Processo de Bessemer

O processo de Bessemer foi o primeiro processo industrial de baixo custo para a produção em massa de aço a partir de ferro gusa fundido. O processo foi nomeado em homenagem ao seu inventor, Henry Bessemer, que registrou sua patente em 1856. O processo é um avanço de uma prática conhecida na China desde 200 d.C. O princípio desse processo é a remoção de impurezas do ferro pela oxidação com ar soprado através do ferro fundido. A oxidação inclusive aumenta a temperatura da massa de ferro e a mantém em estado fundido.

Conversor de Bessemer, diagrama esquemático

História

Conversor Bessemer, Museu de Kelham Island, Sheffield, Yorkshire, Inglaterra.

Sheffield, na Inglaterra, tinha uma grande reputação por causa do aço ali produzido desde 1740, quando Benjamin Huntsman descobriu a técnica do uso de cadinho para a sua fabricação, em sua oficina, no distrito de Handsworth. Este processo teve um considerável impacto na quantidade e qualidade da produção de aço à época, e só foi ultrapassada um século depois, em 1856, pela invenção do conversor de Bessemer por Henry Bessemer, que permitia efetivamente a produção de aço em grande escala. Henry Bessemer mudou-se para Sheffield, no coração da indústria do aço, onde abriu a Bessemer Steel Company. O Kelham Island Museum, nessa cidade, ainda mantém um modelo antigo de um conversor Bessemer em exposição ao público.

Processos antecessores

Antes do processo de Bessemer, o aço era feito pelo aquecimento de barras de ferro pudlado junto com carvão por períodos de até uma semana. As barras eram então quebradas em pedaços e fundidas em pequenos cadinhos que continham cerca de 20 kg cada. Até 3 toneladas de coque muito caro eram queimadas para cada tonelada de aço produzida. O aço produzido, quando feito em barra, era vendido por 50 a 60 libras a tonelada. Este processo foi suplantado em meados de 1700, quando Benjamin Huntsman apresentou sua técnica de fazer aço em cadinhos, que reduzia o tempo de fogo para cerca de três horas, embora ainda utilizasse quantidades maciças de coque. O processo de Bessemer diminuiu ainda mais o tempo de processamento, para cerca de meia hora, mas requeria apenas coque suficiente para somente fundir o ferro. Os primeiros conversores de Bessemer produziam aço por 7 libras a tonelada, embora fossem pagas até 40 libras a tonelada inicialmente.

Importância

O processo de Bessemer revolucionou o mundo. Antes da sua generalização, o aço era caro demais para ser usado na maioria das aplicações, e, ao longo da Revolução industrial, usava-se ferro pudlado (ou ferro lupa) em seu lugar. Depois da introdução do processo de Bessemer, o aço e o ferro pudlado acabaram ficando com preços parecidos, e toda a indústria finalmente voltou-se para o aço.

Conversor Bessemer

Esquema de um conversor Bessemer.

O processo é conduzido em um recipiente grande de aço de formato ovóide, revestido com argila ou dolomita, e é chamado de conversor Bessemer. A capacidade de um conversor vai de 8 a 30 toneladas de ferro fundido, sendo a carga típica de cerca de 15 toneladas. No topo do conversor existe uma abertura, geralmente inclinada para o lado relativo ao corpo do recipiente, pelo qual o ferro é introduzido e o produto final, removido. O fundo do conversor é cheio de perfurações, chamadas de tuyeres, pelas quais o ar é forçado para dentro do conversor. O conversor é pivotado por munhões, de forma a poder ser rotacionado para receber a carga, girado à posição normal durante a conversão e rotacionado novamente para descarregar o aço fundido ao final do processo. O processo de oxidação remove impurezas tais como silício, manganês e carbono, na forma de óxidos gasosos ou escórias sólidas. O revestimento refratário do conversor também tem um papel no processo: o revestimento de argila é usado no processo ácido de Bessemer, no qual há pouco fósforo na matéria-prima. Quando o teor de fósforo é alto, usa-se o processo básico de Bessemer: o revestimento nesse caso é de dolomita, embora calcário ou magnesita possam às vezes substituí-la. Para dar propriedades desejadas ao aço, outras substâncias podem ser adicionadas à massa fundida após a conversão completa, como por exemplo spiegeleisen (uma liga de ferro-carbono-manganês). Quando o aço desejado estiver pronto, ele é vertido dentro de formas e depois transferido para moldes, enquanto a escória mais leve é deixada de lado. O processo de conversão (chamado de sopro) completa-se em cerca de 20 minutos. Durante esse tempo, o progresso na oxidação das impurezas é julgado pela aparência da chama que surge da boca do conversor; o uso moderno de métodos fotoelétricos para gravar as características da chama ajudaram bastante no controle da qualidade final do produto. Após o sopro, o metal líquido é recarburado até o ponto desejado e outros metais formadores de liga são adicionados, dependendo do produto final desejado.

Obsolescência

A produção comercial de aço nos EUA encerrou a manufatura de aço pelo processo de Bessemer em 1968, substituído pelo processo de Linz-Donawitz, que oferece um controle melhor na química final do aço. O processo de Bessemer era tão rápido (20 min ou menos até a completação) que não havia tempo suficiente para analisar quimicamente e ajustar os elementos ligantes no aço produzido. Os conversores Bessemer não removiam o fósforo da massa fundida com eficiência; como o preço do minério com baixo teor de fósforo ficou alto, o custo de conversão também acabou aumentando. O processo permitia carregar apenas uma quantidade limitada de sucata de aço, o que aumentava ainda mais os custos, especialmente quando tais sucatas ficavam baratas. Além disso, alguns tipos de aço eram sensíveis ao nitrogênio que acompanhava o sopro de ar que passava através da massa fundida.