El hierro antracita o arrabio antracita es hierro extraído mediante la fundición conjunta de carbón antracita y mineral de hierro , es decir, utilizando carbón antracita en lugar de carbón vegetal en la fundición del hierro . Este fue un avance técnico importante a fines de la década de 1830, que permitió una gran aceleración de la Revolución Industrial en los Estados Unidos y en Europa. [1]
A diferencia de muchos avances seminales, los contribuyentes, el lugar y la fecha de esta época están bien registrados en momentos específicos a fines de la década de 1830. Los primeros hornos y fundiciones repetibles y confiablemente exitosos fueron administrados por la misma persona tanto en el Reino Unido como en los Estados Unidos, bajo el control y la supervisión principales del maestro siderúrgico David Thomas, quien comenzó a experimentar con intentos de usar depósitos de antracita galesa disponibles localmente ya en 1820, poco después de que asumió el cargo en Yniscedewin Iron Works en Gales .
En torno a este período de 1837-38, también se estaban realizando experimentos en Pensilvania, cerca de Port Carbon [2] y en la actual Jim Thorpe, pero con un éxito general mejor que en Gales. Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N) y sus dos fundadores, Josiah White y Erskine Hazard , comenzaron a realizar experimentos sistemáticos para fundir antracita en dos hornos en Jim Thorpe entre 1832 y 1837, con éxitos intermitentes pero esporádicamente mejorados utilizando procesos de soplado en frío con dos hornos de diseño diferente.
Mientras se hacían estos trabajos preliminares en ambos lados del Atlántico, otro cerebro [en Escocia] estaba trabajando, y proporcionó la clave que desveló el secreto del éxito, a través del Sr. Neilson de Glasgow, el inventor del soplo caliente, quien en 1828 obtuvo una patente para su valioso invento, cuya importancia no se comprendió durante mucho tiempo. El folleto sobre el soplo caliente, publicado por Neilson, fue leído con entusiasmo por el Sr. Thomas, quien se convenció de inmediato del valor del descubrimiento.
Una noche, mientras estaba sentado con el Sr. Crane en su biblioteca, hablando del asunto, tomó el fuelle y comenzó a soplar el fuego de antracita en la chimenea. "Será mejor que no lo hagas, David", dijo el Sr. Crane; "lo apagarás". Y Thomas respondió: "Si tuviéramos aquí el soplo caliente de Neilson, la antracita ardería como el pino". El Sr. Crane dijo: "David, ésa es exactamente la idea", y ambos reconocieron esta idea como una que valdría la pena desarrollar; y gracias al indomable coraje y perseverancia del señor Thomas, lo consiguió.
De hecho, este fue el origen de la aplicación exitosa del soplo caliente para fabricar hierro con antracita. Mientras tanto, la fábrica de hierro de Clyde, en Escocia, había puesto en funcionamiento un horno que utilizaba el soplo caliente con carbón semibituminoso . El señor Thomas instó al señor Crane a adoptar de inmediato el nuevo descubrimiento, y lo envió a Escocia para ver cómo funcionaba el proceso. Después de un examen muy cuidadoso, el señor Thomas determinó que el soplo caliente era justo lo que se necesitaba para un horno de antracita. Regresó a Yniscedwin con una licencia del señor Neilson y un mecánico experto que entendía la construcción de hornos de calentamiento, y de inmediato procedió a construir hornos de soplo caliente y los erigió en el horno que se conocía como el "horno de cúpula", de 11 pies de diámetro por 45 pies de alto. El horno se puso en funcionamiento el 5 de febrero de 1837 ; el éxito fue completo; y el hierro antracita siguió produciéndose de manera rentable en dicho horno sin interrupción [desde entonces].
El hierro antracita era un producto recién nacido en el comercio mundial, y David Thomas fue su padrino. La noticia de su éxito se difundió por todo el Reino Unido; el London Mining Journal le dio gran importancia; y un relato del descubrimiento apareció en la prensa de los Estados Unidos.— Samuel Thomas, Transacciones del Instituto Americano de Ingenieros de Minas (1899) [1]
Después de experimentar durante casi una década en dos altos hornos fríos construidos en la actual Jim Thorpe, Pensilvania, White and Hazard de LC&N Co. fue a reclutar en Gales después de que les llegara la noticia de que el arrabio antracita se producía de manera regular y confiable en Yniscedwyn Iron Works de George Crane, por David Thomas . Catasauqua Creek , aproximadamente seis millas por debajo de Lehigh Gap y a 14-15 millas (23-24 km) de las oficinas de la compañía en Mauch Chunk , ahora conocida como Jim Thorpe, fue elegida para una nueva empresa conjunta por LC&N y David Thomas, Lehigh Crane Iron Works . Después de construir la infraestructura, incluida una fábrica de ladrillos refractarios, se estaba construyendo un segundo alto horno cuando el 4 de julio de 1840, el primer alto horno caliente en América del Norte produjo arrabio antracita, un precursor necesario para producir hierro forjado y hierro fundido.
El primer proceso de fundición de arrabio antracita en Estados Unidos se llevó a cabo el 4 de julio de 1840 por los socios principales David Thomas , Josiah White y Erskine Hazard en su Lehigh Crane Iron Works en su primer alto horno caliente a lo largo del arroyo Catasauqua, con la ayuda de Samuel Thomas y los empleados de la LCIW, en lo que se convirtió en Catasauqua, Pensilvania , en la región del valle de Lehigh en el este de Pensilvania . La tecnología permitió a las industrias la oportunidad de producir hierro fundido suficiente para la demanda y, finalmente, adaptar la producción para satisfacer también la demanda de generar hierro forjado y acero . Estos materiales útiles se obtienen agregando un procesamiento adicional: tomando arrabio como ingrediente en un horno de reverbero (y en años posteriores, un convertidor Bessemer ).
La antracita, también conocida como carbón de piedra o carbón de roca, es muy difícil de encender, [3] extraer, limpiar y romper en trozos más pequeños y requiere condiciones correctas para generar calor o mantener la temperatura y sostener la combustión, que a menudo dependen del tamaño y la uniformidad de las partículas de carbón. Sin embargo, las ciudades estadounidenses estaban abarrotadas de combustibles, los bosques se agotaron cerca de las ciudades más grandes y Filadelfia, la ciudad más grande de Estados Unidos, necesitaba combustibles para molinos y fundiciones también para sostener la fabricación. El inventor e industrial Josiah White (propietario de un molino de alambre, fundición y fábrica de clavos), había determinado cómo quemar antracita en hornos de procesamiento de trabajo de hierro durante la Guerra de 1812 , [4] pero su uso en operaciones de fundición era impreciso, dependiendo de las geometrías de empaquetamiento de material de cualquier carga de carga particular en un alto horno frío. [5] El desarrollo anterior de la coquización de carbón bituminoso , así como el coque de antracita, permitió la fundición de hierro utilizando fuentes de carbón locales con aire frío en altos hornos después de finales de la década de 1830, lo que permitió la producción de grandes cantidades de hierro que construyeron la infraestructura fundamental de la temprana Revolución Industrial de América del Norte , que se construyó sobre productos de hierro y solo algo de acero. En ese momento, el hierro se usaba mínimamente con respecto a la madera. Incluso la mayoría de las vías del ferrocarril se colocaban con rieles de madera, a veces cubiertos por flejes de hierro. A medida que había más hierro disponible, se encontraron más usos para el hierro, lo que creó un ciclo de creciente demanda, experimentación y mejoras como parte de la Revolución Industrial .
Durante la primera crisis energética de los Estados Unidos, las áreas forestales cercanas a las ciudades más grandes y a las ciudades de la costa este del país se alejaron cada vez más de los centros poblacionales y fabriles, lo que elevó el precio del combustible para calefacción y herrería, especialmente el carbón de combustión limpia (durante mucho tiempo el combustible preferido para la fundición y la fabricación de vidrio), lo que generó una búsqueda de combustibles alternativos que duró décadas. A mediados de 1792, los habitantes prominentes de Filadelfia habían formado la Lehigh Coal Mine Company (LHCM Co.) para llevar antracita a las ciudades a las que se podía llegar a través del valle del río Delaware , especialmente Filadelfia , la ciudad más grande e industrializada del país en ese momento, aunque nadie entendía completamente cómo usar la antracita como combustible único, solo que "podía" arder "algunas" veces con un fuego base lo suficientemente caliente, por lo que podía complementar los combustibles de los hornos.
La LHCM Co. tuvo grandes dificultades para llevar muchas arcas cargadas de carbón a los muelles de Filadelfia, y mucho menos para tener la capacidad de realizar entregas confiables del combustible a las industrias que arriesgaban su uso, durante el viaje de 46 a 47 millas (74 a 76 km) desde Lausana a lo largo de la altura variable del agua del río Lehigh y muchas rocas y rápidos que sobrevivieron a las más de 70 millas (110 km) en el igualmente indómito río Delaware . En medio de la Guerra de 1812, el magnate de la industria del hierro Josiah White puso a sus capataces a realizar experimentos sistemáticos sobre cómo hacer que el carbón de piedra se quemara de manera confiable. Se reconoció que tenía algún uso para ayudar a otros combustibles, y ocasionalmente llegaban cargas de animales de carga a la ciudad, que tenía molinos y fundiciones que necesitaban desesperadamente eludir el bloqueo naval británico, para que los envíos costeros de carbón bituminoso desde Virginia pudieran reanudarse. Estos experimentos establecieron un calado inferior, y las puertas cerradas fueron la clave.
Antes de la guerra, los industriales de Baltimore , Boston , Newark , New Haven , la ciudad de Nueva York y Filadelfia importaban bituminoso en barcos desde Virginia y Gran Bretaña , y estos suministros se volvieron difíciles de obtener o se bloquearon políticamente debido a la guerra y los embargos previos a los productos británicos. Después de la guerra, las sanciones continuaron hasta que se resolvieron varias disputas fronterizas en lugares tan lejanos como el Territorio de Oregón y la cuenca del río Columbia.
Entre 1814 y 1818, las industrias a lo largo de la costa este todavía estaban sedientas de alivio energético cuando las consultas a la LHCM Co. por parte de Hazard y White indicaron que la operación y los derechos de la compañía estaban disponibles. [6] Frustrados por el lento progreso de las mejoras que se convertirían en el Canal Schuylkill , White y Hazard solicitaron a la legislatura de Pensilvania los derechos para mejorar y operar navegaciones en el río Lehigh lleno de rápidos, iniciando el proceso que condujo al Canal Lehigh , que fue el comienzo de entregas regulares de carbón de alto volumen y confiables a fines de 1820. La inundación de antracita influyó en la industrialización del siglo siguiente.
La investigación sobre la fundición de hierro utilizando carbón antracita (sin coquizarlo primero) comenzó en la década de 1820 en Gales por Thomas, [1] experimentos en Francia, más notablemente por Gueymard y Robin en Vizille en 1827, [7] y en la década de 1830 en Pottsville [7] y Jim Thorpe, Pensilvania . [4] Los primeros intentos trataron de sustituir gradualmente la antracita por otros combustibles, como el coque o el carbón vegetal , pero todos fracasaron debido al uso de técnicas de soplado frío , que generaban calor insuficiente para mantener la antracita en combustión regenerativa. [7] En el mismo período de tiempo, Thomas también había seguido experimentando con mezclas de antracita y otros combustibles, antes de combinar esos experimentos y el nuevo procesamiento de soplado caliente .
El señor Thomas determinó que el aire caliente era justo lo que se necesitaba para un horno de antracita. Regresó a Yniscedwin con una licencia del señor Neilson y un mecánico experto que entendía la construcción de hornos de batido, y de inmediato procedió a construir hornos de aire caliente y los erigió en el horno que se conocía como el "horno de cúpula", de 11 pies de diámetro por 45 pies de alto. El horno se inauguró el 5 de febrero de 1837; el éxito fue total y el hierro antracita continuó fabricándose de manera rentable en dicho horno sin interrupción.
El hierro antracita era un producto nuevo en el comercio mundial y David Thomas fue su padrino. La noticia de su éxito se difundió por todo el Reino Unido; el London Mining Journal le dio gran importancia y un relato del descubrimiento apareció en la prensa de los Estados Unidos.
En mayo de 1837, Solomon W. Roberts, de Filadelfia, llegó a Yniscedwin, vio el horno en funcionamiento e inmediatamente informó a su tío, Josiah White, de la Lehigh Coal and Navigation Company, sobre la exitosa aplicación del chorro de aire caliente allí. En ese momento, 1837-38, la Lehigh Coal & Navigation Company y otras compañías cuyas espléndidas minas se agrupan en las cercanías de Mauch Chunk, Pensilvania, estaban experimentando con el uso de antracita en el alto horno, pero con tan poco éxito que se decidió enviar al Sr. Erskine Hazard , uno de los líderes de la compañía, y luego líder de la Lehigh Crane Iron Company , a Gales, para investigar la práctica en Yniscedwin y contratar a una persona competente para que viniera a este país a supervisar la construcción de hornos en Lehigh.
El señor Hazard llegó en noviembre de 1838 y encontró el horno en pleno funcionamiento y con éxito.
— Samuel Thomas, discurso de 1899 [1]
En los Estados Unidos, donde la Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N) había comenzado a enviar antracita a Filadelfia en 1820 porque los directores no podían obtener suficientes combustibles para sus fábricas de hierro en las 'Cataratas del Schuylkill' —por lo que habían construido el Canal de Lehigh y se habían hecho cargo de las obras de la desorganizada Lehigh Coal Mine Company— a finales de la década de 1820, habiendo establecido obras que funcionaban sin problemas, después de construir el segundo ferrocarril operativo de Estados Unidos en 1827, tenían un gran interés en explotar los grandes depósitos de antracita del condado de Schuylkill para la fabricación de hierro, cuyos molinos y fundiciones eran sus principales negocios.
En 1830, el Instituto Franklin ofreció una medalla de oro al fabricante de la mayor cantidad de hierro antracita, y Nicholas Biddle y sus asociados ofrecieron un premio de 5.000 dólares al primer individuo que fundiera una cierta cantidad de mineral de hierro en un tiempo determinado, utilizando antracita. La Lehigh Coal & Navigation, por entonces un gigante industrial de la época, también ofreció energía hidráulica gratuita y tarifas reducidas en el carbón y el transporte marítimo para fomentar el desarrollo del proceso. [8]
El primer avance clave se produjo en 1828-29, [1] cuando el escocés James Beaumont Neilson patentó la técnica y el proceso de soplado caliente , que había concebido en un intento de mejorar la eficiencia de los hornos alimentados con combustible convencional. [9] La primera persona que empleó la técnica de soplado caliente para la fundición de antracita fue el Dr. Frederick W. Gesenhainer, quien solicitó una patente sobre el proceso en 1831 y la recibió en 1833. En 1836, intentó fundir hierro antracita a escala práctica en su propiedad, Valley Furnace, cerca de Pottsville, Pensilvania , mientras que en el mismo año, LC&N Co. de White & Hazard construyó dos altos hornos experimentales en Jim Thorpe, Pensilvania . Produjo una pequeña cantidad de hierro, pero debido a averías mecánicas, no pudo mantener el horno en funcionamiento durante más de dos meses. [10] Aunque distinguidos visitantes, entre ellos el gobernador Joseph Ritner , reconocieron su éxito, vendió su participación en Valley Furnace y se fue a la ciudad de Nueva York . [11]
La investigación se desarrollaba en líneas paralelas al otro lado del Atlántico. George Crane, propietario, y David Thomas , superintendente de la fábrica de hierro de Yniscedwyn, habían concebido la idea de utilizar el aire caliente para fundir antracita. Thomas fue enviado a Escocia para examinar la instalación de Neilson y la reprodujo en Yniscedwyn. Crane solicitó una patente británica para la fundición de hierro con antracita y aire caliente en 1836 y la recibió en 1837. Cuando se selló la patente, Yniscedwyn producía alrededor de 35 toneladas de hierro utilizando antracita solo como combustible. [12]
Inspirados tanto por Geisenhainer como por Crane (cuyo éxito fue seguido de cerca por el LC&N), los experimentos en los EE. UU. continuaron. Baughman, Guiteau and Company utilizaron un viejo horno cerca de Jim Thorpe, Pensilvania, para producir algo de hierro antracita a fines de 1837. Construyeron otro horno experimental cerca, que funcionó durante unos dos meses durante el otoño y el invierno de 1838 y durante algún tiempo en 1839, [13] [14] pero las deficiencias mecánicas los llevaron a abandonar el horno a fines de 1839. [15] Mientras tanto, Pioneer Furnace, en Pottsville, se insufló usando combustible de antracita en 1839. [16] Fue construido por William Lyman y obtuvo la ayuda de un emigrante galés, Benjamin Perry, que estaba familiarizado con el proceso de Neilson y las obras de Yniscedwyn, para el insuflado. El horno funcionó durante tres meses solo con antracita y cumplió las condiciones para ganar el premio de 5000 dólares. [17] [18] En el diseño de Pioneer Furnace, Lyman también había contado con la ayuda de David Thomas, que había llegado a los Estados Unidos en mayo de 1839. Thomas fue contratado por la LC&N para establecer la Lehigh Crane Iron Company y su primer horno en Catasauqua , que entró en funcionamiento en 1840, junto con otros cinco hornos de antracita. Esto marcó el establecimiento comercial de la producción de hierro antracita en los Estados Unidos. [19] [20]
La apertura de depósitos de carbón bituminoso aptos para la coquización en la parte occidental de la meseta de Allegheny dio lugar al desplazamiento gradual de la antracita como combustible. La producción de hornos alimentados con coque superó a la de hornos alimentados con antracita en 1875, [21] y los últimos hornos de antracita en los EE. UU., la antigua Lock Ridge Iron Company , se convirtieron a coque en 1914. [22]