पोलाद उद्योगाच्या दृष्टीने आवश्यक असलेली धातुयुक्त कच्च्या मालाची लोहयुक्त मिश्रणे. मिश्र पोलादे बनविताना त्यांच्यात विविध मूलद्रव्ये मिसळणे आवश्यक असते. अशा आवश्यक मूलद्रव्यांचा अथवा मूलद्रव्यांचा उद्‌गम अथवा स्त्रोत म्हणून ही खास मिश्रणे वापरतात. त्यांच्या लोखंड – सामान्यपणे ५० टक्क्यापेक्षा कमी – आणि खनिज अथवा धातुक – कच्च्या रूपातील धातू – या रूपातील अशी एक वा अनेक मूलद्रव्ये मुद्दाम मिसळलेली असतात, म्हणून या द्रव्यांना लोहमिश्रके म्हणतात. यांच्यातील लोखंड ही मूलद्रव्ये बरोबर नेण्याचे काम करते. यांशिवाय बहुतेक लोहमिश्रकांमध्ये कार्बनचे प्रमाण लक्षणीय असते.
अभियांत्रिकीय उपयोगाच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या असलेल्या पोलादांमध्ये मिसळण्यासाठीच लोहमिश्रके बनवितात. त्यांचा अन्य उपयोग होत नाही. ती ठिसूळ असतात. त्यामुळे जोडकाम करून वस्तू बनविण्याच्या दृष्टीने ती गैरसोयीची आहेत. लोहमिश्रकांद्वारे पोलादांत समाविष्ट करण्यात येणाऱ्या धातू शुद्ध रूपात मिळविता येतात. या शुद्ध धातू सामान्यपणे त्यांच्या ऑक्साइडी धातुकांचे कार्बनने क्षपण करून मिळवितात. ही प्रक्रिया अवघड व खर्चिक असते. त्यामुळे पोलादात मिसळण्यासाठी शुद्ध धातू वापरणे खर्चाचे असते. शिवाय काही धातूंचे वितळबिंदू लोखंड व पोलाद यांच्या वितळबिंदूपेक्षा जास्त आहेत. त्यामुळे या धातू पोलादात सहजपणे मिसळता येत नाहीत. उलट या शुद्ध धातूंच्या मानाने त्यांच्या लोहमिश्रकाचा वितळबिंदू सामान्यपणे कमी असतो. तसेच त्यांच्यात लोखंड बऱ्याच प्रमाणात असते. त्यामुळे ते वितळलेल्या पोलादात सहजपणे विरघळून मिसळून जाऊ शकते. शिवाय लोहमिश्रकात मुख्य धातूखेरीज अन्य मूलद्रव्येही असतात. या मूलद्रव्यांमुळे मुख्य धातू वितळताना तिचे ऑक्सिडीभवन होण्यापासून रक्षण होते. परिणामी या धातूचा अधिक कार्यक्षमपणे उपयोग केला जातो. अशा प्रकारे लोहमिश्रकांमुळे पोलादाला खास गुणधर्म तर प्राप्त होतातच; शिवाय त्याच्यातील ऑक्सिजनच्या व कधीकधी गंधकाच्या प्रमाणाचे नियंत्रण करण्यासाठीसुद्धा लोहमिश्रके उपयुक्त ठरतात.
प्रकार : अगदी साध्यातल्या साध्या कार्बन पोलादात सिलिकॉन व मँगॅनीज ही मूलद्रव्ये मिसळावी लागतात आणि ती मुख्यत्वे लोहमिश्रकांद्वारे मिसळतात. यांशिवाय उच्च व नीच मिश्रपोलादांमध्ये क्रोमियम, व्हॅनेडियम, बोरॉन, टंगस्टन, टिटॅनियम व मॉलिब्डेनम ही मूलद्रव्येही लोहमिश्रकांतील त्या त्या धातूच्या धातुकातून वा खजिनजातून मिळतात. लोहमिश्रकातील प्रमुख वा नमुनेदार मूलद्रव्यानुसार त्याला नाव देतात. उदा., सिलिकॉन लोहमिश्रक, मँगॅनीज लोहमिश्रक, क्रोमियम लोहमिश्रक, व्हॅनेडियम लोहमिश्रक, टंगस्टन लोहमिश्रक व मॉलिब्डेनम लोहमिश्रक. यांशिवाय जटिल लोहमिश्रकेही पुष्कळ असून पोलादात मिसळावयाची दोन वा अधिक मूलद्रव्ये त्यांच्यात असतात. अशा प्रकारे कमी वा जास्त कार्बनयुक्त, धातूचे प्रमाण कमी वा जास्त असणारी एक अथवा अनेक धातू असणारी अशी विविध व्यापारी दर्जांची व निरनिराळ्या संयोगांची १०० पेक्षा अधिक लोहमिश्रके उपलब्ध आहेत. काही नमुनेदार लोहमिश्रकांतील घटकांचे प्रमाण कोष्टक १ मध्ये दिले आहे.
लोहमिश्रकातील मुख्य लोहेतर धातू तिच्या धातुकापासून मिळते. प्रमुख लोहमिश्रकांसाठी वापरण्यात येणारी काही धातुके पुढे दिली आहेत : (१) मँगॅनीज लोहमिश्रक : पायरोल्यूसाइट, रोडोनाइट; (२) सिलिकॉन लोहमिश्रक : मुख्यत्वे क्वॉर्ट्‌झ (सिलिकॉन डाय-ऑक्साइड) या खनिजाचा बनलेला क्वॉर्ट्झाइट हा खडक; (३) मॉलिब्डेनम लोहमिश्रके : मॉलिब्डेनाइट, पॉवेलाइट; (४) व्हॅनेडियम लोहमिश्रक : कॉर्नोटाइट, रास्कोलाइट; (५) क्रोमियम लोहमिश्रक : क्रोमाइट; (६) टिटॅनियम लोहमिश्रक : इल्मेनाइट, रूटाइल; (७) टंगस्टन लोहमिश्रक : वुल्फ्रॅमाइट. धातुकाच्या निसर्गातील उपलब्धतेवर व क्षपणाद्वारे धातू किती सहजपणे मिळविता येते यांवर लोहमिश्रकाची किंमत अवलंबून असते. यांमुळे सिलिकॉन लोहमिश्रके इतरांहून स्वस्त, तर मॉलिब्डेनम लोहमिश्रके अतिशय महाग असतात.
लोखंड अथवा त्याचे धातुक, लोहेतर धातुक वा खनिज, दगडी कोळसा व अभिवाह – धातुक वितळून तयार होणाऱ्या द्रवाची तरलता वाढविण्यासाठी व नको असलेली मलद्रव्ये त्याच्यातून धातुमळीच्या रूपात काढून टाकण्यासाठी वापरण्यात येणारा पदार्थ – यांच्यावर उच्च तापमानाला संस्करण करून लोहमिश्रके तयार करतात. लोहेतर धातुके बहुधा ऑक्साइडांच्या रूपात असतात व त्यांचे क्षपण.
दगडी कोळशासारख्या कार्बनयुक्त पदार्थाने होते. त्यामुळे लोहमिश्रकात कार्बन कमीअधिक प्रमाणात रहातो [काही खास उपयोगांकरिता मात्र कमी कार्बन असलेली लोहमिश्रके बनवितात. उदा., अत्यल्प कार्बनयुक्त अगंज (stainless) पोलादासाठी वापरण्यात येणारे क्रोमियमयुक्त लोहमिश्रक]. या प्रक्रियेसाठी झोतभट्टी वापरतात. मात्र आता सर्व लोहमिश्रके बनविण्यासाठी विद्युत् भट्टीचा उपयोग मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. लोहमिश्रकांपैकी मँगॅनीज, सिलिकॉन व क्रोमियम यांची निरनिराळ्या प्रतींचा लोहमिश्रके ही सर्वांत महत्त्वाची आहेत. त्यांची माहिती पुढे दिली असून त्यांच्या निर्मितीच्या पद्धती कधीकधी काही अन्य लोहमिश्रकांच्या निर्मितीकरिताही वापरल्या जातात.
मँगॅनीज लोहमिश्रके : पूर्वी पोलादात मँगॅनीज मिसळण्यासाठी स्पिगेलझेन हे मिश्रण वापरीत; त्यात १६ ते २० टक्के मँगॅनीज व सु. ५ टक्के कार्बन असून ते झोतभट्टीत बनवितात. मात्र याच्या मदतीने हवे तेवढे मँगॅनीज मिसळताना प्रमाणाबाहेर कार्बनही मिसळला जातो. हे टाळण्यासाठी मँगॅनीज लोहमिश्रक बनविण्यात आले. त्यात सु. ८० टक्के मँगॅनीज व ६ ते ७ टक्के कार्बन असतो. ही या लोहमिश्रकाची सर्वांत सामान्यपणे वापरली जाणारी प्रत असून तिला प्रमाणभूत मँगॅनीज लोहमिश्रक म्हणतात. बिडाच्या झोतभट्टीत हिचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करतात. याकरिता मँगॅनीजाचे चांगले धातुक व चांगल्या दर्जाचा दगडी कोळसा हा कच्चा माल लागतो. मँगॅनीज व लोखंड यांच्यात बरेच रासायनिक साधर्म्य हे. त्यामुळे झोतभट्टीत होणाऱ्या यांच्या विक्रियांमध्येही पुष्कळ साम्य आहे. कार्बनचे प्रमाण याहून कमी असलेल्या या लोहमिश्रकांच्या प्रतीही उपलब्ध आहेत.
पोलादाच्या दृष्टीने मँगॅनीज महत्त्वाचे आहे कारण त्यामुळे पोलादावर गंधकाचे होणारे दुष्परिणाम कमी होतात, ते कठीण होते आणि त्याला इतर अपेक्षित उत्तम गुणधर्म प्राप्त होतात. मँगॅनीज लोहमिश्रकांचा जगातील खप हा उरलेल्या सर्व लोहमिश्रकांच्या एकूण खपाहून जास्त आहे.
सिलिकॉन लोहमिश्रके : यांच्या ५०,७५,८० व ९० % सिलिकॉन असलेल्या प्रती तयार करतात. यांतील उरलेला भाग मुख्यत्वे लोखंड, तसेच ०.५ टक्क्यापेक्षा कमी कार्बन आणि ०.१ टक्क्याहून कमी गंधक व फॉस्फरस यांचा बनलेला असतो. कमी सिलिकॉन असलेली लोहमिश्रके झोतभट्टीत तयार करता येतात. मात्र इतर बहुतेक प्राती निमज्जन प्रज्योत भट्टीत बनवितात. लोहमिश्रके बनविण्याची ही सर्वसाधारण पद्धती आहे. ही भट्टी पोलादी पत्र्याची बनविलेली असते. हिचा वरचा भाग दंडगोलाकार व तळाचा उथळ बशीसारखा असतो. भट्टीच्या आतील बाजूवर कार्बनच्या विटांचे अस्तर असते. भट्टीची वरची बाजू उघडी असून नित्यातून तीन विद्युत् अग्रे आत सोडतात. भट्टीत क्वॉर्ट्झाइट, कोक व लोखंडाचा चुरा हा कच्चा माल टाकतात. तो अशा प्रकारे टाकण्यात येतो की, विद्युत् अग्रे व निर्माण होणारी ज्योत ही दोन्ही या कच्च्या मालाखाली बुडून गेल्याने झाकली जातील. विद्युत् अग्रांमधून मोठा विद्युत् प्रवाह जाऊ देतात. यामुळे सिलिकेवर कार्बनने पुढीलप्रमाणे क्षपणाची विक्रिया होऊन सिलिकॉन निर्माण होते : SiO2 + 2C = Si + 2CO. हे सिलिकॉन लगेचच लोखंडाच्या रसात मिसळून जाते आणि हा द्रव भट्टीच्या तळाशी जमा होतो. तेथून तो तोडीद्वारे मधूनमधून काढून घेतात व सपाट पात्रात थंड करून घन होऊ देतात. मग त्याचे योग्य आकारमानाचे तुकडे वा कण तयार करतात.
लोहेतर घातूचे ऑक्साइड टाकून सिलिकॉन असणारे अन्य लोहमिश्रक बनविता येते. अशा प्रकारे इतर लोहमिश्रके बनविताना सिलिकॉन लोहमिश्रक मध्यस्थ पदार्थ म्हणून वापरता येते. उदा., क्रोमियम, बोरॉन किंवा मँगॅनीजयुक्त सिलिकॉन लोहमिश्रके.
खास चुंबकीय गुणधर्मांची पोलादे बनविण्यासाठी व पोलाद निर्मितीच्या वेळी ऑक्सिजन काढून टाकण्यासाठी सिलिकॉन लोहमिश्रके वापरतात. ही लोहमिश्रकेही मोठ्या प्रमाणात वापरली जातात.
क्रोमियम लोहमिश्रके : यांच्याही अनेक प्रती असून सर्वसाधारणपणे वापरल्या जाणाऱ्या प्रकारात ६५ ते ७२ टक्के क्रोमियम व ४.५ ते ८.५ टक्के कार्बन असतो. पी. एल्. टी. एरू यांनी शोधून काढलेल्या पद्धतीच्या विद्युत् प्रज्योत भट्टीत हे तयार करतात. क्रोमियमचे उच्च प्रतीचे धातुक, लोखंड वा त्याचे धातुक आणि अभिवाह हा याचा कच्चा माल असून क्षपणासाठी यात सामान्यपणे अँथ्रॅसाइट हा दगडी कोळशाचा प्रकार वापरतात. भट्टीत विद्युत् प्रवाह सोडल्यावर क्षणपक्रिया होऊन मिश्रणाचा रस भट्टीत खाली जमा होतो. कमी कार्बनयुक्त क्रोमियम लोहमिश्रक बनविण्यासाठी उच्च कार्बनयुक्त क्रोमियम लोहमिश्रक, क्रोमियम ऑक्साइड, चुना व फ्ल्युओरस्पार हा कच्चा माल वापरतात. यामुळे क्रोमियम ऑक्साइड व कार्बन यांच्यात विक्रिया होऊन बनलेल्या कार्बन मोनॉक्साइडच्या रूपात कार्बन निघून जातो. अशा तऱ्हेने ०.२ ते २ टक्के कार्बन असलेले लोहमिश्रक बनते. याचा अत्यल्प कार्बनयुक्त अगंज पोलाद निर्माण करण्यासाठी उपयोग होतो. मध्यम प्रमाणात कार्बन असणारे क्रोमियम लोहमिश्रक हे निमज्जन प्रज्योत भट्टीत बनविता येते. मात्र क्षणणाकरिता यात सिलिकॉन लोहमिश्रकासारखे पदार्थ वापरावे लागतात.
इतर लोहमिश्रके: यांशिवाय व्हॅनेडियम, टंगस्टन, मॉलिब्डेनम व बोरॉन यांची लोहमिश्रकेही असून तीही पोलादनिर्मितीत वापरली जातात. व्हॅनेडियमचे धातुक व काही ऑक्साइडे यांचे कार्बनयुक्त सिलिकॉन लोहमिश्रकाबरोबर किंवा ॲल्युमिनियमबरोबर क्षपण करून व्हॅनेडियम लोहमिश्रक मिळते.
भारतीय उद्योग: मँगॅनीज लोहमिश्रक बनविण्याची पहिली झोतभट्टी भारतात १९१७-१८ साली सुरू झाली; ती बेंगॉल आयर्न अँड स्टील कंपनी व टाटा उद्योगसमूह यांनी सुरू केली. अशा भट्ट्या मुळात बीड उत्पादनासाठी वापरतात. मात्र त्या रात्रंदिवस एकसारख्या पुष्कळ दिवस चालविल्यानंतर त्यांच्यातील उच्चतापसह – न वितळता उच्च तापमान सहन करू शकणाऱ्या – विटांचे अस्तर बदलावे लागते. अशा वेळी भट्टी बंद करण्यापूर्वी तिच्यात शक्य तेवढे मँगॅनीज लोहमिश्रक तयार करून मगच ती बंद करण्याची प्रथा आहे. १९४७ पूर्वी भारतात या लोहमिश्रकाचा खप खूपच कमी होता आणि यासाठी वापरण्यात येणारे पायरोल्यूसाइट हे धातुक मुख्यत्वे निर्यात होत असे. आता भारत या लोहमिश्रकाच्या वावतीत स्वयंपूर्ण झाला असून जवळजवळ सर्व धातुक येथील उद्योगातच वापरले जाते.
आंध्र प्रदेशातील श्रीकाकुलम जिल्ह्यात श्रीरामपूर येथे इंडियन मेटल्स अँड फेरोॲलॉइज कंपनीने १९६८ साली या लोहमिश्रकाचा कारखाना काढला. नंतर खंडेलवाल फेरोॲलॉइज, दांडेली फेरोॲलॉइज कॉर्पोरेशन, फेरोॲलॉइज कॉर्पोरेशन, नवभारत फेरोॲलॉइज इ. कंपन्या या क्षेत्रात आल्या. भारतात मँगॅनीज लोहमिश्रके बनविणारे सात कारखाने असून त्यांची वार्षिक उत्पादनक्षमता १,८२,००० टन आहे. भारतात पोलादाच्या दर टनामागे १६ किग्रॅ. मँगॅनीज लोहमिश्रक वापरले जाते. १९८२-८३ साली याचे भारतात १,६७,००० टन उत्पादन झाले.
भारतात क्रोमियमचे धातुक बऱ्याच प्रमाणात आढळते व क्रोमियम लोहमिश्रकाचे उत्पादनही बरेच होते. १९८२ – ८३ साली याचे येथे ४० हजार टन उत्पादन झाले होते. नवभारत फेरोॲलॉइज ही कंपनी सिलिकॉन लोहमिश्रकांच्या उत्पादनात आघाडीवर आहे. १९८२-८३ साली भारतात याचे ४४ हजार टन उत्पादन झाले होते. कोष्टक क्र. २ मध्ये भारतातील विविध लोहमिश्रकांचे १९७५ व १९८० साली झालेले उत्पादन दिले आहे.
भारतात लोहमिश्रकांच्या दृष्टीने उपयुक्त असलेल्या काही धातुकांचे मोठे साठे आढळले आहेत. उदा., मँगॅनीज, क्रोमाइट, सिलिकॉन (क्वॉर्ट्झाइट). यांशिवाय मॉलिब्डेनम, व्हॅनेडियम, टिटॅनियम व निकेल यांचीही धातुके आढळली आहेत. मॉलिब्डेनमची धातुके तांब्याच्या व अन्य धातुकांबरोबर, तर व्हॅनेडियमची टिटॅनियमयुक्त मॅग्नेटाइटालगत आणि टिटॅनियमची धातुके विशेषेकरून पश्चिम किनारी भागात आढळणाऱ्या जड वाळूत सापडली आहेत. भारतात बोरॉनची थोडीच खनिजे आढळतात आणि ती आर्थिक दृष्टीने फायदेशीर ठरण्यासारखी नाहीत. या धातुकांची वन खनिजांची माहिती त्या त्या धातूच्या व मूलद्रव्यांच्या नोंदीत दिलेली आहे.
संदर्भ :
- Deeley, P. D. and others, Ferroalloys and Alloying Handbook, New York, 1981.
- Smith, W. F. Structure and Properties of Engineeing Alloys, New York, 1980.
- Toulukian, Y.S.; Ho, C. Y. Properties of Selected Ferrous Alloying Elements, Vol. 3, New York, 1981.
