História

Segunda Revolução Industrial

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Produção de aço

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

Pontos chave
  • O aço é uma liga de ferro e outros elementos, principalmente carbono, que é amplamente utilizado na construção civil e outras aplicações devido à sua alta resistência à tração e baixo custo. O metal de base do aço é de ferro. Foi produzido pela primeira vez na antiguidade, mas duas décadas antes da Revolução Industrial houve uma melhora na produção de aço, que na época era uma mercadoria cara usada apenas onde o ferro não funcionava.

 

  • Benjamin Huntsman desenvolveu sua técnica de cadinho de aço na década de 1740. Ele foi capaz de fazer aço fundido satisfatório em cadinhos de potes de barro, cada um segurando cerca de 34 libras de aço bolha. Um fluxo foi adicionado, e eles foram cobertos e aquecidos por coque por cerca de três horas. O aço fundido foi então despejado em moldes e os cadinhos foram reutilizados. Durante muito tempo, a Huntsman exportou toda a sua produção para a França, pois os produtores locais se recusaram a trabalhar com o aço mais duramente do que já estavam usando.
  • O aço é frequentemente citado como a primeira de várias novas áreas para 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 de aço barato em massa foi resolvido em 1855 por Henry Bessemer com a introdução do conversor Bessemer em sua siderúrgica em Sheffield, Inglaterra. Outras experiências de Göran Fredrik Göransson e Robert Forester Mushet permitiram que Bessemer aperfeiçoasse o que seria conhecido como o processo Bessemer.
  • Embora inicialmente Bessemer tenha se recusado e fosse forçado a empreender a exploração de seu próprio processo, eventualmente as licenças foram solicitadas em tais números que a Bessemer recebeu royalties excedendo um milhão de libras esterlinas. Em 1870, o aço Bessemer era amplamente usado para chapas navais. O processo Bessemer também tornou as ferrovias de aço competitivas em preço. A experiência rapidamente provou que o aço tinha muito mais força e durabilidade e poderia lidar com os motores e carros mais pesados ​​e mais rápidos.
  • Depois de 1890, o processo de Bessemer foi gradualmente suplantado pela fabricação de aço aberto. Carl Wilhelm Siemens desenvolveu o forno regenerativo Siemens na década de 1850. Este forno operou a alta temperatura usando pré-aquecimento regenerativo de combustível e ar para combustão. Em 1865, Pierre-Émile Martin tirou uma licença da Siemens e aplicou seu forno regenerativo para fazer aço. O processo Siemens-Martin foi mais lento e, portanto, mais fácil de controlar. Também permitia a fusão e o refino de grandes quantidades de sucata de aço, diminuindo ainda mais os custos de produção de aço e reciclando um material de resíduos que, de outra forma, era problemático.
  • O processo Siemens-Martin tornou-se o principal processo de produção de aço no início do século XX. A disponibilidade de aço barato permitia pontes maiores, ferrovias, arranha-céus e navios. Outros produtos de aço importantes foram o cabo de aço, a barra de aço e a chapa de aço, que permitiram caldeiras grandes de alta pressão e aço de alta resistência à tração para máquinas. Equipamentos militares também melhoraram significativamente.

Termos chave

  • Cimentação : Uma tecnologia obsoleta para fabricar aço por carburação de ferro. Ao contrário do aço moderno, aumentou a quantidade de carbono no ferro. Aparentemente foi desenvolvido antes do século XVII. O forno de aço Derwentcote, construído em 1720, é o primeiro exemplo sobrevivente de um forno usando essa tecnologia.

 

  • carburação : Processo de tratamento térmico no qual o ferro ou o aço absorvem carbono enquanto o metal é aquecido na presença de um material contendo carbono, como carvão ou monóxido de carbono. A intenção é tornar o metal mais difícil. Ao contrário do aço moderno, o processo aumentou a quantidade de carbono no ferro.

 

  • aço cadinho : Um termo que se aplica ao aço feito por dois métodos diferentes na era moderna e produzido em vários locais ao longo da história. É feito por ferro fundido e outros materiais. Foi produzido na Ásia do Sul e Central durante a era medieval, mas as técnicas para a produção de aço de alta qualidade foram desenvolvidas por Benjamin Huntsman na Inglaterra no século XVIII. No entanto, o processo da Huntsman usou ferro e aço como matéria-prima, em vez de conversão direta de ferro fundido, como no processo Bessemer posterior. A estrutura cristalina homogênea deste aço fundido melhorou sua resistência e dureza em comparação com as formas precedentes de aço.

 

  • Processo Bessemer : O primeiro processo industrial de baixo custo para a produção em massa de aço a partir de ferro-gusa líquido antes do desenvolvimento do forno de forno aberto. O princípio fundamental é a remoção de impurezas do ferro por oxidação com o ar soprado através do ferro fundido. A oxidação também aumenta a temperatura da massa de ferro e a mantém fundida.

 

  • Segunda Revolução Industrial : Uma fase de rápida industrialização no terço final do século XIX e início do século XX, também conhecida como a Revolução Tecnológica. Embora vários de seus eventos característicos possam ser rastreados até inovações anteriores na manufatura, como o estabelecimento de uma indústria de máquinas operatrizes, o desenvolvimento de métodos para fabricar peças intercambiáveis ​​e a invenção do Processo Bessemer, ele é geralmente datado entre 1870 e 1914 até o começo da Primeira Guerra Mundial.

O aço e a revolução industrial

O aço é uma liga de ferro e outros elementos, principalmente carbono, que é amplamente utilizado na construção civil e outras aplicações devido à sua alta resistência à tração e baixo custo. O metal de base do aço é o ferro, que é capaz de assumir duas formas cristalinas, centrado no corpo cúbico (BCC) e centrado na face cúbica (FCC), dependendo de sua temperatura.

É a interação desses alótropos com os elementos de liga, principalmente o carbono, que dá ao aço e ao ferro fundido sua gama de propriedades únicas.

No arranjo BCC, existe um átomo de ferro no centro de cada cubo e, no FCC, há um no centro de cada uma das seis faces do cubo. Carbono, outros elementos e inclusões no ferro atuam como agentes endurecedores que impedem o movimento de deslocamentos que, de outra forma, ocorrem nas redes cristalinas dos átomos de ferro.

O aço (com menor teor de carbono do que ferro-gusa, mas superior ao ferro forjado) foi produzido pela primeira vez na antiguidade, mas duas décadas antes da Revolução Industrial houve uma melhora na produção de aço, que na época era uma commodity dispendiosa não faria, como para ferramentas de ponta e para molas.

Benjamin Huntsman desenvolveu sua técnica de cadinho de aço na década de 1740. Depois de muitos experimentos, Huntsman foi capaz de fazer aço fundido satisfatório em cadinhos de potes de argila, cada um segurando cerca de 34 libras de aço blister. Um fluxo foi adicionado, e eles foram cobertos e aquecidos por coque por cerca de três horas.

O aço fundido foi então despejado em moldes e os cadinhos foram reutilizados. Os fabricantes de talheres locais se recusaram a comprar o aço fundido da Huntsman, já que era mais difícil do que o aço alemão que eles estavam acostumados a usar. Durante muito tempo, Huntsman exportou toda a sua produção para a França. Blister de aço utilizado pela Huntsman como matéria-prima foi feita pelo processo de cimentação ou por cementação de ferro.

Veja Também:

A carburação é um processo de tratamento térmico, no qual ferro ou aço absorve carbono enquanto o metal é aquecido na presença de um material contendo carbono, como carvão ou monóxido de carbono.

A intenção é tornar o metal mais difícil. Ao contrário do aço moderno, o processo aumentou a quantidade de carbono no ferro. A intenção é tornar o metal mais difícil. Ao contrário do aço moderno, o processo aumentou a quantidade de carbono no ferro. A intenção é tornar o metal mais difícil. Ao contrário do aço moderno, o processo aumentou a quantidade de carbono no ferro.

Segunda Revolução Industrial

O aço é frequentemente citado como a primeira de várias novas áreas para produção industrial em massa que caracterizam a Segunda Revolução Industrial iniciada por volta de 1850, embora um método para fabricação em massa de aço não tenha sido inventado até a década de 1860 e tenha sido amplamente divulgado na década de 1870. foi modificado para produzir uma qualidade mais uniforme.

Antes de 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 ferro fundido. O problema da produção de aço barato em massa foi resolvido em 1855 por Henry Bessemer com a introdução do conversor Bessemer em sua siderúrgica em Sheffield, Inglaterra.

No processo de Bessemer, o ferro-gusa líquido do alto forno foi carregado em um grande cadinho, e o ar foi soprado através do ferro fundido de baixo, inflamando o carbono dissolvido do coque.

À medida que o carbono queimava, o ponto de fusão da mistura aumentava, mas o calor do carbono queimado fornecia a energia extra necessária para manter a mistura fundida. Depois que o teor de carbono no fundido caiu para o nível desejado, o ar foi cortado. Um conversor típico da Bessemer 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 bem sucedida em 1864.

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Conversor Bessemer, impresso publicado em 1867 na Grã-Bretanha.

Embora o processo Bessemer não seja mais usado comercialmente, na época de sua invenção, ele era de enorme importância industrial porque reduziu o custo de produção de aço, o que levou o aço a ser amplamente substituído por ferro fundido. fabricação em uma tentativa de melhorar a construção de armas.

Bessemer licenciou a patente de seu processo para cinco ironmasters, 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 mais puro do país, foi o primeiro a produzir bons aços pelo processo, mas apenas depois de muitas tentativas. Seus resultados levaram Bessemer a tentar um ferro puro obtido da hematita de Cumberland, mas teve sucesso limitado porque a quantidade de carbono era difícil de controlar. Robert Forester Mushet, após milhares de experimentos na Darkhill Ironworks, mostrou que a quantidade de carbono poderia ser controlada removendo-se quase todo o ferro e acrescentando-se uma quantidade exata de carbono e manganês na forma de spiegeleisen (uma liga de ferromanganês). ).

Quando Bessemer tentou induzir os fabricantes a adotar seu sistema melhorado, ele se deparou com recriminações gerais e acabou sendo levado a empreender a exploração do processo sozinho. Ele ergueu siderúrgicas em Sheffield em uma parceria de negócios com outros, como a W & J Galloway & Sons, e começou a fabricar aço. Inicialmente, a produção foi insignificante, mas gradualmente a magnitude da operação foi ampliada até que a competição se tornou efetiva e os operadores de aço perceberam que a empresa de Henry Bessemer & Co. estava vendendo-lhes uma quantia de 10 a 15 libras esterlinas por tonelada. . Este argumento para o bolso rapidamente teve o seu efeito, e as licenças foram solicitadas em tais números que, em royalties para o uso de seu processo, Bessemer recebeu uma quantia consideravelmente superior a um milhão de libras esterlinas. Em 1870, O aço Bessemer foi amplamente utilizado para chapas navais. Na década de 1850, a velocidade, o peso e a quantidade de tráfego ferroviário eram limitados pela força dos trilhos de ferro forjado em uso. A solução foi recorrer a trilhos de aço, que o processo Bessemer tornou competitivo em preço. A experiência rapidamente provou que o aço tinha muito mais força e durabilidade e poderia lidar com os motores e carros mais pesados ​​e mais rápidos.

No entanto, Mushet não recebeu nada e em 1866 era pobre e com problemas de saúde. Naquele ano, sua filha de 16 anos, Mary, viajou para Londres sozinha para confrontar Bessemer em seus escritórios, argumentando que seu sucesso era baseado nos resultados do trabalho de seu pai. Bessemer decidiu pagar a Mushet uma pensão anual de £ 300, uma quantia muito considerável, que ele fez por mais de 20 anos, possivelmente para manter os Mushets de ação legal.

Depois de 1890, o processo de Bessemer foi gradualmente suplantado pela fabricação de aço aberto. Sir Carl Wilhelm A Siemens desenvolveu o forno regenerativo da Siemens na década de 1850 e reivindicou em 1857 a recuperação de calor suficiente para economizar de 70 a 80% do combustível. Este forno operou a alta temperatura usando pré-aquecimento regenerativo de combustível e ar para 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 invertido para que o combustível e o ar passem através da câmara e sejam aquecidos pelos tijolos. Através deste método, um forno de forno aberto pode atingir temperaturas altas o suficiente para derreter o aço, mas a Siemens inicialmente não o utilizou para isso. Em 1865 o engenheiro francês Pierre-Émile Martin tirou uma licença da Siemens e primeiro aplicou seu forno regenerativo para fazer aço. A característica mais atraente do forno regenerativo da Siemens é a rápida produção de grandes quantidades de aço básico, usadas, por exemplo, para construir prédios altos.

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Forno Siemens de 1895

A característica mais atraente do forno regenerativo da Siemens era a rápida produção de grandes quantidades de aço básico, usadas, por exemplo, para construir prédios altos. Por meio do método da Siemens, um forno de forno a céu aberto poderia atingir temperaturas altas o suficiente para derreter o aço, mas a Siemens inicialmente não o utilizou para isso. Foi Martin quem primeiro aplicou o forno regenerativo para fazer aço.

O processo Siemens-Martin complementou em vez de substituir o processo Bessemer. Foi mais lento e, portanto, mais fácil de controlar. Também permitia a fusão e o refino de grandes quantidades de sucata de aço, diminuindo ainda mais os custos de produção de aço e reciclando um material de resíduos que, de outra forma, era problemático. Sua pior desvantagem foi e continua sendo o fato de que o derretimento e o refinamento de uma carga levam várias horas. Além disso, o ambiente de trabalho em torno de um forno de lareira aberto era e continua sendo extremamente perigoso.

O processo Siemens-Martin tornou-se o principal processo de produção de aço no início do século XX. A disponibilidade de aço barato permitia pontes maiores, ferrovias, arranha-céus e navios. Outros produtos de aço importantes – também fabricados com o processo de forno aberto – eram cabos de aço, barras de aço e chapas de aço que permitiam grandes caldeiras de alta pressão e aço de alta resistência à tração para máquinas, criando motores, engrenagens e eixos muito mais potentes. do que era anteriormente possível. Com grandes quantidades de aço, também foi possível construir armas e carros muito mais poderosos, tanques, veículos de combate blindados e navios de guerra.

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