El hierro antracita o arrabio de antracita es hierro extraído mediante la fundición conjunta de carbón de antracita y mineral de hierro , es decir, utilizando carbón de antracita en lugar de carbón vegetal en la fundición de hierro . Este fue un importante avance técnico a finales de la década de 1830, que permitió una gran aceleración de la Revolución Industrial en Estados Unidos y Europa. [1]
A diferencia de muchos avances fundamentales, los contribuyentes, el lugar y la fecha de esta época están bien registrados en momentos específicos de finales 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 supervisión principal del maestro del hierro David Thomas, quien comenzó a experimentar con intentos de utilizar depósitos de antracita galeses disponibles localmente ya en En 1820, poco después asumió el cargo de Yniscedewin Iron Works en Gales .
Alrededor de este período de tiempo de 1837-38, también se estaban realizando experimentos en Pensilvania, cerca de Port Carbon [2] y en el actual Jim Thorpe , pero en general con mayor éxito que en Gales. Lehigh Coal & Navigation Company (LC&N) y sus dos fundadores, Josiah White y Erskine Hazard , comenzaron experimentos sistemáticos para fundir antracita en dos hornos en Jim Thorpe en 1832-1837 con éxitos intermitentes pero esporádicamente mejorados utilizando procesos de chorro frío con dos diseños diferentes. hornos.
Mientras se hacía este trabajo preliminar en ambos lados del Atlántico, otro cerebro [en Escocia] estaba trabajando, que proporcionó la clave que desveló el secreto del éxito, por parte del Sr. Neilson de Glasgow, el inventor de la explosión caliente, quien en 1828 obtuvo una patente para su valioso invento, cuya importancia no se comprendió durante mucho tiempo. El folleto sobre la explosión caliente, publicado por Neilson, fue leído con entusiasmo por el Sr. Thomas, quien inmediatamente quedó convencido del valor del descubrimiento.
Una noche, mientras estaba sentado con el señor Crane en su biblioteca, hablando del asunto, tomó el fuelle y empezó a soplar el fuego de antracita en la chimenea. "Será mejor que no, David", dijo el Sr. Crane; "Lo apagarás." Y Thomas respondió: "Si tan sólo tuviéramos aquí el calor de Neilson, la antracita ardería como el pino". El señor Crane dijo: "David, esa es precisamente la idea", y ambos reconocieron que esta idea merecía la pena desarrollarse; y gracias al indomable valor y perseverancia del Sr. Thomas, lo logró.
De hecho, este fue el origen de la exitosa aplicación del soplado en caliente en la fabricación de hierro con antracita. Mientras tanto, la siderúrgica de Clyde, en Escocia, había puesto en funcionamiento un horno en el que se utilizaba combustión en caliente con carbón semibituminoso . El señor Thomas instó al señor Crane a adoptar inmediatamente el nuevo descubrimiento y lo enviaron a Escocia para ver cómo funcionaba el proceso. Después de un examen minucioso, el Sr. Thomas determinó que el soplo caliente era justo lo que se necesitaba para un horno de antracita. Regresó a Yniscedwin con una licencia del Sr. Neilson y un mecánico experto que entendía la construcción de hornos de calefacción, y de inmediato procedió a construir hornos de aire caliente y los erigió en el horno que se conocía como el 'horno de cúpula'. ' 11 pies de ancho por 45 pies de alto. El horno fue volado el 5 de febrero de 1837 ; el éxito fue total; y se continuó fabricando hierro antracita de manera rentable a partir de dicho horno sin interrupción [a partir de entonces].
El hierro antracita era una mercancía recién nacida en el comercio mundial, y David Thomas fue su padrino. La noticia de su éxito se extendió 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 en frío construidos en lo que hoy es Jim Thorpe, Pensilvania, White y Hazard, de LC&N Co., fueron a reclutar personal a Gales cuando les llegó la noticia de que se producía arrabio de antracita de manera regular y confiable en Yniscedwyn, de George Crane. Trabajos de hierro, de David Thomas . Catasauqua Creek , a unas seis millas debajo de Lehigh Gap y a 14 a 15 millas (23 a 24 km) de las oficinas de la empresa en Mauch Chunk , ahora conocido como Jim Thorpe, fue elegido para una nueva empresa conjunta por LC&N y David Thomas, Lehigh . Ferreterías Grúa . 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 de América del Norte produjo arrabio de antracita, un precursor necesario para producir hierro forjado y hierro fundido.
La primera fundición estadounidense de arrabio de antracita se realizó el 4 de julio de 1840 por los socios principales David Thomas , Josiah White y Erskine Hazard en Lehigh Crane Iron Works en su primer alto horno caliente a lo largo de Catasauqua Creek con la ayuda de Samuel Thomas y los empleados de LCIW, en lo que se convirtió en Catasauqua, Pensilvania, en la región de Lehigh Valley en el este de Pensilvania . La tecnología permitió a las industrias la oportunidad de producir suficiente hierro fundido para satisfacer la demanda y, eventualmente, adaptar la producción para satisfacer también la demanda y generar hierro forjado y acero . Estos materiales útiles se logran agregando procesamiento adicional: llevando arrabio como ingrediente a un horno de reverbero (y, en años posteriores, a 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 mantener la combustión, que a menudo dependen del tamaño y uniformidad de las partículas de carbón. Sin embargo, las ciudades estadounidenses tenían escasez de combustibles, los bosques cerca de las ciudades más grandes estaban agotados y Filadelfia, la ciudad más grande de Estados Unidos, necesitaba combustibles para molinos y fundiciones, así como para sostener la fabricación. El inventor e industrial Josiah White (propietario de un molino de alambre, una fundición y una fábrica de clavos), había determinado cómo quemar antracita en hornos de procesamiento de hierro durante la Guerra de 1812 , [4] pero su uso en las operaciones de fundición era impredecible, dependiendo sobre las geometrías de empaquetamiento del material de cualquier carga de carga particular en un alto horno frío. [5] El desarrollo anterior de la coquización de carbón bituminoso , así como del 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, permitió la producción de grandes cantidades de hierro que construyeron la infraestructura fundamental. de la temprana Revolución Industrial norteamericana , que se construyó sobre productos de hierro y sólo algo de acero. En aquella época, el hierro se utilizaba mínimamente con respecto a la madera. Incluso la mayoría de las vías del ferrocarril se tendían con rieles de madera, a veces cubiertos con correas de hierro. A medida que hubo más hierro disponible, se encontraron más usos para el hierro, creando un ciclo de creciente demanda, experimentación y mejoras como parte de la Revolución Industrial .
Durante la primera crisis energética de Estados Unidos, las masas de bosques cercanas a las ciudades más grandes y a las ciudades de la costa este de Estados Unidos se alejaron cada vez más de los centros de población y fábricas, elevando el precio del combustible para la calefacción y las herrerías, especialmente el carbón vegetal de combustión limpia , que durante mucho tiempo fue el combustible preferido por los consumidores. fundición y fabricación de vidrio, lo que generó una búsqueda de combustibles alternativos que duró décadas. A mediados de 1792, destacados habitantes de Filadelfia habían formado la Lehigh Coal Mine Company (LHCM Co.) para llevar antracita a las ciudades accesibles 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 utilizar antracita como único combustible, sólo que "podría" arder "parte" del tiempo con un fuego base lo suficientemente caliente, por lo que podría aumentar los combustibles de los hornos.
LHCM Co. tuvo grandes dificultades para llevar muchas cargas de carbón a los muelles de Filadelfia, y mucho menos para tener la capacidad de realizar entregas confiables del combustible a industrias que arriesgaban su uso, para 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, luego sobreviviendo 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 encargó a sus capataces que realizaran sistemáticamente experimentos sobre cómo hacer que el carbón se quemara de manera confiable. Se reconoció que tenía algún uso para ayudar a otros combustibles, y cargas de animales de carga llegaban ocasionalmente 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 tiro de fondo y las puertas cerradas fueron la clave.
Antes de la guerra, los industriales de Baltimore , Boston , Newark , New Haven , Nueva York y Filadelfia importaban bituminoso a través de barcos desde Virginia y Gran Bretaña , y estos suministros se volvieron difíciles de obtener o bloqueados políticamente por la guerra y sus anteriores embargos a los británicos. bienes. 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 de Hazard y White a LHCM Co. indicaron que el funcionamiento y los derechos de la empresa 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 la navegación en el río Lehigh, plagado de rápidos , iniciando el proceso que condujo al Canal Lehigh . que fue el comienzo de entregas regulares de carbón confiables y de gran volumen a fines de 1820. La inundación de antracita resultó influyente en la industrialización del siglo siguiente.
La investigación sobre la fundición de hierro utilizando carbón de 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 intentaron sustituir gradualmente la antracita por otros combustibles, como el coque o el carbón vegetal , pero todos fracasaron debido al uso de técnicas de chorro frío , que generaban calor insuficiente para mantener la antracita en combustión regenerativa. [7] En el mismo período de tiempo, Thomas también había continuado experimentando con mezclas de antracita y otros combustibles, antes de combinar esos experimentos y el nuevo procesamiento de explosión en caliente .
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 Sr. Neilson y un mecánico experto que entendía la construcción de hornos de batido, e inmediatamente procedió a construir hornos de aire caliente y los erigió en el horno que se conocía como el 'horno de cúpula'. ' 11 pies de ancho por 45 pies de alto. El horno fue volado el 5 de febrero de 1837; el éxito fue total y se siguió fabricando hierro antracita de forma rentable a partir de dicho horno sin interrupción.
El hierro antracita era una mercancía recién nacida en el comercio mundial, y David Thomas fue su padrino. La noticia de su éxito se extendió por todo el Reino Unido; el London Mining Journal le dio gran importancia y apareció un relato del descubrimiento 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 Lehigh Coal and Navigation Company, sobre la aplicación exitosa del chorro caliente allí. En esa época, entre 1837 y 1838, la Lehigh Coal & Navigation Company y otras empresas cuyas espléndidas minas se agrupaban en las cercanías de Mauch Chunk, Pensilvania, estaban experimentando con el uso de antracita en los altos hornos, pero con muy poco éxito. que se decidió enviar al Sr. Erskine Hazard , uno de los espíritus líderes de la empresa, y luego el espíritu líder de Lehigh Crane Iron Company , a Gales, para investigar la práctica en Yniscedwin y contratar a una persona competente para que viniera. a este país para supervisar la construcción de hornos en Lehigh.
El Sr. Hazard llegó en noviembre de 1838 y encontró el horno en pleno funcionamiento y con éxito.
— Samuel Thomas, dirección 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 principios no podían obtener suficientes combustibles para sus fundiciones de hierro en las "Cataratas de Schuylkill" , por lo que habían construido el Canal Lehigh. y se hicieron cargo de las obras de la desordenada Lehigh Coal Mine Company ; a fines 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 gran interés en explotar los grandes depósitos de antracita del condado de Schuylkill para la fabricación de hierro. , cuyas fundiciones eran sus principales negocios.
El Instituto Franklin , en 1830, 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 determinada cantidad de mineral de hierro en un tiempo determinado. usando antracita. Lehigh Coal & Navigation, por entonces un gigante industrial de la época, también ofrecía energía hidráulica gratuita y descuentos 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 chorro caliente , que había concebido en un intento de mejorar la eficiencia de los hornos de combustible convencional. [9] La primera persona en emplear la técnica de chorro 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 de antracita de una manera práctica. escala 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] Mientras visitantes distinguidos, incluido 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 avanzaba en líneas paralelas a través del Atlántico. George Crane, propietario, y David Thomas , superintendente de Yniscedwyn Iron Works, habían concebido la idea de utilizar chorro 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 sobre la fundición de hierro con antracita y chorro caliente en 1836 y la recibió en 1837. Cuando se selló la patente, Yniscedwyn estaba produciendo alrededor de 35 toneladas de hierro utilizando antracita sólo como combustible. [12]
Inspirados tanto por Geisenhainer como por Crane (cuyo éxito fue seguido de cerca por LC&N), continuaron los experimentos en Estados Unidos. Baughman, Guiteau and Company utilizaron un antiguo horno cerca de Jim Thorpe, Pensilvania, para producir algo de hierro antracita a finales de 1837. Construyeron otro horno experimental cercano, que funcionó durante unos dos meses durante el otoño y el invierno de 1838 y durante algún tiempo en 1839. [13] [14] pero deficiencias mecánicas les llevaron a abandonar el horno a finales de 1839. [15] Mientras tanto, Pioneer Furnace, en Pottsville, fue soplado con combustible de antracita en 1839. [16] Fue construido por William Lyman obtuvo la ayuda de un emigrante galés, Benjamin Perry, que estaba familiarizado con el proceso de Neilson y las obras de Yniscedwyn, para la inyección. El horno funcionó durante tres meses únicamente con antracita y cumplió las condiciones para ganar el premio de 5.000 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 LC&N para establecer Lehigh Crane Iron Company y su primera horno de 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 provocó el desplazamiento gradual de la antracita como combustible. La producción de hornos de coque superó a la de los hornos de 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]