कणखर असूनही मृदू

याच्या साहाय्याने, पियानोतून सुरेल संगीत तयार होते, तर जेट विमाने एखाद्या विस्फोटासारखा कर्कश्‍श आवाज करून जमिनीवर उतरतात, घड्याळे टिकटिक करतात, तर मोटारयंत्रे घुं घुं आवाज करत घुमतात, आकाशाला भिडणाऱ्‍या इमारती उभ्या राहू शकतात आणि झुलते पुल हवेत तरंगू शकतात. हे आहे तरी काय?

हे आहे स्टील, अर्थात पोलाद. मोठमोठ्या बांधकाम प्रकल्पांचा पोलाद एक अविभाज्य घटक आहे. यापासून बांधलेली महाकाय जहाजे सात समुद्रे पार करतात. यापासून बनवलेल्या पाईपलाईन शेकडो किलोमीटर अंतरावर असलेल्या विहिरींतून तेल व गॅसचा पुरवठा करतात. पण हा बहुपयोगी पदार्थ आपल्या दैनंदिन जीवनाचा अविभाज्य हिस्सा आहे. उदाहरणार्थ, तुम्ही ज्या बसने कामाला जाता त्याच्या चाकांमध्ये असलेल्या स्टील बेल्टचा विचार करा, किंवा तुमच्या अपार्टमेंटमधील लिफ्टला वरतीखाली नेणाऱ्‍या पोलादी दोराचा विचार करा. तुमच्या चष्म्याचे स्टीलचे जोड आणि चहाच्या कपातील साखर ढवळण्याचा स्टीलचा चमचा? नाजूक असूनही अत्यंत टिकाऊ असलेल्या या धातूचे असंख्य उपयोग आहेत. पण त्याचे उत्पादन कसे केले जाते आणि ते इतके बहुपयोगी का आहे?

कार्बन आणि स्फटिक

सहसा एकमेकांत मिसळण्याची प्रवृत्ती नसलेली दोन मूलद्रव्ये अर्थात, लोखंड व कार्बन यांच्या मिश्रधातूला किंवा मिश्रणाला पोलाद म्हणतात. बहुतेक धातूंच्या तुलनेत शुद्ध लोखंड विविध आकार देता येण्याजोगे असल्यामुळे कठोर वापराकरता ते अनुकूल नाही. कार्बन हे धातूंमध्ये मोडत नाही. हिरे आणि धुराड्यातून निघणारा काळा धूर या मूलद्रव्याची विविध रूपे आहेत. पण ओतीव लोखंडात अल्पप्रमाणात कार्बनचा शिरकाव केल्यास कार्बनपेक्षा अगदीच वेगळा आणि लोखंडापेक्षा कितीतरी पटीने अधिक मजबूत पदार्थ मिळतो.

पोलाद निर्मितीचे गूज स्फटिक नावाच्या एका वस्तूत दडलेले आहे. लोखंड स्फटिकांपासून बनलेले असते हे तुम्हाला माहीत होते का? * खरे पाहता, सगळेच घन धातू स्फटिकांपासून बनलेले असतात आणि स्फटिकी रूपात असल्यामुळेच कणखरता, चमक आणि इतर गुणधर्म त्यांना प्राप्त होतात. पण लोह स्फटिकांत आणखी एक विशेषता असते.

पोलादावर लोह स्फटिकांचा परिणाम

स्टीलच्या उत्पादनादरम्यान सुप्रवाही लोखंडासोबत इतर मूलद्रव्यांचे मिश्रण केले जाते. हे मिश्रण घट्ट होत असताना लोखंडात इतर सर्व पदार्थ वितळतात, म्हणजे दुसऱ्‍या शब्दांत ते शोषले जाऊन लोखंडाच्या स्फटिक रचनेत सामावले जातात. इतर धातूंमध्येही हीच प्रतिक्रिया पाहायला मिळते. मग लोखंडात काय खास आहे?

लोखंड असामान्य आहे कारण उष्णतेमुळे त्याच्या स्फटिकांचे रूप ते अद्याप घन रूपात असतानाच बदलता येते. या गुणधर्मामुळे लोह स्फटिकांचा बंद आकार अधिक उघड्या स्वरूपात बदलता येतो आणि पुन्हा पूर्ववत करता येतो. कल्पना करा की एका पक्क्या बांधकामाच्या घरातल्या दिवाणखान्यात तुम्ही बसला आहात आणि तुमच्या आजूबाजूला घराच्या भिंती आडव्या दिशेने फिरत आहेत आणि जमीन देखील वर-खाली होत आहे. लोखंडाला वितळू न देता उच्च तापमानापर्यंत तापवले जाते आणि थंड केले जाते तेव्हा त्यातील स्फटिकांतही असेच काहीतरी घडते.

हे बदल घडत असताना कार्बन देखील असल्यास कठीण मिश्रधातू मऊ होऊ शकतो किंवा मऊ असलेला मिश्रधातू कठीण होऊ शकतो. पोलाद उत्पादक या गोष्टीचा फायदा उचलतात आणि क्वेंचिंग, टेंपरिंग आणि अनीलींग यांसारख्या वेगवेगळ्या प्रकारच्या तापन प्रकियांद्वारे उत्पादनाचा कठीणपणा कमीजास्त करतात. * पण प्रकिया इथेच संपत नाही.

मँगनीझ, मॉलिब्डेनम, निकल, व्हेनेडियम, सिलिकॉन, शिसे, क्रोमियम, बोरॉन, टंग्स्टन किंवा गंधक यांसारखी मूलद्रव्ये मिसळल्यास  पोलादाचा कठीणपणाच केवळ कमी जास्त करता येत नाही, तर मजबूती, कणखरता, तंतुक्षमता, झीजविरोध, यंत्रणक्षमता, लवचिकता, चुंबकत्व, अचुंबकत्व आणि यांसारखे अनेक गुणधर्म त्यात निर्माण करता येतात. वेगवेगळ्या प्रकारचा ब्रेड तयार करण्यासाठी ज्याप्रमाणे बेकरीवाला वेगवेगळे साहित्य वापरतो आणि भट्टीचे तापमान कमीजास्त करतो त्याचप्रमाणे धातू उत्पादक असंख्य गुणधर्म असलेले वेगवेगळे प्रकारचे पोलाद निर्माण करण्यासाठी वेगवेगळे मिश्रक धातू आणि तापन प्रक्रियांचा वापर करतात. पोलादी रुळांवरून १२,००० टनाच्या मालवाहू आगगाड्या सुरक्षितपणे जाऊ शकतात आणि त्याच पोलादापासून तयार केलेल्या, टाचणीच्या टोकाएवढ्या बेरिंगवर घड्याळाचे चक्र आधारलेले असते.

पोलादनिर्मितीच्या जुन्या व नव्या पद्धती

अनेक शतकांपूर्वी, कारागीर लोखंडापासून भांडी व शस्त्र निर्माण करत होते. त्यांना असे आढळले की खनिजधारी खडकांपासून वेगळे केलेल्या लोखंडात अर्थात अशोधित खनिज धातुकात काही अशुद्धता असल्यामुळे धातू अधिक मजूबत आणि कठीण बनतो. तसेच, लोखंडाच्या एखाद्या हत्याराचे पाण्यात द्रुतशीतन केल्यास ते अधिक कठीण बनते हे देखील त्यांना शिकायला मिळाले. आज लोहाराच्या भट्टीची जागा मोठमोठ्या विद्युतचलित भट्ट्यांनी घेतली आहे; आणि हातोडा व ऐरण यांऐवजी आता प्रचंड लाटणयंत्रे वापरली जातात. पण आधुनिक उत्पादक देखील जुन्या काळच्या त्या मेहनती लोहारांच्याच मूलभूत पद्धतींचा वापर करतात. ते (१) लोखंड वितळवतात, (२) मिश्रधातू मिसळतात, (३) पोलादाला थंड होऊ देतात आणि (४) त्याला आकार देऊन त्यावर तापन प्रक्रिया करतात.

सोबत दिलेल्या पेटीतील प्रमाणांकडे लक्ष द्या. हे अतिशय मोठे प्रमाण असले तरीसुद्धा पोलादाच्या कारखान्यात दिवसाला इतके साहित्य वापरले जाते. हा कारखाना अतिशय मोठा असतो आणि त्यात पोलादनिर्मितीसाठी आवश्‍यक असणाऱ्‍या प्रचंड मात्रेत खनिजधातू साठवून ठेवलेले असतात.

बहुपयोगी धातू

पोलादाची बहुपयोगिता कित्येकदा अनपेक्षित ठिकाणी पाहायला मिळते. उदाहरणार्थ, एका मोठ्या पियानोच्या आत. पियानोची आतील तार, सर्वात मजबूत प्रकारच्या पोलादाची असते, पण ती अतिशय सुरेल संगीत निर्माण करते. हॅडफील्ड मँगनीझ स्टीलपासून खडक फोडण्याचे मोठमोठाले यंत्र तयार करतात, आणि या यंत्रांचा जितका वापर केला जातो तितकेच ते स्टील अधिक मजबूत बनत जाते. स्टेनलेस स्टीलपासून शस्त्रक्रियेची उपकरणे, वाईनचे मोठे पिंप आणि आईस्क्रीम बनवण्याची यंत्रे तयार करतात. स्टीलचे बहुविध उपयोग डोक्यावरील केसांप्रमाणेच मोजण्यापलीकडे आहेत.

दर वर्षी सबंध जगात जवळजवळ ८०,००,००,००० टन स्टील उत्पादित केले जाते. लोखंड नसते तर यातील एकही ग्रॅम निर्माण करणे शक्य झाले नसते, पण सुदैवाने लोखंड पृथ्वीवर विपुल मात्रेत उपलब्ध असणारा धातू आहे. कोळसा आणि चुनखडी देखील विपुल प्रमाणात उपलब्ध असल्यामुळे भविष्यातही स्टील भरपूर प्रमाणात उपलब्ध होत राहील असे दिसते.

तर मग, पुढच्यावेळी तुम्ही सुईने काही शिवाल, किंवा मासे पकडण्यासाठी रॉड वापराल, किंवा पाना वापराल किंवा साखळ्यांच्या कुंपणाला जोडलेले गेट उघडाल किंवा एखाद्या मोटारीतून प्रवास कराल किंवा शेतात सरळ रेषेत नांगर फिरवाल तेव्हा लोखंड व कार्बनच्या असामान्य मिश्रणामुळेच हे शक्य झाले हे विसरू नका. (g०१ ९/८)

[तळटीपा]

[२३ पानांवरील चौकट]

१०,००० टन स्टील निर्माण करण्याकरता लागणारे साहित्य

६,५०० टन कोळसा

१३,००० टन धातुक

२,००० टन चुनखडी

२,५०० टन पोलादाचा चुरा

१,५०,००,००,००० लीटर पाणी

८०,००० टन हवा

 [२४, २५ पानांवरील चौकट/चित्रे]

स्टील कसे बनवले जाते

पाहायला सोपे जावे म्हणून काही तपशील मुद्दाम गाळण्यात आले आहेत

स्टील बनवण्याकरता उच्च तापमानाची गरज आहे. स्टील निर्मीतीची प्रक्रिया समजून घेण्यासाठी आपण एक थर्मोमीटर घेऊन एकेक टप्पा समजून घेऊ या.

◼ १४००° सेल्सि. हवाबंद कक्षांत भल्या मोठ्या भट्ट्यांमध्ये कोळसा भाजला जात आहे, यातून नको असलेल्या द्रव्याचे बाष्पीकरण होते पण कोळशाचे तुकडे तसेच राहतात. शेवटी राहणाऱ्‍या कोळशाच्या तुकड्यांना कोक म्हणतात आणि पुढील प्रक्रियेत ते तापनासाठी व कार्बन म्हणून उपयोगात आणले जातात.

◼ १६५०° सेल्सि. कोक, लोह धातुक आणि चुनखडी एका झोतभट्टीतून खाली धगधगत्या आगीत आणि अतिशय उच्च तापमानापर्यंत तापवलेल्या हवेत पडतात. कोक जळते आणि त्या तीव्र उष्णतेत धातुकातील नको असलेले द्रव्य चुनखडीत मिसळून मळी तयार होते. बाकीचे साहित्य वितळून भट्टीत खाली जमा होते. लोखंडावर तरंगणारी मळी टाकून देण्यासाठी एका पात्रात अलग केली जाते. वितळलेले लोखंड उष्ण धातुधारक गाड्यांतून वाहून पुढच्या स्टेशनवर पोचवले जाते.

◼ १६५०° सेल्सि.काळजीपूर्वक वर्गीकरण केलेले धातूचे मोड एका नऊ मीटर उंचीच्या लांबुळक्या पात्रात टाकले जाते; या पात्राला बेसिक ऑक्सिजन फर्नेस (ऑक्सीजन भट्टी) म्हणतात. एका महाकाय ओतणाऱ्‍या पात्राच्या साहाय्याने वितळलेले लोखंड  त्या धातूच्या मोडावर ओतले जाते; लोखंड ओतताच, ठिणग्या उडू लागतात आणि त्याचवेळी पाण्याने थंड राखलेली एक नळी पात्रात सोडली जाते. या नळीतून कर्कश्‍श आवाज करीत शुद्ध ऑक्सीजन वेगाने आत सोडला जातो; यामुळे लवकरच, गरम स्टोव्हवर ठेवलेल्या सूपसारखे धातूचे मिश्रण उकळू लागते. याच वेळेस रासायनिक क्रिया घडत असतात. एका तासाच्या आत भट्टीचे काम पूर्ण झालेले असते आणि ३०० टन द्रवरूपातील पोलाद, वाहून नेणाऱ्‍या गाड्यांमध्ये ओतून घेतले जाते. यानंतर यात मिश्रधातू मिसळले जातात. हे धगधगते मिश्रण साच्यात ओतले जाते. येथे पोलाद आकार घेऊ लागते.

◼ १२००° सेल्सि.लाल भडक झालेल्या स्टीलला हवी तितकी जाडी येण्यासाठी लाटणयंत्रात दाबले जाते. या कठोर प्रक्रियेमुळे धातू इतका कठीण बनतो की त्यावर अधिक जोर देणे अशक्य होते.

◼ कोठी तापमान. आता पोलाद ओतून, कापून, गरम व शीत लाटणयंत्रांतून टाकून त्यास आम्लांनी स्वच्छ करून घेण्यात आले आहे. वारंवार त्यास तप्त करण्यात आले आहे. पण शेवटी एकदाचे तापमान खाली येते. ओतीव रूपातील पोलाद आता पत्र्यांच्या रूपात आले आहे. लवकरच एका धातूच्या कारख्यान्यात या पत्र्यांपासून एका ऑफिस कॉम्प्लेक्सकरता पाईप्स बनवले जातील.

स्टील कारखान्यातील बहुतेक उपकरणे स्टीलचीच असतात, मग स्टील उत्पादनाच्या प्रक्रियेदरम्यान ती वितळत कशी नाहीत? कारखान्यातील भट्ट्या, धातूधारक गाड्या व ओतणारी पात्रे यांच्या आतील बाजूस उच्चतापसह म्हणजेच उष्णतेत न वितळणाऱ्‍या पदार्थाच्या विटांचे अस्तर लावलेले असते. या एक मीटर जाडीच्या अस्तरामुळे ऑक्सीजन भट्टीचे रक्षण होते. पण सतत अतिशय उच्च तापमान सहन करावे लागत असल्यामुळे अस्तराच्या विटा वेळोवेळी बदलाव्या लागतात.

[रेखाचित्र]

(पूर्ण फॉर्मेटेड टेक्स्ट पाहायचे असेल तर प्रकाशन पाहा)

१.लोहनिर्मिती

लोह धातुक

चुनखडी

कोळसा

कोकच्या भट्ट्या

झोतभट्टी

मोड

चुना व क्षार

ऑक्सीजन

वितळलेले लोखंड

बेसिक ऑक्सीजन भट्टी

२.पोलादनिर्मिती

१४००° सेल्सि

१६५०° सेल्सि

१६५०° सेल्सि

ब्लूम लाटणयंत्र

बिलेट लाटणयंत्र

सपाट लाटणयंत्र

अखंड ओतकाम

स्टीलची लाटणक्रिया (कांबी किंवा तुळया)

जस्तालेपन

शीत लाटण

उष्ण लाटण

३.शीतन

४.अंतिम प्रक्रिया

१२००° सेल्सि

कोठी तापमान

[चित्र]

चित्रातल्या लोकांच्या आकाराकडे लक्ष द्या

[२३ पानांवरील चित्राचे श्रेय]

घड्याळाव्यतिरिक्‍त पृष्ठे २३-५ वरील सर्व चित्रे: Courtesy of Bethlehem Steel