janvier 08, 2020

Le processus Bessemer, la première méthode de production de masse d'acier

Le procédé Bessemerest la première méthode découverte pour la production d'acier en masse. Bien qu'il porte le nom de Sir Henry Bessemer d'Angleterre, le procédé a évolué grâce aux contributions de nombreux chercheurs avant de pouvoir être utilisé sur une large base commerciale. Il a apparemment été conçu indépendamment et presque simultanément par Bessemer et par William Kelly des États-Unis. Dès 1847, Kelly, un homme d'affaires scientifique de Pittsburgh, a commencé des expériences visant à développer un moyen révolutionnaire d'éliminer les impuretés de la fonte brute par un souffle d'air. Kelly a théorisé que non seulement l'air, injecté dans le fer fondu, fournirait de l'oxygène pour réagir avec les impuretés, les transformant en oxydes séparables sous forme de scories, mais que la chaleur dégagée dans ces réactions augmenterait la température de la masse, l'empêchant de se solidifier pendant l'opération. Après plusieurs échecs, il a réussi à prouver sa théorie et à produire rapidement des lingots d'acier.

En 1856, Bessemer, travaillant indépendamment à Sheffield, a développé et breveté le même procédé. Alors que Kelly n'avait pas pu perfectionner le procédé par manque de moyens financiers, Bessemer a pu le développer et en faire un succès commercial. Un autre Anglais, Robert Forester Mushet, a découvert que l'ajout d'un alliage de carbone, de manganèse et de fer après la fin du soufflage d'air permettait de restaurer la teneur en carbone de l'acier tout en neutralisant l'effet des impuretés restantes, notamment le soufre. Un maître ferronnier suédois, Goran Goransson, a redessiné le four Bessemer, ou convertisseur, pour en fiabiliser les performances. Le résultat final a été un moyen de produire de l'acier en masse. Le volume d'acier à bas prix qui en résulta en Grande-Bretagne et aux États-Unis révolutionna bientôt la construction de bâtiments et fournit de l'acier pour remplacer le fer dans les rails de chemin de fer et pour de nombreuses autres utilisations.

Le Convertisseur Bessemer


Le convertisseur Bessemer est un pot cylindrique en acier d'environ 6 mètres de haut, revêtu à l'origine d'un réfractaire siliceux. De l'air est insufflé par des ouvertures (tuyères) près du fond, créant des oxydes de silicium et de manganèse, qui font partie des scories, et de carbone, qui sont transportés dans le courant d'air. En quelques minutes, un lingot d'acier peut être produit, prêt pour la forge ou le laminoir.


Le convertisseur Bessemer original n'était pas efficace pour éliminer le phosphore présent en quantités importantes dans la plupart des minerais de fer britanniques et européens. L'invention en Angleterre, par Sidney Gilchrist Thomas, de ce que l'on appelle aujourd'hui le convertisseur Thomas-Gilchrist, qui était revêtu d'un matériau de base tel que le calcaire brûlé plutôt que d'un matériau siliceux (acide), a permis de surmonter ce problème. Un autre inconvénient de l'acier Bessemer, sa rétention d'un petit pourcentage d'azote provenant du soufflage d'air, n'a été corrigé que dans les années 1950. Le procédé à cœur ouvert, mis au point dans les années 1860, n'a pas souffert de cette difficulté, et il a fini par devancer le procédé Bessemer pour devenir le procédé dominant de fabrication de l'acier jusqu'au milieu du 20e siècle. Le procédé à cœur ouvert a été à son tour remplacé par le procédé à l'oxygène de base, qui est en fait une extension et un perfectionnement du procédé Bessemer.



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