ইস্পাত শিল্পের মূল উৎপাদন প্রক্রিয়া
ইস্পাত, আধুনিক শিল্পের মেরুদণ্ড হিসাবে, বিশ্বব্যাপী অবকাঠামো, উত্পাদন, পরিবহন এবং অগণিত অন্যান্য খাতকে ভিত্তি করে। এটির উৎপাদন একটি পরিশীলিত, বহু-পর্যায়ের প্রক্রিয়া যা কাঁচা খনিজকে উচ্চ-কর্মক্ষমতা সম্পন্ন ধাতব পদার্থে রূপান্তরিত করে। মূল কর্মপ্রবাহ চারটি আন্তঃসংযুক্ত পর্যায় নিয়ে গঠিত: লোহা তৈরি, ইস্পাত তৈরি, ক্রমাগত ঢালাই এবং ইস্পাত ঘূর্ণায়মান। প্রতিটি পদক্ষেপ উপাদানটির গঠন, গঠন এবং বৈশিষ্ট্যগুলিকে পরিমার্জিত করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, এটি নিশ্চিত করে যে এটি শেষ ব্যবহারকারীদের বিভিন্ন প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে-। নীচে এই মূল প্রক্রিয়াগুলির একটি বিশদ ব্রেকডাউন রয়েছে
1. আয়রন তৈরি: আকরিক থেকে ধাতব লোহা আহরণ করা
লোহা তৈরি হল মৌলিক পদক্ষেপ যা লোহা-বাহক আকরিককে তরল পিগ আয়রনে (গরম ধাতু), ইস্পাত উৎপাদনের জন্য প্রাথমিক ফিডস্টক রূপান্তরিত করে। এই প্রক্রিয়ার কেন্দ্রবিন্দু হল ব্লাস্ট ফার্নেস (BF), একটি সুবিশাল নলাকার কাঠামো যা সাধারণত 30-60 মিটার লম্বা, তাপ-প্রতিরোধী অবাধ্য পদার্থ দিয়ে রেখাযুক্ত যা চরম তাপমাত্রা (1300-1500 ডিগ্রি) সহ্য করতে পারে।
লোহা তৈরিতে ব্যবহৃত কাঁচামালগুলির মধ্যে তিনটি মূল উপাদান রয়েছে: লোহা আকরিক (সিন্টার এবং লম্প আকরিক, যাতে 55-65% আয়রন অক্সাইড থাকে), কোক (কয়লা থেকে প্রাপ্ত একটি কার্বন-সমৃদ্ধ জ্বালানী, তাপের উত্স এবং হ্রাসকারী এজেন্ট হিসাবে দ্বৈত ভূমিকা পালন করে), এবং ফ্লাক্স (প্রাথমিকভাবে পাথরের সাথে পাথর তৈরি করে)। এই উপকরণগুলি সুনির্দিষ্ট অনুপাতে মিশ্রিত করা হয় এবং একটি বেল বা বেল-কম চার্জিং সিস্টেমের মাধ্যমে উপর থেকে ব্লাস্ট ফার্নেসে খাওয়ানো হয়। এদিকে, প্রি-হিটেড এয়ার (গরম বিস্ফোরণ) চুল্লির নীচে টিউয়েরেস নামক অগ্রভাগের মাধ্যমে ইনজেক্ট করা হয়, কোককে জ্বালায় এবং একটি উচ্চ-তাপমাত্রা হ্রাসকারী বায়ুমণ্ডল তৈরি করে।
এই পরিবেশে, রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির একটি সিরিজ ঘটে: কোক পোড়ে কার্বন মনোক্সাইড (CO), যা আকরিকগুলিতে আয়রন অক্সাইড (Fe₂O₃) এর সাথে বিক্রিয়া করে এটিকে ধাতব লোহাতে পরিণত করে। চুনাপাথর ক্যালসিয়াম অক্সাইডে (CaO) পচে যায়, যা সিলিকা (SiO₂), অ্যালুমিনা (Al₂O₃) এবং আকরিকের অন্যান্য গ্যাঙ্গু খনিজগুলির সাথে একত্রিত হয়ে গলিত স্ল্যাগ- তৈরি করে যা তরল লোহার কম ঘনত্বের কারণে উপরে ভাসতে থাকে। গলানোর 6-8 ঘন্টা পরে, গলিত পিগ আয়রন (3.5-4.5% কার্বন সামগ্রী সহ, সালফার, ফসফরাস এবং ম্যাঙ্গানিজের মতো অমেধ্য) একটি ট্যাফোলের মাধ্যমে চুল্লি থেকে টেপ করা হয়, যখন স্ল্যাগটি পুনর্ব্যবহার বা শিল্প ব্যবহারের জন্য আলাদাভাবে সরানো হয়। আধুনিক লোহা তৈরির সুবিধাগুলি প্রায়ই কোক খরচ কমাতে এবং কম কার্বন নিঃসরণ কমাতে পালভারাইজড কোল ইনজেকশন (PCI) বা প্রাকৃতিক গ্যাস ইনজেকশনের মতো শক্তি সংরক্ষণ প্রযুক্তি অন্তর্ভুক্ত করে।
2. ইস্পাত তৈরি: অমেধ্য পরিশোধন এবং খাদ
স্টিল মেকিং হল অতিরিক্ত কার্বন এবং ক্ষতিকারক অমেধ্য (সালফার, ফসফরাস, অক্সিজেন ইত্যাদি) অপসারণ করে পিগ আয়রনকে বিশুদ্ধ করার প্রক্রিয়া যখন পছন্দসই যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য (শক্তি, বলিষ্ঠতা, জারা প্রতিরোধ) অর্জনের জন্য মিশ্র উপাদানগুলির সাথে এর রাসায়নিক গঠন সামঞ্জস্য করে। বিশ্বব্যাপী দুটি প্রভাবশালী ইস্পাত তৈরির প্রযুক্তি হল বেসিক অক্সিজেন ফার্নেস (BOF) স্টিল মেকিং এবং ইলেকট্রিক আর্ক ফার্নেস (EAF) স্টিল মেকিং।
বেসিক অক্সিজেন ফার্নেস (BOF) স্টিল মেকিং
বিশ্বব্যাপী ইস্পাত উৎপাদনের আনুমানিক 70% জন্য হিসাব করে, BOF স্টিলমেকিং কাঁচামাল হিসাবে তরল পিগ আয়রন (চার্জের 70-80%) এবং স্ক্র্যাপ স্টিল (20-30%) ব্যবহার করে। প্রক্রিয়াটি 100-400 টন ক্ষমতা সহ একটি কাতযোগ্য, অবাধ্য-রেখাযুক্ত কনভার্টারে সঞ্চালিত হয়। একটি জলের-ঠান্ডা অক্সিজেন ল্যান্সকে কনভার্টারে নামানো হয়, যা সুপারসনিক গতিতে গলিত লোহার পৃষ্ঠে উচ্চ-বিশুদ্ধতা অক্সিজেন (99.5%+) উড়িয়ে দেয়৷ অক্সিজেন কার্বন (CO এবং CO₂ গ্যাস গঠন করে), সিলিকন, ম্যাঙ্গানিজ এবং ফসফরাসের সাথে জোরালোভাবে বিক্রিয়া করে, তীব্র তাপ উৎপন্ন করে (1650 ডিগ্রি পর্যন্ত) যা বাহ্যিক শক্তি ইনপুট ছাড়াই পরিশোধন প্রক্রিয়াটিকে টিকিয়ে রাখে।
স্ল্যাগ গঠন নিয়ন্ত্রণ করতে এবং সালফার এবং ফসফরাসকে কার্যকরভাবে অপসারণ করতে, ফুঁ দেওয়ার সময় চুন (CaO) এবং ডলোমাইটের মতো ফ্লাক্স যোগ করা হয়। পরিশোধন চক্র 20-40 মিনিট স্থায়ী হয়, এবং অপারেটররা তাপমাত্রা পরিমাপ এবং রাসায়নিক নমুনার মাধ্যমে প্রক্রিয়াটি নিরীক্ষণ করে যাতে ইস্পাত লক্ষ্যমাত্রার নির্দিষ্টকরণ পূরণ করে। একবার পরিশোধন সম্পূর্ণ হলে, মিশ্র উপাদান (যেমন, ম্যাঙ্গানিজ, সিলিকন, ক্রোমিয়াম, নিকেল, ভ্যানাডিয়াম) স্টিলের বৈশিষ্ট্যগুলিকে উপযোগী করার জন্য যোগ করা হয়-উদাহরণস্বরূপ, ম্যাঙ্গানিজ শক্তি এবং শক্ততা বাড়ায়, যখন ক্রোমিয়াম স্টেইনলেস স্টিলের জন্য ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে।
ইলেকট্রিক আর্ক ফার্নেস (ইএএফ) স্টিল মেকিং
EAF ইস্পাত তৈরি কাঁচামাল হিসাবে প্রাথমিকভাবে স্ক্র্যাপ স্টিলের (চার্জের 100% পর্যন্ত) উপর নির্ভর করে, এটিকে BOF এর তুলনায় আরও বৃত্তাকার এবং শক্তি{1}}দক্ষ প্রক্রিয়া করে তোলে। চুল্লিটি একটি বৈদ্যুতিক চাপ (1000-1200 ডিগ্রি) তৈরি করতে তিনটি গ্রাফাইট ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে যা স্ক্র্যাপ গলে যায়। অক্সিজেন অমেধ্য অক্সিডাইজ করার জন্য ইনজেক্ট করা হয়, এবং স্ল্যাগ তৈরি করতে ফ্লাক্স যোগ করা হয়। EAFs স্ক্র্যাপের পরিপূরক এবং ইস্পাত গুণমান উন্নত করতে সরাসরি হ্রাসকৃত আয়রন (DRI) বা হট ব্রিকেটেড আয়রন (HBI) অন্তর্ভুক্ত করতে পারে। এই পদ্ধতিটি বিশেষ স্টিল (যেমন, টুল স্টিল, অ্যালয় স্টিল) উৎপাদনের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং প্রচুর স্ক্র্যাপ সংস্থান বা কম বিদ্যুতের খরচ সহ অঞ্চলগুলিতে পছন্দ করা হয়।
প্রাথমিক পরিশোধনের পরে, বেশিরভাগ ইস্পাত গৌণ পরিশোধন (যেমন, ল্যাডেল ফার্নেস (LF) পরিশোধন, RH ভ্যাকুয়াম ডিগ্যাসিং) অমেধ্যকে আরও কমাতে, তাপমাত্রা সামঞ্জস্য করতে এবং একজাতীয়তা উন্নত করতে হয়। সেকেন্ডারি রিফাইনিং নিশ্চিত করে যে ইস্পাত উচ্চ-অন্তিম অ্যাপ্লিকেশন যেমন স্বয়ংচালিত যন্ত্রাংশ, মহাকাশের উপাদান এবং নির্মাণ-গ্রেড স্ট্রাকচারাল স্টিলের জন্য কঠোর মানের মান পূরণ করে।
3. ক্রমাগত ঢালাই: বিলেটে স্টিলকে দৃঢ় করা
ক্রমাগত ঢালাই (CC) হল স্টিল মেকিং এবং স্টিল রোলিংয়ের মধ্যে একটি গুরুত্বপূর্ণ যোগসূত্র, যা কার্যকারিতা উন্নত করতে, বর্জ্য কমাতে এবং পণ্যের গুণমান উন্নত করতে ঐতিহ্যবাহী ইনগট ঢালাই পদ্ধতিকে প্রতিস্থাপন করে। প্রক্রিয়াটি গলিত ইস্পাতকে আধা-সমাপ্ত পণ্যে রূপান্তরিত করে যাকে ক্রমাগত ঢালাই বিলেট (স্ল্যাব, ব্লুম, বিলেট বা গোলাকার) বলা হয় যা সরাসরি রোলিংয়ের জন্য উপযুক্ত।
অবিচ্ছিন্ন ঢালাই লাইনে বেশ কয়েকটি মূল উপাদান থাকে: একটি টুন্ডিশ (একটি মধ্যবর্তী পাত্র যা ইস্পাত তৈরির চুল্লি থেকে গলিত ইস্পাত সংরক্ষণ করে, ইস্পাত প্রবাহকে স্থিতিশীল করে এবং বড় অন্তর্ভুক্তিগুলিকে সরিয়ে দেয়), একটি জল{0}}ঠান্ডা তামার ছাঁচ (প্রাথমিক দৃঢ়ীকরণ অঞ্চল), একটি সেকেন্ডারি কুলিং জোন যা শীতল রশ্মি সহ জলের ঢালাই নেই। কুয়াশা), এবং একটি প্রত্যাহার এবং সোজা করার ইউনিট (যা একটি ধ্রুবক গতিতে সলিফাইং কাস্ট 坯 টানে এবং বিকৃতি রোধ করতে এটিকে সোজা করে)।
গলিত ইস্পাত (1500-1550 ডিগ্রী) ইস্পাত তৈরির ল্যাডেল থেকে টুন্ডিশে ঢেলে দেওয়া হয়, যা ইস্পাতকে এক বা একাধিক ছাঁচে সমানভাবে বিতরণ করে। ছাঁচের জল-ঠান্ডা দেয়ালগুলি দ্রুত ইস্পাতের বাইরের স্তরকে ঠান্ডা করে, একটি দৃঢ় শেল তৈরি করে (10-20 মিমি পুরু) যখন মূলটি গলিত থাকে। যেহেতু ঢালাই 坯 একটি নিয়ন্ত্রিত গতিতে ছাঁচ থেকে বের করা হয় (0.5-2.5 মি/মিনিট, পণ্যের আকারের উপর নির্ভর করে), সেকেন্ডারি কুলিং জোন দৃঢ়ীকরণকে ত্বরান্বিত করতে পৃষ্ঠের উপর জল স্প্রে করে। একবার সম্পূর্ণরূপে শক্ত হয়ে গেলে, কাস্ট 坯কে ফ্লেম কাটার বা কাঁচি ব্যবহার করে নির্দিষ্ট দৈর্ঘ্যে (6-12 মিটার) কাটা হয়।
ক্রমাগত ঢালাই উল্লেখযোগ্য সুবিধা প্রদান করে: এটি ইংগট ঢালাইয়ের তুলনায় 10-15% দ্বারা ইস্পাত উৎপাদন বৃদ্ধি করে, ইংগটগুলিকে পুনরায় গরম করার প্রয়োজনীয়তা দূর করে শক্তি খরচ কমায়, এবং অভিন্ন ক্রস-বিভাগ এবং সূক্ষ্ম-মাইক্রোস্ট্রাকচার সহ কাস্ট বিলেট তৈরি করে৷ উত্পাদিত ঢালাই বিলেটের ধরন নির্ভর করে স্টিলের প্লেট এবং স্ট্রিপগুলির জন্য শেষ পণ্যের-স্ল্যাব, কাঠামোগত অংশগুলির জন্য ব্লুম, বার এবং তারের জন্য বিলেট এবং পাইপ এবং ফোরজিংসের জন্য গোল।
4. ইস্পাত ঘূর্ণায়মান: ইস্পাতকে আকার দেওয়া এবং শক্তিশালী করা
স্টিল রোলিং হল উৎপাদন প্রক্রিয়ার চূড়ান্ত পর্যায়, যেখানে ক্রমাগত ঢালাই বিলেটগুলি যান্ত্রিক রোলিং এর মাধ্যমে সমাপ্ত বা আধা{0}}সমাপ্ত ইস্পাত পণ্যে বিকৃত হয়। লক্ষ্য হল বিলেটের ক্রস-বিভাগীয় ক্ষেত্রকে হ্রাস করা, এর মাত্রিক নির্ভুলতা উন্নত করা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি (শক্তি, নমনীয়তা, কঠোরতা) উন্নত করতে এর মাইক্রোস্ট্রাকচারকে পরিমার্জন করা। দুটি প্রধান রোলিং পদ্ধতি হল হট রোলিং এবং কোল্ড রোলিং, বেশিরভাগ ইস্পাত পণ্যগুলির জন্য হট রোলিং প্রাথমিক প্রক্রিয়া।
হট রোলিং
হট রোলিং ইস্পাতের (1100-1250 ডিগ্রি) পুনঃক্রিস্টালাইজেশন তাপমাত্রার উপরে তাপমাত্রায় সঞ্চালিত হয়, যা উপাদানটিকে আরও নমনীয় এবং বিকৃত করা সহজ করে তোলে। একই তাপমাত্রা বন্টন নিশ্চিত করতে পুনরায় গরম করার চুল্লিতে (1200-1300 ডিগ্রি) অবিচ্ছিন্ন ঢালাই বিলেট গরম করার মাধ্যমে প্রক্রিয়াটি শুরু হয়। উত্তপ্ত বিলেটটি তারপরে একটি টেন্ডেম লাইনে সাজানো রোলিং মিলগুলির (রাফিং মিল, ইন্টারমিডিয়েট মিল এবং ফিনিশিং মিল) এর মধ্য দিয়ে চলে যায়। প্রতিটি মিল স্ট্যান্ডে দুই বা ততোধিক রোল থাকে যা বিলেটে সংকোচনশীল বল প্রয়োগ করে, এর পুরুত্ব (প্লেট এবং স্ট্রিপগুলির জন্য) হ্রাস করে বা এর ক্রস-বিভাগ (বার, কোণ এবং চ্যানেলগুলির জন্য) পরিবর্তন করে।
হট রোলিংয়ের সময়, স্টিলের মাইক্রোস্ট্রাকচার পুনঃপ্রতিস্থাপনের মধ্য দিয়ে যায়{0}}ঢালাই প্রক্রিয়া থেকে মোটা দানাগুলিকে সূক্ষ্ম, অভিন্ন দানা দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হয়, যা উপাদানটির শক্তি এবং দৃঢ়তা উন্নত করে। ঘূর্ণায়মান গতি এবং হ্রাস অনুপাত (প্রতি পাসে ক্রস-বিভাগীয় এলাকার হ্রাসের শতাংশ) পণ্যের গুণমান নিশ্চিত করতে সাবধানে নিয়ন্ত্রিত হয়। ঘূর্ণায়মান করার পরে, ইস্পাতকে বায়ু বা জল (নিয়ন্ত্রিত কুলিং) ব্যবহার করে ঠাণ্ডা করা হয় যাতে এর মাইক্রোস্ট্রাকচারকে আরও অপ্টিমাইজ করা হয়। হট-ঘূর্ণিত পণ্যগুলির মধ্যে রয়েছে হট-রোল্ড কয়েল (পাইপ, স্বয়ংচালিত যন্ত্রাংশ এবং নির্মাণের জন্য ব্যবহৃত), হট-রোল্ড বার (যন্ত্র এবং ফাস্টেনারগুলির জন্য), এবং হট-ঘূর্ণিত অংশগুলি (বিল্ডিং এবং সেতুগুলির জন্য)।
কোল্ড রোলিং (পরিপূরক প্রক্রিয়া)
যদিও মূল প্রক্রিয়ার বিবরণ গরম রোলিংকে কেন্দ্র করে, কোল্ড রোলিং প্রায়শই উচ্চ পৃষ্ঠের ফিনিস এবং সুনির্দিষ্ট মাত্রিক সহনশীলতা (যেমন, স্বয়ংচালিত বডি প্যানেল, বৈদ্যুতিক শীট, স্টেইনলেস স্টীল স্ট্রিপ) প্রয়োজন এমন পণ্যগুলির জন্য একটি পরবর্তী পদক্ষেপ। কোল্ড রোলিং ঘরের তাপমাত্রায় সঞ্চালিত হয়, যা কাজ শক্ত করার মাধ্যমে স্টিলের শক্তি বৃদ্ধি করে। প্রক্রিয়াটি প্রতি পাসে ছোট হ্রাস অনুপাত ব্যবহার করে এবং নমনীয়তা পুনরুদ্ধার করতে মধ্যবর্তী অ্যানিলিং (তাপ চিকিত্সা) প্রয়োজন। কোল্ড-ঘূর্ণিত পণ্যগুলির একটি মসৃণ পৃষ্ঠ, আঁটসাঁট বেধ নিয়ন্ত্রণ, এবং গরম-ঘূর্ণিত স্টিলের তুলনায় উন্নত যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে।