Inventarea obţinerii oţelului

Oţelul este unul dintre cele mai importante materiale obţinute vreodată, deoarece în lipsa lui o parte foarte mare a lumii, în special marile metropole, nu ar fi existat. Zgârie-norii, căile ferate, podurile şi alte componente importante ale infrastructurii oraşelor nu ar fi fost cu putinţă, deoarece fierul nu are nici pe departe rezistenţa sau durabilitatea oţelului, astfel că nu permite construirea aceloraşi structuri.

Oţelul este obţinut din fier, iar povestea producerii sale este de fapt povestea controlării conţinutului în carbon al fierului, care afectează în mod direct rezistenţa şi durabilitatea materialului. În cazul unui conţinut cuprins între 0,3 şi 1,7% carbon, se consideră că avem de-a face cu oţel. Dacă fierul are un conţinut de carbon mai mic de 0,3%, poartă numele de „fier forjat” sau „fier maleabil”, fiind prea moale şi deformabil pentru multe dintre sarcinile la care rezistă un oţel. În cazul unui procent de carbon mai mare de 1,7% se obţine fonta, un material greu şi rezistent, folosit, în general, pentru producerea armăturilor de baie, numai că fonta este casantă. Un impact direct o poate sparge, fapt care nu este considerat avantajos în cazul în care este folosită, de exemplu, pentru structura de rezistenţă a unui bloc-turn.

Minereul de fier a fost produs iniţial prin aşezarea minereului extras pe un pat de cocs sau mangal încins, astfel că moleculele de carbon din minereu reacţionau cu oxigenul din atmosferă pentru a forma un gaz ce se degaja, lăsând în urmă minereul pur. Fierarii timpurii nu aveau nici cea mai vagă idee că din minereul de fier se putea obţine un material mai rezistent şi mai durabil, dar odată cu trecerea secolelor oamenii au descoperit treptat această posibilitate, obţinând mici cantităţi din acest material.

În secolul al XVIII-lea s-a înregistrat un progres major în privinţa procesului de obţinere a oţelului. În 1750, metalurgul suedez T.O. Bergman a descoperit importanţa conţinutului de carbon din oţel, ducând astfel la creşterea semnificativă a cunoştinţele inventatorilor. Dar oţelul tot nu se producea pe scară largă. Acest fapt a trebuit să aştepte până în momentul în care doi inventatori, englezul Henry Bessemer şi americanul William Kelly, lucrând independent, au atacat problema din alt punct de vedere.

Kelly s-a născut în Pittsburgh în 1811.

Cu timpul, el a fost atras de metalurgie (ştiinţa ce studiază metalele), datorită importanţei pe care începea să o capete Pittsburgh-ul ca centru producător de fier. Astfel, în timpul tinereţii lui Kelly, 10% din populaţia oraşului lucra în acest domeniu. Kelly a renunţat o perioadă la pasiunea sa pentru fier, ocupându-se împreună cu fratele său de comerţul cu textile, dar în peregrinările sale a ajuns în Eddysville, Kentucky, localitate care, după cum a observat el, avea zăcăminte mari de minereu de fier. Ulterior, Kelly a fondat, în 1846, împreună cu fratele său, Turnătoriile Suwanee şi Union Forge, unde producea cazane pentru fabricarea zahărului.

Afacerea lui Kelly se bucura de succes, iar unul dintre rezultatele acestei activităţi a fost acela că a învăţat multe despre procesul de obţinere a fierului. A început să experimenteze metode de producere a fierului folosind cantităţi din ce în ce mai mici de mangal, materie primă extrem de necesară, dar destul de greu de găsit. În final, a conceput un proces ce presupunea suflarea printr-o ţeava a unui jet de aer rece în topitura de fier, obţinând astfel fier forjat în absenţa totală a mangalului. Kelly a descoperit, de asemenea, că, dacă oprea la un moment dat jetul de aer rece, cantitatea de carbon din fier îl transforma pe acesta în oţel. A numit această descoperire „procesul pneumatic”.

Kelly s-a grăbit să obţină brevetul, în 1856, aflând că Henry Bessemer - ce urma să fie numit cavaler pentru activitatea sa - brevetase aceeaşi invenţie. Bessemer descoperise procesul cu ocazia inventării unui obuz rotitor pentru a fi folosit cu tunuri din fontă în timpul războiului din Crimeea. Numai că tunurile din fontă nu erau suficient de rezistente ca să lanseze obuzele fără ca acestea să se spargă, astfel încât şi-a îndreptat în mod firesc atenţia către producerea unei fonte mai rezistente. În acest scop a inventat un „convertizor” şi a reuşit să producă un oţel moale, cu proprietăţi superioare fontei. Cei doi au intrat în conflict, disputându-şi drepturile de invenţie ale procesului, dar problema cea mai importantă era cum ar putea să fie folosită invenţia lor pentru a produce o cantitate cât mai mare de oţel într-un timp cât mai scurt. Însă nici unul dintre cele două procese nu permitea acest lucru.

Salvarea a venit din partea lui Robert F. Mushet, un metalurg galez. Acesta şi-a dat seama că, dacă unei şarje de fier forjat i se adăugau cantităţi reduse de fontă-oglindă (un aliaj de fier), carbon şi mangan, rezultate din procesele Kelly-Bessemer, conţinutul său de carbon creştea până la nivelul necesar obţinerii otelului. În cele din urmă, Kelly a început o colaborare cu Bessemer şi Mushet în vederea creării tehnologiei necesare pentru producerea rapidă şi în masă a oţelului. Au mai existat şi alte procese intentate de alţi fondatori de oţelării, dar în 1866 toate neînţelegerile s-au rezolvat, punându-se bazele Pneumatic Steel Association şi, în scurt timp, America a reuşit să depăşească producţia de oţel a Angliei.

Check Also

Inventarea telegrafului

Ceea ce este interesant de remarcat este că Samuel F.B. Morse, inventatorul telegrafului, şi-a început …

Inventarea telefonului

Inventarea telefonului Inventarea telefonului, Invenţii, Telefon În mod ironic, inventarea telefonului a fost marcată de o lipsă …

Inventarea tancului

Ca armă militară, tancul a schimbat pentru totdeauna aspectul bătăliilor terestre. Acesta a apărut ca …

Inventarea şurubului

Se spune că în timpul unei vizite în Egipt, filozoful grec Arhimede ar fi realizat un …

Inventarea submarinului

Nu este nevoie să ne gândim prea mult pentru a putea aprecia efectul submarinului asupra …