ጠንካራ ግን ገር

ለፒያኖ የሙዚቃ ቃና፣ ለጄት አውሮፕላን የሚያስገመግም ድምፅ፣ ሴኮንድ ቆጣሪ ለምታሰማው ድምፅ፣ ለሞተር ጉርምርምታ፣ ለሰማይ ጠቀስ ፎቆች ርዝማኔ እና ለተንጠልጣይ ድልድዮች መንጠልጠል ምክንያቱ እርሱ ነው። ይህ ምንድን ነው?

አረብ ብረት [steel] ነው። አረብ ብረት በትላልቅ የግንባታ ፕሮጄክቶች ውስጥ የሚጫወተው ሚና ከፍተኛ ነው። ከእርሱ የተሠሩ ግዙፍ መርከቦች የማያዳርሱት የውኃ አካል የለም። ከእርሱ የተሠሩ ቧምቧዎች እጅግ ርቀው ከሚገኙ ጉድጓዶች ዘይትና ጋዝ ተሸክመው በመቶዎች የሚቆጠሩ ኪሎ ሜትሮች አቋርጠው ይሄዳሉ። ይሁን እንጂ ይህ ሁለገብ ንጥረ ነገር ከዕለታዊው ሕይወት ጋር ከዚህም ይበልጥ በቅርብ የተሳሰረ ነው። ለምሳሌ ያህል በየዕለቱ ወደ ሥራ ስትሄድ የምትሳፈርበት አውቶቡስ ያለውን የሽቦ ጎማ ወይም በመኖሪያ ሕንጻህ ላይ ያለውን አሳንሰር ከፍና ዝቅ የሚያደርገውን ካቦ አስብ። በመነጽርህ መጋጠሚያ ላይ ያለው አረብ ብረት ወይም ሻይህን የምታማስልበት የአረብ ብረት ማንኪያስ? ይህ ለረጅም ጊዜ አገልግሎት የሚሰጥ ገር የሆነ ብረት በሺህ የሚቆጠሩ ሌሎች አገልግሎቶችም አሉት። አረብ ብረት የሚሠራው እንዴት ነው? ይህን ያህልስ ጠቃሚ ያደረገው ምንድን ነው?

ካርቦንና ክሪስታል

አረብ ብረት ሊቀላቀሉ የሚችሉ የማይመስሉ ሁለት ነገሮች ማለትም የብረትና [iron] የካርቦን ቅይጥ ወይም ቅልቅል ነው። ከብዙ የብረት አስተኔዎች [metals] አንጻር ሲታይ ንጹሕ ብረት ለስላሳ በመሆኑ ከፍተኛ ጥንካሬ ለሚጠይቁ ነገሮች አይውልም። ካርቦን ኢብረት አስተኔ [nonmetalic] ነው። አልማዝና ከጭስ ማውጫ ላይ የሚጠረገው ጥቀርሻ መልካቸውን የቀየሩ የዚሁ ንጥረ ነገር ዝርያዎች ናቸው። ይሁን እንጂ አነስተኛ መጠን ያለው ካርቦን ከቀለጠ ብረት ጋር ሲቀላቀል በውጤቱ የሚገኘው ከካርቦን የተለየና ከብረት የጠነከረ ነገር ነው።

አረብ ብረት ለመሥራት ቁልፉ ክሪስታል የሚባለው ነገር ነው። ብረት በክሪስታሎች የተገነባ መሆኑን ታውቃለህ? * በመሠረቱ ሁሉም ጥጥር ብረት አስተኔዎች በክሪስታል የተገነቡ ናቸው። ለሥራ ምቹ እንዲሆኑ፣ ድምቀት እንዲኖራቸውና ሌሎችንም ባሕርያት እንዲያገኙ ያስቻላቸውም ከክሪስታል የተገነቡ መሆናቸው ነው። ይሁን እንጂ የብረት ክሪስታሎች ሌላም ገጽታ አላቸው።

በአረብ ብረት ላይ የሚያስከትለው ውጤት

አረብ ብረት በሚሠራበት ጊዜ የቀለጠው ብረት ከሌሎች ንጥረ ነገሮች ጋር ይቀላቀላል። ከዚያ የተቀላቀለው ነገር እየጠጠረ ሲመጣ ብረቱ ሌሎቹን ቁስ አካላት ያሟሟቸዋል፤ በሌላ አባባል ከክሪስታላዊ መዋቅሩ ጋር እንዲዋሃዱ ያደርጋቸዋል። ሌሎች ብረት አስተኔዎችም ተመሳሳይ ባሕርይ አላቸው። ታዲያ ብረትን ለየት የሚያደርገው ምንድን ነው?

ብረትን ለየት የሚያደርገው ሙቀት ሲነካው ጠጣርነቱ ሳይቀየር ክሪስታላዊ መዋቅሩ ሊለወጥ መቻሉ ነው። ይህ ባሕርይ የብረት ክሪስታሎች በአንጻራዊ ሁኔታ ሲታይ ዝግ ከነበረ ባሕርያቸው ይበልጥ ከፈት ያለ መልክ እንዲይዙና በኋላም ወደ ቀድሞ ቦታቸው እንዲመለሱ ያስችላቸዋል። አንድ በሚገባ የተሠራ ቤት ውስጥ ተቀምጠህ እያለህ ግድግዳው ግራና ቀኝ እንደሚንቀሳቀስ ወይም ወለሉ ወደላይ ከፍና ዝቅ እንደሚል አድርገህ አስብ። ብረት አስተኔው ሳይቀልጥ ከፍተኛ መጠን ላለው ሙቀት በሚጋለጥበትና ከዚያ በሚቀዘቅዝበት ጊዜ በብረት ክሪስታሎች ውስጥም የሚከናወነው ከዚህ ጋር ተመሳሳይ የሆነ ነገር ነው።

እነዚህ ለውጦች ሲከናወኑ ካርቦን ካለ ጥኑ [hard] የነበረው ቅይጥ ገር ሊሆን ወይም ገር የነበረው ጥኑ ሊሆን ይችላል። የአረብ ብረት አምራቾች ይህንን ባሕርይ በመጠቀም የምርቶቻቸውን ጥንካሬ እንደ ኩዌንቺንግ፣ ቴምፐሪንግ እና አኒሊንግ ባሉት ዘዴዎች በሙቀት ኃይል ያስተካክላሉ። * ይሁን እንጂ በዚህ ብቻ አያበቃም።

እንደ ማንጋኒዝ፣ ሞሊብዲነም፣ ኒኬል፣ ቫኔዲየም፣ ሲሊከን፣ ሊድ፣ ክሮሚየም፣ ቦሮን፣ ተንግስተን ወይም ሰልፈር ያሉት ሌሎች ንጥረ ነገሮች ሲቀላቀሉበት አረብ ብረቱ ጥኑ ወይም ገር ብቻ ሳይሆን ጠንካራ፣ ብርቱ፣ ሊቀጠቀጥ የሚችል፣ ዝገት የሚቋቋም፣ በማሽን ቅርጽ ሊሰጠው የሚችል፣  የሚለመጥ፣ መግነጢሳዊ፣ ኢመግነጢሳዊ እና ወዘተ ይሆናል። አንድ ዳቦ ጋጋሪ የተለያዩ ዓይነት ዳቦዎችን ለማውጣት የሚጨማምራቸውን ነገሮችና የምድጃውን ሁኔታ እንደሚለዋውጥ ሁሉ ብረት አስተኔ አምራቾችም ለተለያዩ አገልግሎቶች የሚውሉ በሺህ የሚቆጠሩ የአረብ ብረት ዓይነቶችን ለማውጣት የተለያዩ ቅይጦችንና የሙቀት መጠን ይጠቀማሉ። ከአረብ ብረት የተሰሩ ሐዲዶች እስከ 12, 000 ቶን ድረስ የሚመዝን ክብደት ያለው የጭነት ባቡር ያለችግር መሸከም የሚችሉ ሲሆን የስፒል አናት የሚያክል መጠን ያላት ከአረብ ብረት የተሠራች ኩሽኔታም የሰዓት ማስተካከያ ሽክርክሪትን ደግፋ ማቆም ትችላለች።

የአረብ ብረት አሠራር​—⁠የቀድሞውና አዲሱ ዘዴ

ከብዙ መቶ ዓመታት በፊት የብረት ሠራተኞች ከብረት የቤት ዕቃና የጦር መሣሪያ ይሠሩ ነበር። ከተነጠረ ብረት (ከማዕድን ወለድ አካሉ የተለየ ብረት) የወጣ ቆሻሻ ለብረቱ ጥንካሬና ጥኑነት የሚጠቅሙ አንዳንድ ንጥረ ነገሮች እንዳሉት ተገነዘቡ። ከዚህም በላይ አንድን ከብረት የተሠራ መሳሪያ በፍጥነት በውኃ ማቀዝቀዝ የበለጠ ጥንካሬ እንደሚሰጠው አወቁ። ዛሬ የቀጥቃጩን ምድጃ የሚተኩ ትላልቅ እቶኖች፣ መዶሻውንና መስፉን የሚተኩ ትላልቅ ብረት መጨፍለቂያ መሣሪያዎች አሉ። ይሁን እንጂ ዘመናዊ የማምረቻ መሣሪያዎችም ቢሆኑ የሚከተሉት የጥንቶቹ የጉልበት ሠራተኞች ይጠቀሙበት የነበረውን መሠረታዊ ዘዴ ነው። (1) ብረቱን ያቀልጣሉ፣ (2) የሚቀየጡትን ነገሮች ይቀላቅላሉ፣ (3) የአረብ ብረቱ እንዲቀዘቅዝ ያደርጋሉ ከዚያም (4) ቅርጽ ይሰጡታል የሚያስፈልገውን ያህል ሙቀት እንዲያገኝ ይደረጋል።

ተያይዞ በቀረበው ሣጥን ላይ ያለውን መጠን ተመልከት። መጠኑ እጅግ ከፍተኛ ቢሆንም አንድ የብረታ ብረት ፋብሪካ በአንድ ቀን ውስጥ ብቻ ምንም ሳይተርፍ እምሽክ ያደርገዋል። ፋብሪካው የሚቀመጥበት ቦታ በጣም ሰፊ ሲሆን ከፍተኛ የሆነውን ፍጆታ ለማሟላት የሚያስፈልገው ጥሬ ዕቃ የሚቆለለው እዚያ ነው።

የተለያየ መልክ የሚይዝ ድንቅ ብረት

የአረብ ብረት ጠቀሜታ በብዙ ያልተጠበቁ አቅጣጫዎች ጭምር ይታያል። ከግራንድ ፒያኖ መሸፈኛ ሥር የአረብ ብረት ይገኛል። እዚያ ውስጥ ያለው ሽቦ በጣም ጠንካራ ከሆኑት አረብ ብረቶች አንዱ ሲሆን ድንቅ የሙዚቃ ድምፅ ይፈጥራል። ሃድፊልድ ማንጋኒዝ የሚባለው አረብ ብረት ትላልቅ ድንጋይ መፍጫዎችን ለመሥራት የሚያገለግል ሲሆን ቋጥኞችን በማድቀቅ ብዙ በሠራ መጠን ይበልጥ እየጠነከረ ይሄዳል። አይዝጌ አረብ ብረት (stainless steel) የቀዶ ሕክምና ባለሙያዎች የሚጠቀሙባቸውን መሣሪያዎች፣ የወይን በርሜሎችንና የአይስ ክሬም ማሽኖችን ለመሥራት ያገለግላል። አረብ ብረት የሚሰጠው ግልጋሎት የፀጉራችሁን ያህል ለቁጥር የበዛ ነው።

በዓለም ዙሪያ የዓመቱ 800, 000, 000 ቶን የሚመዝን አረብ ብረት ይመረታል። በምድር ላይ በብዛት ከሚገኙት ንጥረ ነገሮች አንዱ የሆነው ብረት ባይኖር ኖሮ ቅንጣት ታክል እንኳ የአረብ ብረት ባልኖረ ነበር። ድንጋይ ከሰልና ኖራ ድንጋይ በበቂ መጠን መኖራቸው የአረብ ብረት አቅርቦት ወደፊትም እንደሚቀጥል የሚያሳይ ማረጋገጫ ነው።

እንግዲያውስ በሚቀጥለው ጊዜ በመርፌ ልብስህን ስትሰፋ ወይም አሳ ማጥመጃ ዘንግህን ወደ ባሕር ስታጠልቅ ወይም እንደ ሁኔታው ሊስተካከል የሚችል መፍቻ ስትጠቀም ወይም በሰንሰለት የተቆለፈ በር ስትከፍት ወይም በሚቀጥለው ጊዜ በመኪና ስትሄድ ወይም ፈርህን አስተካክለህ መሬቱን ስታርስ ይህን ሁሉ ለማከናወን ያስቻለህን የብረትና የካርቦን አስገራሚ ቅይጥ አትርሳ።

[የግርጌ ማስታወሻዎች]

[በገጽ 25 ላይ የሚገኝ ሣጥን]

አሥር ሺህ ቶን የሚመዝን አረብ ብረት ለመሥራት የሚያስፈልግ ጥሬ ዕቃ

6,500 ቶን ድንጋይ ከሰል

13,000 ቶን ማዕድን ወለድ አካል

2,000 ቶን ኖራ ድንጋይ

2,500 ቶን የአረብ ብረት ቁርጥራጭ

1.5 ቢልዮን ሊትር ውኃ

80,000 ቶን አየር

 [በገጽ 26 እና 27 ላይ የሚገኝ ሣጥን/ሥዕሎች]

አረብ ብረት የሚሠራው እንዴት ነው?

ለማየት እንዲቀል ሲባል አንዳንድ ዝርዝር ነገሮች ተቀንሰዋል

አረብ ብረት ለመሥራት ሙቀት ያስፈልጋል። ቴርሞ ሜትርን እንደ መለኪያ በመጠቀም ያለቀለት አረብ ብረት አሠራር ምን እንደሚመስል እንመልከት።

▪ 1400°C። ምንም አየር በማያስገቡ ክፍሎች ውስጥ የተቀመጡ ግዙፍ ምድጃዎች የማይፈለጉትን ነገሮች ብቻ በተን መልክ በማስወገድ ድንጋይ ከሰሉን ያበስላሉ። ከዚያ የሚወጣው ኮክ የሚባለው እንደ ጥቀርሻ ያለ ብናኝ በቀጣዩ ሂደት ውስጥ የሚያስፈልገውን ሙቀትና ካርቦን ለመስጠት ያገለግላል።

▪ 1650°C። ኮክ፣ አይረን ኦር እና ኖራ ድንጋይ ወናፍ እቶን ውስጥ አንድ ላይ ተቀላቅለው በነበልባልና ከፍተኛ ሙቀት ባለው አየር ይጠበሳሉ። ኮኩ የሚነድድ ሲሆን ከፍተኛ መጠን ባለው እሳት አማካኝነት አላስፈላጊ የሆኑት የኦሩ ክፍሎች ከኖራ ድንጋዩ ጋር ይቀላቀሉና ብረታር (slag) የተባለ ተጓዳኝ ውጤት ይገኛል። ንጥረ ነገሮቹ ይቀልጡና ምድጃው ሥር ያዘቅጣሉ። ከላይ የሚንሳፈፈው ብረታር በሌላ ዕቃ ተቀድቶ ይወገዳል። ፈሳሹ ብረት በሌላ ማጓጓዣ ውስጥ ተሞልቶ ወደ ቀጣዩ ክፍል ይሄዳል።

▪ 1650°C። ዘጠና ቶን የሚመዝን የተለቀመ የብረት ቁርጥራጭ 9 ሜትር ርዝማኔ ባለውና የሸክኒት (pear) ቅርጽ ባለው ኦክሲጅን እቶን በመባል በሚታወቅ ክፍል ውስጥ ይገባል። ከዚያ አንድ ትልቅ ጭልፋ መሳይ ነገር ከፍተኛ ሙቀት ያለውን የቀለጠ ብረት በብረት ቁርጥራጮቹ ላይ ሲያፈስስና ላንስ የተባለው በውኃ የሚቀዘቅዝ ቱቦ ወደታች ሲወርድ ከፍተኛ  የእሳት ብልጭታዎች ይፈጠራሉ። ከላንሱ ውስጥ ከፍተኛ ኃይል ያለው ኦክሲጅን እየተወረወረ ሲወጣ ብረቱ በጋለ ምድጃ ላይ እንደተጣደ ሾርባ መፍለቅለቅ ይጀምራል። ኬሚካዊ አጸግብሮቶች ይካሄዳሉ። አንድ ሰዓት በማይሞላ ጊዜ ውስጥ ምድጃው ሥራውን ሲያጠናቅቅ 300 ቶን የሚመዝን ፈሳሽ አረብ ብረት ማጓጓዣ ዕቃው ውስጥ ይገባል። ከዚያ በኋላ ቅይጥ ብረት አስተኔ ይጨመራል። እሳታማው ፈሳሽ ቅርጽ ማስያዣ ማሽን ውስጥ ይገባል። ከዚያ አረብ ብረቱ መልክ ይይዛል።

▪ 1200°C። ፍም የመሰለው አረብ ብረት የተፈለገውን ዓይነት ውፍረት እስኪያገኝ ድረስ በመዳመጫ መሳሪያዎች ይዳመጣል። ይህ አድካሚ ሥራ ጠንካራ ብረት አስተኔ እንዲገኝ ይረዳል። በጣም ጠንካራ ከመሆኑ የተነሳ ሌላ ቅርጽ ለመስጠት ያስቸግራል። አግለው ቀስ በቀስ የሚያቀዘቅዙ መዳመጫዎች ይበልጥ የመተጣጠፍ ባሕርይ እንዲያገኝ ያደርጉታል።

▪ ከ20-25°C። አረብ ብረቱ ቅርፅ ተሰጥቶታል፣ ተቆርጧል፣ ሙቅ እያለ ተዳምጧል፣ ቀዝቃዛ ሆኖ ተዳምጧል አልፎ ተርፎም በአሲድ ታጥቧል። ደግሞ ደጋግሞ በእሳት ውስጥ አልፏል። በመጨረሻ ግን ሙቀቱ ለአንዴና ለመጨረሻ ጊዜ ወደ መደበኛው ደረጃ ይመለሳል። በፈሳሽ መልክ የነበረው አረብ ብረት አሁን ተደራርበው የተቀመጡ የአረብ ብረት ላሜራዎች ሆኗል። ብረታ ብረት ሱቅ ውስጥ ገብቶ ደግሞ ለቢሮ አገልግሎት ለሚውል ሕንጻ የሚሆን ሽቦ መቅበሪያ ቱቦ ሆኖ ይሠራል።

የብረት ማቅለጫው ዋና ዋና ክፍሎች ከብረት የተሠሩ ከሆኑ በሥራ ሂደት ወቅት እነርሱ ራሳቸው እንዴት አይቀልጡም? የምድጃዎቹ ውስጠኛ ክፍል፣ የቀለጠው ፈሳሽ የሚጓጓዝባቸውና የሚጨለፍባቸው መሣሪያዎች ውስጠኛ ክፍል እሳት በማይበግራቸውና ሙቀቱን መቋቋም በሚችሉ ነገሮች ከተሠሩ ሸክላዎች የተገነባ ነው። አንድ ሜትር ያህል ውፍረት ያለው ይህ ግድግዳ የኦክሲጅን እቶኑን ይከላከላል። ይሁን እንጂ እነዚህ ሸክላዎችም ቢሆኑ ከእሳቱ ትኩሳት የተነሣ ጉዳት ስለሚደርስባቸው በየጊዜው መቀየር ያስፈልጋቸዋል።

[ሥዕላዊ መግለጫ]

(መልክ ባለው መንገድ የተቀናበረውን ለማየት ጽሑፉን ተመልከት)

1. የብረት አሠራር

1400°C ድንጋይ ከሰል → ኮክ ምድጃ

↓

1650°C ኖራ ድንጋይ

አይረን ኦር → ወናፍ

↓

የቀለጠ ብረት

2. አረብ ብረት አሠራር ↓

1650°C ቁርጥራጭ

ኖራና እና ፍላክስ

ኦክሲጅን

↓

ኦክሲጅን እቶን

3. ማቀዝቀዝ ↓

ቀጣይ የሆነ ቅርጽ የማውጣት ሂደት

ብሉም

ቢሌት

ሶሌታ

4. የመጨረሻ ሥራ ↓

1200°C አረብ ብረት መዳመጥ (ዘንግ ወይም አውታር)

ዚንክ የማልበስ ሂደት

በራድ ድምጠት

ሙቅ ድምጠት

20-25°C

[ሥዕል]

ሰዎቹ ምን እንደሚያክሉ ልብ በል

[በገጽ 25 ላይ የሚገኝ የሥዕሎቹ ምንጭ]

ከሰዓቱ በስተቀር ከገጽ 25-27 ላይ የሚገኙት ሥዕሎች በሙሉ:- Courtesy of Bethlehem Steel