Newland Furnace, Duddon e Workington: ferro e aço na Cumbria industrial

Bloomeries: o ferro antes dos altos-fornos

O método mais antigo de produzir ferro em Cumbria era fundir o minério numa pequena fornalha ou lareira chamada bloomery, usando carvão vegetal como combustível. Esses locais ficavam normalmente perto das matas que forneciam carvão, e não junto aos campos de minério, porque o processo consumia enormes quantidades de combustível leve e frágil, difícil de transportar.

Uma bloomery típica de Lakeland tinha base de argila e pedra e uma torre de aproximadamente a altura da cintura, construída em argila sobre estrutura de carvalho. O diâmetro interno na base podia ficar entre 30 e 40 centímetros. O carvão era aceso, foles elevavam a temperatura e novas cargas eram adicionadas até a fornalha estar cheia.

Quando a temperatura alcançava algo entre 950°C e 1.125°C, entravam pequenas porções de minério e mais carvão. Uma carga típica de 15 kg de minério, acompanhada de quantidade semelhante de carvão, produzia apenas cerca de 1,5 kg de bloom, massa de ferro suficiente para uma ou duas ferramentas agrícolas. Na Idade Média, fornalhas maiores já produziam blooms de 5 a 10 kg.

O controle da temperatura era essencial. Aquecimento insuficiente não reduzia o minério; calor excessivo fazia o ferro absorver carbono e virar ferro fundido, material quebradiço e pouco útil para os objetivos daquele processo. Quando a redução terminava, a massa era retirada com tenazes longas e martelada para expulsar escória e consolidar o ferro. O resultado era ferro forjado, capaz de ser martelado, comprimido ou laminado.

Da força humana às bloomeries hidráulicas

As bloomeries mais antigas, da Idade do Ferro à Idade Média, usavam foles operados à mão ou com os pés. A água podia estar presente para lavar minério ou preparar argila, mas não acionava a produção.

Essas instalações eram numerosas, temporárias e sazonais. Muitas vezes o principal vestígio arqueológico é o monte de escória ou carvão queimado, e não a própria fornalha. Cumbria possui uma das maiores concentrações conhecidas na Grã-Bretanha, com 247 sítios reconhecidos dentro dos limites do Lake District National Park.

A partir de aproximadamente 1300 surgiram fornalhas maiores, às vezes chamadas stringhearths, agora com rodas d’água acionando os foles. A capacidade podia chegar a 12–15 toneladas anuais. Nos séculos XVII e início do XVIII, a energia hidráulica também passou a movimentar martelos das forjas, criando bloomforges ou bloomsmithies.

Em Muncaster Head, a bloomery de 1657 recebia água por um canal vindo do River Esk. Force Forge tinha três rodas d’água para os foles de duas lareiras e para o grande martelo. A produtividade cresceu muito: uma bloomforge podia produzir tanto quanto dez bloomeries, chegando a 50 toneladas anuais, embora algo em torno de 20 toneladas fosse mais comum em Lakeland.

Furness Fells e a indústria do século XVII

Furness Fells tornou-se um dos principais centros do ferro no século XVII, com locais como Cunsey, Force, Hacket, Low Wood, Coniston, Spark Forge, Burblethwaite, Cartmel Forge, Backbarrow e Stoney Hazel. Outros pontos importantes existiam em toda Cumbria.

Mesmo com essa dispersão, a produção regional ainda era pequena no contexto britânico. Em 1660, estima-se que todo o bar iron produzido ali somasse cerca de 250 toneladas, aproximadamente um centésimo da produção nacional.

O aumento de atividade criou falta de carvão vegetal. Entre 1564 e 1616, moradores em terras do Ducado de Lancaster nos Furness Fells chegaram a ser proibidos de fabricar ferro, salvo para uso doméstico, numa tentativa de preservar as matas. A expansão posterior das bloomforges acompanhou formas mais sustentáveis de manejo florestal.

Altos-fornos e a produção indireta

A necessidade de produzir mais levou à substituição gradual do processo direto das bloomeries por um sistema em duas etapas. O minério era primeiro transformado em ferro fundido num alto-forno; depois, o excesso de carbono era removido numa forja de conversão para produzir ferro forjado.

O resultado final ainda era ferro forjado e, no início, o sistema continuava usando carvão vegetal e força hidráulica, mas em escala muito maior. Um alto-forno podia fazer duas corridas diárias de aproximadamente duas toneladas, chegando a cerca de 28 toneladas por semana ou 1.450 por ano. O processo podia continuar durante semanas ou meses, frequentemente até acabar o estoque de carvão.

Os primeiros altos-fornos eram estruturas maciças de alvenaria. Um exemplo típico podia ter cerca de 20 pés de altura e 20 pés de lado na base. Minério, carvão e calcário eram carregados pela parte superior. O calcário atuava como fundente e ajudava a retirar impurezas. Em Backbarrow, a região do cadinho interno media apenas cerca de dois pés quadrados por dois pés de profundidade.

Carvão vegetal, coque e a expansão do século XIX

Durante muito tempo, o carvão vegetal limitou o tamanho da indústria. A chegada do coque e do vapor permitiu romper esse limite. Altos-fornos cresceram, passaram a usar sopro quente em vez de frio, mais ventaneiras, cadinhos redondos, topo fechado para reaproveitar gases e motores a vapor.

Em Cleator Moor, por exemplo, os fornos originais de alvenaria foram substituídos em 1862 por unidades revestidas de aço e com topo fechado. O resultado foi um salto extraordinário: a produção de ferro-gusa em Cumberland passou de pouco mais de 25 mil toneladas em 1856 para mais de um milhão de toneladas em 1882.

O ferro-gusa não era um produto único. Backbarrow, por exemplo, fabricava cerca de dez qualidades diferentes, e clientes continuaram encomendando-as pelo nome até a década de 1950.

Finery, chafery e o ferro forjado

Na produção de ferro forjado, o primeiro estágio era a finery hearth, equipada com dois sopros de ar: um para aquecer o fogo e outro dirigido sobre o metal. O oxigênio reagia com o carbono do ferro fundido e o removia. O material refinado era martelado em blooms ou anconies e seguia para a chafery, onde era reaquecido e transformado em chapas ou barras.

Grande parte dessas barras saía de Cumbria para Midlands, Bristol ou Liverpool, sendo usada em âncoras, correntes e construção naval. Em 1767, barras de Backbarrow eram transformadas em chapas em Cark Forge. Mais tarde, a mesma empresa produziu chapas para caldeiras de máquinas.

Forjas podiam ficar junto aos altos-fornos ou ocupar antigos locais de produção. Direitos de água, canais e áreas de armazenamento de carvão continuavam úteis. Em média, um alto-forno podia alimentar quatro ou cinco forjas.

Puddling: o auge do ferro forjado

O ferro forjado dominou até a década de 1870. Para acompanhar a produção cada vez maior dos altos-fornos, a etapa de refino passou da finery forge para o puddling furnace. Esse forno tinha duas câmaras: uma para o fogo de carvão e outra para o ferro fundido, evitando contato direto do combustível com o metal.

As chamas eram refletidas sobre o ferro e um sopro de ar ajudava a remover carbono. Em Workington, a West Cumberland works chegou a usar 32 fornos de puddling para produzir chapas de ferro forjado.

Do aço de cementação ao Bessemer

O aço ocupa uma faixa de teor de carbono entre o ferro forjado, com cerca de 0,1%, e o ferro fundido, que pode conter de 3% a 5%. Há diferentes famílias: aço doce, aços carbono e aços ligados.

Desde o início do século XVIII, aço carbono era produzido em fornos de cementação. Barras de ferro forjado eram colocadas em caixas de argila refratária com carvão vegetal. Como as caixas eram seladas, impurezas do carvão mineral usado para aquecer não contaminavam o metal. O forno de cadinho, desenvolvido depois, refundia o produto para deixá-lo mais uniforme, mas o método era lento e caro e ficava restrito a armas, ferramentas de corte e pequenas peças de relógios.

Em Cumbria, há referência a um complexo em Cleator com seis fornos cônicos em funcionamento em 1794, possivelmente adaptado para conversão de aço por uma empresa de Yorkshire. O local foi abandonado e demolido em 1799.

Moss Bay e o aço Bessemer

O grande salto veio com o conversor Bessemer de 1856. Um forte jato de ar provocava uma reação que aumentava a temperatura e queimava carbono e outras impurezas do ferro-gusa. Depois, uma pequena quantidade de carbono podia ser devolvida para obter a composição desejada.

O minério de West Cumberland e Furness, quase livre de fósforo, era especialmente adequado ao processo. O aço podia substituir o ferro forjado em quase todos os usos, era mais rápido e barato de fabricar e permitia chapas e perfis estruturais de dimensões maiores.

Algumas siderúrgicas, como Ulverston, concentravam-se em ferro-gusa para fundições ou exportação. Backbarrow abastecia entre 200 e 300 forjas na Europa e nos Estados Unidos, incluindo empresas tão diferentes quanto Fiat e Singer Sewing Machines.

Em Moss Bay, Workington, uma planta Bessemer e um laminador foram instalados em 1877. A unidade começou com três conversores de oito toneladas, depois ampliados para quinze toneladas e, em 1934, substituídos por dois conversores de 25 toneladas. A produção de aço Bessemer em Cumberland subiu de mais de 127 mil toneladas em 1879 para mais de 580 mil toneladas na virada do século.

Open hearth, arco elétrico e Millspray

O Bessemer foi complementado pelo forno de open hearth, usado de 1866 até os anos 1960. A carga, que podia incluir sucata, era aquecida em um forno reverberatório. Em outras regiões britânicas, o processo tornou-se dominante para produção em massa; em Cumbria teve papel menor.

A West Cumberland works, em Workington, construiu dois fornos open hearth em 1880 para refundir sucata dos laminadores. Moss Bay instalou uma pequena unidade em 1904 e chegou a operar nove fornos maiores até 1922.

Durante a Segunda Guerra Mundial chegaram os fornos elétricos a arco, primeiro em Moss Bay e depois em Distington, em Chapel Bank. Ali, quatro fornos de vinte toneladas produziam aços ligados naquela que era então a maior planta desse tipo na Grã-Bretanha.

Nos últimos anos da siderúrgica de Millom, antes do fechamento em 1968, foi testado um processo localmente conhecido como Millspray: jatos de oxigênio tratavam o ferro enquanto ele saía do alto-forno. Era mais um capítulo da longa sequência de técnicas que transformaram o ferro de pequenas bloomeries em produção siderúrgica em massa.

De Newland Furnace a Workington

A história do ferro e do aço em Cumbria não é uma linha simples de substituição tecnológica. Bloomeries, bloomforges, altos-fornos a carvão vegetal, coque, puddling, Bessemer, open hearth e arco elétrico coexistiram em diferentes períodos e locais.

Nomes como Newland Furnace, Duddon, Backbarrow, Cleator Moor, Barrow e Moss Bay registram essa transformação na paisagem. O fechamento das siderúrgicas no século XX reduziu drasticamente a produção local, mas deixou uma das concentrações mais ricas de arqueologia industrial ligada ao ferro no norte da Inglaterra.

O que entrava num alto-forno

Um pequeno alto-forno inicial podia receber, por carga, cerca de 200 kg de minério de ferro, 100 kg de carvão vegetal e 20 kg de calcário, produzindo aproximadamente 100 kg de ferro fundido. A maior parte desse metal seguia para forjas de conversão, dentro ou fora de Cumbria, especialmente para South Wales e Midlands.

O trabalho direto de um forno podia envolver sete homens: dois founders ou responsáveis pelo funcionamento, três carregadores e dois ajudantes que preparavam os cestos. Outros trabalhadores torravam minério para retirar impurezas e recuperavam pedaços de ferro e carvão da escória. Mulheres e crianças também podiam auxiliar nessas tarefas.

A enorme fome de carvão vegetal

Os primeiros altos-fornos consumiam quantidades enormes de carvão. Em 1712, a Backbarrow Company cortava madeira e produzia combustível em Ambleside, Skelwith, Rosthwaite, Borrowdale, Ulpha, Duddon Bridge, Troutbeck, Borrans, Long Sleddale, Winster, Arnside e vários outros locais. A área de abastecimento florestal precisava ser muito maior que o terreno ocupado pelo próprio forno.

Entre os locais de altos-fornos a carvão vegetal registrados em Cumbria estavam Cleator (1694), Backbarrow (1711), Cunsey (1712), Little Clifton (1723), Duddon e Nibthwaite (1736), Newland (1746), Low Wood e Wilson House (1747) e Penny Bridge (1748). Alguns fizeram experiências com coque ou foram depois convertidos.

Por que o coque venceu

Problemas iniciais de refino do ferro-gusa produzido com coque foram resolvidos em meados do século XVIII. Depois disso, o coque substituiu rapidamente o carvão vegetal. Em 1788, dos 86 altos-fornos em funcionamento na Grã-Bretanha, sessenta já queimavam coque e apenas 26 continuavam com carvão vegetal.

O carvão mineral comum era barato e abundante, mas trazia enxofre e outras impurezas e não se comportava bem como carga de alto-forno. Transformado em coque, tornava-se mais resistente, suportava maior coluna de minério e permitia temperaturas mais altas. Isso aumentava tanto a quantidade fundida por campanha quanto a fluidez do metal, ampliando a variedade de peças que podiam ser vazadas diretamente.

No século XIX, mais de vinte locais de Cumbria receberam altos-fornos a coque, entre eles Cleator Moor, Workington Oldside, Harrington, Barrow-in-Furness, Askam-in-Furness, Millom, Maryport, Whitehaven, Moss Bay, Parton e Ulverston.

O catálogo de produtos de Seaton Ironworks

Um anúncio de 1802 da Seaton Ironworks mostra até onde a fundição já havia avançado. A empresa oferecia máquinas para indústrias de lã, algodão e linho; componentes de máquinas a vapor; chapas e peças de caldeira; equipamentos para cervejarias; fogões; parafusos e caixas para moinhos de papel, estaleiros e tabaqueiros; rodas, trilhos para minas, ferro em barras, chapas de caldeira e diferentes tipos de barras e aros.

Não era mais uma produção limitada a ferramentas locais. O alto-forno estava ligado a uma economia regional de minas, transportes, têxteis, navegação e construção de máquinas.

Sopro quente, topo fechado e produção em massa

Ao longo do século XIX, os altos-fornos cresceram e incorporaram mudanças importantes: sopro de ar quente, cadinhos redondos, maior número de ventaneiras, reaproveitamento de escória na carga, topo fechado para recuperar gases e, cada vez mais, motores a vapor.

O uso de água não desapareceu imediatamente. Backbarrow continuou com foles movidos hidraulicamente até 1921. Mas a tendência geral era inequívoca: maior controle de temperatura, mais carga e campanhas mais longas.

Backbarrow e mercados internacionais

Nem todas as siderúrgicas seguiram o mesmo modelo. Algumas, como Ulverston, concentraram-se no ferro-gusa para fundições locais ou exportação. Backbarrow tornou-se fornecedora de centenas de forjas na Europa e nos Estados Unidos, desde pequenos clientes até empresas como Fiat e Singer Sewing Machines.

Essa especialização ajuda a explicar por que o ferro-gusa de Backbarrow era vendido em cerca de dez qualidades diferentes e por que clientes continuavam pedindo essas qualidades pelo nome até os anos 1950.

Moss Bay como último grande centro

À medida que as siderúrgicas de Cumbria fecharam no século XX, Moss Bay permaneceu como principal sobrevivente. Produziu aço para trilhos até 1974. Depois disso, lingotes vindos de Teesside eram reaquecidos e laminados em Workington.

O caso mostra a transformação final do setor: de uma indústria que controlava minério, altos-fornos, conversores e laminação localmente para uma operação que recebia metal produzido em outra região e realizava apenas as etapas finais.

Escória, química e a diferença entre ferro forjado e fundido

Dentro da bloomery, o carbono retirava oxigênio do minério e formava monóxido de carbono, deixando para trás uma massa esponjosa de ferro parcialmente fundido. A temperatura precisava permanecer dentro de uma faixa estreita: alta o bastante para reduzir o minério, mas não tão alta a ponto de incorporar carbono demais.

Nos altos-fornos, esse limite era deliberadamente ultrapassado. O objetivo passava a ser obter metal completamente líquido. Ferro e escória acumulavam-se no cadinho e eram retirados em intervalos. O ferro fundido continha normalmente 3% a 4% de carbono, além de elementos como enxofre, silício e manganês. Para transformá-lo em ferro forjado, era necessário retirar boa parte desse carbono em etapas posteriores.

Essa distinção explica por que o alto-forno não substituiu simplesmente a antiga forja com um produto idêntico. Ele criou um processo industrial em duas etapas, capaz de gerar enorme quantidade de ferro-gusa e depois converter apenas o necessário conforme o mercado.

Como funcionava uma bloomforge

A bloomforge era uma instalação permanente, em grande parte de madeira, normalmente com cobertura de ardósia sobre a área de trabalho. A lareira de fundição tinha cerca de 1,5 a 2 pés de profundidade e era revestida com placas de ferro. O espaço era preenchido com carvão vegetal e o minério, quebrado em pedaços muito pequenos, colocado por cima.

Uma ventaneira atravessava a parede e recebia ar dos foles acionados por roda d’água. As temperaturas mais altas faziam componentes não ferrosos do minério se combinarem com parte do óxido de ferro, formando escória líquida que podia ser drenada. A massa metálica era retirada com tenazes, reaquecida e consolidada sob grandes martelos de queda movidos pela água.

A perda de ferro na escória podia cair para algo em torno de 10%, uma eficiência muito melhor que a das bloomeries mais primitivas. Essa foi uma das razões para a concentração gradual da produção em instalações permanentes.

Uma rede de forjas espalhada por Cumbria

Coniston Forge, por exemplo, vendia barras em Keswick, Egremont, Bootle, Ulverston, Ambleside e Kendal. Milnthorpe Forge atendia principalmente South Westmorland e North Lancashire, mas parte da produção seguia por via costeira até locais como Preston.

Essa distribuição ajuda a entender por que os sítios não estavam necessariamente junto ao minério. Carvão, direitos de água e acesso a mercados podiam ser mais importantes que a proximidade imediata da jazida. A indústria era um sistema regional, no qual minério, combustível e produto acabado percorriam rotas diferentes.

A sequência dos altos-fornos a carvão vegetal

A cronologia regional registra Cleator em 1694, Backbarrow em 1711, Cunsey em 1712, Leighton em 1713, experiências em Flimby em 1715, Little Clifton em 1723, Frizington em 1728, Duddon e Nibthwaite em 1736, Newland em 1746, Low Wood e Wilson House em 1747 e Penny Bridge em 1748. Maryport e Seaton vieram depois e passaram por experiências com coque.

Algumas dessas instalações duraram pouco; outras atravessaram séculos de transformação. Backbarrow é um exemplo de longa permanência industrial, enquanto Newland combinou fases de alto-forno, conversão de combustível e produção posterior em cupolas.

Por que o minério de Cumbria era tão valioso para Bessemer

O processo Bessemer tinha uma limitação química importante: minérios com muito fósforo criavam dificuldades. A hematita de West Cumberland e Furness era valorizada justamente por ser quase livre desse elemento. Isso deu vantagem às siderúrgicas locais quando o novo processo começou a se espalhar.

Moss Bay inicialmente fornecia o chamado Bessemer iron a outras siderúrgicas britânicas e estrangeiras. Ao instalar seus próprios conversores e laminadores em 1877, passou a capturar uma etapa de maior valor dentro da cadeia. Os conversores cresceram de 8 para 15 e depois 25 toneladas, acompanhando a passagem de uma produção regional para uma operação industrial em larga escala.

A lógica do open hearth

O forno de open hearth oferecia uma vantagem diferente: podia aceitar uma mistura mais flexível de matérias-primas, inclusive sucata. A carga ficava numa soleira rasa de areia de sílica vitrificada e recebia calor refletido. A técnica era mais lenta que o Bessemer, mas oferecia controle sobre a composição.

Em Workington, dois fornos desse tipo foram instalados em 1880 principalmente para refundir sucata dos laminadores. Moss Bay começou com uma pequena unidade em 1904 e chegou a nove fornos maiores antes de 1922. Mesmo assim, Cumbria permaneceu mais associada ao Bessemer do que outras regiões britânicas, onde open hearth se tornou dominante.

Do minério ao produto acabado

A evolução tecnológica alterou também o tipo de produto possível. A bloomery produzia pequenas quantidades adequadas a ferramentas e barras. O alto-forno permitiu fundir peças diretamente. O puddling ampliou chapas de ferro forjado. Bessemer e open hearth tornaram viável fabricar grandes volumes de aço para trilhos, perfis e chapas estruturais.

Por isso, a história regional do ferro não pode ser separada das ferrovias, navios, minas e máquinas que consumiam o metal. A própria expansão ferroviária aumentou a demanda por trilhos e ao mesmo tempo criou o sistema capaz de levar minério, carvão e coque aos complexos siderúrgicos.

Escala regional e distribuição do ferro

Mesmo nos séculos XVI e XVII, quando a produção era pequena em comparação com centros nacionais, o ferro de Cumbria já circulava por uma rede regional ampla. Barras de Coniston Forge eram vendidas em Keswick, Egremont, Bootle, Ulverston, Ambleside e Kendal. Milnthorpe atendia South Westmorland e North Lancashire e também enviava produção pela costa.

Esse comércio ajudou a sustentar uma especialização industrial antes da chegada das grandes ferrovias. O transporte por rios, estradas e navegação costeira ligava forjas relativamente pequenas a mercados que iam muito além da aldeia mais próxima.

Por que o puddling ganhou importância

Quando os altos-fornos começaram a produzir ferro-gusa em volumes muito maiores, as antigas finery forges se tornaram um gargalo. O puddling furnace respondia a esse problema porque permitia refinar mais metal sem deixar o combustível mineral em contato direto com o ferro.

Em Workington, a presença de 32 fornos de puddling mostra a escala alcançada. A técnica sustentou a fabricação de chapas de ferro forjado justamente no período em que construção naval, ferrovias e engenharia pesada pediam componentes maiores e mais uniformes.

Aço não era um único material

À medida que a siderurgia avançou, a palavra “aço” passou a cobrir materiais com propriedades muito diferentes. Aço doce tinha em torno de 0,25% de carbono; aços carbono podiam variar de 0,25% a cerca de 1,4%; aços ligados incorporavam outros elementos para modificar resistência, dureza ou comportamento térmico.

Essa diversidade ajudou o aço a ocupar usos antes reservados tanto ao ferro forjado quanto ao fundido. O avanço não foi apenas de quantidade, mas de capacidade de escolher uma composição para uma função específica.