Descripción breve

El proceso Bessemer fue el primer proceso industrial económico para la producción en serie de acero a partir de arrabio (hierro fundido). El principio clave es la eliminación de impurezas del hierro mediante la oxidación con aire soplado a través del metal fundido.

Uso / Función

• Producción masiva de acero: Permitió producir acero en cantidades enormes, reduciendo su precio significativamente.
• Material estructural: Hizo que el acero estuviera disponible para puentes, rascacielos y ferrocarriles.
• Industrialización moderna: Proporcionó el material fundamental para finales del siglo XIX y principios del XX.

Principio de funcionamiento

El proceso aprovecha la alta afinidad química del oxígeno por las impurezas presentes en el arrabio (carbono, silicio y manganeso).

1. Oxidación: Se sopla aire a través del fondo de un recipiente en forma de pera (el convertidor Bessemer) que contiene arrabio fundido.
2. Reacción exotérmica: El oxígeno del aire reacciona con el silicio y el manganeso, y luego con el carbono. Estas reacciones liberan calor, manteniendo el metal fundido sin combustible adicional.
3. Descarburación: El carbono se quema como monóxido de carbono.
4. Recarburación: Una vez eliminadas las impurezas, se vuelve a añadir una cantidad precisa de carbono y manganeso (a menudo en forma de spiegeleisen) para lograr las propiedades deseadas del acero.

Cómo implementarlo

1. El Convertidor

• Construir un gran recipiente de acero en forma de pera revestido con Arcilla refractaria o Sílice (proceso ácido) o Caliza/Dolomita (proceso básico, para hierro con alto contenido de fósforo).
• Montar el recipiente sobre muñones para que pueda inclinarse para recibir el hierro fundido y verter el acero terminado.

2. El soplado de aire

• Instalar una serie de boquillas (toberas) en el fondo del convertidor.
• Usar un soplador potente accionado por vapor o agua para forzar el aire a través del hierro fundido a alta presión.

3. El Soplido

• Cargar el convertidor con Arrabio fundido de un Alto Horno.
• Encender el soplado de aire y girar el convertidor a una posición vertical.
• Observar la llama en la boca; cambia de color a medida que se queman las diferentes impurezas.

Materiales necesarios

• Arrabio fundido: La materia prima del alto horno.
• Revestimientos refractarios: Ladrillos y arcilla resistentes al calor.
• Fundentes: Caliza para eliminar el fósforo y formar escoria.
• Spiegeleisen/Ferromanganeso: Para añadir el carbono y manganeso necesarios al final.

Variantes y mejoras

• Bessemer Ácido: Revestido con sílice, solo funciona para hierro con bajo contenido de fósforo.
• Bessemer Básico (Proceso Thomas): Revestido con caliza/dolomita, permite el uso de mineral de hierro con alto contenido de fósforo.
• Proceso de Hogar Abierto (Martin-Siemens): Un proceso más lento pero más controlable que eventualmente reemplazó al proceso Bessemer.
• Siderurgia de Oxígeno Básico (BOS): El sucesor moderno que utiliza oxígeno puro en lugar de aire.

Límites y riesgos

• Contaminación por nitrógeno: El uso de aire introduce nitrógeno en el acero, lo que puede volverlo quebradizo con el tiempo.
• Velocidad del proceso: La reacción ocurre muy rápido (10-20 minutos), lo que dificulta probar la composición del acero durante el soplado.
• Desgaste refractario: El calor intenso y las reacciones químicas desgastan rápidamente el revestimiento del recipiente.
• Seguridad: Trabajar con toneladas de metal fundido y aire a alta presión implica un riesgo extremo de salpicaduras y explosiones.