(द्रावणी भट्टी). मोठ्या प्रमाणात बिडाचा रस तयार करण्यासाठी उभ्या भट्टीचा प्रकार. या भट्टीची रचना सर्वसाधारणपणे पुढे वर्णन केल्याप्रमाणे असते.
अ) क्युपोलाची रचना व भट्टीतील विविध क्षेत्रे (Zones) : क्युपोलामध्ये ज्वलनासाठी इंधन म्हणून कोळसा वापरला जातो. फुललेल्या कोळशाचा संस्तर (Bed) भट्टीच्या खालील भागात असतो. त्यावर धातू, कोळसा, अभिवाह (Flux) यांचे थर रचलेले असतात. पंख्याने पुरविलेली हवा, हवेच्या नळ्या, हवेचा कोठा, नाल्या या मार्गाने भट्टीत प्रवेश करते. कोळशाच्या संस्तरामधील कोळसा ज्वलनासाठी वापरला जातो. वरून आलेला कोळसा खर्च झालेल्या कोळशाची जागा घेतो व अशा प्रकारे संस्तराची उंची कायम राखली जाते. वितळण झालेला धातू रसाच्या नळीतून (पन्हाळीतून) बाहेर येतो. अभिवाह म्हणून वापरलेल्या चुन्यामधील कॅल्शियम ऑक्साइड, जळालेल्या कोळशाच्या राखेमधील सिलिका व ॲल्युमिनियम ऑक्साइड, भंगारामधील (स्क्रॅपमधील) मालाला चिकटलेल्या वाळूमधील सिलिका यांच्यामुळे मळी तयार होते. ती रसावर तरंगत असते. मळी पन्हाळीतून बाहेर येते. धातू वितळेल त्याप्रमाणे माल सातत्याने भट्टीत टाकला जातो. त्यामुळे थरांची उंची माल टाकण्याच्या दरवाज्याच्या थोड्या खालच्या पातळीपर्यंत स्थिर राहते.
ब) क्युपोलामध्ये घडणाऱ्या रासायनिक क्रिया व भट्टीतील प्रमुख क्षेत्रे : १) कोळशामधील कार्बन व हवेतील ऑक्सिजन (प्राणवायू) यांचा संयोग होऊन कार्बन डायऑक्साइड तयार होतो. या क्रियेत उष्णता निर्माण होते.
C+O2 —->CO2 + 8148kcal/kg.
ही क्रिया नळीजवळ व नळीपासून काही उंचीपर्यंत घडून येते. या क्षेत्रास ऑक्सिडीकरण क्षेत्र असे म्हणतात.
२) या क्रियेत तयार झालेला कार्बन डायऑक्साइड व कोळशामधील कार्बन यांचा कोळशाच्या संस्तरातील वरील भागात संयोग होतो व कार्बन मोनॉक्साइड तयार होतो. या क्रियेत उष्णता शोषली जाते.
CO2 + C —-> 2CO – 3276 kcal/kg.
पण, ज्या भागात धातू वितळतो तेथे काही प्रमाणात कार्बन मोनॉक्साइड असणे आवश्यक असते. म्हणून ही क्रिया काही प्रमाणात घडून द्यावी लागते. ही क्रिया घडते त्या क्षेत्रास क्षपण क्षेत्र म्हणतात.
३) कोळशाच्या ज्वलनाने तयार होणारे गरम वायू वर जात असताना खाली येणाऱ्या मालाबरोबर उष्णतेची देवाणघेवाण होते व खाली येणाऱ्या मालाचे तापमान वाढत जाते. या क्षेत्रास पूर्वतापन क्षेत्र असे म्हणतात.
क) क्युपोला चालवण्यातील विविध पायऱ्या : १) अस्तर दुरुस्ती : अस्तरास चिकटलेली आधीच्या भट्टीची मळी व रस काढून अस्तर दुरुस्त केले जाते. यासाठी शाडू व उत्तापसाही विटा यांचा वापर करतात. दुरुस्तीनंतर भट्टीचा आतील व्यास ठरावीकच राहणे महत्त्वाचे आहे. दुरुस्तीनंतर भट्टी आतून सुकवली जाते.
२) ओलसर रेतीची गादी (Bed) तयार करणे : तळातील दरवाजा लावून आधारासाठी स्तंभ लावला जातो. त्यावर रेतीची गादी केली जाते. भट्टीच्या आकारमानानुसार गादीची जाडी १५०-३०० मिमी. असते. गादीस रसाच्या भोकाच्या दिशेने मीटरला ५०-८० मिमी. इतका ढाळ दिला जातो.
३) क्युपोला पेटवणे : गादीवर उलट्या शंकूच्या आकारात लाकडे रचली जातात. त्यावर कोळसा टाकून भट्टी पेटवली जाते. पहिला कोळसा पेटला की, त्यावर पुन्हा कोळसा टाकला जातो. या पद्धतीने ठरावीक उंचीचा संस्तर बनवला जातो व त्याची उंची मापली जाते.
४) भट्टी भरणे : कोळसा फुलून संस्तर तयार झाल्यावर त्यावर आळीपाळीने धातू, कोळसा, अभिवाह असे थर टाकले जातात.
माल भरण्याचा क्रम पुढीलप्रमाणे असतो – कोळसा, चुना, सिलिकॉन, मँगॅनीज इ. चे मिश्रधातू, पोलादाचे भंगार, बिडाचे भंगार व पिग आयर्न.
५) हवा सोडणे : भट्टी माल टाकण्याच्या दरवाजापर्यंत भरली की पंख्यातून हवा सोडली जाते. वर उल्लेखलेल्या रासायनिक क्रिया चालू होतात. वितळलेला धातू व त्यावर तरंगणारी मळी भट्टीच्या खालील भागात येते.
६) मळी काढणे : मळीसाठी ठेवलेल्या नळीतून मळी बाहेर येते.
७) रस काढणे : अखंडित क्युपोलाच्या बाबतीत रसाच्या नळीतून वितळलेला धातू सातत्याने वाहत राहतो. वर तरंगणारी मळी मळीच्या नळीतून सातत्याने बाहेर पडते. खंडित क्युपोलाच्या बाबतीत धातुरस कोठ्यात (well किंवा Hearth) साठवला जातो. आवश्यक तेवढा रस साचला की, रसाचे भोक खोलून त्यातून वितळलेला धातू बाहेर काढला जातो. ही क्रिया पूर्ण झाल्यावर शाडूच्या बूचाने रसाचे भोक बंद केले जाते.
८) भट्टी बंद करणे : भट्टी संपायच्या आधी काही वेळ माल टाकणे बंद करावे लागते. सर्व ओतकाम पूर्ण होताच पंखा बंद करून हवेचा पुरवठा बंद केला जातो. आतील वितळलेला धातू पूर्णपणे बाहेर काढल्यानंतर खालच्या दाराचा आधारस्तंभ काढून दार उघडले जाते. त्यामुळे भट्टीतील शिल्लक कोळसा व माल खाली पडतो. त्यावर पाणी मारले जाते. भट्टीत काही माल शिल्लक ठेवावा लागतो. भट्टी पूर्णपणे रिकामी केल्यास आतील अस्तर जास्त प्रमाणात जळते.
ड) कोळशाचे प्रमाण व भट्टीची धातू वितळविण्याची क्षमता : सध्या उपलब्ध असलेला कोळसा धातूच्या ९-१२ टक्के या प्रमाणात वापरावा लागतो. कोळसा धातूच्या साधारणपणे ९-१० टक्के वापरला जात आहे, असे गृहीत धरल्यास दर तासाला ०.८-०.९ किलो/ प्रत्येक सेंमी. वर्ग (०.८-०.९ Kg/cm2) इतके धातू वितळण्याचे प्रमाण पडते. क्युपोलाचा व्यास माहिती असल्यास त्यावरून छेद क्षेत्रफळ काढता येते. त्यावरून धातू वितळण्याच्या प्रमाणाचा हिशोब करू शकतो.
इ) हवेचे प्रमाण : एक किलो कोळशाचे योग्य पद्धतीने जलन करण्यास ७ घमी. किलो कार्बन (7.cu. meters/kg of carbon) इतकी हवा लागते. दर मिनिटाला किती किलो कोळशाचे ज्वलन करणार आहोत व त्यासाठी किती हवा लागणार आहे, यावरून पंख्याची क्षमता काढता येते.
ई) वितळण होताना होणारे रासायनिक घटकातील फेरफार : भट्टीत टाकलेला धातू व बाहेर पडणारा रस यात पुढीलप्रमाणे फेरफार होतात : सिलिकॉन – १०-१५ टक्के कमी होते, मँगॅनीज – १५-२० टक्के कमी होते, सल्फर – ०.०३-०.०५ टक्के इतकी वाढ होते, फॉस्फरस – काहीही बदल होत नाही, कार्बन – यासाठी पुढील सूत्र वापरावे : रसामधील कार्बन = 2.4+1/2 C – ¼ (si+p), C – टाकलेल्या मालातील एकूण कार्बन, Si – टाकलेल्या मालातील एकूण सिलिकॉन, P – टाकलेल्या मालातील एकूण फॉस्फरस.
एके काळी बिडाची कास्टिंग बनविणाऱ्या फौंड्रीच्या वितळण विभागात क्युपोला ही प्रथम स्थानावर होती. आज ही जागा प्रवर्तन भट्टीने (Induction Furnace) घेतली आहे. तथापि, बिडाच्या अवजड कास्टिंगचे उत्पादन करणाऱ्या फौंड्रीत आजही क्युपोलाला प्राधान्य देण्यात येते.
संदर्भ : Richard W. Heine; Carl R. Loper, Philip, C. Rosenthal, Principles of Metal Casting, Tata McGraw-Hill Education, II edition, 2001.
समीक्षक : प्रवीण देशपांडे