عملية بسمر

تاريخ العملية

من جهة ثانية، أنشئ أول مصنع الصلب بطريقة بَسِّمَر في الولايات المتحدة في 1855 في ديترويت نظرا لسهولة وصول الخامات إليها عبر البحيرات الكبرى، فكان ذلك أحد العوامل الرئيسية في تطوير ديترويت كمركز شهير لصناعة السيارات. بينما بدأ استخدام الطريقة في إنجلترا عام 1865.

من جهة ثانية، ومع اندلاع حرب القرم، اهتم المخترعين ورجال الصناعة بتطوير التكنولوجيا العسكرية بما فيهم بَسِّمَر نفسه. في ذلك الوقت كان إنتاج الصلب صعب ومكلف وكان يستعمل لصناعة القطع الصغيرة مثل السكاكين والأدوات. وفي يناير 1855، بدأ بَسِّمَر العمل على وسيلة لإنتاج الصلب بالكميات الهائلة التي تلزم المدفعية، وفي أكتوبر من العام نفسه، قدم أول براءة اختراع تتعلق بطريقة بَسِّمَر.

كذلك، وخلال أحد تجاربه سقطت قطعتين من الحديد الغفل بجانب الفرن في مكان يمر من فوقه الهواء الساخن من الفرن. وعندما ذهب بَسِّمَر لإعادتها للفرن، وجد أنها كونت غلاف خارجي من الصلب، فاستنتج أن الهواء الحار وحده حوّل القشرة الخارجية للحديد الغفل إلى صلب. قاد هذا الاكتشاف بَسِّمَر لإعادة تصميم فرنه بحيث يدفع الهواء ذو الضغط العالي من خلال الحديد المنصهر باستخدام مضخات هواء خاصة. وقد يعتقد البعض أن هذا الهواء البارد سيبرد العملية، ولكن بسبب تفاعلات أكسدة السليكون والكربون الطاردة للحرارة، ترتفع درجة حرارة مصهور الحديد، وتسهل عملية تحوله إلى الصلب.

كذلك، وسرعان ما تم إيجاد الحل لهذه المشكلة عن طريق روبرت فورستر موشيه، الذي أجرى آلاف التجارب في إحدى غابات إنجلترا. كانت فكرته تقوم على حرق جميع الشوائب والكربون أولاً، ثم إعادة إضافة الكربون والمنغنيز بنسب دقيقة من سبيكة سبيجليزن. كان لهذه الطريقة تأثيرها الجيد على تحسين نوعية الصلب الناتج، وزيادة في قابلية للاستطالة وقابليته للدرفلة والطرق في درجات الحرارة العالية، وجعله أكثر ملاءمة لمجموعة كبيرة من الاستخدامات.

وعلى صعيد آخر، باع بَسِّمَر اختراعه لخمسة من مصنعي الصلب، لكن طريقته فشلت في إنتاج صلب عالي الجودة، فإضطر لتعويضهم مادياً. أدرك بَسِّمَر أن المشكلة في شوائب الحديد، وخلص إلى أن الحل يكمن في معرفة متى يوقف تدفق الهواء للفرن، وبالرغم من إنفاقه لعشرات الآلاف من الجنيهات على التجارب، إلا أنه لم يتمكن من حل المشكلة. يرجع سبب ذلك إلى أنه هناك سبائك معينة من الصلب حساسة للنيتروجين الذي يمثّل 78 ٪ من الهواء المار عبر الصلب.

من جهة ثانية، تم تطوير هذه العملية في القرن الثامن عشر، مع اختراع بنيامين هنتسمان لبواتق الصلب، التي أطالت فترة التسخين ثلاث ساعات مما يتطلب كميات كبيرة إضافية من فحم الكوك، مما زاد من تكلفة الإنتاج أكثر وأكثر، ولكن كان لها تأثيراً كبيراً على كمية وتنوع إنتاج الصلب.

وفي هذا السياق، قبل اختراع طريقة بيسمر، لم يكن لدي بريطانيا طريقة عملية لإنتاج الصلب من الحديد الغفل. كان الصلب يصنع بإضافة الكربون للحديد المطاوع، الذي كان عادة ما يستورد من السويد. كانت هذه العملية تتم بتسخين قضبان الحديد المطاوع مع الفحم لفترات تصل إلى أسبوع في حوض طويل من الحجارة. كان لإنتاج طن من الصلب يتم حرق 3 طن من فحم الكوك الغالي الثمن. هذا بالإضافة لتكلفة قضبان الحديد المطاوع التي كانت تصنع في السويد.

محوّل بَسِّمَر

وفي هذا الصدد، تتم عملية بَسِّمَر في وعاء كبير من الصلب بيضاوي الشكل مبطن بالطين أو الدولوميت يسمى محول بَسِّمَر . تقدر سعته من 8-30 طن من الحديد المنصهر بمتوسط نحو 15 طن. في الجزء العلوي من المحول فتحة عادة ما تكون مائلة إلى جانب من خلالها يتم إضافة الخامة وإزالة المنتج النهائي. الجزء السفلي مثقوب بعدد من القنوات تسمى tuyères التي يتم من خلالها دفع الهواء إلى المحول. يرتكز المحول على قائمين يمكنانه من الميل لأسفل لتلقي شحنة الخامة ثم الاعتدال أثناء العملية، ومن ثم الميل مرة أخرى لإفراغ المنتج النهائي.

هجر الطريقة

ومن ناحية أخرى، توقف استخدام طريقة بسمر في الولايات المتحدة عام 1968. وتم استبدالها بطرق أخرى اكثر كفائة وسرعة مثل طريقة فرن الأكسجين القاعدي (لينز- دونافتز) وايضا فرن القوس الكهربي الطرق التي جعلت التحكم في المحتوى الكيميائي للصلب أسهل وادق.

أهمية الاكتشاف

ومن ناحية أخرى، أحدثت طريقة بَسِّمَر ثورة في صناعة الصلب بتخفيضها لتكلفة إنتاج الطن من £40 إلى £6-7 للطن، كما خفضت عدد العمالة المطلوبة لإنتاج الصلب. قبل اختراع الطريقة، كان استخدام الصلب مكلفاً جداً لإنشاء الجسور أو لاستخدامه في البناء، لذا كان التركيز على استخدام الحديد المطاوع في عصر الثورة الصناعية. وبعد اختراع الطريقة، أصبح الصلب والحديد المطاوع متساوين في السعر، واختارت أغلب الشركات المصنعة إنتاج الصلب. بتوافر الصلب الرخيص، سهّل من بناء الجسور الكبيرة وإنشاء خطوط السكك الحديدية وناطحات السحاب والسفن الكبيرة. ومن منتجات الصلب الهامة كذلك باستخدام هذه الطريقة، كابلات الصلب وقضبان الصلب وألواح الصلب التي سهلت من صناعة المراجل ذات الضغط العالي والصلب عالي إجهاد الشد الذي مكننا من صناعة الكثير من المحركات والتروس والمحاور الأكثر قوة مما سبق. ومع زيادة إنتاج الصلب، أصبح من الممكن صناعة البنادق والعربات الحربية والدبابات وعربات القتال المدرعة والسفن البحرية. كما مكننا الصلب من بناء التوربينات والمولدات العملاقة مما يجعل الاستفادة من بخار الماء وإنتاج الكهرباء ممكناً. بذلك فتح هذا الاختراع الطريق نحو ثورة التصنيع الشاملة في القرنين التاسع عشر والعشرين.

الأكسدة

وفي هذا السياق، تزيل عملية الأكسدة الشوائب مثل السيليكون المنجنيز الكربون كأكاسيد. تخرج هذه الأكاسيد في صورة غازية أو تُشكل الخبث. كما تلعب البطانة الحرارية للمحول دوراً هاماً في العملية. فيستعمل الطين كبطانة عندما تكون نسبة عنصر الفسفور في الخامة منخفضة وتسمى الطريقة في هذه الحالة «طريقة بَسِّمَر الحامضية»، كما يستعمل الدولوميت عندما يكون محتوى الفوسفور مرتفع في الخمة فتسمى «طريقة بَسِّمَر القاعدية». يستعمل كذلك الحجر الجيري أو المغنسيت كبطانة في بعض الأحيان بدلا من الدولوميت (وعندئذ يعرف بمحول جيلكريست توماس، الذي سمى باسم مخترعه جيلكريست سيدني توماس). ولإعطاء الصلب بعض الخصائص المطلوبة، يمكن إضافة مواد أخرى للصلب المنصهر بعد اكتمال إزالة الشوائب، كسبيكة سبيجليزن (وهي سبيكة من الحديد والكربون والمنجنيز).

عيوب الطريقة

كان من عيوب طريقة بَسِّمَر الآتي:

ومن ناحية أخرى، سرعتها فهي تحتاج من 10-20 دقيقة للصبة، وهو ما لا يسمح سوى للعناصر السبائكية للاندماج جيداً في الصلب.

• طالع كذلك
• عملية توماس
• عملية كوريكس
• المراجع

كذلك، لا تزيل الطريقة الفوسفور بكفاءة من الصلب المنصهر، في الوقت الذي أصبحت فيه الخامات منخفضة الفسفور أكثر تكلفة.

من جهة ثانية، لا يصلح استخدام الخردة سوى بكميات محدودة في هذه الطريقة، مما يزيد من تكلفة العملية.

المنتج

من جانب آخر، بعد تكوين الصلب المطلوب، يصب في بوتقات، ثم ينقل إلى القوالب ويزال الخبث المتكون. تستغرق العملية نحو عشرين دقيقة، خلال هذه الفترة يدل ظهور الأدخنة من فوهة الفرن على انتهاء العملية، وعندئذ يضاف بعض المواد الإخرى للمعدن السائل لإنتاج السبيكة المطلوبة.