Henry Bessemer

Sir Henry Bessemer (1813-1898) – brytyjski inżynier, wynalazca. Najbardziej znany z opracowania metody otrzymywania stali poprzez świeżenie surówki (piece Bessemera – piece konwektorowe). Metoda ta określana jest jako proces Bessemera lub konwertorowy proces bessemerowski. Metodę wytopu stali poprzez świeżenie surówki w piecach konwektorowych Henry Bessemer wynalazł w latach 1856-1860. Piece takie określane są odtąd nazwą “piece Bessemera”. Następnie konwertory Bessemera podlegały ulepszeniom i modyfikacjom – do zwiększenia ich wydajności przyczynili  się zwłaszcza amerykański wynalazca John Fritz, Brytyjczycy Sidney Gilchrist Thomas i Robert Forester Mushet oraz Szwed Göran Fredrik Göransson. Współcześnie proces Bessemera ma głównie znaczenie historyczne – wyparł go od lat. 50 XX wieku konwertorowy proces tlenowy.

Sama metoda Bessemera polega na wtłaczaniu powietrza do surówki (płynnego żeliwa). Wtłaczane powietrze powoduje szybki wzrost temperatury , przez co węgiel i zanieczyszczenia (przede wszystkim krzem) zawarte w niej ulegają wypaleniu. Zmniejszenie zawartości węgla w surówce przetwarza ją w stal.

Henry Bessemer – biografia

Henry Bessemer urodził się 19 stycznia 1813 roku w Charlton w angielskim hrabstwie Hertforshire. Jego ojciec Anthony Bessemer także był wynalazcą, zainteresowanym metalurgią oraz drukarstwem. Pracował w znanej firmie Henry’ego Caslona (Caslon Type Foundry), która zajmowała się odlewaniem czcionek drukarskich, a także drukiem i rytownictwem. Henry Caslon był ojcem chrzestnym Henry’ego Bessemera, który otrzymał po nim imię. Młody Henry spędzał wiele czasu w odlewni ojca. Cechowała go żywość intelektu i zainteresowanie mechaniką, potrzebne przyszłemu wynalazcy. Nie otrzymał jednak gruntownego wykształcenia, w dziedzinie fizyki i chemii był samoukiem.

Pierwsze eksperymenty z wytapianiem surówki żelaza Bessemer rozpoczął w 1855 roku. Miały one związek z potrzebą stworzenia bardziej wytrzymałych materiałów do produkcji uzbrojenia w związku z toczącą się wojną krymską. Pierwsze wyniki zaprezentował w 1856 przed British Association w Cheltenham w pracy The Manufacture of Iron without Fuel. Zasadnicze prace trwały do 1860 roku, proces bessemerowski wymagał jednak wielu dalszych udoskonaleń, wprowadzonych już przez innych wynalazców.

Mimo początkowych niepowodzeń, Bessemer zaczął szybko cieszyć się wielką sławą. Nowy proces wyrobu stali zaprezentował szerszej publiczności w 1856 roku, a w 1860 roku opatentował konwertor do wyrobu stali (zaprezentowany w 1861 roku w odczycie pt. O wytwarzaniu stali lanej i jej zastosowaniu do celów konstrukcyjnych dla Brytyjskiego Stowarzyszenia Mechaników), gruszkę bessemerowska. Szybko uświadomiono sobie, że proces bessemerowski to wynalazek, który zmieni świat, o ogromnym znaczeniu dla gospodarki. Sam Bessemer szybko zdobył sobie wielkie uznanie w społeczeństwie brytyjskim W 1879 roku został członkiem Royal Society of London oraz otrzymał od królowej Wiktorii tytuł szlachecki. Czasopismo “Scientific American” uznało nawet proces bessemerowski za najważniejszy wynalazek XIX wieku. Nazwiskiem Bessemera nazwano 13 nowo powstałych miast w Stanach Zjednoczonych.

Po zbudowaniu pierwszego konwertera Bessemer założył w 1859 roku własne przedsiębiorstwo produkujące stal – Bessemer Steel Works. Mieściło się ono w Sheffield, które stało się głównym ośrodkiem hutnictwa brytyjskiego – a więc centrum przemysłowym Imperium Brytyjskiego w “wieku pary i elektryczności”. Wytwarzanie stali w procesie bessemerowskim było tanie, co przyczyniło się znacznie do rozwoju gospodarki brytyjskiej. Sam Bessemer odniósł znaczny sukces z konkurencją na rynku stali. Bessemer jako przedsiębiorca miał jednak znaczne trudności na rynku amerykańskim. Opatentował wprawdzie proces bessemerowski w Stanach Zjednoczonych w 1857 roku, pretensje do pierwszeństwa zgłaszał jednak inny wynalazca, William Kelly. Wywiązała się batalia prawna, która zakończyła się ugodą, a następnie współpracą biznesową zwaśnionych stron.

Wytwarzanie stali metodą Bessemera rozpowszechniło się więc szybko na całym świecie, a sama metoda została znacznie udoskonalona. Nowe elementy wprowadzał także sam wynalazca – należała do nich np. tzw. “gruszka Bessemera”, konwertor nazwany tak z powodu specyficznego kształtu. Było to urządzenie ruchome, zawieszane na czopach umieszczonych w pobliżu środka ciężkości. Pierwsze takie urządzenie Bessemer wypróbował w Sheffield w hucie Atlas Steel Works. Gruszkę Bessemera napełniano surówką otrzymaną w wielkim piecu, od spodu wtłaczając do niej powietrze pod ciśnieniem. Powietrze wtłaczano przez dysze wykonane z ogniotrwałej cegły. Następnie konwerter odwracano, wylewając z niego płynny metal.

Bessemer do końca życia zajmował się wieloma zagadnieniami inżynieryjnymi,  związanymi głównie z produkcją i zastosowaniem stali. Należały do nich galwanoplastyka, konstruowanie teleskopów astronomicznych o dużych rozmiarach, żegluga parowa, a także praktyczne wykorzystanie promieni słonecznych (tzw. piec solarny) oraz szlifowanie diamentów.

Henry Bessemer zmarł 15 marca 1898 roku w Londynie. Jest autorem autobiografii (An autobiography) opublikowanej w 1905 roku, z wydaniem rozszerzonym z 1924 roku, przy czym końcowe partie dzieła napisał syn . Stanowi ona główne źródło opisujące życie Bessemera.

Pierwsze wynalazki Bessemera

Pierwsze, mniej znane wynalazki Bessemera nie dotyczyły jeszcze hutnictwa, ale drukarstwa, szklarstwa i cukrownictwa. Wynalazki te były już nowatorskie, a młody Bessemer zarabiał dzięki ich opatentowaniu. Duże dochody przyniósł mu w latach 40. XIX wieku patent na nową metodę, według której wytwarzany był pigment metaliczny do produkcji złotej farby, tzw. “złoty proszek”. Bogate, ozdobne dekoracje modne w drukach i sztuce użytkowej epoki wiktoriańskiej sprawiały, że istniał znaczny popyt na ten materiał. Inne wczesne wynalazki Bessemera związane z drukiem to ulepszenia w maszynach do pisania oraz ruchome czcionki do akt urzędowych opatrzonych w daty (stempel z ruchomym datownikiem) i innych dokumentów urzędowych. W cukrownictwie wprowadził ulepszenia w maszynach do miażdżenia trzciny cukrowej.

Przełomem w życiu Bessemera okazała się wojna krymska i potrzeba udoskonalenia stosowanej w niej pocisków artyleryjskich. Idea Bessemera polegała na wystrzeliwaniu pocisków artyleryjskich z dział o gwintowanej lufie, co wprawiałoby je w ruch wirowy. Spotkała się ona z uznaniem specjalistów, którzy stwierdzili jednak, że stosowane w produkcji luf żeliwo jest zbyt mało wytrzymałe. Rozwiązaniem mogłaby być produkcja luf ze stali, ta była jednak zbyt kosztowna.

Stal była w połowie XIX wieku wciąż kosztownym materiałem, który produkowano w małych ilościach. Produkowano z niej głównie precyzyjne narzędzia, broń ręczną oraz sprężyny. Większe znaczenie przed wynalazkiem Bessemera miały żeliwo (wytwarzane w wielkich piecach z rudy żelaza i koksu) oraz żelazo zgrzewne (wytwarzane w pracochłonnej i długotrwałej metodzie pudlarskiej poprzez topienie surówki i wypalanie domieszek, a następnie wielokrotne przekuwanie dla usunięcia wtrąceń żużlowych i ostatecznie otrzymania stali). Żeliwo nadawało się dobrze na części silników i maszyn oraz do celów nośnych (np. filary mostów). W zastosowaniach takich jak przęsła lub szyny kolejowe niezbędne było jednak żelazo kute.

Bessemer zaczął zastanawiać się nad możliwościami produkcji dużej ilości taniej stali, co pozwoliłoby na rozwój przemysłu zbrojeniowego. Wyniki eksperymentów, które przeprowadził Bessemer w 1855 roku okazały się przy tym bardzo obiecujące. Pracę Bessemera wspierał przy tym znany inżynier George Rennie, który skłonił go też do publicznego ogłoszenia wyników eksperymentów.

Proces Bessemera i jego rozpowszechnienie

Redukcja czasu niezbędnego do wytwarzania stali według metody Bessemera była bardzo znaczna. Przetworzenie kilku ton surówki w stal trwa w niej tylko około 20 minut. Tradycyjna metoda fryszerska (wytwarzająca miękką stal – żelazo kowalne) zajmuje około 10 dni, powstała pod koniec XVIII wieku metoda pudlarska dwa dni.

Wkrótce okazało się jednak, że metoda Bessemera w swojej pierwotnej postaci miała poważne wady, które wykluczały jej zastosowanie praktyczne. Początkowy entuzjazm prasy zastąpiły wyrazy rozczarowania. Główną przyczyną początkowej porażki był jednak przypadek. W swoich doświadczeniach Bessemer wykorzystywał surówkę z rudy żelaza pozyskiwanej w okolicach walijskiego miasta Blaenavon, która była uboga w fosfor. Inne brytyjskie rudy żelaza zawierały natomiast więcej fosforu. Po odkryciu tego faktu, wystąpiła konieczność importu rud niskofosforowych do Wielkiej Brytanii – głównie ze Szwecji. Zwiększało to znacznie koszty lokalnej produkcji stali w procesie bessemerowskim. Od 1878 możliwe stało się jednak także wykorzystanie rudy wysokofosforowej – najważniejszym udoskonaleniem był proces konwertorowy tomasowski, który wprowadził Sidney Gilchrist Thomas. W procesie konwerterowym tomasowskim wyłożoną krzemionką “gruszkę Bessemera” zastąpiła wyłożona dolomitem “gruszka Thomasa”.

Do wad, które występowały początkowo w stali otrzymywanej metodą Bessemera należała także jamistość stali. W obrębie metalu powstawały pęcherzyki gazowe, które negatywnie wpływały na wytrzymałość stali. Przyczyną ich powstawania był nadmiar tlenu. Rozwiązanie tego problemu opracował szkocki metalurg Robert Forester Mushet (1811-1891) – było nim dodawanie do surówki domieszki stali bogatej w magnez. Do udoskonalenia metody Bessemera przyczynił się też szwedzki metalurg Göran Fredrik Göransson (1819-1900). Udowodnił on, że dzięki odpowiedniemu dawkowaniu dmuchu otrzymać można dowolny gatunek stali.

Metoda Bessemera obniżyła znacznie koszt produkcji stali i rozszerzyła możliwość jej zastosowania. Konwertery uruchamiano więc szybko we wszystkich krajach przemysłowych. Pierwszy konwerter Bessemera na ziemiach polskich zbudowano już w 1865 roku w Chorzowie (Królewska Huta). Stal stosowano odtąd na skalę masową w przemyśle maszynowym i zbrojeniowym oraz w budownictwie – początkowo zwłaszcza w Wielkiej Brytanii, kolebce rewolucji przemysłowej, następnie także w Belgii, Niemczech i Stanach Zjednoczonych. Sama tylko Wielka Brytania wytwarzała w połowie XIX wieku 60 tysięcy ton stali, a na przełomie XIX i XX wieku już 5 milionów ton.

Linki zewnętrze: Autobiografia Henry’ego Bessemera (An Autobiography) i inne prace autora.