विद्युत्-प्रज्योतीच्या आधारे भट्टी बनविण्याची कल्पना १९ व्या शतकातही माहीत होती, परंतु विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस विदयुत्-प्रज्योतीच्या आधारे औद्योगिक पातळीवर पोलाद बनविण्यात यश मिळाले. त्रिकलात्मक प्रत्यक्ष प्रज्योत-भट्टीची (Three phase direct arc) पद्धत सुरू झाल्यानंतरच हे शक्य झाले. सध्या उद्योगात सुमारे ८ मीटर व्यासाच्या २०० टन शक्तीच्या मोठ्या भट्ट्या वापरात आहेत. लहान प्रमाणात पोलाद तयार करण्यासाठी ५, १०, २५ टनाच्याही भट्ट्या वापरात आहेत.
आकृती मध्ये विद्युत्-भट्टीची रचना दाखविलेली आहे. भट्टीचे पात्र पोलादी पट्टीचे बनविलेले असते व त्याला आतून सर्व बाजूनी तापसह विटा व तापसह माती यांचे अस्तर असते.पोलाद ओतण्यासाठी भट्टी आडव्या आसावर वळविण्याची सोय असते. तसेच मोठ्या भट्ट्यांमध्ये प्रभारणाच्या वेळी यंत्राने भट्टीचे छत बाजूला करण्याचीही सोय असते. लहान भट्ट्यांमध्ये ही सोय नसते; परंतु भट्टीच्या समोरच्या दारातून प्रभारण सुलभतेने करता येते. विद्युत्-प्रज्योतीसाठी १००-३०० व्होल्ट दाब लागतो, तर येणारा पुरवठा ११ kV, २२ kV असा मोठ्या दाबाचा असतो.त्यामुळे भट्टीसाठी स्वतंत्र रोहित्र (Transformer) असावा लागतो. त्रिकलात्मक भट्टीमध्ये प्रवाह नेणारे ३ विद्युत् अग्र ( Electrode) असतात, ते कार्बन-ग्रॅफाइटचे असतात. विद्युत् अग्र व प्रभार यांच्यामधील अंतर आपोआप नियमन पद्धतीने (Automatic control) केले जाते व त्यामुळे भट्टीला जाणार्‍या विदयुत्-शक्तीचे योग्य नियमन होते.
विद्युत्-भट्टी ही बहुतांशी क्षारकीय पद्धतीने (Basic process) पोलाद उत्पादनासाठी वापरली जाते व त्यात एक मळीची वा दोन मळ्यांची पद्धत (Double-slag Process) वापरली जाते. दोन मळ्यांच्या पद्धतीत दुसरी मळी ही क्षपणकारी (Reducing Slag) असते व तिच्यामुळे ऑक्सिजन-निरास व सल्फर-परिष्करण/ शुद्धीकरण चांगले होते. विद्युत्-भट्टीत अनेक प्रकारचे पोलाद तयार केले जाते. मिश्रक-हीन साध्या पोलादापासून ते तहत महागाचे मिश्र-पोलाद, अगंज पोलाद इ. अनेक प्रकारचे पोलाद व अनेक उच्च-तापमानाचे मिश्र-धातू बनविले जातात.प्रभारही अनेक प्रकारचा वापरता येतो व त्यामुळे या पद्धतीची उपयुक्तता वाढते.
विद्युत्-भट्टीच्या प्रभारात पोलादाची मोड – कच्चा माल – हेच द्रव्य बहुतांशी असते. मोडीचा तुटवडा असल्यास द्रव लोखंडाचा वापर अधिक केला जातो. मोडीच्या प्रभारात साधारणतः ३५ टक्के जड मोड – पोलादी ठोकळ्याचे वा बिलेटचे तुकडे, ४० % मध्यम मोड व २५ % हलकी मोड असणे योग्य असते. प्रभार पूर्ण वितळला की, त्याचा नमुना घेऊन त्यातील मौलांची (मळी) पातळी अजमावली जाते व शुद्धीकरणाची एकंदर दिशा ठरते. कार्बन कमी करण्यासाठी धातुक वा ऑक्सिजन व तो वाढविण्यासाठी मोडलेल्या कार्बन विद्युद्-अग्राचे तुकडे वापरले जातात. द्रवीभवन होता होताच सिलिकॉन व मँगँनीज यांचे शुद्धीकरण काही प्रमाणात झालेले असते व उरलेले मळीच्या साहायाने घडून येते. एकंदर विक्रिया खालीलप्रमाणे मांडता येतील.
Si + 2 FeO = SiO2 + 2 Fe.
Mn + FeO = MnO + Fe.
या विक्रिया ऊष्णता-जनक आहेत व त्यामुळे तापमान वाढते, उलटपक्षी फॉस्फरस विक्रियेला कमी तापमान हवे असते व ते या २ विक्रिया बर्‍याचशा पूर्ण झाल्यावर आणखी मोड टाकून मिळविता येते. शुद्धीकरणात कार्बन कमी करावयाचा असल्यास लोह-धातुक वा ऑक्सिजन वायू वापरतात. कार्बन शुद्धीकरणात कार्बन मोनॉक्साइड (CO) वायूचे बुडबुडे बाहेर पडत असल्याने त्या स्थितीला कार्बन-उकळी (Carbon-boil) असे म्हणतात. या प्रक्रिया पूर्ण होत आल्यावर पहिली मळी काढून दुसरी क्षपणकारी मळी (Reducing Slag) बनविली जाते. यासाठी चुना, फ्ल्युओर्स्पार (Fluorspar – CaF2 ), कोक इत्यादीचा वापर केला जातो. या मळीत थोडा कॅल्शियम कार्बाइड (CaC2) हा घटक असतो व त्याचा क्षपणाने गंधक शुद्धीकरणासाठी फार उपयोग होतो.या गंधक-विक्रियेसाठी उच्च तापमान व क्षारकीय अशी उत्तम द्रव मळी आवश्यक असते. शुद्धीकरण सर्व बाजूंनी नीट झाले की, फेरो-मँगॅनीज, फेरो-सिलिकॉन, ॲल्युमिनियम इत्यादी ऑक्सिजन-हारके वापरून नंतर पोलाद ओतण्यासाठी सिद्ध होते.
मागील काही दशकात विद्युत्-भट्टीच्या पद्धतीच्या प्रसाराबरोबरच निरनिराळ्या उद्देशांसाठी भट्टीत ऑक्सिजनचा वापर वाढू लागला आहे.मुख्यत्वेकरून कार्बनचे जलद शुद्धीकरण करणे व अगंज व तत्सम मिश्र पोलादाच्या उत्पादनात अधिक काटकसर व दक्षता आणणे अशा अनेक उद्देशांनी ऑक्सिजन वापरला जातो. तात्विक दृष्ट्या एका टनाचा ०.०१ % कार्बन कमी करण्यासाठी १०० लि. ऑक्सिजन लागतो, परंतु प्रत्यक्षात इतर अनेक विक्रियांमुळे तो १७००-२५०० लिटर इतका लागतो.
बहुतेक अगंज पोलाद प्रकारात क्रोमियम व निकेलचे प्रमाण बरेच असून कार्बन ०.०४ ते ०.०८ % इतका कमी असतो. कार्बन इतका कमी करण्यासाठी जर धातुक वापरले, तर क्रोमियमचेच उपचयन होऊन ते मळीत जाते व उत्पादन अवघड व महाग पडते. उलट या विक्रियांचा ऊष्मागतिकीच्या (Thermodynamics) अंगाने अभ्यास केला, तर असे दिसून येते की, अधिक उच्च तापमानास ( १८०० – १९००° से.) क्रोमियमचे उपचयन न होऊ देता कार्बनचे उपचयन करता येते आणि हे ऑक्सिजन-वापराने सुलभ होते. क्रोमियमपैकी ८० -९० % भाग, मळीत वाया न जाता, धातूत राहू शकतो. इतरही महाग मिश्र पोलादे – उदाहरणार्थ,टंग्स्टन, मॉलिब्डेनमयुक्त पोलादांचे प्रकार – बनविताना या तत्त्वाचा उपयोग होतो व ऑक्सिजनचा वापर महत्त्वाचा ठरतो.अशा प्रकारे विद्युत्-भट्टी अनेक महत्वाच्या पोलाद प्रकारांच्या व उच्च मिश्रधातूंच्या उत्पादनासाठी आवश्यक अशी पद्धत आहे.
संदर्भ :
- खानगावकर,प. रा; मिश्रा, वि. ना. लोखंड व पोलादाचे उत्पादन, महाराष्ट्र विद्यापीठ ग्रंथनिर्मिती मंडळ, नागपूर , १९७४.
समीक्षक – बाळ फोंडके
