היסטוריה קצרה של פלדה ותהליך בסמר

תנורי פיצוץ פותחו לראשונה על ידי הסינים במאה ה 6 לפנה"ס, אך הם שימשו באופן נרחב יותר באירופה במהלך ימי הביניים והגדילו את ייצור הברזל היצוק. בטמפרטורות גבוהות מאוד ברזל מתחיל לספוג פחמן, מה שמוריד את נקודת ההיתוך של המתכת, וכתוצאה מכך יציקה ברזל (2.5 אחוז עד 4.5 אחוז פחמן).

ברזל יצוק הוא חזק, אך הוא סובל מברירות בגלל תכולת הפחמן שלו, מה שהופך אותו פחות אידיאלי לעבודה ולעיצוב. ככל שהתברר המטלורגיסטים שתכולת הפחמן הגבוהה בברזל הייתה מרכזית בבעיית שבירות, הם ניסו שיטות חדשות להפחתת תכולת הפחמן בכדי לייצר יותר ברזל מעשיים.

מודרני יצירת מתכות התפתח מימי המוקדמות הללו של ייצור ברזל והתפתחויות עיקריות בתחום הטכנולוגיה.

בסוף המאה ה -18, יצרני הברזל למדו כיצד להפוך ברזל חזיר יצוק לברזל יצוק בעל פחמן נמוך באמצעות תנורים שלוליות, שפותחו על ידי הנרי קורט בשנת 1784. ברזל חזיר הוא הברזל המותך שנגמר מתנורי הפיצוץ ומקורר בתעלה הראשית ותבניות סמוכות. זה קיבל את שמו מכיוון שהטבעות הקטנות הגדולות, המרכזיות והסמוכות יותר, דמו לזרעה וחזירונים יונקים.

לייצור ברזל יצוק, התנורים מחוממים ברזל מותך שהיה צריך לערבב על ידי שלוליות בעזרת כלים ארוכים בצורת משוט, מה שמאפשר לחמצן להשתלב עם ולהוציא לאט את הפחמן.

ככל שתכולת הפחמן יורדת, נקודת ההיתוך של הברזל עולה, כך שהמוני ברזל יצטופפו בכבשן. המונים אלו יוסרו ויעבדו עם פטיש הזיוף על ידי השלולית לפני שיגלגלו אותם לסדינים או לפסים. עד שנת 1860 היו יותר מ -3,000 תנורים לשלוליות בבריטניה, אך התהליך נותר מפריע בגלל עבודתו ועוצמת הדלק.

פלדת שלפוחית ​​- אחת הצורות הקדומות ביותר של פלדהייצור בייגרי בגרמניה ובאנגליה במאה ה -17 והופק על ידי הגדלת תכולת הפחמן בברזל חזיר מותך באמצעות תהליך המכונה מלט. בתהליך זה, סורגי ברזל יצוק שכבו בפחם אבקה באדני אבן וחוממו.

לאחר כשבוע, הברזל היה סופג את הפחמן בפחם. חימום חוזר ונשנה יפיץ פחמן בצורה אחידה יותר והתוצאה, לאחר הקירור, הייתה שלפוחית ​​שלפוחית. תכולת הפחמן הגבוהה הפכה פלדת שלפוחית ​​לעבודה הרבה יותר מברזל חזיר, מה שמאפשר להלחץ אותה או לגלגל אותה.

ייצור פלדת שלפוחית ​​התקדם בשנות הארבעים של המאה העשרים, כאשר השעון האנגלי בנימין האנטסמן גילה שהמתכת יכולה נמס בכור היתוך מחימר ומזוקק בשטף מיוחד להסרת סיגים שתהליך המלט הותיר אחריו. האנטסמן ניסה לפתח פלדה איכותית למעיינות השעון שלו. התוצאה הייתה פלדה כור היתוך - או יצוקה. בשל עלות הייצור, לעומת זאת, שלפוחית ​​ופלדה יצוקה שימשו רק אי פעם ביישומים מיוחדים.

כתוצאה מכך, ברזל יצוק המיוצר בכבני השלולית נותר המתכת המבנית העיקרית בתעשייה של בריטניה במהלך רוב המאה ה -19.

גידול מסילות הברזל במהלך המאה ה -19 הן באירופה והן באמריקה הפעיל לחץ גדול על תעשיית הברזל, שעדיין נאבקה בתהליכי ייצור לא יעילים. הפלדה עדיין לא הוכחה כמתכת מבנית והייצור היה איטי ויקר. זה היה עד 1856 כאשר הנרי בסמר מצא דרך יעילה יותר להכניס חמצן לברזל מותך כדי להפחית את תכולת הפחמן.

בסמר, שכונה כיום תהליך בסמר, עיצב בסמר כלי קיבול בצורת אגס - המכונה ממיר - בו ניתן היה לחמם ברזל בזמן שניתן לפוצץ חמצן דרך המתכת המותכת. כאשר חמצן עבר במתכת המותכת, הוא היה מגיב עם הפחמן, משחרר פחמן דו חמצני ומייצר ברזל טהור יותר.

התהליך היה מהיר וזול, והוציא פחמן וסיליקון מברזל תוך דקות ספורות אך סבל מהצלחה מוצלחת מדי. יותר מדי פחמן הוסר ונשאר יותר מדי חמצן במוצר הסופי. בסמר בסופו של דבר נאלץ לפרוע את משקיעיו עד שיוכל למצוא שיטה להגדיל את תכולת הפחמן ולהסיר את החמצן הלא רצוי.

בערך באותה עת רכש המתכת הבריטי רוברט מושת והחל לבחון תרכובת של ברזל, פחמן ו מנגןידוע בשם שפיגלייזן. ידוע היה כי המנגן הסיר חמצן מברזל מותך, ותכולת הפחמן בשפיגלייזן, אם תוסיפה בכמויות הנכונות, הייתה מספקת את הפיתרון לבעיות של בסמר. בסמר החל להוסיף אותו לתהליך הגיור שלו בהצלחה רבה.

בעיה אחת נותרה. בסמר לא הצליח למצוא דרך להסיר זרחן - טומאה מזיקה שהופכת את הפלדה לשבריר - מתוצר הסיום שלו. כתוצאה מכך, ניתן להשתמש רק בעפרות נטולות זרחן משוודיה ומוויילס.

בשנת 1876 הוולשי סידני גילכריסט תומאס גילה פיתרון באמצעות הוספת שטף כימי בסיסי - אבן גיר - לתהליך בסמר. אבן הגיר שלפה זרחן מברזל החזיר לתוך הסיגים, ואפשרה להסיר את האלמנט הלא רצוי.

חידוש זה פירושו שלבסוף ניתן היה להשתמש בעפרות ברזל מכל מקום בעולם לייצור פלדה. באופן לא מפתיע, עלויות ייצור הפלדה החלו לרדת משמעותית. מחירי מסילות הפלדה ירדו ביותר מ- 80 אחוזים בין 1867 ל- 1884, מה שיזם את צמיחת ענף הפלדה העולמי.

בשנות ה -60 של המאה ה -19 שיפר המהנדס הגרמני קארל וילהלם סימנס את ייצור הפלדה עוד יותר באמצעות יצירתו של תהליך האח הפתוח. זה הפיק פלדה מברזל חזיר בכבנים גדולים ורדודים.

התהליך הסתמך על תאי לבנים מחוממים מתחת לאח, תוך שימוש בטמפרטורות גבוהות בכדי לשרוף עודף פחמן וזיהומים אחרים. תנורים רגנרטיביים השתמשו בהמשך בגזי פליטה מהתנור כדי לשמור על טמפרטורות גבוהות בתאי הלבנים שמתחת.

שיטה זו אפשרה לייצר כמויות גדולות בהרבה (50-100 טון מטרי בכבשן אחד), בדיקות תקופתיות של הפלדה המותכת כך שניתן יהיה לעמוד במפרט מסוים, ובשימוש בפלדת גרוטאות כחומר גלם חומר. אף על פי שהתהליך עצמו היה איטי בהרבה, עד שנת 1900 החל תהליך האח המפתח להחליף את תהליך בסמר.

המהפכה בייצור הפלדה שסיפקה חומר זול ואיכותי יותר, הוכרה על ידי אנשי עסקים רבים כהזדמנות להשקעה. בעלי הון של סוף המאה ה -19, כולל אנדרו קרנגי ו צ'רלס שוואב, השקיעו והרוויחו מיליונים (מיליארדים במקרה של קרנגי) בענף הפלדה. תאגיד הפלדה האמריקני של קרנגי, שנוסד בשנת 1901, היה התאגיד הראשון ששוויו אי פעם ביותר ממיליארד דולר.

מעט לאחר תחילת המאה, תנור הקשתות החשמלי של פול הרול (EAF) תוכנן להעביר זרם חשמלי דרך חומר טעון, והתוצאה היא חמצון אקזותרמי וטמפרטורות של עד 3,272 מעלות פרנהייט (1,800 מעלות צלזיוס), יותר ממספיק לחימום פלדה הפקה.

תחילה שימש פלדות ייעודיות, כוחות הצבא גדלו בשימוש ועל ידי מלחמת העולם השנייה שימשו לייצור סגסוגות פלדה. עלות ההשקעה הנמוכה הכרוכה בהקמת מפעלי EAF אפשרה להם להתמודד עם המפיקים הגדולים בארה"ב כמו US Steel Corp. ופלדה בית לחם, במיוחד פלדות פחמן או מוצרים ארוכים.

מכיוון שמטוסי חיל האוויר יכולים לייצר פלדה ממאה אחוז גרוטאות - או קרות ברזליות - יש צורך בפחות אנרגיה ליחידת ייצור. בניגוד לעמני חמצן בסיסיים, ניתן גם להפסיק פעולות ולהתחיל בעלויות נלוות. מסיבות אלה, הייצור באמצעות מטוסי חיל האוויר גדל בהתמדה במשך יותר מ 50 שנה והיוו כ 33 אחוז מייצור הפלדה העולמי, נכון לשנת 2017.

מרבית ייצור הפלדה העולמית - כ 66 אחוז - מיוצר במתקני חמצן בסיסיים. פיתוח שיטה להפרדת חמצן מחנקן בקנה מידה תעשייתי בשנות השישים אפשרה התקדמות משמעותית בפיתוח תנורי חמצן בסיסיים.

תנורי חמצן בסיסיים מפוצצים חמצן בכמויות גדולות של ברזל מותך ופלדת גרוטאות ויכולים להשלים מטען הרבה יותר מהר משיטות עם אח פתוח. כלי שיט גדולים המחזיקים עד 350 טון ברזל מטרי יכולים להשלים את ההמרה לפלדה תוך פחות משעה.

יעילות העלות של ייצור פלדת חמצן הפכה את מפעלי האח הפתוח ללא תחרות, ובעקבות הופעתה של ייצור פלדת החמצן בשנות השישים החלו פעולות האח הפתוח להיסגר. המתקן האחרון לפתיחת האח בארצות הברית נסגר בשנת 1992 ובסין, האחרון נסגר בשנת 2001.

_{מקורות:}

_{ספרל, ג'וזף ש. היסטוריה קצרה של ייצור ברזל ופלדה. מכללת סנט אנסלם.}

_{זמין: http://www.anselm.edu/homepage/dbanach/h-carnegie-steel.htm}

_{איגוד הפלדה העולמי. אתר אינטרנט: www.steeluniversity.org}

_{רחוב, ארתור. ואלכסנדר, וו. O. 1944. מתכות בשירות האדם. מהדורה 11 (1998).}