Acciaio, il materiale della conversione

Abbiamo parlato molto di questo materiale in questo blog, è ovviamente uno dei temi centrali. Infatti esso è il protagonista del più importante processo tecnologico di conversione e come tale è stato nominato varie volte (precedenti post). Non ne abbiamo mai trattato come protagonista, e questo sarà il suo post, in cui finalmente lo andremo a raccontare.

Per iniziare credo che la cosa migliore sia trattare brevemente la sua storia. Il primo acciaio venne prodotto nel lontanissimo IV secolo da alcune popolazioni indù che produssero il cosiddetto acciaio wooltz. Subito dopo la sua nascita esso non trova però una grande fortuna, infatti bisogna aspettare il XVIII secolo prima che esso ricompaia. Questa seconda nascita però segnerà a sua fortuna, da questo momento in poi l'acciaio conquisterà il mondo sfondando in qualsiasi ambito dell'operato umano dalle arti alla tecnica più pura passando per la medicina e l'architettura. Quel secolo è infatti quello della prima rivoluzione industriale, grazie alla quale la tecnologia umana può finalmente produrre questo materiale in grandi quantità.

Sappiamo ora qual'è la sua storia, quando è nato e quando si è diffuso, sappiamo che è stato fondamentale per l'evoluzione umana, ma non sappiamo il perchè e nemmeno come sia fatto.

Ebbene, l'acciaio è una lega metallica, dalle straordinarie proprietà, che si produce da ferro e carbonio secondo opportune proporzioni: il carbonio in percentuale può oscillare tra lo 0,2% e il 2,01%, oltre questo limite la lega prende il nome di ghisa.

Ora vi potrete chiedere "beh ma cosa lo rende così speciale?". La risposta risiede nelle sue proprietà, questo materiale è caratterizzato da: grande deformabilità e durezza, buona resistenza alla rottura a trazione e allo snervamento, buona conducibilità termica, e, per gli acciai inossidabili (inox), la resistenza alla corrosione.

Per capirne meglio l’importanza, elenchiamo brevemente alcuni settori di utilizzo dell’acciaio:

• Elettrodomestici: (lavastoviglie, forni elettrici, frigoriferi, tostapane, etc.) e per la costruzione dei loro componenti (motori, compressori, griglie, etc.), viene utilizzato soprattutto acciaio inox.
• Costruzioni edili: irrobustisce e le strutture nonostante il suo peso relativamente leggero.
• Industria Meccanica: il 99% dei componenti di un macchinario sono costruiti in acciaio per la sua resistenza e la grande facilità di modellazione
• Settore Automobilistico: costituisce più del 50% del materiale utilizzato. Basti pensare alle autovetture o all’industria navale, aeronautica o ferroviaria, per comprenderne l’utilizzo.
• Industria Petrolifera: le caratteristiche di molti tipi di acciaio risultano indispensabili per fronteggiare le difficili e complesse condizioni di utilizzo. Alta temperatura e forte pressione sono soltanto due esempi di condizioni estreme in cui trova impiego l’acciaio.
• Centrali Elettriche: i più importanti componenti utilizzati all’interno di una centrale per la produzione di energia elettrica sono in acciaio (condensatori, turbine, caldaie, etc.)
• Medicali: strumenti per sale operatorie o dentistiche sono soliti essere prodotti in acciaio inox
• Arte: data la grande deformabilità si presta molto alla scultura

Questi sono solo alcuni degli ambiti di utilizzo di questo materiale, ma questo elenco rende bene l'idea di quanto sia ormai indispensabile per la vita umana

Nino Uccino - La Piramide e gli Zoccoli

Link e fonti

http://stec-s172616.blogspot.com/

http://www.metalfil.it/it/acciaio-utilizzo

https://it.wikipedia.org/wiki/Acciaio

Un Protagonista della Coversione

Abbiamo visto in questo post la storia di un processo chimico-industriale e vediamo ora la storia del suo ideatore. Henry Bessemer è entrato di fatto nella storia per aver rivoluzionato il mondo della siderurgia e perché no anche quello dell'industria in generale. 

Henry Bessemer nasce a Charlton il 19 Gennaio 1813 in una famiglia ugunotta mediamente agiata. Delle sue figure genitoriali è degna di nota la figura del padre, Anthony Bessemer, che fu, come poi diverrà anche il figlio, un illustre ingegnere che si distinse per delle importanti modifiche al microscopio ottico e ciò gli valse il riconoscimento all'Accademia Francese delle Scienze.

Tornando al figlio, oggetto del nostro interesse, egli si mostra fin dalla tenera età interessato all'attività del padre. Compiuti gli studi, molti dei quali da autodidatta per approfondire la conoscenza ingegneristica, si dedico subito alla pratica. Dopo alcune attività di gavetta riusci a farsi un nome grazie alla scoperta di un innovativo metodo per ottenere la polvere "d'oro" dall'ottone, materia molto richiesta per fare vernici. Grazie a questa florida attività riuscì a raccimolare una grande fortuna e la consapevolezza della sua passione per la metallurgia.

La storia che porta alla sua più grande opera, il Convertitore Bessemer, ha inizio tra il 1853 e il 1856 quando era all'apice la Guerra di Crimea. Il nostro protagonista aveva appena prodotto un nuovo proiettile per l'artiglieria, ed era intento a venderlo all'esercito francese. Nelle negoziazioni però egli scopri che i cannoni in ghisa dell'esercito francese non erano abbastanza resistenti per il suo nuovo proiettile. Allora cercò un modo per rendere la ghisa più forte e si dedico allo studio di questo materiale.

Nei suoi esperimenti scoprì che l'eccesso di ossigeno nei gas caldi della sua fornace sembrava aver rimosso il carbonio dal ferro. Bessemer ha quindi scoperto che soffiare aria attraverso la ghisa fusa non solo purificava il ferro, ma lo riscaldava ulteriormente, permettendo al ferro purificato di essere facilmente versato. Questo effetto di riscaldamento è causato dalla reazione dell'ossigeno con il carbonio e il silicio nel ferro. Utilizzando questa nuova scoperta egli sviluppò il suo processo, che poi sintetizzò in un'unica opera ingegneristica, il suo convertitore. Nel 1856 quindi presenta la sua scoperta all'Association for the Advancement of Science a Cheltenham.

Dopo alcuni anni si presentano però le prime difficoltà che necessiteranno dell'intervento di Sidney Thomas. Il convertitore inventato da Bessemer ebbe la debolezza di non eliminare due elemnti che danneggiavano notevolmente il risultato: zolfo e fosforo. Il sopra citato Thomas sviluppò poi una variante del progetto originale che permise utilizzare anche il ferro ricco di queste due sostanze.

Dopo altre scoperte minori il 26 Giugno 1879 venne nominato cavaliere dalla regina Vittoria per le sue numerose invenzioni che furono fornite al popolo inglese. Egli si spende nel 1898 a Londra con all'attivo 128 brevetti.

Disegno di Bessemer - Leslie Ward, 1880

Link e fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Henry_Bessemer

https://www.britannica.com/biography/Henry-Bessemer

https://ia902704.us.archive.org/26/items/sirhenrybessemer00bessuoft/sirhenrybessemer00bessuoft_bw.pdf

Dalla ghisa all'acciaio... conversione ottocentesca

Abbiamo affrontato in altri post [Storia antica, Medioevo, Settecento] molte tappe fondamentali dello sviluppo della tecnologia nel corso della storia e arriviamo oggi nel XIX secolo. Questo secolo, primo dell'epoca moderna, è ricco di avvenimenti fondamentali e di cui oggi risentiamo ancora direttamente gli effetti. Nasce quello che diventerà poi la nostra repubblica, si combatte la guerra di secessione americana, partendo dalla caduta di Napoleone si chiude poi con la cosiddetta Belle Epoquè. 

Nonostante questi innumerevoli avvenimenti l'uomo ha avuto anche il tempo fondare nuove scienze e evolversi con nuove tecnologie. Seguendo il tema centrale del blog l'avvenimento tecnologico che più ebbe risonanza nel mondo fu il Convertitore Bessemer.

Quella della trasformazione della ghisa in acciaio può essere considerata un’impresa di grande portata, forse al pari di quella della conquista della luna, luogo dove, indirettamente, l’uomo è stato portato dall’acciaio: cioè un grande passo per lo sviluppo tecnologico dell’umanità!

L'acciaio è così definito: è una lega ferrosa composta principalmente da ferro e carbonio, quest'ultimo in percentuale non superiore al 2,06%; oltre tale limite, le proprietà del materiale cambiano e la lega assume la denominazione di ghisa.

Cioè bisogna trovare il modo di ridurre il tenore di carbonio della ghisa fino ai valori tipici dell’acciaio; meglio se con tale operazione si eliminano anche gli elementi inquinanti già presenti senza aggiungerne altri.

Il processo è stato studiato da molti chimici e ingegneri, ognuno dei quali ha proposto varie soluzioni che gettano le basi per la scoperta che è la base del nostro post. Per non appesantire troppo la lettura tratterò di questi in altri post successivi. La svolta si ha con l'ingesso in scena di Henry Bessemer.

Prima di essere un metallurgista Bessemer fu un ricercatore: sperimentava metodi per ottenere prodotti di alta qualità, soprattutto relativamente alle loro caratteristiche meccaniche, partendo da ghisa liquida. I suoi esperimenti consistevano nel versare, entro un crogiolo d’argilla riscaldato esternamente, la ghisa liquida su prodotti solidi a cui attribuiva un’azione ossidante in grado di bruciare l’eccesso di carbonio. Potrebbe essere andata così: per raffreddare il bagno metallico una volta utilizzò un getto di aria compressa, facendolo gorgogliare nel liquido. Grande sorpresa: pur essendo fredda, l’aria produceva un forte riscaldamento della ghisa, con sviluppo di fiamme, tanto da rendere inutile qualsiasi riscaldamento esterno! Da ciò Bessemer sviluppò l’idea del convertitore, cioè di un reattore termicamente autogeno, che non ha bisogno di fonti di calore esterne in quanto quello necessario viene fornito da reazioni chimiche esotermiche. La data di nascita del convertitore è 14 agosto 1856, quando Bessemer pubblicò i suoi dati sul quotidiano The Times.

Schemi del convertitore

Si suole dire che il convertitore ha una forma detta a pera e che può ruotare su se stesso (Fig. 19); è fabbricato in acciaio ed è rivestito internamente da refrattario. Il convertitore è dotato di una suola forata e da lì viene soffiata aria. Con la suola in alto si può immettere nel convertitore la ghisa liquida, proveniente dall’altoforno. Poi si ruota il convertitore iniziando il soffiaggio: in posizione verticale il convertitore è percorso dal flusso di aria e dalla sua bocca escono fiamme. A fine conversione, una nuova rotazione verso il basso permette lo svuotamento.

Questa invenzione fu fondamentale nell'evoluzione della siderurgia anche se il puro convertitore Bessemer ebbe vita breve e fu soppiantato dopo pochi anni. Questo a causa dei suoi problemi nell'eliminazione dello zolfo e del fosforo che rendevano il risultato di scarsa qualità. Nonostante ciò solo grazie a Bessemer si è fatto il passo fondamentale verso una produzione moderna.

Link e fonti:

https://ilblogdellasci.wordpress.com/tag/bessemer/

https://it.wikipedia.org/wiki/Acciaio

https://it.wikipedia.org/wiki/Convertitore_Bessemer

Convertire nella tecnologia antica

Nonostante i concetti tecnici che il verbo convertire possiede siano per lo più attribuiti ad ambiti tecnologici più o meno recenti si può trovare la presenza di questa azione tecnica anche nelle epoche più remote della storia umana.
Uno degli utensili che più ricollegano il nostro pensiero al mondo dell'antichità è la spada, l'arma per eccellenza, e in essa, o meglio nella sua fabbricazione si trova l'azione oggetto del post. Infatti nella spada si sono concentrati gli sforzi di centinaia di anni e decine di civiltà per affinare le qualità fino a risultati eccezionali.

Daga e relativo fodero
 Louvre

Proprio nel cercare un materiale più adatto e che migliorasse le qualità di quest'arma si trova la scoperta, anche se incompresa, dell'acciaio che si otteneva convertendo il ferro. Ovviamente bisogna specificare che nella maggior parte delle civiltà occidentali la conversione era molto rudimentale tanto che si parla non di acciaio ma di ferro battuto in quanto, questo materiale era ottenuto soltanto sui bordi e non interamente.
Per trovare dell'acciaio propriamente detto bisogna spostarsi o nel tempo o nello spazio. Infatti nonostante la propria diffusione di questo eccellente materiale si ha in tempi recenti e non in tempi antichi, si può però trovare nel lontano oriente una precoce scoperta di questo materiale in tempi stimati dagli storici tra il 200 a.C. e il 300 d.C.
Quindi la prima vera e propria conversione si nell'india meridionale con un processo molto complesso che utilizzava delle fornaci alimentati dai venti monsonici per la formazione. Questo eccezionale materiale prese il nome di acciaio Wootz (o acciaio di damasco). Aveva proprietà meccaniche tanto eccellenti che si diceva che una spada fatta di acciaio Damasco potesse tagliare la roccia, e venire arrotolata attorno a un uomo per poi tornare dritta come prima, e non perdesse mai il filo [https://it.wikipedia.org/wiki/Storia_della_siderurgia].
Queste spade ottenute quindi dalla prima conversione del ferro in acciaio furono tra gli oggetti più rari e desiderate di quell'epoca


Link e Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Storia_della_siderurgia
https://it.wikipedia.org/wiki/Acciaio_Damasco