झोतभट्टीमध्ये कोळसा – कोक या प्रतीचा – व लोखंडाचे धातुक चुनखडी अभिवाहासह एकत्र टाकतात आणि कोळशाच्या ज्वलनासाठी खालच्या भागातून हवा पाठवितात. कोळशाच्या ज्वलनाने तयार झालेल्या उच्च तापमानास धातुकाचे कोळशामुळे वा कार्बन मोनॉक्साइड वायूमुळे अपचयन होते. धातुकाच्या अपचयनाने बनलेले द्रव लोखंड तळभागातील बाजूच्या छिद्रातून वेळोवेळी बाहेर काढले जाते.
झोतभट्टीची पद्धत मानवास प्राचीन काळापासून माहीत आहे,परंतु पूर्वीच्या काळी लोणारी कोळसा वापरत असल्याने त्यातून तयार होणारे लोखंड घन स्थितीत मिळत असे. वितळलेले लोखंड तयार होण्यास लागणारे तापमान या लोणारी कोळशावर चालणार्‍या लहान भट्टीत मिळत नसे.हे लोखंड म्हणजे एक प्रकारे स्पंजी लोखंड (Sponge Iron) म्हणता येईल.भारतातही अशा भट्टया होत्या. मध्ययुगात जर्मन स्ट्युकोफेन हा झोतभट्टीचा थोडा मोठा प्रकार यूरोपात प्रचलित होता. सुमारे २ मी. व्यास व ५ मी. उंच अशा या भट्टीतून लोखंडाचे धातुक (Iron Ore) व लोणारी कोळसा (Charcoal) यांपासून द्रव लोखंड (Pig iron) तयार होत असे. मोठी भट्टी व पुष्कळ कोळसा घातल्याने तयार झालेल्या उच्च तापमानामुळे द्रव – बिडाचे – लोखंड तयार होत असे. लोखंड असे द्रव स्थितीत तयार होऊ शकते ही गोष्ट कारागिरांना प्रथमतः एखाद्या अपघातानेच कळली असावी. कालांतराने द्रव बिडाचे अधिक लवचिक अशा घडीव लोखंडात (Wrought iron) रूपांतर करण्याची पद्धत माहीत झाली. अठराव्या शतकापर्यंत लोखंड-पोलादाच्या धंद्यात मुख्यत्वेकरून धातुकापासून बिडाचे लोखंड, त्यापासून घडीव लोखंड, व त्यापासून पोलाद-निर्मिती या पद्धती वापरात होत्या. आजच्या कारखान्यात झोतभट्टीने बिडाचे लोखंड व नंतर या द्रव लोखंडापासून किंवा द्रव लोखंड व मोडीचे पोलाद या मिश्रणापासून थेट पोलादनिर्मिती अशी पद्धत वापरली जाते. अशा पद्धतीत मोठ्या भट्ट्या वापरल्या जातात. त्यासाठी लोणारी कोळसा चालत नाही. विशिष्ट प्रकारच्या दगडी कोळशापासून (Coking Coal) बनविलेला कोक (Coke) लागतो.
दर दिवशी १५०० टन लोखंडापर्यंत उत्पादन करणाऱ्या झोतभट्टीची एकंदर रचना आकृतीमध्ये दाखविली आहे. खालच्या भागातील तोटीतून ८५०° – १०००° सें. या तापमानाची हवा पाठविली जाते. वरच्या प्रभारण-द्वारातून लोखंडाचे धातुक, कोक – विशिष्ट दर्जाच्या दगडी कोळशापासून झोतभट्टीसाठी वेगळा तयार केलेला प्रकार – व चुनखडी – अभिवाह – यांचे प्रभारण सतत होत असते. भट्टीच्या खालच्या भागात ऑक्सिजनमुळे कोकपासून कार्बन मोनॉक्साइड तयार होतो व या कार्बन मोनॉक्साइड वायूमुळे धातुकाचे अपचयन होऊन द्रव लोखंड तयार होते.
लोह धातुक + कोक + चुनखडी + हवा = बिडाचे लोखंड + मळी + झोतभट्टीचा वायू
Fe2O3 + C + Limestone + Air = Fe + CO + CO2 + slag + Blast Furnace Gas
असे सर्वसाधारण रासायनिक समीकरण लिहिता येईल.
अलीकडे कारखान्यात दर दिवशी ४००० टन लोखंडापर्यंत उत्पादन करणाऱ्या झोतभट्ट्या सामान्यतः वापरात आहेत. आकृतीमध्ये मुख्य अंतर्भागात तळभागाला मूस(Crucible, hearth) सुमारे १०-११ मी. व्यास व ६-७ मी.खोली या आकाराची असते. यामध्ये भट्टीत तयार झालेले द्रव लोखंड साठत जाते आणि ते वेळोवेळी तळाजवळच्या एका छिद्रातून बाहेर काढले जाते. प्रभारातील निरुपयोगी द्रव्ये चुनखडीतील चुन्याशी संयोग पावून द्रव मळी तयार होते व ती द्रव लोखंडावर तरंगून साठत राहते. ती वेगळ्या छिद्रातून बाहेर काढली जाते.
अशी झोतभट्टी व त्याबरोबर असणारी कच्चा माल आणणारी यंत्रसामग्री, लागणार्‍या हवेचा पुरवठा व ती ऊष्ण करण्याची यंत्रणा, तसेच भट्टीला थंड ठेवण्यासाठी पाणीपुरवठा, भट्टीतून उत्सर्ग होणार्‍या उपयोगी वायूचे धवन- या सर्व गोष्टी भट्टीच्या कार्यकालात (३ – ५ वर्षे ) दर दिवशी सतत २४ तास व वर्षाचे ३६५ दिवस चालू ठेवाव्या लागतात.
धातुक, कोक व चुनखडी ही द्रव्ये प्रभारणासाठी कोठ्यांमध्ये (३,४) ठेवली जातात व तेथून डोलीच्या (Skip-hoist) साहाय्याने भट्टीच्या वरच्या भागातून भट्टीत टाकली जातात. कोठ्या भरण्यासाठी (५,६) यांत्रिकी पट्ट्यांवरून (Belt conveyors) माल आणला जातो. डोलीची क्षमता ६-८ घनमीटर असते व त्यात १५ टन धातुक वा ३-४ टन कोक एका वेळी घेता येतो. अशा या डोलीच्या सुमारे ७०० फेर्‍या दर दिवशी होतात. या अशा फेर्‍यांसाठी डोलीच्या दोराचा वेग १००-१४० मी./मिनिट असतो व त्याचे विद्युत चलित्र सुमारे ४०० अश्वशक्तीची असते. भट्टीतून वर जाणारा माल भट्टीच्या शिरोभागात असलेल्या फिरती लहान टाकी (Hopper) व दुघंटा (Double bell) या रचनेत पडतो. नंतर लहान घंटा खाली सरकते व प्रभार मोठ्या घंटेवर पडतो. यानंतर लहान घंटा वर जाते व पुढील डोलीतील माल त्यात येतो. काही डोल्या टाकल्यानंतर योग्य वेळी मोठी घंटा खाली सरकते व प्रभारणाचा योग्य प्रमाणात तयार केलेला माल भट्टीत पडतो.
सर्वसाधारणतः द्रव लोखंड बाहेर काढण्याचे काम दर ४ – ६ तासांनंतर केले जाते. यासाठी हवेच्या दाबावर चालणार्‍या यंत्राने लोह-तोटी (Iron Notch) फोडून मोकळी करतात. सुरुवातीचा लोखंडाचा घट्ट घन थर ऑक्सिजनाचे साहाय्याने जाळून बाजूला करावा लागतो व नंतर आतील धगधगणारे द्रव लोखंड बाहेर येते. ते एक वा अधिक मोठ्या पळीमध्ये जमा केले जाते. ते बिडाच्या लोखंडाचे ठोकळे (Pigs) करणार्‍या यंत्राकडे किंवा नंतर पोलाद बनविण्यासाठी एका मिश्रकाकडे (Mixer) पाठविले जाते. पुरेसे लोखंड काढल्यानंतर हवेच्या दाबावर चालणार्‍या यंत्राने (Mud Gun) लोह-तोटी बंद केली जाते. लोखंड काढून झाल्यावर काही वेळाने धातुमळीसुद्धा बाहेर काढली जाते. यासाठी आता धातुमळी-तोटी (Slag Notch) मोकळी केली जाते.
आ. : झोतभट्टीचे संयंत्र :१) भट्टीचा स्तंभ (furnace shaft), (२) भट्टीच्या मुशीचा तळभाग व पाया, (३) व (४) धातुक व कोक यांच्या टाक्या, (५) व (६) वाहक पट्टे –मध्य रेषा, (७) मापक यान (Scale car) मार्ग, (८)डोली मार्गाचे रूळ, (९) मळी वाहून नेण्याचा मार्ग, (१०) द्रव धातू ओतण्याचा व नेण्याचा मार्ग, (११) धूलि-संग्राहक.
भट्टीला दिला जाणारा हवेचा झोत ८००° – १०००° सें. च्या तापमानास गरम होण्याकरिता स्टोव्ह या उपकरणाची गरज असते. ही एक प्रकारची ताप-पुनरुद्धारक (Heat-Reneration) भट्टी असते. स्टोव्ह हा साधारणतः ६ – ९ मी. व्यास व २५ – २८ मी. उंची अशा आकाराचा असतो. यामध्ये वायू जाळून उष्णता निर्माण करण्यासाठी ज्वलन-कक्ष (Combustion Chamber) असतो व बाकी सर्व भाग विटांच्या जाळीने भरलेला असतो. स्टोव्हमध्ये हवेला ऊष्णता देण्यासाठी पुनरुद्धारक तत्त्वाचा (Regenerative Principle)उपयोग करतात. प्रथम झोतभट्टीतून बाहेर पडणारा ज्वलनयोग्य वायू स्वच्छ केल्यानंतर स्टोव्हच्या ज्वलन-कक्षात जाळतात व हा अति-उष्ण वायू स्टोव्हच्या विटांच्या जाळीतून खेळवितात. नंतर ज्वलन बंद करून स्टोव्हमधून हवा गरम करण्यासाठी खेळविली जाते. असे चक्र पुन:पुन्हा करून हवा ८००° – १०००° सें.पर्यंत गरम केली जाते व ती थेट झोतभट्टीत अंतर्धमनासाठी पाठविली जाते.
भट्टीत तयार होणार्‍या बिडाच्या लोखंडाची रासायनिक घटना साधारणतःपुढीलप्रमाणे असते: कार्बन ३.५ – ४.५ %, सिलिकॉन १ -२ %, मॅंगॅनीज ०.५ -१.५ %, फॉस्फरस १% पेक्षा कमी, गंधक ०.५% पेक्षा जास्त.भट्टीतून बाहेर पडणार्‍या वायूमध्ये साधारणत: २७% कार्बन मोनॉक्साइड, १२% कार्बन डाय-ऑक्साइड, १% हायड्रोजन व उरलेला नायट्रोजन असे प्रमाण असते. हा वायू ज्वलनास योग्य असतो व त्यापासून सुमारे ३ – ४.३ मेगाजूल/घनमीटर इतकी ऊर्जा मिळू शकते. भट्टीतून बाहेर पडताना त्यात बरेच धूलिकण असतात (सुमारे ९ – ९० मिग्रॅम/घनमी.). हे सर्व काढून टाकल्याशिवाय या वायूचा ज्वलनास योग्य उपयोग करून घेता येत नाही. धूलिकण काढून टाकण्यासाठी धूलिग्राहक (Dust-catcher),चक्रवाती-विलगक (Cyclone separator), धूलिमार्जक (Dust washer), स्थिर-विद्युत विलगक (Electrostatic separator)इत्यादी साधनांचा उपयोग केला जातो.
धातुकापासून लोखंड व पोलाद तयार करणार्‍या कारखान्यांना एकत्रित लोखंड-पोलाद कारखाना (Integrated Iron and Steel Plant) असे म्हटले जाते. असा कारखाना ऊर्जा व कोकसारख्या दुर्मीळ साधनांचा अत्यंत कार्यक्षम उपयोगाचे उदाहरण मानला जातो.
समीक्षक – बाळ फोंडके
