सर्वसाधारण क्युपोला भट्टीत इंधन म्हणून दगडी कोळशाचा वापर करण्यात येतो. या क्युपोला भट्टीत कोळशासह सल्फरचे (गंधक) प्रमाण जास्त असल्याने व धातू गंधक शोषून घेत असल्याने वितळलेल्या रसातदेखील सल्फराचे प्रमाण वाढते. तसेच कोळशाच्या ज्वलनामुळे प्रदूषण वाढते. पाश्चात्य देशात प्रदूषणाचे नियम कठोर असल्याने कोळसा इंधन म्हणून वापरण्यावर बंधने येऊ लागली. त्यातूनच कोळसाविरहित क्युपोलाचा जन्म झाला.
पारंपरिक क्युपोलात कोळसा हे इंधन असते. कोळशाच्या ज्वलनामुळे धातूचे तापमान वाढत जाऊन धातू वितळतो. वितळलेला धातू कार्बन शोषून घेतो. कोळसाविरहित भट्टीत नैसर्गिक वायू किंवा हलके डीझेल तेल (Light Diesel Oil) इंधन म्हणून वापरले जाते. संस्तर हा उत्तापसाही पदार्थाच्या चेंडूपासून बनवला जातो (Bed of Refractory Balls). वितळलेला धातू त्यातून खाली येत असताना त्याचे तापमान वाढत जाते. कार्बन शोषणाची क्रिया नसल्याने क्युपोलाच्या कोठ्यात कार्बन अंत:क्षेपित करावा लागतो. (पाहा : क्युपोला भट्टी)
कोळसाविरहित भट्टीची सर्वसाधारण रचना : कोळसाविरहित क्युपोला भट्टी हे पोलादी नळकांडे असून त्याला उत्तापसाही विटांचे अस्तर असते. याखेरीज ज्वालक, पाण्याद्वारे थंड ठेवलेली जाळी, उत्तापसाही पदार्थांचे चेंडू इ. भट्टीचे महत्त्वाचे घटक असतात.
ज्वालक : ज्वालकासाठी नैसर्गिक वायू किंवा हलके डीझेल तेल इंधन म्हणून वापरले जाते. ज्वालकाचा आतील व्यास, त्याचा जमिनीच्या पातळीशी असणारा कोन, इंधन व हवा यांचे मिश्रण करण्याची पद्धत इत्यादीवर ज्वालकाची कार्यक्षमता अवलंबून असते. ज्वालक हे जाळीच्या खाली काही अंतरावर लावलेले असतात. त्यामुळे चेंडू तापतात व धातूचे वितळण होते. वितळलेला धातू भट्टीच्या कोठ्यात जमा होतो.
इंधन : हवा हे गुणोत्तर किंचित जास्त ठेवल्यास आतील वातावरण क्षपणकारी (Reducing) राहते व ऑक्सिडीकरण टाळले जाते. अलीकडे ज्वलनाची क्रिया इलेक्ट्रॉनिक पद्धतीने नियंत्रित केली जाते. त्यामुळे धातू वितळणावरदेखील चांगले नियंत्रण ठेवणे शक्य झाले आहे.
पाण्याद्वारे थंड ठेवलेली जाळी (Water Cooled Grate) : जाळीचे मुख्य काम उत्तापसाही चेंडूंना आधार देण्याचे असते. जाळी उष्णतारोधक मिश्रधातूंपासून बनविलेली असते व तिला उत्तापसाही पदार्थाचा लेप दिलेला असतो. जाळीची रचना सहज रीत्या काढता यावी व बदलता यावी अशी असते. जाळीचे आयुर्मान हे भट्टीत वापरत असलेला कच्चा माल, रसाचे तापमान, भट्टीची कार्यपद्धती खंडित आहे की अखंडित या गोष्टींवर अवलंबून असते.
उत्तापसाही चेंडूचा संस्तर : संस्तरामध्ये चेंडूचे अनेक थर असतात. चेंडूचे आकारमान हे संस्तराची इच्छित सच्छिद्रता (Permeability), जाळ्यांची संख्या तसेच भट्टीचे आकारमान यानुसार कमी – जास्त ठेवावे लागते. चेंडूचा व्यास साधारणपणे १००-१५० मिमी. एवढा असतो. ज्वलनात निर्माण झालेले वायू संस्तरातील पोकळ्यातून वर जात असतात व भट्टीतील माल खाली येत असतो. या दोघात उष्णतेची देवाणघेवाण होते व रसाचे तापमान वाढत जाते. वितळणाच्या क्रियेत चेंडू नष्ट होत जातात, त्यांची जागा भरून काढून संस्तराची उंची स्थिर ठेवावी लागते. त्यासाठी वरून नवीन चेंडू सातत्याने खाली पाठवावे लागतात. चेंडूंना वर असलेल्या मालाचा भार सहन करावा लागतो, तसेच खाली येणाऱ्या गरम धातूद्वारे होणाऱ्या उष्णतेच्या धक्क्याचा सामना करावा लागतो (Thermal Shock).
भट्टीची कार्यपद्धती : १) पूर्वतापन : भट्टीत माल भरण्यापूर्वी भट्टीचा आतील भाग व संस्तरामधील चेंडू यांचे पूर्वतापन करावे लागते. त्यासाठी सुमारे अर्धा ते पाऊण तास लागतो. पूर्वतापनामुळे भट्टीचे अस्तर, भट्टीचा कोठा तसेच उत्तापसाही चेंडू हे तापतात.
२) भट्टीतील मालाचे वितळण : संस्तर पुरेसा गरम झाल्यावर भट्टीमध्ये माल टाकणे चालू होते. इंधन : हवा हे गुणोत्तर थोडेसे जास्त ठेवल्यास काहीसे क्षपणकारी वातावरण तयार होते. ते आवश्यकही असते. वितळण झालेल्या धातूचे तापमान साधारणपणे १४५० सेल्सियस इतके असते. वितळलेला रस व इंधन यांचा प्रत्यक्ष संपर्क येत नसल्याने बाहेर पडणारा रस स्वच्छ असतो. वितळणाच्या क्रियेत संस्तरामधील चेंडू, भट्टीचे अस्तर, खालील जाळीवरचे लेपन यांची झीज होते. ती कमीतकमी होईल यानुसार अभिवाह निवडला जातो. वितळनाच्या क्रियेत मालातील लोखंड, कार्बन सिलिकॉन, मँगॅनीज यांचे काही प्रमाणात ऑक्सिडीकरण होते.
वितळणातील महत्त्वाचे गुणनिकष : वितळणाचा वेग, वितळलेल्या धातूचे तापमान हे महत्त्वाचे निकष आहेत. ते संस्तराची उंची, भट्टीचे आकारमान यावर अवलंबून असतात. संस्तराची उंची साधारणपणे ३५०-४०० मिमी. असते. ज्वलनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या हवेत एक टक्का प्राणवायू मिसळल्यास रसाचे तापमान ५०-८०० सेल्सियस इतके वाढू शकते.
ज्वलन क्षमता व वितळण क्षमता : कोळसाविरहित क्युपोला भट्टीची ज्वलनक्षमता ८०-८५ टक्के इतकी असते. पारंपरिक क्युपोला भट्टी व कोळसारहित क्युपोला भट्टी यांची तुलनात्मक वितळण क्षमता पुढीलप्रमाणे आहे – पारंपरिक क्युपोला (साधी हवा) ३०-३५ टक्के, पारंपरिक क्युपोला (गरम हवा) ३५-४० टक्के, कोळसाविरहित क्युपोला भट्टी – ५५ टक्के.
संदर्भ : Richard W. Heine; Carl R. Loper, Philip, C. Rosenthal, Principles of Metal Casting, Tata McGraw-Hill Education, II edition, 2001.
समीक्षक : प्रवीण देशपांडे
Discover more from मराठी विश्वकोश
Subscribe to get the latest posts sent to your email.