Cornwall Iron Furnace es un Monumento Histórico Nacional designado que es administrado por la Comisión Histórica y de Museos de Pensilvania en Cornwall , Condado de Lebanon , Pensilvania en los Estados Unidos . El horno fue uno de los principales productores de hierro de Pensilvania desde 1742 hasta que se cerró en 1883. Los hornos, los edificios de apoyo y la comunidad circundante se han conservado como un sitio histórico y un museo, lo que ofrece una visión del pasado industrial del condado de Lebanon. El sitio es el único alto horno de hierro que quema carbón intacto en su plantación original en el hemisferio occidental. Fundado por Peter Grubb en 1742, Cornwall Furnace fue operado durante la Revolución por sus hijos Curtis y Peter Jr., quienes fueron importantes proveedores de armas para George Washington. Robert Coleman adquirió Cornwall Furnace después de la Revolución y se convirtió en el primer millonario de Pensilvania . La propiedad del horno y sus alrededores se transfirió a la Mancomunidad de Pensilvania en 1932.
Cornwall Iron Furnace fue una de las muchas ferrerías que se construyeron en Pensilvania durante un período de sesenta años, desde 1716 hasta 1776. Había al menos 21 altos hornos, 45 forjas , cuatro fábricas de hierro fundido , seis hornos de acero, tres laminadores de corte longitudinal, dos laminadores de placas y un laminador de alambre en funcionamiento en la Pensilvania colonial .
Los hornos de Cornwall Furnace pasaron por dos etapas tecnológicas. Peter Grubb nació en Delaware alrededor de 1702 y se estableció en lo que hoy es el condado de Lebanon en 1734. Compró alrededor de 300 acres (1,2 km2 ) de tierra rica en magnetita . Grubb también se dio cuenta de que su tierra tenía los demás recursos naturales necesarios para producir hierro. Es decir, grandes extensiones de madera para la producción de carbón , agua corriente para hacer funcionar los fuelles y un amplio suministro de piedra caliza necesaria para agregar fundente a los hornos de fundición. Los planes de Grubb se vieron ayudados aún más por el hecho de que la magnetita en Cornwall estaba muy cerca o en la superficie de su tierra. Estaba listo para aventurarse en el negocio del hierro y se dedicó a la tarea de construir una "plantación" de hierro. Estos centros de producción de hierro generalmente estaban ubicados lejos de las tierras agrícolas muy despejadas y estaban enclavados en la sección Ridge and Valley de Pensilvania. Grubb construyó sus hornos, primero un horno de fundición y luego el más moderno alto horno de carbón y los edificios de apoyo y el pueblo de molinos que se necesitaban para albergar a sus trabajadores. Bautizó su operación Cornwall porque su padre, John Grubb, había llegado de Cornwall, Reino Unido en 1677. Cornwall Iron Furnace era una excelente opción para la economía basada en la agricultura de las Trece Colonias . El hierro era necesario para fabricar herramientas, clavos y armas. La política oficial de Gran Bretaña desaprobaba la fabricación en las colonias, pero Inglaterra ya no podía producir el hierro necesario para sus necesidades, y mucho menos para las de los colonos. De hecho, Inglaterra se había vuelto dependiente de la importación de hierro de Suecia .
Peter Grubb no era realmente un herrero, sino un constructor. En 1745 alquiló la fábrica de hierro a un consorcio, Cury and Company, durante 25 años y regresó a Wilmington. El consorcio continuó con la operación, y la propiedad pasó a los hijos de Peter, Curtis y Peter Jr. , después de su muerte en 1754. Los hermanos se hicieron cargo de la operación en 1765 y la dirigieron con bastante éxito hasta finales de la década de 1780. Curtis operaba el Horno de Cornwall y vivía en el lugar; alrededor de 1773 construyó las 19 habitaciones originales de la mansión que aún se encuentra en un lugar destacado junto a la propiedad. Peter Jr. dirigía una forja en Hopewell , refinando el arrabio producido por el horno para convertirlo en barras de hierro más valiosas. Las fábricas de hierro fueron importantes proveedores del esfuerzo de la Guerra de la Independencia, y George Washington visitó una vez la fábrica para inspeccionarla. Desafortunadamente para la familia Grubb, como se describe en la biografía de Curtis Grubb , no pudieron retener el control de la operación después del matrimonio de Curtis en 1783. La mayoría de las propiedades de los Grubb cayeron gradualmente en manos de Robert Coleman , lo que culminó en 1798. El hijo de Coleman, William, fue nombrado gerente de Cornwall Furnace y vivió en la mansión; en 1865, los Coleman la remodelaron en la estructura de 29 habitaciones conocida hoy como Buckingham Mansion.
En la historia colonial estadounidense, la Ley del Hierro, aprobada en 1750, fue parte de la legislación británica diseñada para fomentar la producción de materias primas (incluido el arrabio ) en la América colonial, pero para restringir su fabricación allí en productos de hierro terminados. Las fábricas de fabricación existentes podían continuar, pero se prohibían las nuevas para ciertos procesos.
El primer horno construido por Peter Grubb en Cornwall Iron Furnace fue un alto horno . Grubb lo construyó en 1737 para probar el valor de mercado de su mineral. Era una forma económica de probar el mercado sin tener que invertir en la construcción de un alto horno mucho más eficiente y rentable.
Un horno de herrería es básicamente un hogar de herrería ampliado . Consiste en un pozo o chimenea con paredes resistentes al calor hechas de tierra, arcilla o piedra ( en Cornualles se utilizaba arenisca ). Cerca del fondo, uno o más tubos de arcilla entran por las paredes laterales. Estos tubos, llamados toberas , permiten que el aire entre en el horno, ya sea por tiro natural o forzado con un fuelle . Se puede utilizar una abertura en la parte inferior del horno de herrería para quitar el óxido, o se puede volcar el horno de herrería y quitar el óxido desde abajo.
El primer paso que se da antes de que se pueda utilizar el descascarillado es la preparación del carbón vegetal y del mineral de hierro . El carbón vegetal se produce calentando madera para producir el combustible de carbono casi puro necesario para el proceso de refinación. El mineral se rompe en trozos pequeños y se tuesta en el fuego para eliminar cualquier humedad del mineral. Cualquier impureza grande en el mineral se puede triturar y eliminar. Dado que la escoria de descascarillas anteriores puede tener un alto contenido de hierro, la escoria de descascarillas anteriores se puede romper y reciclar en el descascarillado con el nuevo mineral.
En funcionamiento, el horno de fundición se precalienta quemando carbón vegetal y, una vez caliente, se introducen mineral de hierro y carbón vegetal adicional por la parte superior, en una proporción de aproximadamente uno a uno. Dentro del horno, el monóxido de carbono de la combustión incompleta del carbón reduce los óxidos de hierro del mineral a hierro metálico, sin fundir el mineral; esto permite que el horno de fundición funcione a temperaturas más bajas que la temperatura de fusión del mineral. Dado que el producto deseado de un horno de fundición es hierro casi puro, fácilmente forjable, con un bajo contenido de carbono , la temperatura y la proporción de carbón vegetal y mineral de hierro deben controlarse cuidadosamente para evitar que el hierro absorba el carbono y se vuelva inforjable. También se podría agregar piedra caliza al horno de fundición, aproximadamente el 10% del peso del mineral, que actuaría como fundente y ayudaría a eliminar las impurezas.
Las pequeñas partículas de hierro producidas de esta manera caen al fondo del horno y se sueldan entre sí para formar una masa esponjosa de tocho. El fondo del horno también se llena de escoria fundida, que a menudo consiste en fayalita , un compuesto de silicio , oxígeno y hierro mezclado con otras impurezas del mineral. Debido a que el tocho es muy poroso y sus espacios abiertos están llenos de escoria, el tocho debe recalentarse más tarde y golpearse con un martillo para expulsar la escoria fundida. El hierro tratado de esta manera se dice que es forjado , y el hierro casi puro resultante es hierro forjado .
En 1742, Grubb reemplazó su horno de fundición por un alto horno frío de 30 pies (9,1 m) de altura alimentado con carbón . El alto horno quemaba a una temperatura más alta que el horno de fundición y podía extraer arrabio fundido (" hierro de carbón ") del mineral.
Un alto horno se basa en el hecho de que el silicio no deseado y otras impurezas son más ligeras que el hierro fundido, que es el producto principal. El horno de Grubb se construyó en forma de una estructura alta similar a una chimenea revestida con ladrillos refractarios . Se vertía carbón vegetal , piedra caliza y mineral de hierro (óxido de hierro) en la parte superior y se insuflaba aire a través de toberas cerca de la base. La "explosión" resultante promueve la combustión del carbón vegetal (los hornos más modernos utilizan coque o incluso antracita ), lo que crea una reacción química que reduce el óxido de hierro al metal base que se hunde hasta el fondo del horno. La naturaleza exacta de la reacción es:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Más precisamente, el aire comprimido que se introduce en el horno reacciona con el carbono del combustible para producir monóxido de carbono , que luego se mezcla con el óxido de hierro y reacciona químicamente para producir hierro y dióxido de carbono , que se escapa del horno por la parte superior. Al principio del ciclo de reacción, el aire caliente, también llamado "viento", que contiene gas precalentado de las estufas Cowper y aire, se introduce en el horno a través de toberas. El viento encenderá el coque y se producirá la reacción de Boudouard :
C + O 2 → CO 2
CO 2 + C → 2 CO
La temperatura en el horno suele rondar los 1500 °C, suficiente para descomponer también la piedra caliza ( carbonato de calcio ) en óxido de calcio y dióxido de carbono adicional:
CaCO3 → CaO + CO2
El óxido de calcio reacciona con varias impurezas ácidas del hierro (especialmente sílice ), formando una escoria que contiene silicato de calcio , Ca Si O 3 , que flota en el hierro.
El arrabio producido en el alto horno no es útil para la mayoría de los propósitos debido a su alto contenido de carbono, alrededor del 4-5%, lo que lo hace muy frágil . Una parte del arrabio se utiliza para fabricar artículos de hierro fundido, que a menudo se vuelven a fundir en un cubilote de fundición.
Para otros fines, se necesita un procesamiento adicional para reducir el contenido de carbono y permitir que el hierro se use en herramientas o como material de construcción. Ha habido varios procesos para esto. El primer proceso se llevó a cabo en la fragua de refinación . A fines del siglo XVIII, este comenzó a ser reemplazado por el "encapsulado y estampado", pero el nuevo proceso más exitoso del período de la Revolución Industrial fue el pudling .
En la actualidad, esto se hace introduciendo un chorro de oxígeno a alta presión en un recipiente giratorio especial que contiene el arrabio. Parte del carbono se oxida en monóxido de carbono , CO, y dióxido de carbono, CO2 . Esto también oxida las impurezas del arrabio. El recipiente gira y el arrabio procesado se puede separar de las impurezas oxidadas. Antes de mediados del siglo XIX, el arrabio del alto horno se convertía en hierro forjado , que es hierro comercialmente puro. En ese período, si se necesitaba acero, se calentaban variedades particularmente puras de hierro con carbón vegetal en un horno de cementación para producir acero blíster (con aproximadamente un 1-2% de carbono). Esto se podía purificar aún más utilizando la técnica del crisol , pero el acero era demasiado caro para usarlo a gran escala. Sin embargo, con la introducción del proceso Bessemer a fines de la década de 1850 y luego otros procesos, la producción de acero aumentó drásticamente. A fines del siglo XIX, la mayor parte del hierro se convertía en acero antes de su uso.
Los altos hornos de Cornwall Furnace necesitaban una enorme cantidad de carbón vegetal para mantenerlos encendidos y, de ese modo, crear una producción constante de hierro. La fabricación del carbón vegetal se convirtió en una industria en sí misma. Los árboles de madera dura se talaban, se secaban, se apilaban y se quemaban en pozos de 30 a 40 pies de diámetro (9,1 a 12,2 m). Un minero apilaba cuidadosamente la madera alrededor de una chimenea . La pila de madera se cubría con hojas y tierra y se prendía fuego en el centro. Se dejaba que los fuegos ardieran sin llama durante diez a catorce días, bajo la atenta supervisión del minero las 24 horas del día. Los mineros tenían cuidado de asegurarse de que se produjera suficiente calor para expulsar la humedad, el alquitrán y otras sustancias de la madera sin quemarla por completo. La madera no se carbonizaba hasta justo antes de que fuera necesaria para evitar que se mojara y se volviera inútil. La demanda de carbón vegetal era tan enorme que Cornwall Furnace utilizaba un acre entero de madera todos los días para fabricar carbón vegetal. [1]
El horno funcionaba veinticuatro horas al día, siete días a la semana, excepto cuando estaba cerrado por reparaciones. Cornwall Iron Furnace era capaz de producir 24 toneladas de hierro a la semana. [ cita requerida ] Una gran rueda hidráulica accionaba los fuelles. Carros cargados de carbón pasaban de un lado a otro entre el granero de carbón y el horno bajo un techo protector diseñado para mantener el carbón seco. Otros carros transportaban el mineral desde la mina hasta la parte superior del horno en la ladera. Luego, los trabajadores transportaban manualmente el carbón y el mineral al horno. Los canaleros trabajaban en la base del horno. Rastrillaban la arena de enfriamiento y cavaban canales para el arrabio fundido. A continuación, apilaban las barras de arrabio en el exterior. Las condiciones de trabajo eran muy difíciles. Las temperaturas dentro de la sala de fundición alcanzaban los 160 °F (71 °C).
Una operación de fabricación de hierro y carbón tan masiva y difícil requería una fuerza laboral enorme y endurecida . Solo el horno necesitaba hasta sesenta personas trabajando las veinticuatro horas del día en turnos de doce horas. El personal de apoyo de la fábrica de hierro incluía un empleado de la empresa, una multitud de carreteros , leñadores, mineros, granjeros y sirvientes domésticos. Había una gran brecha entre las clases. Los trabajadores se alojaban en casas pequeñas y trabajaban muy duro por salarios bajos. Los propietarios y supervisores del horno vivían en mansiones con un personal de sirvientes considerable. Los historiadores han comparado la vida en el horno con la vida en una baronía feudal .
En Cornwall Iron Furnace había tres grupos de trabajadores: mano de obra libre, sirvientes contratados y esclavos . La esclavitud era legal en Pensilvania hasta que se abolió gradualmente a partir de 1780, cuando se prohibió la importación de esclavos. La dirección de la fundición tuvo bastantes problemas con el personal de sirvientes contratados. Estos trabajadores no cualificados eran importados de Alemania , Inglaterra e Irlanda . Muchos de ellos trabajaron en Cornwall durante un breve periodo antes de finalmente huir.
Robert Coleman pasó de ser empleado administrativo en la oficina de un protonotario en Filadelfia a contable en Cornwall Iron Furnace y se convirtió en el primer millonario de Pensilvania. [2]
Coleman llegó a Filadelfia procedente de Irlanda en 1764. Después de trabajar como empleado y contable, adquirió un contrato de arrendamiento en Salford Forge, cerca de Norristown, en 1773 e inmediatamente obtuvo una ganancia considerable fabricando balas de cañón y municiones en Salford y Elizabeth Furnaces. Luego utilizó sus ganancias para comprar dos tercios de las acciones de Elizabeth Furnace, acciones de Cornwall y Upper y Lower Hopewell Furnaces (no la Hopewell Furnace de nombre similar ) y la propiedad de Speedwell Forge . Pronto Coleman pudo construir Colebrook Furnace, comprar el resto de Elizabeth Furnace y adquirir el 80% de la propiedad de Cornwall Furnace y las minas de mineral cercanas. Sus adquisiciones comerciales y las ganancias derivadas de ellas le permitieron convertirse en el primer millonario de la historia de Pensilvania.
George Dawson Coleman era nieto de Robert Coleman e hijo de James Coleman. George Dawson Coleman se casó con Deborah Brown de Filadelfia y tuvo varios hijos, entre ellos Ann Coleman, quien se mudó a Francia y revitalizó el Château de Villandry (junto con su esposo Joachim Carvallo ).
George Dawson Coleman controlaba gran parte de la fortuna de hierro de los Coleman junto con su hermano Robert. George adquirió un mayor control de las minas de mineral en Cornwall y pudo experimentar con hornos de hierro que funcionaban con carbón antracita en lugar de coque. También invirtió en la expansión del ferrocarril y construyó casas, una escuela y una iglesia para sus empleados. Era muy querido por su comunidad y llegó a servir varias veces en la Legislatura del Estado de Pensilvania. (Varias iglesias construidas por la familia Coleman todavía existen en la zona y se las conoce como Capillas Coleman).
George supervisó muchas mejoras en la producción de Cornwall Iron Furnace. Los fuelles fueron reemplazados por "tubos de soplado". Los cubas de soplado eran bombas de aire accionadas por pistones y contenedores que contenían aire comprimido y lo introducían en los hornos. La rueda hidráulica fue reemplazada por una máquina de vapor en 1841. Y la chimenea del horno fue reconstruida en la década de 1850.
En 1848, los Coleman cedieron la supervisión directa de Cornwall Iron Furnace a John Reynolds, quien actuó como tutor de los hijos menores de Thomas B. Coleman. Fue el padre de John F. Reynolds , un graduado de West Point . John Fulton Reynolds fue nombrado general y fue el primer general de la Unión en caer en la batalla de Gettysburg . El mayor de los Reynolds dirigió la caldera hasta su muerte en 1853.
Robert Habersham Coleman fue el descendiente de la cuarta y última generación de los Coleman. Cerró las instalaciones en 1883 y abrió nuevas instalaciones para la empresa. En 1881, cuando se hizo cargo del negocio de su familia, Coleman tenía una fortuna de unos siete millones de dólares. En 1889 se estimó que tenía una fortuna de treinta millones de dólares. En 1893, la fortuna había desaparecido. Una de sus casas, Cornwall Hall, era un "símbolo del ascenso, la fama y la decadencia del "rey" de Cornualles (Pensilvania) durante la Edad Dorada de Estados Unidos ".
El horno de hierro de Cornualles quedó obsoleto en la década de 1880. Los procesos Bessemer y de hogar abierto para crear acero , la sustitución del carbón vegetal por coque y carbón antracita , el descubrimiento de depósitos de hierro en Iron Range en Minnesota cerca del Lago Superior y la construcción de fábricas modernas en Pittsburgh , Steelton y Bethlehem provocaron el fin de la producción de hierro en Cornualles. Cornwall Furnace ya no obtuvo beneficios en sus últimos diez años de funcionamiento y el último propietario, Robert Habersham Coleman, lo cerró el 11 de febrero de 1883. En 1932, el horno y los edificios auxiliares fueron cedidos por Margaret Coleman Buckingham y desde entonces han sido restaurados y abiertos al público.