כבשן

כבשן הוא תא סגור ומבודד, המיועד לשרפה בטמפרטורה גבוהה במיוחד. השימוש בכבשן נעשה לשתי מטרות: התכה ועיבוד של חומרים, בדרך כלל מתכות, לצורך עיבודם, ולהבדיל, שריפת גופות. השימוש העיקרי בכבשן הוא היתוך עפרות ליצירת מתכת "נקייה" והתכת מתכת לצורך ייצור סגסוגת המתכת ועיבודה ליצירת מוצרים כמו: כלי ברזל כבדים, מוצרי פלדה ועוד. על מנת להשיג טמפרטורה גבוהה בתוך הכבשן, מזרימים אליו בדרך כלל אוויר בלחץ המעשיר בחמצן את תהליך בעירת הדלק. בימי קדם השתמשו במפוח שהופעל באמצעות הרגל, באמצעות בהמה או בכוח מים. כיום משתמשים במפוחים חשמליים רבי עוצמה. קרמטוריום או משרפה הוא סוג כבשן המשמש לשריפת גוויות. ערך מורחב – תנור רם תנור רם הוא תנור תעשייתי (כבשן) המשמש להפקת יצקת מעפרת ברזל. לברזל שימושים רבים בתעשייה, אך הוא אינו נמצא בטבע בצורתו השימושית, ולכן להפקתו נדרש תהליך טכנולוגי מסובך. קודם כל מפיקים יצקת מעפרת ברזל וצרף, ואחר כך מיצקת אפשר להפיק פלדה וברזל בתנורים אחרים. היצקת מורכבת מברזל, ויותר מ-2% פחמן. את הברזל מפיקים מעפרות ברזל, המורכבות מברזל וחמצן, פחמן מקוק (דלק) או אנתרצית (סוג של פחם), בנוסף מוסיפים אבן גיר כדי לסלק צורן מהיצקת. התנור מורכב מהחלק העיקרי- גוף התנור, שם על ידי חימומו ל-1200–1300 מעלות צלזיוס מתרחש התהליך הכימי העיקרי. לגוף התנור יש פתח עליון להכנסת עופרת הברזל וצרף להפקת פחמן. פתח להכנסת אוויר, פתח להוצאת סיגים, ופתח להוצאת יצקת. החימום נעשה על ידי שריפת הפחם באוויר המוכנס על ידי משאבה. אוויר מוזרם בלחץ לחלקו התחתון של התנור, שבתחתיתו מונחת עפרת ברזל שעיקרה חלודה. מלמעלה נשפכת אבקת פחם (פחמן טהור כמעט) ואבן גיר גרוסה, המשמשת כזרז לתגובת החימצון המתרחשת בתחתית הכבשן. פלדה ידועה מזה אלפי שנים, אך עד לאמצע המאה ה-19 כל השיטות להפקתה כללו עבודה ידנית ממושכת ועל כן מחירה היה גבוה מאוד - פי 5 ויותר ממחירו של ברזל חשיל. במאה ה-19 הביקוש לפלדה גבר, עקב דרישות תעשייתיות רבות ושונות: דוודי קיטור, קני תותחים, בניית גשרים שיוועו לפלדה זולה בייצור המוני. הנרי בסמר היה אחד מרבים שניסה לענות לצורך זה, ובשנת 1855 רשם פטנט על תהליך בסמר. התהליך חולל מהפכה של ממש שהדיה לא שככו גם בימינו: בשנת תחילת הייצור צנחו מחירי הפלדה פי 10, והמחיר המשיך לרדת - למעשה עלות הפקת הפלדה הייתה 1/60 ממחיר השוק טרם כבשן בסמר. ביסודו כבשן בסמר הוא כור התכה המלהיט את הברזל המותך שבו על ידי דחיסת אוויר בלחץ מקרקעית הכור, כך שהאוויר יבעבע דרך הברזל המותך. סיגי הפחמן הכלולים בברזל המותך מתלקחים במגע באוויר, וצבע העשן העולה מהכבשן משמש לבקרה טובה למדי על כמות הפחמן שנותרה בברזל המותך. כשצבע וסמיכות העשן בישרו על תכולת פחמן של כאחוז, שהיא תכולת הפחמן בפלדה, הוגף מעבר האוויר הדחוס כך שחימצון הפחמן הפסיק בו ברגע, והפלדה שבכור נוצקה מייד לתבניות. התהליך כולו נמשך כ-20 דקות בלבד. השימוש בכבשן בסמר דעך במחצית המאה ה-20 עקב הקושי בהפקת פלדה בה כמות הפחמן מבוקרת ברמות של עשיריות או מאיות האחוז. עם התמקצעות המטלורגיה הפכו הדרישות לסוגים ספציפיים מאוד של פלדה למוגדרים עד כדי מאיות האחוזים של חומרי התוספת, גודל וכיוון גבישי הברזל ועוד. אלו דרישות שכבשן בסמר, דווקא בשל מהירות פעולתו, אינו יכול למלא. אבל המהפכה שחולל התהליך עודנה מתרחשת. עם הוזלה זו במחירי הפלדה ניתן היה להשתמש בה כשלד לבניין, וכך החלו להבנות גורדי שחקים ושינו את פני הנוף העירוני. גשרים בממדים שלא עלו על הדעת טרם הוזלת הפלדה עיצבו מחדש את התעבורה. נשק חם זול ואמין קטל עשרות מיליוני חיילים וקורבנות אחרים ושינה את פני הלוחמה. הכבשן מוזכר במקרא, ללא ציון מטרת השימוש בו, אך מצוין שהוא מעלה עשן רב (בראשית יט, כח; שמות יט, יח), ומצטברת בו כמות רבה של פיח (שמות ט, ח). כבשנים להפקת ברזל נמצאו בסין מהמאה ה-1 לפנה"ס, אך בסין עצמה נמצא ברזל מופק מהמאה ה-5 לפנה"ס, מה שאומר שהיה קיים תהליך יצירתו לפני אותם כבשנים שנמצאו. מפורסם הוא שבברזל השתמשו כל הכובשים הגדולים, היוונים, אנשי קרתגו, הרומאים, הביזנטים והפרסים, אך תהליך הפקת הברזל היה מסובך ויקר מהמקובל היום. נַפָּח - בעל מקצוע המשתמש בכבשן לעיבוד מתכת גולמית. על כבשן הסיד הגדול שנתגלה בחפירות במודיעין בשנת 2000, מתוך אתר רשות העתיקות אנימציה של עבודת תנור רם לפני המהפכה התעשייתית