مانند صاعقه

در قرن نوزدهم هیچکس در مزایای فولاد بر آهن تردید نداشت؛ اما در اواسط قرن گذشته فولاد را به نظر فلز لوکس و تجملی می نگریستند. مثلاً در سال 1864 در فرانسه 1231000 تن چدن، 792000 تن آهن و فقط 41000 تن فولاد تهیه می کردند. مورد استعمال فلز اخیر فقط آن بود که در کارخانه ها از آن اسلحه و کارد و اره و داس و ابزارهای متفاوت تهیه کنند. اعم از اینکه تهیه ی آن به وسیله ی زغال دادن به آهن و یا تصفیه ی چدن به عمل می آمد، در هر صورت کاری بود مشکل و پر خرج و هیچکس حتی تصور آن را هم نمی کرد که پلی از فولاد خالص بسازند.
در این اوقات در لندن مخترعی می زیست به نام هانری بسمر Henri Bessmer (1813-1898) که درباره ی همه ی امور تفکر می کرد و در هر رشته ای ابداعاتی می نمود. وی مدتی به قالب گیری و تهیه ی مجسمه ی حیوانات و سپس به ساختمان شیشه های آلات رصد و ادوات نورانی پرداخت و آنگاه به چاپ تصاویر بر روی مخمل مشغول شد و در هیچ یک از آنها موفقیت شایانی نیافت. و نیز یک ماشین تحریر، دستگاهی برای مهر زنی، یک تلمبه، کشتی مخصوصی بر ضد مرض دریا و گلوله ای بال دار و... اختراع کرد.
بعد از آنکه در سال 1855 اختراع اخیر خود را به ناپلئون سوم عرضه کرد و مورد توجه قرار نگرفت بار دیگر خود را در آزمایشگاه خویش محبوس نمود و به تجسس درباره ی چیزهای دیگر مشغول شد. بعد از چندی تصمیم گرفت که در فن فلز کاری اصلاحاتی به عمل آورد و به این منظور ساعتهای متوالی در مقابل کوره ی خود می نشست و آن را نظاره می کرد. اما روزی برحسب اتفاق ملاحظه کرد که اگر جریانی از هوای سرد از روی چدن مذاب عبور دهند به جای اینکه حرارت آن پایین بیاید بالا می رود و این اثر در او ایجاد حیرت بسیار کرد. بعد از انجام تجارب متعدد، که قسمت بزرگی از دارایی خود را صرف آن کرد، راز این موضوع بر وی آشکار شد: اگر عم احتراق با شدت انجام گیرد، جریان هوا باعث سوختن بسیاری از مواد که در داخل چدن وجود دارند می شود از قبیل کربن و سیلیسیم و منگنز و غیره و سوختن این مواد موجب ازیاد حرارت می گردد. ماحصل غایی این تجربه آن بود که مقداری از زغال چدن نابود می شد و فولاد مذاب بدست می آمد و روش تهیه ی مزبور هم از روش هنتسمن Huntsmen آسان تر بود و هم می توانستند فولاد بیشتری بدست آورند.
روش بسمر بسیار ساده بود: می بایست چدن مذاب را در ظرفی از خاک نسوز که گرم نشده باشد بریزند و جریان هوا را از روی آن عبور دهند. صاحبان صنایع این اختراع را با شور بسیار پذیرفتند... اما چون در عمل دیدند که کار با آن سادگی که مخترع مدعی بود انجام نمی گیرد، همگی متفق القول آن را رد کردند. بسمر مجبور شد که شخصاً در شهر شفیلد کوره ی فولاد ریزی دایر کند و با دقت و جدیت در روش خویش تجدید نظر نماید. این کار دو سال تمام طول کشید... و مابقی ثروت خود به علاوه ی دارایی برادر زن خویش را نیز بر سر آن گذاشت؛ اما راز مطلوب بالاخره آشکار شد بسمر فن ساختمان کوره های فولاد سازی را که به «مبدل بسمر» Convertisseur موسومند و قسمت داخلی آنها را از خاک نسوز می پوشانند تنظیم کرد. این کوره های عظیم هر بار، پنج یا ده یا بیست تن چدن مذاب را می بلعیدند و پس از ده دقیقه با غرش سرسام انگیز و در میان شعله های وحشت آوری محتوی خود را به صورت فولاد بیرون می ریختند.
در انگلستان به سال 1851 بیش از شصت هزار تن فولاد تهیه نمی کردند. همین کشور در سال 1880 تولید خود را به 1320000 تن رسانید و این تولید در سال 1890 متجاوز از 3637000 تن گردید که 45 درصد از آن با روش بسمر تهیه می شد در همین سال تولید فولاد در فرانسه 389000 تن و 26 درصد آن با روش بسمر بوده است.
اما تولید آلمان در سال مزبور 1613000 تن و فقط 16 درصد آن با روش بسمر بود و حال آن که از 4346000 تن تولید ممالک متحد امریکا هشتاد و هشت درصد با روش بسمر بوده است.
چنانکه ملاحظه می گردد مابین 16 درصد آلمان و 88 درصد اتازونی اختلاف فاحشی وجود دارد و خواننده کاملاً حق خواهد داشت که سؤالات زیر را مطرح کند: اولاً به چه دلیل تمام ممالک تهیه کننده ی فولاد روش بسمر را برای تهیه ی تمام محصول خود به کار نمی برده اند، ثانیاً در چنین مواردی چه طریقه ای را به جای آن به کار می بستند.
جواب این سؤالات آن است که روش بسمر نیز خود دارای معایب و مشکلاتی بوده است. این روش تا بخواهید سریع و دقیق بود اما این سرعت گرفتاری بزرگی ایجاد می کرد و آن اینکه سرکارگری که مأمور نظارت کوره بوده است وقت کافی نداشت که بتواند تصمیمی اتخاذ کند و به درستی معین سازد که در کدام لحظه باید عمل را خاتمه داد. اگر یک دقیقه زودتر تمام می کرد تبدیل چدن به فولاد تمام و کمال انجام نمی گرفت. و اگر یک دقیقه دیر می کرد بیم آن می رفت که خود نیز بسوزد.
مفهوم دیگر این توضیح آن است که در جریان انجام عمل وقت کافی نداشتند که تکامل و ماهیت فلزی را که بدست می آمد مورد نظارت قرار دهند. خلاصه ی موضوع اینکه با حساب سود و زیان این روش معلوم می گردید که به کار بردن آن در تمام موارد امکان پذیر نیست: در عین حال که برای تهیه ی ریل های راه آهن روش ممتازی است، برای تهیه ی اسباب و افزار چندان شایسته نمی باشد. به همین دلیل بود که اهل فن سؤال زیرا را مطرح ساختند: آیا نمی توان راه دیگری برای تهیه ی فولاد در نظر گرفت که سرعت آن کمتر باشد و در عین حال به مدد آن بتوان تمام خورده ها و پس مانده های فولاد، ریل های کهنه، قطعات ابزاری را که در قالب گیری خراب شده اند و قطعات آهن پاره و غیره را که کوره ی بسمر از مصرف آنها خودداری می کند مورد استفاده قرار داد.
نظر اولیه ای درباره ی اصلاح روش مزبور از سال 1856 به وسیله ی برادران زیمنس Siemens داده شده بود. خانواده ی زیمنس و مخصوصاً سه برادر که از ایشان صحبت می داریم همگی حرفه ی مهندسی داشتند. ارنست Ernest (1816-1892) که سابقاً ابداع او را در فن تلگراف شرح دادیم و بعد از آن نیز در اختراع دینامو شرکت کرد. ویلیام William (1823-1853) که در انگلستان کارخانه ای برای تهیه ی سیم های تلگراف زیر دریایی تأسیس کرد و فریدریش Fried rich (1826-1904). بر این جمع باید پسر ارنست را که ویلهلم Wilhelm نام داشت (1855-1919) بیفزاییم که بعدها در فن الکتروتکنیک شهرت بسیار به دست آورد.
فریدریش کوره ای برای جلوگیری از ازدیاد مصرف حرارت ابداع کرد و ویلیام آن را به مقام اجرا در آورد. در داخل این کوره شعله های گازی تعبیه کرده بودند که هوای داخلی کوره و گاز را گرم می کرد و حرارت را بالا می برد و موجب صرفه جویی در مصرف سوخت می شد و بازده عمل را افزایش می داد. این روش را تا آن هنگام در صنعت شیشه سازی بکار برده و با تغییراتی در کوره های مرتفع نیز مورد استفاده قرار می دادند. مهندس فرانسوی لویی لوشاتلیه (1873-1815) Louis Le Chatelier به فکر افتاد که از آن برای ذوب چدن استفاده کند.
اصلی که به آن متکی می شدند پسندیده بود، اما در عمل با مشکلات مواجه شد زیرا لوشاتلیه نتوانست آجر های نسوز خوبی برای پوشش داخلی کوره تهیه کند. با این حال اهمیت کوشش او در آن بود که توانست توجه مدیر یکی از کارخانه های کوچک ذوب فلز را به خود جلب کند. این شخص به نام پی یر امیل مارتن- pierre Emile Martin (1824-1915) که از مدرسه ی معادن پاریس خارج شده بود برعکس بسمر فکری منطقی و منظم داشت و خیلی بیشتر ترجیح می داد که در مسئله ی واحدی خوض و غور کافی کند تا آن که مسائل متعددی را لمس نماید و بگذرد. در مدتی که در کارخانه های پدری در فورشامبول (1) Fourchambault کار آموزی می کرد و بعد از آن که به سمت مدیر مؤسسات ذوب فلز سیروی (2) Sireuil (ناحیه ی شارانت Charente) معین شد همواره موضوع معینی فکر او را مشغول می داشت و از خود سؤال می کرد: چگونه می توانیم نقائص روش بسمر را اصلاح کنیم؟
تجربه ای که به وسیله ی زیمنس و لوشاتلیه انجام گرفت او را بیدار ساخت و روشن کرد و با خود گفت: بدون تردید راه حل فقط در وجود این کوره حرارتی جدید یافت می شود، اما به شرط آنکه پوشش نسوز مناسبی برای داخل کوره تهیه کنیم. مارتن در سال 1863 با لوشاتلیه و ویلیام زیمنس روابط برقرار کرد و از تعالیم شخص اخیر پیروی نمود و توانست در روز هشتم آوریل سال بعد اولین محصول فولاد خود را با روش جدید به دست آورد.
کوره ی جدید بنای معظمی بود. چدن و خورده های آهن را در داخل آن روی فرشی از آجرهای سیلیس دار قرار می دادند و به مدد شعله های گاز آن را گرم می کردند. عمل سوخت کربن در این کوره با کندی بسیار انجام می گرفت. و بنابراین امکان داشت که در لحظه ی مناسب کار را خاتمه دهند. به مفهوم دیگر می توانستند فولادی بدست آورند که کاملاً واجد شرایطی باشد که منظور نظر بوده است.
مارتن روش خود را در سال 1865 به ثبت رسانید اما مجبور شد سالها دیگر به مطالعه و تکمیل آن بپردازد تا به کار بردن آن در عمل، به مفهوم کلمه، کامل باشد. در این مقام مورد نادری در تاریخ صنایع و اختراعات به دست ما افتاده است و بنابراین باید از آن استفاده کنیم و به خواننده متذکر شویم که این بار مخترع مزبور از ابداع خویش مشروع ترین استفاده ها را کرد بدون اینکه هیچ گونه زحمت یا ناراحتی از طرف این و آن در توفیق او خللی ایجاد کند. غالب مؤسسات فلز کاری ارزش روش مارتن را تصدیق نمودند و فولاد او را بهتر و بالاتر از انواع دیگر دانستند و کوشش کردند که روش او را در مؤسسات خود به کار برند. فن مزبور که ابتدا در سیر وی به کار رفت به تدریج اشاعه یافت و در عین حال ظرفیت کوره های که ابتدا فقط یک تن بوده است افزایش پیدا کرد و به 50 و سپس 100 و حتی 200 تن رسید ولی در عین حال مدت فعل و انفعال نیز افزایش می یافت و از دوازده ساعت تجاوز کرد. به تدریج کیفیت محصول بهتر می شد و انواع فولاد های متفاوت با این روش تهیه می کردند و طولی نکشید که در غالب کشورهای جهان روش مارتن طریقه ی بسمر را مغلوب ساخت و مقام اولی را که روش اخیر حائز بود به چنگ آورد.
در سال 1915 که مارتن در ملک زیبای خویش در فورشامبول وفات یافت 34 درصد از کل محصول فولاد فرانسه، 35 درصد از تمام محصول فولاد آلمان، 66 درصد از مجموعه ی محصول امریکایی و 71 درصد از تمام محصول انگلیس با روش او تهیه می شد و این نکته آموزنده است که در سال 1948 در کشور انگلستان وطن بسمر از مجموعه ی محصول فولاد که معادل 14887000 تن بود 12987000 تن آن با روش مارتن تهیه گردید.
خاتمه ی قرن نوزدهم و اولین دوره های ده ساله ی قرن بیستم را می توان عهد فولاد نامید. استعمال فولاد با چنان وضع صاعقه آسایی پیشرفت کرد که تولید جهانی این فلز که در سال 1880 معادل 4274000 تن بود در سال 1900 به 28342000 تن رسید و در سال 1913 از هفتاد و پنج میلیون تن متجاوز گردید. در حدود سال 1870 که ترقی صنایع فولاد سازی شروع شد و استعمال فولاد متداول گردید هیچ گونه وحشتی در جهان ایجاد نشد: از لطف خداوندی آهن جسمی است فراوان و معادن آهن در تمام نقاط دنیا متعدد هستند و از لحاظ ذخیره غنی و ثروتمند. حتی اگر تولید جهانی با آهنگ فعلی پیشرفت کند ( 139 میلیون تن تولید در سال 1955) معادنی که تا امروز کشف شده اند کفاف مصرف چندین قرن متوالی را خواهند کرد. اما از همان ابتدای پیدایش صنعت فولاد سازی متوجه شدند که متأسفانه نمی توان از هر نوع ماده ی معدنی آهن، فولاد تهیه کرد. کوچکترین اثری از فسفر که در مواد معدنی آهن وجود داشته باشد فولاد را پوک و شکننده می سازد به طوری که باید تمام مواد معدنی آهن را که شامل فسفر هستند مطلقاً کنار گذاشت.
باز هم متأسفانه فراوان ترین مواد معدنی آهن آنهایی هستند که به نسبتی کم یا بیش دارای فسفور می باشند. انگلستان از این نوع مواد معدنی، فراوان در اختیار داشت به طوری که مجبور می شد، برای آنکه دستگاههای مبدل بسمر و کوره های مارتن خود را به کار اندازد، از سوئد و اسپانیا آهن خریداری کند! در آلمان نیز این نوع مواد معدنی موجب زحمت بسیار شده بود به طوری که آنان از معادن ایالت لورن نمی توانستند هیچ گونه بهره برداری کنند. اما کشور اخیر لااقل این خوشبختی را داشت که در عین حال صاحب ذخیره ی فراوانی «از مواد معدنی خوب» بود به طوری که مجبور نمی شد از خارج آهن وارد کند. مسلم است که جستجو کنندگان دست از کار بر نمی داشتند و همواره درصدد بودند که بتوانند به وضعی این وضع رقت بار و این واقعیت نامطلوب را چاره جویی کنند.
از لحاظ نظری چاره ی کار این بود که برای خارج کردن فسفر از چدن آن را اکسید کنند و فسفر را تبدیل به انیدرید فسفریک نمایند و آنگاه با کمک «بزی» قوی مانند آهک انیدرید فسفریک مزبور را دور سازند. اما چگونه ممکن بود که آهک را وارد در مبدل بسمر یا کوره ی مارتن سازند و حال آنکه حرارت این کوره ها در حدود 1800 درجه بوده است!؟
اما، در روز بیست و هشتم ماه مه سال 1878 هنگامی که Iron and Steel Institute (انستیتوی آهن و فولاد) در لندن جلسه ی عمومی ماهیانه ی خود را افتتاح کرد شخصی از میان حصار به پا خاست و اجازه ی صحبت کسب کرد. این شخص اظهار داشت که طریقه ای یافته است که به کمک آن می تواند فسفر را از چدن خارج سازد و روش او در مقام عمل حتی به نسبت 99/9 درصد از فسفر را نابود می سازد. مجله ی مهندسی، Engineering که گزارش این موضوع را درج کرد ضمناً اطلاع داد که اظهارات این شخص با خنده های شدید حضار مواجه شد و جمعی که این موضوع را باور نمی کردند سخت بر او اعتراض نمودند. اگر در نظر گیریم که مسئله ی خارج کردن فسفر از چدن برای حیات اقتصادی انگلستان چه اهمیتی داشته است، اگر به تصور در آوریم که از مدتها قبل دانشمند ترین متخصصین فلز کاری با حداکثر فعالیت در پی چاره جویی این موضوع بودند ، اگر از این موضوع آگاه باشیم که در جلسه ی مزبور بزرگترین صاحبان صنایع فلز کاری انگلستان و مهمترین مهندسان آن کشور جمع شده بودند، می توانیم علت عدم تفاهم آنان را درک کنیم و به سهولت تعجب و ناباوری ایشان را عفو نماییم. اما این شخص که در مقابل این جمع متخصص و صاحب نفوذ به خود می بالید و مدعی بود که می تواند 99/9 درصد از فسفر چدن را خارج سازد، جوانی بود بیست و هشت ساله و ناشناس که سیمایی نحیف و اندامی ضعیف داشت؛ و آنچه که بیشتر باعث حیرت می شد این بود که جوان مزبور اطلاعی از دانش شیمی نداشت، بلکه دانشجوی حقوق بود و درمؤسسه ای به کار دفتر داری اشتغال داشت. با همه ی این توضیحات باید دانست که همین جوان توانست معمای مزبور را چاره جویی کند و انقلابی در فولاد سازی ایجاد نماید و ثروتی را نصیب وطن خود سازد و به کشور فرانسه گنجی شایان و حساب ناکردنی از مواد معدنی عطا سازد.
این شخص سیدنی گیلکریست توماس Sudney Gilchrist Thomas (1850-1885) نام داشت و تمام اوقات فراغت و همه ی قدرت تصور خویش را همراه با پسر عموی شیمیست خود پرسی گیلکریست percy Gilchrist صرف آن می نمود که بتواند مسئله ی لاینحل آهن فسفردار را حل کند.
در سال 1877 از این راز پرده برداشت. چاره ای که وی یافت سهل تر از آن بود که به تصور در می آمد و آن این است که تحت بعضی شرایط قسمت داخلی کوره را از دولومیت (3) Dolomite بپوشاند و دولومیت همان سنگ آهکی است که به وفور در کوههای آلپ یافت می شود. دولومیت فسفر را جمع می آورد و همراه با کف فلز از چدن خارج می ساخت و آنگاه می توانستند این مواد اضافه را به منزله ی کود شیمیایی مصرف کنند.
توماس به هر دری که رو آورد جز جواب رد و بد رفتاری ندید و اگر توانست بالاخره مدیر کارخانه های بولک لو Bolcklow و ووگان Vaughan را به موضوع علاقمند سازد باید این واقعه را معجزه ای واقعی دانست. طبق دستور این مدیر آجرهایی از نوع سنگ دولومیت آماده کردند و شرایط کار را فراهم ساختند و در روز چهارم آوریل 1879 اولین محصول فولاد از چدن فسفر دار، بر روی فرشی از مواد «بزیک» طبق روش توماس به دست آمد. پنج سال بعد از آن تاریخ تولید فولاد در جهان به وسیله ی روش توماس به 864000 تن می رسید و ده سال دیگر نیز چون گذشت با این روش بیش از سه میلیون تن فولاد بدست می آوردند. درسال 1937 در فرانسه 69/1 درصد از کل محصول فولاد و در آلمان 42/7 درصد از کل محصول طبق طریقه ی توماس بدست می آمد.
در واقع دو کشوری که بیش از همه در جهان از برکات روش او بهره مند شدند فرانسه و آلمان بودند. آلمان بعد از این می توانست مواد معدنی فسفردار خود را مورد استفاده قرار دهد و این موضوع موجب گردید که محصول فولاد این کشور که در سال 1880 معادل 624000 تن بود در سال 1913 به 18949000 تن برسد. اما در فرانسه این معجزه ی خارق العاده اتفاق افتاد که ناگهان ملاحظه کردند که معادن ناچیز و بی مصرف حوزه ی بریه (4) Briey صاحب ارزش بسیار گردید، معادنی که بیسمارک، چون آن ها را مطلقاً بلا استفاده می دانست، در عهدنامه ی فرانگفورت (5) با تحقیر بسیار به فرانسه واگذار کرد. روش توماس موجب می شد که این مواد معدنی بی مصرف و ناچیز ناگهان تبدیل به ثروتی باور نکردنی شوند. کلمه ی باور نکردنی را بدون تأمل اختیار نکرده ایم و این کلمه به راستی در این مقام مورد پیدا می کند، زیرا در نتیجه ی پیداش روش توماس 91 درصد از کل محصول مواد معدنی آهن فرانسه از این معادن استخراج می گردید.
از این پس فرانسه می توانست از سرزمین خود بیش از سوئد، بیش از انگلستان و بیش از آلمان مواد معدنی آهن بدست آورد و از این لحاظ بلافاصله بعد از ممالک متحد امریکای شمالی و اتحاد جماهیر شوروی قرار می گرفت.
صنعتگری که موجب چنین اعتلای صنعتی گردید یعنی. س. گ. توماس ثروت بسیار به دست آورد، اما خسته و منهدم گردید و مرض سل او را از پا در آورد و آخرین روزهای زندگی را در پایتخت کشوری گذراند که ندانسته چنین ثروتی را نثار آن کرده بود. جسد وی در قبرستان پاسی در پاریس به خاک سپرده شد ولی قبل از مرگ به خواهرش وصیت کرد که همه ی اموال او را مابین مستمندان قسمت کند.

پی نوشت ها :

1- فورشامبول شهر کوچکی است در کنار رودخانه ی لوآر در فرانسه که 5000 جمعیت دارد و دارای کارخانه های فلز کاری و تهیه ی دوچرخه و موتورسیکلت و ادوات مشابه می باشد. «یادداشت مترجم»
2- سیروی کوچکی است در فرانسه مجاور اقیانوس اطلس و در شمال شهر بزرگ بوردو. «یادداشت مترجم»
3- دولومیت عبارت از کاربونات طبیعی کلسیم و منیزیم است که فرمول شیمیایی آن co3 mg، co3 ca است که به فراوانی در کوههای آلپ و به خصوص در آلپ ایتالیایی یافت می شود به طوری که این قسمت از کوههای آلپ را آلپ دولومیتی می نامند. از آنجا که این سنگها به سهولت شکسته و منهدم می شوند در نتیجه عوامل طبیعی این قسمت از کوههای آلپ صور عجیب ایجاد کرده اند. «یادداشت مترجم»
4- بریه شهر کوچکی است در شمال غربی فراسه در ناحیه ی مورت رموزل که 3000 جمعیت دارد و اهمیت آن از لحاظ معادن مزبور است. «یادداشت مترجم»
5- شهر بزرگ فرانکفورت در آلمان و وطن گوته را هر کس به خوبی می شناسد عهد نامه ی فرانکفورت عهد نامه ای است که بعد از جنگهای سال 1870 مابین آلمان و فرانسه و شکست کشور اخیر، در روز دهم ماه مه سال 1871 مابین دو کشور امضاء شد و به موجب آن ایالات آلزاس و لورن از فرانسه جدا شد و ضمیمه ی خاک آلمان گردید. «یادداشت مترجم»

منبع: روسو، پی یر، تاریخ صنایع و اختراعات، حسن صفاری، تهران: امیر کبیر، چاپ هشتم، 1390.