গলে যাওয়া এবং গলে যাওয়া মৌলিকভাবে ভিন্ন প্রক্রিয়া: গলন হল একটি শারীরিক পরিবর্তন যা একটি কঠিন ধাতুকে তার রাসায়নিক গঠন পরিবর্তন না করেই তরল আকারে রূপান্তরিত করে, যখন গলানো একটি রাসায়নিক প্রক্রিয়া যা তাপ প্রয়োগ করে আকরিক থেকে ধাতু বের করে এবং একটি রাসায়নিক বিক্রিয়া চালানোর জন্য একটি হ্রাসকারী এজেন্ট। দুটিকে বিভ্রান্ত করা সাধারণ, তবে পার্থক্যটি ধাতুবিদ্যা, শিল্প প্রক্রিয়াকরণ, বা ফার্নেস ইঞ্জিনিয়ারিং-এ কাজ করে এমন প্রত্যেকের জন্য গুরুত্বপূর্ণ — সরঞ্জাম, তাপমাত্রা, শক্তি ইনপুট এবং আউটপুট সম্পূর্ণ আলাদা।
এই নিবন্ধটি উভয় প্রক্রিয়ার পিছনে বিজ্ঞান ব্যাখ্যা করে, বিস্তারিত গলানোর চুল্লি আধুনিক শিল্পে ব্যবহৃত প্রকার, এবং গভীরভাবে নজর দেয় আরকেইএফ নিকেল গলানোর দহন সিস্টেম — বিশ্বের অন্যতম শক্তি-নিবিড় এবং প্রযুক্তিগতভাবে চাহিদাযুক্ত গলানোর ক্রিয়াকলাপ।
এই দুটি প্রক্রিয়াকে কী আলাদা করে তা বোঝার ফলে প্রতিটির জন্য আলাদা ফার্নেস প্রযুক্তি, জ্বালানি এবং অপারেশনাল পদ্ধতির প্রয়োজন কেন তা স্পষ্ট করে।
গলে যাওয়া a শারীরিক ফেজ পরিবর্তন। একটি কঠিন ধাতু তার স্ফটিক জালি কাঠামো অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট তাপ শক্তি শোষণ করে এবং তরল হয়ে যায়। উপাদানের রাসায়নিক পরিচয় পরিবর্তন হয় না — লোহা তরল লোহাতে গলে যায়, অ্যালুমিনিয়াম তরল অ্যালুমিনিয়ামে গলে যায়। নতুন কোনো পদার্থ তৈরি হয় না। গলে যাওয়া বিপরীতমুখী: তরলকে ঠান্ডা করা একই কম্পোজিশনের সাথে শক্ত আকারে ফিরিয়ে দেয়।
সাধারণ শিল্প গলনের তাপমাত্রা থেকে পরিসীমা অ্যালুমিনিয়ামের জন্য 660 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে বিশুদ্ধ লোহার জন্য 1,538°C . গলে যাওয়া চুল্লি — ইন্ডাকশন ফার্নেস, স্ক্র্যাপ রিমেল্টিংয়ের জন্য ব্যবহৃত বৈদ্যুতিক আর্ক ফার্নেস, এবং রিভারবেরেটরি ফার্নেস — প্রতিক্রিয়াশীল রসায়ন প্রবর্তন না করেই এই তাপমাত্রাগুলি দক্ষতার সাথে অর্জন এবং বজায় রাখার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
গলিত a রাসায়নিক প্রক্রিয়া ইনপুট উপাদান হল একটি আকরিক — একটি শিলা বা খনিজ যাতে লক্ষ্য ধাতু থাকে রাসায়নিকভাবে আবদ্ধ আকারে, সাধারণত অক্সাইড, সালফাইড বা কার্বনেট হিসাবে। রাসায়নিক বন্ধন ভেঙ্গে এবং ধাতু ছেড়ে দিতে তাপ এবং একটি হ্রাসকারী এজেন্ট (সাধারণত কোকের আকারে কার্বন, বা কার্বন মনোক্সাইড গ্যাস) প্রয়োগ করা হয়।
উদাহরণ স্বরূপ, ব্লাস্ট ফার্নেসে লোহার গন্ধ লোহা আকরিককে (Fe₂O₃) রুপান্তরিত করে কোক এবং চুনাপাথরের বেশি তাপমাত্রায় 1,600°C . পণ্যটি পিগ আয়রন - একটি নতুন উপাদান যা রাসায়নিকভাবে লোহা আকরিক ইনপুট থেকে আলাদা। গলানো একই অর্থে বিপরীতযোগ্য নয়: আপনি কেবল আউটপুট ঠান্ডা করতে পারবেন না এবং আসল আকরিক পুনরুদ্ধার করতে পারবেন না।
| বৈশিষ্ট্য | গলে যাওয়া | গন্ধ |
|---|---|---|
| পরিবর্তনের ধরন | শারীরিক | রাসায়নিক |
| ইনপুট উপাদান | কঠিন ধাতু বা খাদ | ধাতু আকরিক (অক্সাইড, সালফাইড, ইত্যাদি) |
| রাসায়নিক composition | অপরিবর্তিত | রূপান্তরিত - নতুন পদার্থ উত্পাদিত |
| কমানোর এজেন্ট প্রয়োজন | না | হ্যাঁ (কোক, CO, হাইড্রোজেন, ইত্যাদি) |
| উপজাত | নাne (same material, liquid state) | স্ল্যাগ, গ্যাস (CO₂, SO₂), ধুলো |
| সাধারণ তাপমাত্রা পরিসীমা | 660°C - 1,538°C | 1,200°C - 1,700°C |
| বিপরীততা | সম্পূর্ণরূপে বিপরীতমুখী | নাt reversible |
| উদাহরণ | গলে যাওয়া aluminum scrap for casting | ল্যাটেরাইট আকরিক থেকে নিকেল আহরণ |
একটি গলিত চুল্লিকে তাপ উৎপন্ন করার চেয়ে আরও বেশি কিছু করতে হবে - এটি আকরিককে কমাতে, ধাতুকে স্ল্যাগ থেকে আলাদা করতে এবং ক্রমাগত প্রচুর উপাদান থ্রুপুট পরিচালনা করার জন্য প্রয়োজনীয় নির্দিষ্ট রাসায়নিক পরিবেশ তৈরি এবং বজায় রাখতে হবে। বিভিন্ন ধাতু এবং আকরিক প্রকারের জন্য মৌলিকভাবে বিভিন্ন ফার্নেস ডিজাইনের প্রয়োজন হয়।
ব্লাস্ট ফার্নেস লোহা এবং ইস্পাত উৎপাদনের জন্য প্রভাবশালী প্রযুক্তি। এটি ক্রমাগত কাজ করে, লোহা আকরিক, কোক এবং চুনাপাথর উপর থেকে চার্জ করা হয় যখন প্রি-হিটেড এয়ার (ব্লাস্ট) চারপাশের তাপমাত্রায় ভিত্তির কাছে প্রবেশ করানো হয়। 1,000–1,200°C . অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা পর্যন্ত পৌঁছায় 2,000°C দহন অঞ্চলে। আধুনিক ব্লাস্ট ফার্নেসগুলি প্রতিদিন 5,000-10,000 টন পিগ আয়রন উত্পাদন করে এবং রিলাইন করার আগে 15-20 বছর প্রচারাভিযান জীবন যাপন করে।
EAFs ব্যাপকভাবে ইস্পাত স্ক্র্যাপ গলানোর জন্য ব্যবহৃত হয়, তারা ফেরোঅ্যালয় এবং নিকেল উৎপাদনে গলানোর জন্যও ব্যবহৃত হয়। গলানোর মোডে, বৈদ্যুতিক চাপ রাসায়নিক হ্রাস বিক্রিয়া চালানোর জন্য শক্তি সরবরাহ করে। গলানোর জন্য ব্যবহৃত EAF সাধারণত কাজ করে 1,500–1,700°C এবং গ্রাস 400-700 kWh প্রতি টন পণ্যের, উপাদানের উপর নির্ভর করে।
1940-এর দশকে Outokumpu দ্বারা বিকশিত এবং এখন বিশ্বব্যাপী 40 টিরও বেশি স্মেল্টার দ্বারা ব্যবহৃত, ফ্ল্যাশ গলনা অক্সিজেন-সমৃদ্ধ বাতাসের প্রবাহে সূক্ষ্ম স্থল আকরিক ঘনত্বকে স্থগিত করে। মিলিসেকেন্ডে বিক্রিয়া শ্যাফটে দহন এবং গন্ধ একই সাথে ঘটে। ফ্ল্যাশ স্মেল্টিং প্রাথমিকভাবে তামা এবং নিকেল সালফাইড ঘনীভূত করার জন্য ব্যবহৃত হয় এবং প্রচলিত রিভারবেরেটরি ফার্নেস গলানোর চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি শক্তি-দক্ষ। 80% পর্যন্ত শক্তি খরচ কমানো পুরানো প্রযুক্তির তুলনায়।
RKEF সিস্টেম হল নিকেল ল্যাটেরাইট আকরিক প্রক্রিয়াকরণের প্রধান প্রযুক্তি। এটি বৈদ্যুতিক চুল্লি (চূড়ান্ত গলানোর জন্য) সাথে একটি ঘূর্ণমান ভাটা (শুকানো এবং প্রাক-হ্রাস করার জন্য) একত্রিত করে। এই দুই-পর্যায়ের পদ্ধতির প্রয়োজন ল্যাটেরাইট আকরিকের বৈশিষ্ট্যগুলির দ্বারা - একটি ভেজা, কাদামাটির মতো উপাদান যা বিপজ্জনক বাষ্প বিস্ফোরণ না ঘটিয়ে সরাসরি বৈদ্যুতিক চুল্লিতে চার্জ করা যায় না। RKEF সিস্টেমটি নীচের বিভাগে বিস্তারিতভাবে অন্বেষণ করা হয়েছে।
একটি পুরানো চুল্লির নকশা যেখানে বার্নার শিখা একটি কম ঝুলন্ত ছাদকে উত্তপ্ত করে, যা তাপকে আকরিক স্নানের দিকে বিকিরণ করে। রিভারবেরেটরি ফার্নেসগুলি একসময় তামা গলানোর ক্ষেত্রে প্রভাবশালী ছিল কিন্তু দুর্বল শক্তি দক্ষতা এবং উচ্চ SO₂ নির্গমনের কারণে ফ্ল্যাশ গলানোর দ্বারা মূলত প্রতিস্থাপিত হয়েছে। তাদের নমনীয়তা এবং কম মূলধন খরচের কারণে সেকেন্ডারি গলানোর (স্ক্র্যাপ এবং অবশিষ্টাংশ প্রক্রিয়াকরণ) জন্য ব্যবহার করা হয়।
দ রোটারি কিলন-ইলেকট্রিক ফার্নেস (RKEF) প্রক্রিয়া হল নিকেল ল্যাটেরাইট আকরিককে ফেরোনিকেল (FeNi)-তে রূপান্তর করার জন্য বৈশ্বিক মান - স্টেইনলেস স্টিল উৎপাদনে ব্যবহৃত একটি মধ্যবর্তী পণ্য। নিকেল সালফাইড জমার বিপরীতে (যা ফ্লোটেশন এবং ফ্ল্যাশ গলানোর মাধ্যমে প্রক্রিয়াজাত করা হয়), ল্যাটেরাইট আকরিকগুলি অক্সিডিক এবং ফ্লোটেশন দ্বারা ঘনীভূত হতে পারে না। এগুলিকে অবশ্যই সম্পূর্ণ আকরিক হিসাবে প্রক্রিয়া করতে হবে, যার অর্থ প্রচুর পরিমাণে ভেজা, ভিন্ন ভিন্ন উপাদান পরিচালনা করা।
দ RKEF process is split into two distinct thermal stages that address the material's properties sequentially:
গরম ক্যালসিনকে সরাসরি ভাটা থেকে চুল্লিতে স্থানান্তরিত করার পরিবর্তে এটিকে ঠাণ্ডা করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ শক্তি-সঞ্চয়কারী পরিমাপ - এটি বৈদ্যুতিক চুল্লির শক্তি খরচ প্রায় কমিয়ে দেয় 15-25% কোল্ড চার্জ অপারেশনের তুলনায়।
দ combustion system in the rotary kiln stage of RKEF is one of the most demanding burner applications in industrial metallurgy. It must deliver enormous, precisely controlled heat input across a rotating cylinder that may be 60-120 মিটার লম্বা এবং 4-6 মিটার ব্যাস , প্রতি ঘন্টায় শত শত টন আকরিক প্রক্রিয়াকরণ।
দ choice of fuel for RKEF rotary kiln combustion systems is driven by local availability, cost, and environmental regulations. The main options are:
দ rotary kiln burner for RKEF smelting typically fires from the discharge end (the hot end) of the kiln, with the flame extending back toward the feed end. Key combustion system design parameters include:
| জোন | অবস্থান | তাপমাত্রা (°সে) | প্রক্রিয়া ঘটছে |
|---|---|---|---|
| শুকানোর অঞ্চল | ফিড শেষ | 100–400°C | বিনামূল্যে আর্দ্রতা বাষ্পীভবন |
| ক্যালসিনেশন জোন | মধ্য-ভাটা | 400–700°C | আকরিক খনিজগুলির ডিহাইড্রোক্সিলেশন |
| প্রি-রিডাকশন জোন | মধ্য থেকে গরম শেষ | 700-1,000° সে | কয়লা/কোক দ্বারা NiO এবং Fe₂O₃ এর আংশিক হ্রাস |
| গরম স্রাব | স্রাব শেষ (বার্নার শেষ) | 900-1,050°C | বৈদ্যুতিক চুল্লি ফিড সিস্টেমে ক্যালসাইন প্রস্থান |
RKEF নিকেল গলানোর কাজ হল সবচেয়ে শক্তি-নিবিড় শিল্প প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি। নির্দিষ্ট শক্তি খরচ আকরিক গ্রেড, আর্দ্রতা সামগ্রী এবং কর্মক্ষমতার উপর ভিত্তি করে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়, তবে সাধারণ পরিসংখ্যান জড়িত স্কেলের একটি পরিষ্কার চিত্র দেয়।
তুলনা করে, ফ্লোটেশন এবং ফ্ল্যাশ গলানোর মাধ্যমে সালফাইড আকরিক থেকে নিকেল উৎপাদন মোটামুটি খরচ করে 20-30 GJ প্রতি টন নিকেল - উল্লেখযোগ্যভাবে কম। এই শক্তির ব্যবধান RKEF-এর উচ্চ উৎপাদন খরচ এবং দহন দক্ষতা উন্নত করতে এবং যেখানে সম্ভব বিদ্যুতায়নের জন্য ক্রমবর্ধমান চাপের একটি প্রধান চালক।
RKEF সিস্টেমে ঘূর্ণমান ভাটা এবং বৈদ্যুতিক চুল্লি উভয়ই গুরুতর তাপ এবং রাসায়নিক অবস্থার অধীনে কাজ করে যা অবাধ্য আস্তরণের উপকরণগুলির জন্য প্রচুর চাহিদা রাখে।
দ kiln lining must withstand continuous rotation, thermal cycling, and chemical attack from the ore and combustion gases. High-alumina bricks (60–70% Al₂O₃) are standard in the calcination and pre-reduction zones. The hot discharge zone, which sees the most severe conditions, often uses ম্যাগনেসিয়া-ক্রোম বা ম্যাগনেসিয়া-স্পিনেল ইট বায়ুমণ্ডল হ্রাস করার অধীনে 1,200 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে তাপমাত্রা সহ্য করতে সক্ষম। RKEF ভাটায় গড় অবাধ্য প্রচার জীবন 3-5 বছর , তারপর ভাটা বন্ধ এবং relined করা আবশ্যক.
দ EAF hearth in RKEF smelting contacts molten ferronickel at 1,550–1,650°C and highly fluid slag simultaneously. The hearth lining typically uses ramming ম্যাগনেসিয়া বা ধাতব অঞ্চলে ম্যাগনেসিয়া-কার্বন ইট এবং স্ল্যাগ জোনে উচ্চ-ম্যাগনেসিয়া ইট। স্ল্যাগ কম্পোজিশন - বিশেষ করে সিলিকা-টু-ম্যাগনেসিয়া অনুপাত ("স্ল্যাগ বেসিটি") - অবাধ্য দ্রবীভূতকরণ কমাতে সাবধানে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। 0.8-1.2 (MgO/SiO₂) একটি মৌলিকতা নিকেল RKEF অপারেশনে অবাধ্য জীবনের সাথে তরলতার ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য সাধারণ।
RKEF ক্রিয়াকলাপগুলি বেশ কয়েকটি উল্লেখযোগ্য পরিবেশগত স্ট্রিম তৈরি করে যার জন্য প্রকৌশলী নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।
RKEF নিকেল উৎপাদনের জন্য উপলব্ধ একমাত্র প্রযুক্তি নয়, এবং বিকল্পগুলির তুলনায় এটি কোথায় ফিট করে তা বুঝতে সাহায্য করে কেন এটি উচ্চ শক্তি খরচ সত্ত্বেও ল্যারাইট প্রক্রিয়াকরণে আধিপত্য বিস্তার করে।
| প্রযুক্তি | আকরিক টাইপ | পণ্য | শক্তি ব্যবহার | মূল সুবিধা |
|---|---|---|---|---|
| RKEF | ল্যাটেরাইট (স্যাপ্রোলাইট) | ফেরোনিকেল (15-40% নি) | অনেক উঁচুতে | উচ্চ-Mg saprolite আকরিক সরাসরি পরিচালনা করে |
| HPAL (উচ্চ চাপের অ্যাসিড লিচ) | ল্যাটারাইট (লিমোনাইট) | মিশ্র হাইড্রক্সাইড অবক্ষেপ | পরিমিত | কো-প্রোডাক্ট হিসাবে কো পুনরুদ্ধার করে; ব্যাটারি-গ্রেড আউটপুট |
| ফ্ল্যাশ গন্ধ | সালফাইড ঘনীভূত | নিকেল ম্যাট (65-75% Ni) | নিম্ন-মধ্যম | উচ্চ থ্রুপুট, অ্যাসিড উদ্ভিদের জন্য SO₂ ক্যাপচার |
| ক্যারন প্রক্রিয়া | ল্যাটারাইট (লিমোনাইট) | নিকেল অক্সাইড সিন্টার | উচ্চ | HPAL থেকে কম মূলধন খরচ |
ল্যাটেরাইট গলানোর ক্ষেত্রে RKEF-এর আধিপত্য - বিশেষ করে ইন্দোনেশিয়ায়, যা এখন অনেক বেশি বিশ্বব্যাপী নিকেল উৎপাদনের 50% — স্যাপ্রোলাইট আকরিক গ্রেড (1.5-2.5% Ni) পরিচালনা করার এবং স্টেইনলেস স্টিল উত্পাদনে সরাসরি ব্যবহারযোগ্য ফেরোনিকেল সরবরাহ করার ক্ষমতা থেকে উদ্ভূত হয়। ব্যাটারি-গ্রেডের নিকেলের চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে, RKEF অপারেটররা নিকেল ম্যাট রূপান্তর প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ফেরোনিকেলকে ক্লাস 1 নিকেল-এ আপগ্রেড করার জন্য বা হাইব্রিড ফ্লোশীটগুলিকে হাইড্রোমেটালার্জিকাল রিফাইনিং অন্তর্ভুক্ত করার জন্য ক্রমবর্ধমান চাপের মধ্যে রয়েছে৷