pela produção de aço de coração aberto. Sir Carl Wilhelm Siemens desenvolveu o forno regenerativo Siemens na década de 1850 e alegou, em 1857, estar recuperando calor suficiente para economizar 70-80% do combustível. Este forno funcionava a alta temperatura, utilizando o pré-aquecimento regenerativo do combustível e do ar para a combustão. No pré-aquecimento regenerativo, os gases de escape do forno são bombeados para uma câmara contendo tijolos, onde o calor é transferido dos gases para os tijolos. O fluxo do forno é então revertido para que o combustível e o ar passem através da câmara e sejam aquecidos pelos tijolos. Através deste método, um forno de coração aberto pode atingir temperaturas suficientemente altas para fundir aço, mas a Siemens não o utilizou inicialmente para isso. Em 1865, o engenheiro francês Pierre-Émile Martin tirou uma licença da Siemens e aplicou pela primeira vez o seu forno regenerativo para a fabricação de aço. A característica mais atraente do forno regenerativo da Siemens é a produção rápida de grandes quantidades de aço básico, utilizado, por exemplo, na construção de edifícios altos.

Forno Siemens de 1895

A característica mais apelativa do forno regenerativo Siemens foi a produção rápida de grandes quantidades de aço básico, utilizado, por exemplo, na construção de arranha-céus. Através do método da Siemens, um forno de coração aberto podia atingir temperaturas suficientemente altas para fundir aço, mas a Siemens não o utilizou inicialmente para isso. Foi Martin quem primeiro aplicou o forno regenerativo para a produção de aço.

O processo Siemens-Martin complementou em vez de substituir o processo Bessemer. Era mais lento e, portanto, mais fácil de controlar. Também permitiu a fusão e refinação de grandes quantidades de sucata de aço, baixando ainda mais os custos de produção do aço e reciclando um material residual que de outra forma seria problemático. Seu pior inconveniente foi e continua sendo o fato de que a fusão e o refino de uma carga leva várias horas. Além disso, o ambiente de trabalho em torno de um forno aberto era e continua sendo extremamente perigoso.

O processo Siemens-Martin tornou-se o principal processo de fabricação de aço no início do século 20. A disponibilidade de aço barato permitiu pontes maiores, estradas de ferro, arranha-céus e navios. 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.