A হট ব্লাস্টিং ফার্নেস একটি লোহা তৈরির ব্লাস্ট ফার্নেস যা প্রি-হিটেড করা হয়েছে - সাধারণত 900-1,300°C - চুল্লিতে ফুঁ দেওয়ার আগে টিউয়েরেস নামক অগ্রভাগের মাধ্যমে, ঘরের তাপমাত্রা ("ঠান্ডা বিস্ফোরণ") বাতাস খাওয়ানোর পরিবর্তে। প্রি-হিটিং নিজেই একটি পৃথক সরঞ্জামের মধ্যে ঘটে যাকে হট ব্লাস্ট স্টোভ বলা হয় (এটি একটি কাউপার স্টোভ নামেও পরিচিত), এবং এর ফলে উত্তপ্ত বাতাসকে "গরম বিস্ফোরণ" বলা হয়। বর্তমানে প্রায় প্রতিটি ব্লাস্ট ফার্নেস অপারেটিং এই সিস্টেম ব্যবহার করে, কারণ প্রি-হিটেড বাতাস নাটকীয়ভাবে জ্বালানি খরচ কমায় এবং 1830-এর দশকের আগে ব্যবহৃত কোল্ড-ব্লাস্ট ফার্নেসের তুলনায় আউটপুট বাড়ায়।
পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ হট বিস্ফোরণ শুধুমাত্র একটি ছোটখাট পরিবর্তন নয় - এটি মুষ্টিমেয় উদ্ভাবনগুলির মধ্যে একটি যা বড় আকারের, কোক-জ্বালানিযুক্ত লোহা তৈরিকে অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক করে তুলেছে। 900-1,250 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় প্রিহিট করা ব্লাস্ট ফার্নেসগুলি প্রায় 1,650 ডিগ্রি সেলসিয়াসের গন্ধযুক্ত তাপমাত্রা তৈরি করতে পারে, যা প্রতি টন লোহার উত্পাদিত কোকের ব্যবহার উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। হট ব্লাস্ট সিস্টেম কীভাবে কাজ করে — এবং কেন সেই বাতাসের তাপমাত্রা এত গুরুত্বপূর্ণ — তা বোঝা আধুনিক ব্লাস্ট ফার্নেসের দক্ষতা বোঝার চাবিকাঠি।
গরম ব্লাস্ট ফার্নেস সিস্টেম দুটি সংযুক্ত টুকরো একসাথে কাজ করে চারপাশে তৈরি করা হয়েছে: ব্লাস্ট ফার্নেস নিজেই, যেখানে গলানোর প্রতিক্রিয়া ঘটে এবং গরম ব্লাস্ট স্টোভ(গুলি), যেখানে চুল্লিতে পৌঁছানোর আগে বাতাস উত্তপ্ত হয়।
চুলাটি মূলত একটি উল্লম্ব নলাকার ইস্পাতের খোল যা ফায়ারব্রিক দিয়ে রেখাযুক্ত, অভ্যন্তরটি দুটি চেম্বারে বিভক্ত: একটি দহন চেম্বার, যেখানে ব্লাস্ট ফার্নেস এবং অন্যান্য জ্বালানী উত্স থেকে গ্যাসগুলি পোড়ানো হয় এবং একটি পুনরুত্পাদনকারী চেম্বার যা অবাধ্য ইট পোড়ানো গ্যাস দ্বারা উত্তপ্ত হয়। এই অবাধ্য "চেকার ইটগুলি" হল তাপ-সঞ্চয়স্থানের মাধ্যম — এগুলি দহনের সময় তাপকে ভিজিয়ে রাখে এবং তাজা বাতাসের মধ্য দিয়ে ঠেলে পরে তা ছেড়ে দেয়।
একটি গরম ব্লাস্ট স্টোভ একটি মোডে ক্রমাগত চলে না - এটি দুটি পর্যায়ের মধ্যে বিকল্প হয়। অন-গ্যাস (ফায়ারিং) সময়কালে, চেকার ইট থার্মাল স্টোরেজ গরম করার জন্য জ্বালানী গ্যাসকে দহন করা হয়; অন-ব্লাস্ট পিরিয়ডে, বাতাসকে সেই তাপীয় স্টোরেজের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করে উত্তপ্ত করা হয়। অন-ব্লাস্ট ডিসচার্জ সময়কালে, উত্তপ্ত ইট জুড়ে উচ্চ চাপে তাজা বাতাস একটি ফ্যানের দ্বারা চালিত হয় এবং 1,200 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত উত্তপ্ত হওয়ার পরে, এই বায়ু - যাকে এখন হট ব্লাস্ট বলা হয় - লোহা আকরিক গলানোর জন্য ব্লাস্ট ফার্নেসের নীচে খাওয়ানো হয়।
যেহেতু একটি চুলা একই সময়ে গ্যাস এবং বায়ু গরম করতে পারে না, বেশিরভাগ ব্লাস্ট ফার্নেস তিনটি চুলা দ্বারা পরিবেশন করা হয়: যখন দুটি গরম করা হচ্ছে, তখন বায়ু বিস্ফোরণটি ব্লাস্ট ফার্নেসে যাওয়ার পথে তৃতীয় চুলার পুনর্জন্ম চেম্বার দিয়ে যায়। এই ঘূর্ণনই ব্লাস্ট ফার্নেসকে চব্বিশ ঘন্টা গরম বাতাসের একটানা, নিরবচ্ছিন্ন সরবরাহ পেতে দেয়।
উত্তপ্ত বায়ু চুলা থেকে চুলা থেকে চুল্লিতে যায় একটি আলোড়ন পাইপের মাধ্যমে, যা এটিকে চুল্লির গোড়ার চারপাশে লাগানো গরম-ব্লাস্ট অগ্রভাগে বা টিউয়ারে বিতরণ করে। যেহেতু উত্তপ্ত ব্লাস্টের তাপমাত্রা ভাল চুল্লির কার্যকারিতার জন্য স্থির রাখা প্রয়োজন, এবং চুলা ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে তাপমাত্রা স্বাভাবিকভাবেই পড়ে, গরম বিস্ফোরণ একটি মিক্সিং চেম্বারে ঠান্ডা ব্লাস্টের একটি নিয়ন্ত্রিত অনুপাতের সাথে মিশ্রিত হয় যাতে ডেলিভারির তাপমাত্রা স্থির থাকে এমনকি একটি পৃথক চুলার সঞ্চিত তাপ ব্যবহার করা হয়।
হট বিস্ফোরণ একটি আধুনিক আবিষ্কার নয় - এটি 19 শতকের গোড়ার দিকে তারিখ এবং শিল্প লোহা তৈরির ইতিহাসে একটি গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতির প্রতিনিধিত্ব করে। 1820 এর দশক পর্যন্ত, ঠান্ডা বাতাস আসলে গরম বাতাসের চেয়ে ভাল মানের আয়রন তৈরি করে বলে মনে করা হয়েছিল, মূলত কারণ শীতল শীতের বাতাসে আর্দ্রতা কমে যাওয়াকে উপকারী হিসাবে দেখা হয়েছিল।
1828 সালে স্কটল্যান্ডের উইলসনটাউন আয়রনওয়ার্কসে জেমস বিউমন্ট নিলসন দ্বারা লোহার চুল্লির জন্য গরম বিস্ফোরণ উদ্ভাবন এবং পেটেন্ট করা হয়েছিল। নিলসন দেখতে পান যে বিস্ফোরণের তাপমাত্রা মাত্র 300°F (149°C) বৃদ্ধি করে, তিনি জ্বালানি খরচ 8.06 টন কয়লা থেকে কমিয়ে 5.16 টন প্রতি টন লোহায় উত্পাদিত করতে পারেন, উচ্চ তাপমাত্রায় আরও হ্রাস করা সম্ভব। ফলাফলগুলি নাটকীয় এবং স্কেলে দ্রুত যাচাইযোগ্য ছিল: 1829 এবং 1833 সালের মধ্যে ক্লাইড আয়রন ওয়ার্কস থেকে নথিভুক্ত পরিসংখ্যান দেখায় যে কোল্ড-ব্লাস্ট কোক গলানোর ফলে প্রতি টন লোহায় 8.2 টন কয়লা ব্যবহৃত হয় এবং প্রতি সপ্তাহে চুল্লিতে 37.5 টন পিগ আয়রন উৎপাদিত হয়, যেখানে কোক কাটা কয়লার ব্যবহারে হট ব্লাস্ট 5.3 টন এবং প্রতি সপ্তাহে 5.3 টন 49 টন উত্পাদিত হয়।
নিলসনের আসল সরঞ্জামের বাস্তব সীমাবদ্ধতা ছিল। একটি ইটের ওভেনের মধ্যে সমর্থিত ঢালাই লোহার পাইপগুলির বিভিন্ন সম্প্রসারণ বৈশিষ্ট্য ছিল, যার ফলে বেশ কয়েকটি ফাটল পাইপ, এবং ডেলিভারি সরঞ্জামগুলিতে কঠিন টিউয়ার এবং নমনীয় চামড়ার জয়েন্টগুলি ব্যবহার করা হয়েছিল যা উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে না। এটি 1860 সাল পর্যন্ত ছিল না যে ইংরেজ ব্যক্তি এডওয়ার্ড আলফ্রেড কাউপার প্রথম সফল হট-ব্লাস্ট স্টোভ উদ্ভাবন করেছিলেন — পুনর্জন্ম, চেকার-ইটের নকশা যা, পরিশ্রুত আকারে, আজও শিল্পের মান। এরপরে যে দ্রুত গ্রহণ করা হয়েছিল তা আকর্ষণীয় ছিল: নিলসনের আসল আবিষ্কারের মাত্র সাত বছর পরে 1835 সালের মধ্যে গ্রেট ব্রিটেন জুড়ে গরম বিস্ফোরণ সাধারণভাবে ব্যবহৃত হয়েছিল।
| চুল্লির ধরন | প্রতি টন লোহার কয়লা ব্যবহৃত হয় | প্রতি সপ্তাহে পিগ আয়রন আউটপুট |
|---|---|---|
| কোক দিয়ে ঠান্ডা বিস্ফোরণ | 8.2 টন | 37.5 টন |
| কোকের সাথে গরম বিস্ফোরণ | 5.3 টন | 54.9 টন |
| কয়লা দিয়ে গরম বিস্ফোরণ | 3.0 টন | 62.2 টন |
হট ব্লাস্ট কাজ করার মূল কারণ হল সহজবোধ্য তাপগতিবিদ্যা: একটি চুল্লিতে প্রবেশ করা ঠান্ডা বাতাসকে কোন উপকারী কাজ করার আগে চুল্লির ভিতরে জ্বালানী জ্বালিয়ে উত্তপ্ত করতে হবে, যা কেবলমাত্র আগত বাতাসের তাপমাত্রা বাড়াতে কোককে নষ্ট করে। চুল্লিতে প্রবেশ করার আগে বায়ু বিস্ফোরণকে প্রি-হিটিং করার মাধ্যমে, তাপ ইনপুট সংবেদনশীল তাপের আকারে বৃদ্ধি পায় যা সরাসরি কোকের হার হ্রাস করে।
আধুনিক গবেষণা নিশ্চিত করে যে সম্পর্কটি খুব অনুমানযোগ্য হারে রয়েছে। গরম ব্লাস্ট আউটলেট বায়ুর তাপমাত্রায় প্রতি 100°C বৃদ্ধির জন্য, ব্লাস্ট ফার্নেসের কোক অনুপাত 4-7% কমানো যেতে পারে, আউটপুট 3-5% বাড়ানো যেতে পারে এবং কয়লা ইনজেকশন ক্ষমতা একইভাবে বৃদ্ধি পায়। একটি পৃথক শিল্প অনুমান এটিকে পরম পদে রাখে: প্রতি 10 ডিগ্রি সেলসিয়াস গরম ব্লাস্ট তাপমাত্রায় হড়হড় পাইপে ব্লাস্ট ফার্নেস কোকের হার প্রতি টন গরম ধাতুতে প্রায় 4 থেকে 6 কেজি হ্রাস পায়।
এই কারণেই গরম বিস্ফোরণ ঐচ্ছিক না হয়ে অপরিহার্য হয়ে উঠেছে কারণ ফার্নেস প্রযুক্তি উন্নত হয়েছে। প্রায় 1,200 ডিগ্রি সেলসিয়াসের ব্লাস্ট প্রিহিট এখন অপরিহার্য বলে বিবেচিত হয় যখন টিউয়ারের মাধ্যমে পাল্ভারাইজড কয়লা ইনজেক্ট করা হয়, কারণ গরম বায়ু বিস্ফোরণ দ্রুত উত্তাপ, কয়লার পাইরোলাইসিস এবং ফলে বায়বীয় পণ্যগুলির দহন নিশ্চিত করে।
সব গরম ব্লাস্ট চুলা একই ভাবে নির্মিত হয় না। দহন চেম্বার এবং পুনর্জন্মের বিভিন্ন বিন্যাস এবং কাঠামো অনুসারে, গরম বিস্ফোরণ চুলাগুলিকে সাধারণত তিনটি মৌলিক কাঠামোগত ফর্মে বিভক্ত করা হয়: অভ্যন্তরীণ জ্বলন, বাহ্যিক দহন এবং শীর্ষ দহন। তাদের মধ্যে নির্বাচন করা মূলত কতটা ফ্লোর স্পেস পাওয়া যায় এবং অপারেশনটি লক্ষ্য করে কোন শীর্ষ গরম বিস্ফোরণ তাপমাত্রার একটি প্রশ্ন।
একটি অভ্যন্তরীণ দহন নকশায়, চুলাটিতে একটি অভ্যন্তরীণ উল্লম্ব পার্টিশন প্রাচীর সহ একটি নলাকার অবাধ্য প্রাচীর থাকে যা একক শেলটিকে একটি দহন চেম্বারে এবং চেকার ইট ধারণকারী একটি চেকার চেম্বারে বিভক্ত করে। এটি আরও কমপ্যাক্ট, ঐতিহ্যগত বিন্যাস, তবে এটি একটি কাঠামোগত সীমাবদ্ধতার সাথে আসে: একটি বিভাগ প্রাচীর সহ অভ্যন্তরীণ দহন চেম্বারের নকশার দহন চেম্বারের কোণে একটি পরিচিত দুর্বল স্থান রয়েছে।
বাহ্যিক জ্বলন চুলা একটি পৃথক চেকার চেম্বার এবং দহন চেম্বার দ্বারা গঠিত, একটি ভাগ করা অভ্যন্তরীণ প্রাচীরের পরিবর্তে একটি ক্রসওভার দ্বারা সংযুক্ত। দুটি চেম্বারকে স্বতন্ত্র শেলে বিভক্ত করা অভ্যন্তরীণ নকশার কোণার-স্ট্রেস দুর্বল বিন্দুকে সরিয়ে দেয় এবং সাধারণত উচ্চ শিখর তাপমাত্রাকে সমর্থন করে।
একটি নতুন শ্রেণীর চুলায় প্রচলিত অর্থে কোনো দহন চেম্বার নেই — এগুলি গম্বুজ দহন চুলা, শ্যাফ্ট-লেস স্টোভ বা কালুগিন চুলা নামে পরিচিত। সামগ্রিকভাবে, হট ব্লাস্ট স্টোভ প্রযুক্তি, বিশেষ করে এর রিফ্র্যাক্টরির ডিজাইন এবং মানের, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ব্যাপক উন্নতি হয়েছে, পরিপক্কতার স্তরে পৌঁছেছে যা একটি সু-নির্মিত চুলার জন্য 30 বছরেরও বেশি সময় ধরে প্রচারাভিযান জীবন নিশ্চিত করে।
যেহেতু চুলার বিভিন্ন অঞ্চলে খুব ভিন্ন তাপমাত্রার অভিজ্ঞতা হয়, তাই জুড়ে কোনো একক অবাধ্য ইট ব্যবহার করা যায় না। চেকার চেম্বারের প্রতিটি অংশ আসলে কতটা গরম হয় তার ভিত্তিতে উপাদান নির্বাচন স্তরযুক্ত হয়।
এই স্তরযুক্ত পদ্ধতি — প্রতিটি অঞ্চলের অভিজ্ঞতার প্রকৃত তাপের সাথে অবাধ্য গ্রেডের সাথে মিলে যায় — যা একটি একক চুলাকে নিরাপদে একটি তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট পরিচালনা করতে দেয় যা উপরে থেকে নীচে পর্যন্ত কয়েকশ ডিগ্রি বিস্তৃত হয়।
হট ব্লাস্ট স্টোভগুলি প্রচুর পরিমাণে কোক সংরক্ষণ করে, কিন্তু তারা নিজেরাই উল্লেখযোগ্য শক্তির ভোক্তা - সামগ্রিক ব্লাস্ট ফার্নেস কার্যকারিতা মূল্যায়ন করার সময় একটি সত্য প্রায়ই উপেক্ষা করা হয়। স্টোভের জন্য প্রয়োজনীয় ব্লাস্ট ফার্নেস গ্যাসের পরিমাণ মোট ব্লাস্ট ফার্নেস গ্যাস আউটপুটের প্রায় 40%, এবং চুলার শক্তি খরচ প্ল্যান্টের মোট শক্তি খরচের 25% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।
প্রতি-টন ভিত্তিতে, সংখ্যাগুলি সমানভাবে বলছে: বিশ্বব্যাপী ছয়টি দক্ষ হট ব্লাস্ট স্টোভ সিস্টেমের ডেটার উপর ভিত্তি করে, হট ব্লাস্ট স্টোভের জন্য গড় মোট প্রাথমিক শক্তির প্রয়োজন 1.8 জিজে প্রতি টন হট মেটাল, ব্লাস্ট ফার্নেসের জন্য 11.6 জিজে প্রতি টন তুলনায়। এর অর্থ হল চুলা সিস্টেম, যদিও চুল্লির তুলনায় পরম শক্তির দিক থেকে ছোট, তবুও উদ্ভিদের মোট শক্তি ব্যবহারের একটি অর্থবহ এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য অংশের প্রতিনিধিত্ব করে — এবং যেখানে দক্ষতা লাভ সরাসরি কোক সঞ্চয় করে।
অপারেটিং প্ল্যান্টে ব্যবহারিক উন্নতি তত্ত্বের চেয়ে বাস্তব সংখ্যায় এটি প্রদর্শন করেছে। ইউএস ইন্টিগ্রেটেড স্টিল প্রযোজকদের স্টোভ-ব্যাটারি অপ্টিমাইজেশানের নথিভুক্ত ফলাফলগুলির মধ্যে রয়েছে চুলার জ্বালানীর হার 8 থেকে 15 কেজি প্রতি টন গরম ধাতু হ্রাস এবং হট ব্লাস্ট তাপমাত্রা 15°C থেকে 30°C বৃদ্ধি পায়, যা কোক রেট প্রতি 6 থেকে 1 k2 কে টন হট রেট হ্রাস করে৷
যে কেউ একটি হট ব্লাস্ট ফার্নেস সিস্টেম পরিচালনা করে বা মূল্যায়ন করে, কয়েকটি পরামিতি ধারাবাহিকভাবে নির্ধারণ করে যে চুলাগুলি কতটা ভাল পারফর্ম করছে এবং কোথায় দক্ষতা অর্জন করা হচ্ছে বা নষ্ট হচ্ছে।
OEM/ODM হাই-পারফরমেন্স দহন এবং তাপীয় সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক
