खुल्या भट्टीच्या पद्धतीमधील भट्टीचा तळ हा तिच्यातील कच्चा माल वितळविणाऱ्या ज्वालांसमोर सरळ खुला वा उघडा असतो. त्यावरून या पद्धतीला खुल्या भट्टीची पद्धत असे नाव पडले आहे.विल्यम सीमेन्स या जर्मन शास्त्रज्ञाने ही पद्धत सन १८६५ च्या सुमारास, पोलाद उत्पादनासाठी वापरण्यास सुरुवात केली.या प्रकारची भट्टी त्यांनी आधी काही वर्षांपूर्वी काच वितळविण्यासाठी यशस्वीपणे बनविली होती व या कामात वापरलेली काही तत्वे वापरून त्यांनी मोठ्या प्रमाणात पोलाद उत्पादनासाठी उच्च तापमान गाठणारी (१८००-१९००° सें.) भट्टी बनविली. हीच पोलादासाठी खुली भट्टी पद्धत मानली जाते. यामध्ये ऊष्णता टिकवणारी पुनर्जनक पद्धती (Regenerative System) व याच ऊष्णतेने हवा व इंधन वायू ज्वलनाचे आधी गरम करणे (Pre-heating) ही ती नवी तत्वे होत. या पद्धतीने सिलिका विटांची भट्टी पोलाद बनविण्यासाठी बनवून सीमेन्स (Siemens) यांनी १८६५ मध्ये खुल्या भट्टीचे एकस्व (Patent)घेतले.
त्याच सुमारास फ्रान्समध्ये मार्टिन बंधूंनी अशाच प्रकारच्या भट्टीतून पोलाद उत्पादनाचे एकस्व घेतले, पण त्यात ते बिडाच्या लोखंडाबरोबरच लोखंडाची मोडही वापरत असत. मोडीचा वापर प्रथम करण्याचे श्रेय मार्टिन बंधूंना जाते. त्यामुळे या पद्धतीस ‘सीमेन्स- मार्टिन खुल्या भट्टीची पद्धत’ असे नाव पडले. सुरुवातीच्या काळात सर्व खुल्या भट्ट्या सिलिकेचे प्रमाण अधिक असलेल्या विटांनी बांधलेल्या असत. यात गंधक व फॉस्फरस यांचे परिष्करण (शुद्धीकरण) होत नसे.सन १८८० नंतर सिलिकेचे प्रमाण कमी असलेल्या अल्पसिकत क्षारकीय खुल्या भट्ट्या – मॅग्नेसाइट अस्तराच्या – बांधल्या जाऊ लागल्या. त्यामुळे गंधक व फॉस्फरस यांचे परिष्करण शक्य झाले. त्यानंतर खुल्या भट्टीची पद्धत अधिक वापरात आली व १९०८ नंतर या पद्धतीने बेसेमर पद्धतीला मागे टाकले.
आ.१ मध्ये खुल्या भट्टीचा मुख्य भाग दाखविला आहे. आ.२ मध्ये हवा व वायू यांचे मार्ग दाखवून पुनर्जननाचे तत्व भट्टीत कसे उपयोजिले जाते ते दाखविले आहे.
आ. २ मध्ये भट्टीची ज्वलन व प्रक्रियांची जागा ७ या आकड्याने दाखविली आहे. समजा, प्रथम भट्टीसाठी वायू डाव्या बाजूस दाखविलेल्या A या झडपेतून दिला जातो व तो २ या वायुमार्गाने जाऊन पुनर्जनकात (regenerator) शिरतो. हा पुनर्जनक आधीच्या काळात दग्ध (ज्वलनातून निर्माण झालेल्या) वायूच्या साहाय्याने १०००-१२००° से.पर्यंत तापविलेला असतो.पुनर्जनकातून बाहेर पडेपर्यंत वायू ९००-९५०° पर्यंत तापलेला असतो. तेथून तो ६ या मार्गे भट्टीत शिरतो. त्याचप्रमाणे ज्वलनासाठी हवा ही पंखा (८), झडप C,पुनर्जनक ११, मार्ग १४ अशा रीतीने अतिशय ऊष्ण अवस्थेत भट्टी क्षेत्र ७ येथे पोहोचते. ज्वलनानंतर या भागात तापमान १८००-१९००° से. पर्यंत वाढू शकते व दग्ध वायू निघून जाताना उजव्या बाजूचे दोन्ही पुनर्जनक तापतात. सुमारे २० मिनिटांनंतर झडपांच्या साहाय्याने वायू व हवेच्या दिशा बदलतात. नंतर वायू व हवा यांना उजव्या बाजूचे पुनर्जनक तापवितात. या पद्धतीने उच्च तपमान साधून,शिवाय इंधनाची बचत होते.
या भट्टीमध्ये पोलाद बनविण्यासाठी कच्चा माल अनेक प्रकारचा उदाहरणार्थ, झोतभट्टीतले द्रव लोखंड + पोलादाची मोड, बेसेमर भट्टीतून धमन केलेले लोखंड + पोलादाची मोड, पूर्णपणे पोलादाची मोड इत्यादी असू शकतो.त्यातील पहिल्या प्रकारचा कच्चा माल असल्यास खालीलप्रमाणे पोलाद-उत्पादन केले जाते.
या उत्पादन-प्रकारात द्रव लोखंड, पोलादाची मोड, लोह-धातुक (Iron Ore), व चुनखडी ही महत्वाची द्रव्ये मानता येतील. प्रथम तळाशी चुनखडीचे एका थरापुरते भरण केले जाते. त्याच्यावर धातुकाचा काही भाग, मोडीचे लोखंड व मोडीचे पोलाद यांचे भरण होते. काही वेळ भट्टी चालवून मोड वितळू लागल्यावर योग्य वेळी या मोठ्या पात्रांतून -लॅडलमधून – आणलेले झोतभट्टीतले द्रव लोखंड भट्टीत ओतले जाते. द्रव लोखंडाचे प्रमाण अधिक असले, तर पहिली सिलिकायुक्त मळी आकारमानाने अधिक असते व ती भट्टीच्या दारामधून बाहेर वाहून जाऊ देतात, त्यालाच पहिली वाहती मळी (Flush Slag) असे म्हणतात वितळण्याची क्रिया पूर्ण झाली की, सिलिकॉन व मँगॅनीज यांचे उपचयन (परिष्करण) बरेचसे झालेले असते व वाहती मळी निघून जाते, त्यावेळी धातूचा योगांश (composition) नमुना घेऊन प्रयोगशाळेत ठरविला जातो. त्याच वेळी मळीचाही नमुना घेऊन प्रयोगशाळेत तपासणीसाठी पाठविला जातो. वितळणे पूर्ण होत आले की, चुना-उकळी (Lime Boil) चालू होते. यात चुनखडीचे पृथःकरण होते.
CaCO3 = CaO + CO2.
कार्बन डाय – ऑक्साइडाचे (CO2 ) चे बुडबुडे आल्याने धातू व मळी नीट ढवळली जातात व भट्टीतील प्रक्रियांना वेग मिळतो. तसेच धातुकाच्या प्रक्रियेनेही लोखंडातल्या कार्बनचे उपचयन होऊन असेच कार्बन मोनॉक्साइडाचे (CO ) बुडबुडे येत राहतात. या प्रक्रियेस धातुक -उकळी (Ore Boil) असे म्हणतात.
FeO + C = Fe + CO.
बाहेर पडताना या वायूचे ज्वलन होऊन कार्बन डाय – ऑक्साइड वायू ( CO2 ) तयार होतो व ती ऊष्णता भट्टीस उपयोगी पडते. या सर्व परिष्करणाच्या काळात सिलिकॉन, मँगॅनीज यांचे उपचयन होऊन त्यांचे मळीत विलयन होते. रसोईघरात पदार्थ शिजत असावा तसे भट्टीत पोलाद उकळत असते. धातू, मळी यांचे छोटे नमुने साच्यात ओतून तपासतात व शिवाय प्रयोगशाळेत पाठवून त्याचे रासायनिक पृथःकरण केले जाते.
परिष्करणाच्या एकंदर प्रक्रियेत मुख्य उद्देश म्हणजे कार्बन-उकळी चालवून कार्बन कमी करत असतानाच मळी योग्य अवस्थेत राखून सिलिकॉन, मँगॅनीज व फॉस्फरस यांचे आवश्यकतेप्रमाणे परिष्करण पूर्ण करणे हा होय. या सर्व प्रक्रिया होत आल्या की भट्टीतील पोलादाची अवस्था म्हणजे परिष्करण पूर्ण झाले आहे पण धातूत जास्त ऑक्सिजन राहिला आहे अशी असते. तो नाहीसा करण्यासाठी फेरोमँगॅनीज, फेरो- सिलिकॉन यासारखी ऑक्सिजन-हारक द्रव्ये (Deoxidizers) भट्टीत, व नंतर मोठ्या पात्रामध्ये टाकली जातात. पात्रामधील प्रक्रियांनंतर ओतण्यास योग्य पोलाद बनते असे म्हणता येईल.
पोलाद उत्पादनात खुल्या भट्टीला विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस मुख्य स्थान प्राप्त झाले व ते १९७०-७५ पर्यंत टिकले. त्यानंतर मात्र पोलाद उत्पादनाच्या क्षेत्रात लिंटस – डोनाव्हिटस पद्धत व इतर ऑक्सिजन-आधारित पद्धतींनी खुल्या भट्टीस मागे टाकले आहे.
समीक्षक – बाळ फोंडके
