ייצור פלדה

ייצור פלדה (באנגלית: Steelmaking) הוא תהליך של ייצור סגסוגת המורכבת ברובה מן המתכת ברזל, ומכילה ריכוז נמוך של האל-מתכת פחמן ומייוצרת מעפרת ברזל או מגרוטאות ברזל/פלדה. בייצור פלדה, זיהומים (בכימיה ובמדעי החומרים, זיהומים הם חומרים כימיים בתוך כמות מוגבלת של נוזל, גז או מוצק, אשר שונים מההרכב הכימי של החומר או התרכובת) כגון חנקן, סיליקון, זרחן, גופרית ועודפי פחמן (הזיהום החשוב ביותר בתהליך זה) מוסרים ממקור הברזל ומוספים יסודות סגסוגת כגון מנגן, ניקל, כרום, פחמן ונדיום כדי לייצר דרגות שונות של פלדה (דירוג פלדה לסיווג פלדות שונות לפי הרכבן ותכונותיהן הפיזיקליות פותח על ידי מספר ארגוני תקינה). הגבלת גזים מומסים כגון חנקן וחמצן וזיהומים נגררים (הנקראים "תכלילים") בייצור פלדה חשובה גם היא על מנת להבטיח את איכות המוצרים היצוקים מהפלדה הנוזלית.^[1]

ייצור פלדה מוכר וקיים כבר אלפי שנים, אך הוא לא התמסחר בקנה מידה של ייצור המוני עד אמצע המאה ה-19. תהליך עתיק לייצור פלדה היה תהליך בכור ההיתוך. בשנות ה-50 וה-60 של המאה ה-19, תהליך בסמר ו"תהליך סימנס-מרטין" (תנור באש פתוחה) הפכו את ייצור הפלדה לתעשייה כבדה. כיום ישנם שני תהליכים מסחריים עיקריים לייצור פלדה, כלומר ייצור פלדת חמצן בסיסית, שבה יש ברזל גולמי נוזלי מ"כבשן הדף" וגרוטאות פלדה כחומרי ההזנה העיקריים, וכן ייצור פלדה בתנורי קשת חשמליים (EAF), העושה שימוש בגרוטאות פלדה או ישירה ברזל מופחת (DRI) כחומרי ההזנה העיקריים (ברזל מופחת או ברזל ספוג, מופק מהפחתה ישירה של ברזל על ידי גז מפחית או פחמן יסוד המופק מגז טבעי או מפחם). ייצור פלדת חמצן מונע בעיקר על ידי האופי האקזותרמי של התגובות בתוך הכלי; לעומת זאת, בייצור פלדה של EAF, אנרגיה חשמלית משמשת להמסת גרוטאות מוצקות או חומרי DRI. בתקופה האחרונה, טכנולוגיית ייצור הפלדה של EAF התפתחה קרובה יותר לייצור פלדת חמצן ככל שמכניסים יותר אנרגיה כימית לתהליך.^[2]

ייצור פלדה היא אחת התעשיות האינטנסיביות ביותר של פליטת פחמן בעולם. נכון לשנת 2020, לפי הערכות, ייצור פלדה אחראי ל-7 עד 9 אחוזים מכל פליטת גזי חממה ישירה של דלק מאובני.^[3] כדי להפחית את ההתחממות הגלובלית, התעשייה תצטרך למצוא הפחתות בפליטות.^[4] בשנת 2020, מקינזי ושות' זיהתה מספר טכנולוגיות להפחתת פחמן כולל שימוש במימן, לכידה ושימוש חוזר בפחמן, ומיקסום השימוש בתנורי קשת חשמליים המופעלים על ידי אנרגיה נקייה.^[4]

היסטוריה

בית לחם סטיל בבית לחם, פנסילבניה הייתה אחת מיצרניות הפלדה הגדולות בעולם לפני סגירתה ב-2003

ייצור פלדה מילא תפקיד מכריע בהתפתחותן של חברות טכנולוגיות עתיקות, ימי הביניים ומודרניות. תהליכים מוקדמים של ייצור פלדה נעשו במהלך העידן הקלאסי בפרס העתיקה, סין העתיקה, הודו ורומא העתיקה.

ברזל יצוק הוא חומר קשיח ושביר שקשה לעבוד איתו, ואילו פלדה ניתנת לגיבוש, נוצרת בקלות יחסית והוא חומר רב תכליתי. במשך רוב ההיסטוריה האנושית, פלדה נוצרה רק בכמויות קטנות. מאז המצאת תהליך בסמר בבריטניה של המאה ה-19 והפיתוחים הטכנולוגיים שלאחר מכן בטכנולוגיית הזרקה ובקרת תהליכים, ייצור המוני של פלדה הפך לחלק בלתי נפרד מהכלכלה העולמית ולאינדיקטור מרכזי של התפתחות טכנולוגית מודרנית.^[5] האמצעי הקדום ביותר לייצור פלדה היה "תנור מרוצים" (סוג של תנור מתכות שפעם היה בו שימוש נרחב להיתוך ברזל מהתחמוצות שלו).

שיטות מודרניות מוקדמות לייצור פלדה היו לרוב אומנויות עתירות עבודה ומיומנות. המהפכה האמיתית בייצור פלדה מודרנית החלה רק בסוף שנות ה-50 של המאה ה-19, כאשר תהליך בסמר הפך לשיטה המוצלחת הראשונה של ייצור פלדה בכמות גבוהה ואחריה שיטת "תנור האח הפתוח".

תהליכים מודרניים לייצור פלדה

תפוצת ייצור הפלדה העולמי לפי שיטות

ניתן לחלק תהליכי ייצור פלדה מודרניים לשלושה שלבים: ראשוני, משני ושלישוני.

ייצור פלדה ראשוני כולל התכת ברזל לפלדה
ייצור פלדה משני כולל הוספה או הסרה של אלמנטים אחרים כגון סוכני סגסוגת וגזים מומסים. י
יצור פלדה שלישוני כולל יציקה ליריעות, לכדורים או לצורות אחרות.

טכניקות מרובות זמינות עבור כל שלב.^[6]

ייצור פלדה ראשוני

חמצן בסיסי

ייצור פלדת חמצן בסיסית היא שיטה לייצור פלדה ראשונית שבה מומס ברזל גולמי עשיר בפחמן ומומר לפלדה. הפרחת חמצן דרך ברזל גולמי מותך הופכת חלק מהפחמן בברזל ל- CO⁻ ו- CO₂, בהפיכתו לפלדה.

ייצור פלדה משני

ייצור פלדה משני מבוצע לרוב במצקות. חלק מהפעולות המבוצעות במצקות כוללות דה-אוקסידציה (או "הרג"), הסרת גז בוואקום, הוספה של סגסוגת, הסרת תכלילים, שינוי בכימית ההכללה, דה-סולפוריזציה והומוגנית. כיום מקובל לבצע פעולות מטלורגיות של מצקת במצקות בגז עם חימום קשת חשמלית במכסה הכבשן.

ראו גם

תנור רם

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ייצור פלדה בוויקישיתוף

The short film The Drama of Steel (1946) is available for free download at the Internet Archive.
U.S. Steel Gary Works Photograph Collection, 1906–1971
"Steel For The Tools For Victory" , December 1943, Popular Science large detailed article with numerous illustrations and cutaways on the modern basics of making steel

מוויקיפדיה האנגלית

היסטוריה של תעשיית הפלדה (1850–1970)
היסטוריה של תעשיית הפלדה (1970-הווה)
פירוק חמצן ארגון
שחרור פחמן (דקרבוניזציה)
FINEX (תהליך ייצור פלדה)
תהליך פלודין
מפעל פלדה
תוסף פחמן (מוצר שמתווסף לפלדה מותכת)
פחם מתכות (מטלורגי)
חידוד (מתייחס לטיפול תרמי של תרכובת כימית מוצקה)
ייצור פלדת חמצן בסיסית (תהליך ממיר החמצן)

הערות שוליים

^ Deo, Brahma; Boom, Rob (1993). Fundamentals of Steelmaking Metallurgy. New York City: Prentice Hall International. ISBN 9780133453805. LCCN 92038513. OCLC 473115765.
^ Turkdogan, E.T. (1996). Fundamentals of Steelmaking. London: Institute of Materials. ISBN 9781907625732. OCLC 701103539.
^ Pooler, Michael (11 בנובמבר 2020). "Europe leads the way in the 'greening' of steel output". Financial Times. {{cite news}}: (עזרה)
^ ¹ ² "Decarbonization in steel | McKinsey". www.mckinsey.com.
^ Sass, Stephen L. (באוגוסט 2011). The Substance of Civilization: Materials and Human History from the Stone Age to the Age of Silicon. New York: Arcade Publishing. ISBN 9781611454017. OCLC 1078198918. {{cite book}}: (עזרה)
^ Ghosh, Ahindra. (13 בדצמבר 2000). Secondary Steelmaking: Principles and Applications (1st ed.). Boca Raton, Fla.: CRC Press. ISBN 9780849302640. LCCN 00060865. OCLC 664116613. {{cite book}}: (עזרה)

[deo-boom-1] Deo, Brahma; Boom, Rob (1993). Fundamentals of Steelmaking Metallurgy. New York City: Prentice Hall International. ISBN 9780133453805. LCCN 92038513. OCLC 473115765.

[turkdogan-2] Turkdogan, E.T. (1996). Fundamentals of Steelmaking. London: Institute of Materials. ISBN 9781907625732. OCLC 701103539.

[:0-3] Pooler, Michael (11 בנובמבר 2020). "Europe leads the way in the 'greening' of steel output". Financial Times. {{cite news}}: (עזרה)

[:1-4] ¹ ² "Decarbonization in steel | McKinsey". www.mckinsey.com.

[sass-5] Sass, Stephen L. (באוגוסט 2011). The Substance of Civilization: Materials and Human History from the Stone Age to the Age of Silicon. New York: Arcade Publishing. ISBN 9781611454017. OCLC 1078198918. {{cite book}}: (עזרה)

[ghosh-6] Ghosh, Ahindra. (13 בדצמבר 2000). Secondary Steelmaking: Principles and Applications (1st ed.). Boca Raton, Fla.: CRC Press. ISBN 9780849302640. LCCN 00060865. OCLC 664116613. {{cite book}}: (עזרה)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]