Уильям Келли: Забытый пионер сталелитейного производства.

Введение

Американский предприниматель

Уильям Келли (21 августа 1811 – 11 февраля 1888), родившийся в Питтсбурге, штат Пенсильвания, был американским изобретателем. Ему приписывают роль одного из изобретателей современного производства стали благодаря процессу продувки расплавленного железа воздухом, с которым он экспериментировал в начале 1850-х годов. Аналогичный процесс был независимо открыт Генри Бессемером и запатентован в 1855 году. В результате финансовой паники 1857 года компания, уже имевшая лицензию на процесс Бессемера, смогла выкупить патенты Келли и лицензировать оба процесса по единой схеме под именем Бессемера. Вклад Келли в изобретение этого процесса остаётся гораздо менее известным.

Ранние годы

Келли изучал металлургию в Западном университете Пенсильвании. Вместо того чтобы устроиться на работу ученым, Келли, его брат и его зять открыли торговлю бакалеей и комиссионный бизнес, который они назвали McShane & Kelly. После того, как пожар уничтожил их склад, Уильям и его брат Джон решили в 1847 году переехать в Эддивилл, штат Кентукки, чтобы заняться производством железа.

Производство железа и стали

В 1846 году они приобрели предприятие по производству чугуна в округе Лайон на реке Камберленд, известное как Eddyville iron work. Затем они переименовали завод в Kelly & Company.

Традиционные методы

До того, как Келли и Бессемер заново открыли технологию продувки расплавленного железа воздухом, железо было доступно в виде чугуна – прочного, но хрупкого металла, получаемого в доменной печи путем обработки железной руды коксом, полученным из угля, и кованого железа – более пластичного и гибкого металла, производимого путем нагрева железной руды в среде с низким содержанием кислорода в горне, нагреваемом древесным углем, что приводило к образованию "криц" – кусков железа весом от 45 до 90 килограммов, содержащих очень мало углерода и примесей шлака. Эти крицы затем приходилось многократно обрабатывать, проковывая их молотом (ручным или, позднее, паровым) и складывая, чтобы удалить шлак. Полученное железо можно было превратить в сталь, нагревая его в течение длительного времени в запечатанных каменных ящиках с древесным углем, для повторного насыщения углеродом. Затем сталь можно было формовать в более крупные изделия, нагревая до температуры сварки и соединяя вместе. Другие трудоемкие и дорогостоящие методы позволяли получать небольшие количества стали из специальных руд.

Улучшения Келли и Бессемера

Келли начал экспериментировать со своим "процессом воздушного кипения" – продувкой воздуха через расплавленное железо для снижения содержания углерода – в 1850-х годах. Его первоначальной целью было сократить количество топлива, необходимого для производства железа и стали, из-за огромного количества древесины, требуемой для получения древесного угля. Он обнаружил, что подаваемый воздух не охлаждает расплавленное железо, а вместо этого соединяется с углеродом, заставляя железо кипеть и бурно гореть, пока содержание углерода значительно не уменьшится, улучшая качество железа или превращая его в сталь. В его открытие могли внести вклад его работники-металлурги. Согласно биографии Келли, в 1854 году он нанял китайских рабочих-металлургов через нью-йоркский чайный дом. Историк металлургии Дональд Вагнер отмечает, что аналогичный процесс уже существовал в Китае, и что китайские рабочие Келли, вероятно, были знакомы с поведением расплавленного чугуна под воздействием воздушной струи. Инженер Уильям Филлипс, после посещения Эддивилла, в 1899 году написал, что "китайцы очищали железо продувкой воздуха сквозь него за много лет до этого, и я полагаю, что Келли, нанимая китайских рабочих, естественно, хотел бы воспользоваться услугами тех, кто обладает знаниями в области металлургии". Келли получил высшее металлургическое образование, в то время как Бессемер в своей автобиографии не упоминал об образовании, кроме практических навыков литья и обработки, полученных на литейном заводе его отца, и заявлял в 1854 году: "Мои знания в области металлургии железа в то время были весьма ограничены", однако ему каким-то образом удалось построить, без длительной серии последовательных улучшений, рабочий конвертер для продувки воздуха через расплавленное железо и его преобразования в сталь. Однако Бессемер был известным изобретателем многих промышленных процессов до изобретения бессемеровского процесса, и о потенциале продувки воздуха через железо было известно задолго до того, как Бессемер или Келли подали заявку на патент, например, в процессе производства железа в горнах и в экспериментах, проведенных в 1840-х годах Джеймсом Насмитом. В сентябре 1856 года патент Бессемера был опубликован в журнале Scientific American. Келли написал письмо в журнал в октябре 1856 года, в котором описывал свои ранние эксперименты и утверждал, что английские рабочие на его заводе проинформировали Бессемера об экспериментах Келли. Келли пишет: "У меня есть основания полагать, что мое открытие было известно в Англии три или четыре года назад, поскольку несколько английских пудлингов посетили это место, чтобы увидеть мой новый процесс. Некоторые из них впоследствии вернулись в Англию и могли рассказать о моем изобретении". Сын Келли позже выдвинул неподтвержденное утверждение о том, что Бессемер лично посетил Эддивилл, чтобы тайно изучить эксперименты Келли.

Kelly started experimenting with his "air boiling process," a process of blowing air up through molten iron to reduce the carbon content, in the 1850s. His initial goal was to reduce the amount of fuel required for iron and steel making, because of the immense amount of timber required to make the charcoal. He discovered that the injected air did not cool the molten iron, but instead combined with the carbon to cause the iron to boil and burn violently until the carbon was greatly reduced, improving the quality of the iron or converting it to steel. His iron workers may have contributed to his discovery. According to Kelly's biography, in 1854 he hired Chinese iron workers through a New York teahouse. Historian of metallurgy Donald Wagner notes that a similar process was already extant in China, and that Kelly's Chinese iron workers were likely familiar with how molten cast iron behaved under an air blast. The engineer William Phillips, after a trip to Eddyville, wrote in 1899 that "the Chinese had refined iron by blowing air into it a great many years ago, and I have thought that Kelly, in asking for Chinese laborers, would naturally require the services of those who had some knowledge of the iron business." Kelly was college educated in metallurgy, while Bessemer in his autobiography described no education, other than a practical knowledge of typecasting and machining learned at his father's type foundry, stating in 1854, "My knowledge of iron metallurgy was at that time very limited ", but somehow he was able to build, without a long series of progressive improvements, a functioning converter to blow air into molten iron and convert it to steel. However, Bessemer was a renowned inventor of many industrial processes before he invented the Bessemer process and the potential of blowing air through iron had long been known about before either Bessemer or Kelly applied for a patent, such as in the finery process and in experiments undertaken in the 1840s by James Nasmyth. In September 1856, Bessemer's patent was reported by Scientific American. Kelly wrote a letter to the magazine in October 1856 describing his earlier experiments and asserted that the English workmen at his plant had informed Bessemer of Kelly's experiments. Kelly writes, "I have reason to believe my discovery was known in England three or four years ago, as a number of English puddlers visited this place to see my new process. Several of them have since returned to England and may have spoken of my invention there." Kelly's son would later make the unsubstantiated allegation that Bessemer had personally visited Eddyville to secretly learn from Kelly's experiments.

Возобновление патента

В 1871 году Патентное ведомство США продлило патент Келли на 7 лет, отклонив заявки на продление от Бессемера и Роберта Форестера Мушета, которые также получили патенты на этот процесс. Продление патента Бессемера было отклонено исключительно потому, что его британский патент, срок действия которого был синхронизирован с ним, истек по окончании четырнадцатилетнего срока, и предоставление Бессемеру защиты в Соединенных Штатах, в то время как британские производители железа не находились бы под аналогичными ограничениями, было бы несправедливо. Если бы не это обстоятельство, Бессемер, вероятно, получил бы продление.

Банкротство Келли

Финансовая паника 1857 года привела к банкротству Келли, и он был вынужден продать свой патент. Поскольку патенты были лицензированы совместно, споры о приоритете изобретения перестали представлять интерес для делового мира. Келли получал лишь около 5% от патентных отчислений, выплачиваемых Бессемеру, а процесс стал известен под именем Бессемера. Бессемер уже владел известным сталелитейным производством в Англии, в то время как Келли был малоизвестен.

Бессемер Сталь

Компании, владеющие патентами Келли и Бессемера, начали продавать продукт под названием "Bessemer Steel" в 1866 году. Бессемеровский процесс значительно снизил стоимость стали и повысил её качество, что обеспечило промышленный рост Соединенных Штатов с 1865 года до начала 1900-х годов. В начале XX века бессемеровский процесс был вытеснен процессом открытой горки.

Позднейшая жизнь Келли

Келли работал в Луисвилле, штат Кентукки, всю оставшуюся жизнь, изготавливая топоры, а также занимаясь операциями с недвижимостью и банковским делом. Он умер там 11 февраля 1888 года.