ముట్టుకుంటే మృదువైనది, పనిలో పటుత్వంగలది

దాని ద్వారా పియానోలు సంగీతాన్ని వినిపిస్తాయి, జెట్‌ విమానాలు సోనిక్‌ బూమ్‌ శబ్దాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి, గడియారాలు టిక్‌ టిక్‌ మంటాయి, మోటార్లు గుఁయ్‌య్‌మని శబ్దం చేస్తాయి, ఆకాశహార్మ్యాలు ఆకాశాన్నంటుతాయి, సస్పెన్షన్‌ (వ్రేలాడే) వంతెనలు వ్రేలాడుతూ ఉంటాయి. ఇంతకూ ఏమిటది?

అది స్టీలు. భారీస్థాయి నిర్మాణ పనుల్లో స్టీలు అతి ప్రధానమైనది. దానితో తయారైన బ్రహ్మాండమైన ఓడలు ఏడు సముద్రాలనూ చుట్టబెడుతున్నాయి. దానితో తయారైన పైపులైన్లు సుదూరాన వందలాది కిలోమీటర్ల దూరంలో ఉన్న బావుల్లోంచి నూనెను, సహజ వాయువును తీసుకువస్తాయి. కానీ ఈ వైవిధ్యభరితమైన ఉపయోగాలుగల పదార్థం మన దైనందిన జీవితంలో ఇంకా సన్నిహితమైన సంబంధాన్ని కలిగివుంది. ఉదాహరణకు, మీరు ఉద్యోగానికి వెళ్ళేటప్పుడు ఎక్కే బస్సు టైర్లలో ఉన్న స్టీలు బెల్టుల గురించి ఆలోచించండి, లేదా మీ అపార్ట్‌మెంటు బిల్డింగులో లిఫ్టును పైకీ క్రిందికీ తీసుకువెళ్ళే స్టీలు త్రాళ్ళను గురించి ఆలోచించండి. మీ కళ్ళద్దాల్లోని స్టీలు సీలలు, మీ కప్పులోని టీని తిప్పడానికి ఉపయోగించే స్టీలు చెంచాల సంగతేమిటి? మన్నికైనదీ సున్నితమైనదీ అయిన ఈ లోహంతో మనకు వేలాది ఉపయోగాలు ఉన్నాయి. దీన్ని ఎలా తయారు చేస్తారు, దీన్ని ఇంత ఉపయోగకరమైనదిగా చేసేదేమిటి?

కార్బన్‌, స్ఫటికాలు

స్టీలు ఒక మిశ్రమ లోహం​—ఇనుము, కార్బన్‌ల అనూహ్య సహకారంతో ఏర్పడిన ఒక మిశ్రమం. శుద్ధ ఇనుము అనేక లోహాలతో పోలిస్తే మెత్తదనే చెప్పవచ్చును, అందుకనే అది గట్టి ఉపయోగాలకు పనికిరాదు. కార్బను అలోహం. వజ్రాలు, పొయ్యిలోని మసి ఈ మూలకం యొక్క వేర్వేరు రూపాలు మాత్రమే. కానీ చిన్న మొత్తంలో కార్బన్‌ను కరగబెట్టిన ఇనుముతో కలిపినట్లైతే, కార్బన్‌కు చాలా భిన్నంగా, ఇనుముకన్నా ఎన్నో రెట్లు బలంగా ఉన్న పదార్థం ఏర్పడుతుంది.

స్టీలు తయారీలో స్ఫటికం అనే రూపనిర్మాణం చాలా కీలకమైనది. ఇనుము స్ఫటికాలతో రూపొందినది అని మీకు తెలుసా? * నిజానికి ఘనరూపంలోని లోహాలన్నీ స్ఫటికాలతో రూపొందినవే, ఈ స్ఫటిక నిర్మాణమే వాటితో సుళువుగా పనిచేయగలిగే లక్షణాన్ని, వాటికి మెరుపును, మరితర లక్షణాలను ఇస్తుంది. కానీ ఇనుము స్ఫటికాలు ఒక అడుగు ముందుకెళ్తాయి.

స్టీలుపై ప్రభావం

స్టీలు తయారు చేస్తున్నప్పుడు కరగబెట్టిన ఇనుమును మరితర మూలకాలతో కలుపుతారు. ఈ మిశ్రణం గట్టిపడుతుండగా, ఇతర పదార్థాలను ఇనుము కరిగిస్తుంది, నిజానికి వాటిని శోషించుకుని తన స్ఫటిక నిర్మాణాల్లోపల పట్టి ఉంచుకుంటుంది. అయితే ఇతర లోహాలు కూడా అలా చేస్తాయి. ఇనుములో అంత ప్రత్యేకత ఏమిటి?

ఇనుము అసాధారణమైనదే, ఎందుకంటే అదింకా ఘన స్థితిలో ఉండగానే వేడి చేయడం ద్వారా దాని స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని మార్చవచ్చును. ఈ లక్షణం మూలంగా ఇనుము స్ఫటికాలను కాస్త మూసుకుని ఉన్న ఆకృతి నుండి మరింత తెరుచుకుని ఉన్నటువంటి ఆకృతిలోకి మార్చవచ్చు, మూసుకుపోయినటువంటి ఆకృతిలోకి తిరిగి మార్చవచ్చు. దృఢంగా నిర్మించబడిన ఇంట్లోని ఒక గదిలో మీరు కూర్చుని ఉండగా గోడలు దగ్గరగా దూరంగా జరుగుతూ, గదిలోని నేల పైకీ క్రిందికీ కదలుతుండడం ఊహించుకోండి. ఇనుమును కరిగించకుండానే అధిక ఉష్ణోగ్రతకు గురిచేసి మళ్ళీ చల్లబరచినప్పుడు దాని స్ఫటికాల్లో దాదాపు అలాంటి ప్రక్రియే జరుగుతుంది.

ఈ మార్పులు జరుగుతున్నప్పుడు కార్బన్‌ గనుక ఉండివుంటే ఒక గట్టి మిశ్రమ లోహం మెత్తగాను, మెత్తది గట్టిగాను అవ్వగలదు. స్టీలు ఉత్పత్తిదారులు దీన్ని చక్కగా ఉపయోగించుకుంటారు, క్వెంచింగ్‌, టెంపరింగ్‌, అనీలింగ్‌ * వంటి వేడిచేసే ప్రక్రియల ద్వారా వారు తమ ఉత్పత్తి యొక్క గట్టిదనంలో సర్దుబాట్లు చేసుకుంటారు. కానీ కథ ఇంకా చాలా ఉంది.

మాంగనీస్‌, మాలిబ్డెనమ్‌, నికెల్‌, వెనాడియమ్‌, సిలికాన్‌, సీసం, క్రోమియమ్‌, బోరాన్‌, టంగ్‌స్టన్‌, లేదా సల్ఫర్‌ వంటి ఇతర మూలకాలను కలిపినప్పుడు స్టీలు కేవలం గట్టిగానో లేదా మెత్తగానో అవ్వడమే కాక బలంగా, దృఢంగా, సాగదీయగలదిగా, ఏ ఆకృతిలోకైనా మలచగలదిగా, తుప్పును నిరోధించేదిగా, యంత్రసామగ్రిగా, నమ్యమైనదిగా, అయస్కాంతముగా, అనయస్కాంతముగా, ఇంకా మరనేక  విధాలుగా మారుతుంది. బేకింగ్‌ చేసే వ్యక్తి వేర్వేరు రకాల బ్రెడ్‌లను తయారు చేయడానికి తన పదార్థాల మిశ్రమాల్లోను తన ఓవెన్‌ సెట్టింగుల్లోను మార్పులు ఎలా చేస్తాడో, అలాగే లోహ ఉత్పత్తిదారులు మిశ్రమ లోహాల్లోను ఉష్ణోగ్రతలోను సునిశితమైన మార్పులు చేస్తూ అనుపమానమైన రీతిలో వైవిధ్యంగల ఉపయోగాలుగల వేలాది రకాల స్టీలును తయారుచేస్తారు. స్టీలు రైలు పట్టాలు 12,000 టన్నుల గూడ్సు బండిని సురక్షితంగా మోస్తాయి, అదే సమయంలో గుండుసూది తలంత పరిమాణంలోని బేరింగులు గడియారంలోని బ్యాలెన్స్‌ చక్రానికి మద్దతునిస్తాయి.

స్టీలు తయారీ​—ప్రాచీనం, ఆధునికం

శతాబ్దాల క్రితం లోహకారులు ఇనుముతో పాత్రలను, ఆయుధాలను తయారు చేశారు. ప్రగలనం చేయబడిన ఇనుములో (ధాతువులనబడే ఖనిజధారిత రాళ్ల నుండి వేరుచేయబడిన ఇనుము) కొన్ని మలినాలు ఉన్నాయని అందుమూలంగానే ఆ లోహానికి బలము గట్టిదనము ఏర్పడుతుందని వారు కనుగొన్నారు. ఇనుము ఉపకరణాన్ని నీటిలో క్వెంచింగ్‌ చేసినప్పుడు అది మరింత గట్టిబడిందని కూడా వారు గ్రహించారు. కమ్మరి కొలిమి స్థానంలో నేడు భారీ కొలుములు వచ్చాయి; ఆయన చేతిలో ఉండే సుత్తి సమ్మెటల స్థానంలో భీకరాకారంలోని రోలింగ్‌ మిల్లులు వచ్చాయి. కానీ ఆధునిక ప్రక్రియల్లో ఆ ప్రాచీన కాలపు కండలు తిరిగిన లోహకారుని ప్రాధమిక పద్ధతులనే పాటిస్తారు. (1) ఇనుమును కరిగిస్తారు, (2) మిశ్రమ పదార్ధాలను కలుపుతారు, (3) స్టీలు చల్లబడనిస్తారు, (4) రూపునిచ్చి, ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గులకు గురిచేస్తారు.

ఈ ప్రక్కన ఉన్న బాక్సులోని పదార్థాల పరిమాణాలను గమనించండి. ఎంత భారీ మొత్తాల్లో ఉన్నట్లు వాటన్నింటినీ స్టీలు ప్లాంటు ఒక్క రోజులో స్వాహా చేసేయగలదు. స్టీల్‌ ప్లాంటు చాలా వైశాల్యాన్ని ఆక్రమిస్తుంది, తరగని దాని ఆకలిని తీర్చడానికి పర్వతాల పరిమాణంలో ఖనిజాలు ఆ విశాల ప్రాంతంలో రాశులుగా పోసి ఉంటాయి.

అనేక ఆకృతులను దాల్చే అద్భుత లోహం

మనం ఊహించని చోట్లలో కూడా కనిపిస్తూ స్టీలు ఎంతో ఉపయోగకారిగా రుజువుచేసుకుంటోంది. గ్రాండ్‌ పియానో మూత క్రింద కొంత స్టీలు ఉంటుంది. అక్కడున్న తీగలు అత్యంత బలమైన స్టీల్‌లలో ఒకదానితో తయారుచేయబడ్డాయి, అవి శ్రవణానందకరమైన సంగీతాన్ని పుట్టిస్తాయి. హాడ్‌ఫీల్డ్‌ మాంగనీస్‌ స్టీల్‌ని రాళ్ళను కొట్టే భారీ యంత్రాల తయారీలో ఉపయోగిస్తారు, బండలను అది పిండి చేస్తూ ఎంత గట్టిగా పనిచేస్తే అంత దృఢంగా మారుతుంది. స్టెయిన్‌లెస్‌ స్టీల్‌తో శస్త్రవైద్యుడి కత్తులను, వైన్‌ పీపాలను, ఐస్‌క్రీమ్‌ యంత్రాలను తయారుచేస్తారు. మీ తలపైనున్న వెంట్రుకలను లెక్కించడం ఎంత కష్టమో స్టీలు ఉపయోగాలను లెక్కబెట్టడమూ అంతే కష్టం.

ప్రపంచవ్యాప్తంగా సాలీనా దాదాపు 80,00,00,000 టన్నుల స్టీలు ఉత్పత్తి అవుతుంది. అందులో ఒక్క గ్రాము కూడా, భూమిలో దొరికే మూలకాల్లో అత్యంత విరివిగా లభించే మూలకాల్లో ఒకటైన ఇనుము లేకుండా ఉత్పత్తి కాదు. బొగ్గు, సున్నం కూడా సమృద్ధిగానే లభిస్తున్నాయి కాబట్టి భవిష్యత్తులో కూడా స్టీలు బాగానే లభిస్తుందన్నట్లు కనిపిస్తోంది.

కాబట్టి ఈసారి మీరు లోహంతో తయారైన సూదితో కుడుతున్నప్పుడు లేదా చేపల గాలం వేస్తున్నప్పుడు, లేదా ఈసారి మీరు అడ్జస్టబుల్‌ రెంచిని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు లేదా చుట్టూ లోహపు కంచె ఉన్న గేటును తెరుస్తున్నప్పుడు, లేదా మీరు మోటారు వాహనంలో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు లేదా నాగలితో పొలాన్ని దున్నుతున్నప్పుడు దాన్ని సాధ్యపరుస్తున్న ఇనుము కార్బన్‌ల అసాధారణమైన సమ్మేళనాన్ని గురించి ఆలోచించండి.(g01 9/8)

[అధస్సూచీలు]

[23వ పేజీలోని బాక్సు]

10,000 టన్నుల స్టీలును తయారుచేయడానికి అవసరమయ్యే పదార్థాలు

6,500 టన్నుల బొగ్గు

13,000 టన్నుల ధాతువు

2,000 టన్నుల సున్నం

2,500 టన్నుల తుక్కు ఉక్కు

150,00,00,000 లీటర్ల నీరు

80,000 టన్నుల గాలి

 [24, 25వ పేజీలోని బాక్సు/చిత్రాలు]

స్టీలు ఎలా తయారవుతుంది?

సరళత కోసం కొన్ని వివరాలు విడిచిపెట్టబడ్డాయి

స్టీలు తయారీకి ఉష్ణోగ్రత అవసరం. థర్మామీటరుని సూచనగా ఉపయోగిస్తూ మనం ఉత్పాదిత స్టీలు వరకు ఉండే ప్రక్రియలను పరిశీలిద్దాము.

◼ 1400° సెల్సియస్‌. భారీ పరిమాణంలోని ఓవెన్‌లు గాలిచొరని గదుల్లో బొగ్గును కాలుస్తూ, దాన్ని భస్మం చేయకుండానే అవసరంలేని పదార్థాల్ని ఆవిరిచేస్తున్నాయి. తత్ఫలితంగా ఏర్పడే మసిలాంటి ముక్కలే కోక్‌ అని పిలువబడతాయి, ఈ కోక్‌ ముందు ముందు జరుగనున్న ప్రక్రియల్లో అవసరమయ్యే ఉష్ణోగ్రతను కార్బన్‌ను అందిస్తాయి.

◼ 1650° సెల్సియస్‌. కోక్‌, ఇనుము ధాతువు, సున్నపురాయి ఒక గాలి కొలిమిలో పడతాయి, అలా పడుతూ అగ్నిలోను అత్యధిక ఉష్ణోగ్రతలో ఉన్న వాయువులోను పడతాయి. కోక్‌ కాలుతుంది, తర్వాత ఆ అత్యధిక ఉష్ణోగ్రతలో ధాతువులోని అనవసరమైన పదార్థాలు సున్నపురాయితో కలిసిపోతాయి, తద్వారా లోహమలం అనే ఉపోత్పత్తి ఏర్పడుతుంది. ఈ పదార్థాలు ద్రవీభవించి, కొలిమి అడుగుభాగంలోకి చేరుకుంటాయి. ఇనుము మీదుగా తేలుతున్న లోహమలం ఒక పాత్రలోకి తీసివేయబడుతుంది. ద్రవ స్థితిలో ఉన్న ఇనుము బాటిల్‌ కార్లలోకి ప్రవహిస్తుంది, అవి కుతకుతలాడుతున్న సరుకుని ప్రక్రియలో తర్వాతి చోటికి చేరుస్తాయి.

◼ 1650° సెల్సియస్‌. జాగ్రత్తగా వేరుచేయబడిన తొంభై టన్నుల తుక్కు ఉక్కు ముక్కలు ప్రాధమిక ఆక్సిజన్‌ కొలిమి అని పిలువబడే తొమ్మిది మీటర్ల ఎత్తు జామపండు ఆకారంలోని పాత్రలోకి వేయబడతాయి. సలసల మరుగుతున్న ద్రవ ఇనుమును భారీ పరిమాణంలోని  ఒక గరిటె లోహపు ముక్కల మీద వేస్తుంది దాంతో గొప్ప అగ్గి రవ్వలు చిమ్ముతాయి, అదే సమయంలో లాన్స్‌ అని పిలువబడే నీటితో చల్లబరచబడిన ఒక ట్యూబు పాత్రలోకి ముంచబడుతుంది. ఆ లాన్స్‌ భీకరమైన ధ్వనితో శుద్ధ ఆక్సిజన్‌ను విరజిమ్ముతుంది, దాంతో వేడి వేడి పొయ్యిమీద సలసల మరుగుతున్న చారులా కొద్దిసేపట్లో ఆ లోహం మరుగుతుంది. రసాయన చర్యలు సంభవిస్తాయి. ఒక గంటలోపలే ఆ కొలిమి తన విధిని నిర్వర్తిస్తుంది, ఇక ఒక హీట్‌ అని పిలువబడే 300 టన్నుల ద్రవ స్టీలు యొక్క తొలి విడత రవాణా చేసే గరిటెల్లోకి ప్రవహిస్తుంది. మిశ్రలోహాలు కలపబడతాయి. వేడివేడి ప్రవాహం పోత యంత్రాల్లోకి పడుతుంది. అప్పుడు, స్టీలు రూపం ఒక కొలిక్కి రావడం ప్రారంభమౌతుంది.

◼ 1200° సెల్సియస్‌. ఎర్రని వేడివేడి స్టీలు కావల్సినంత మందం ఏర్పడేంత వరకు రోలర్ల మధ్య గట్టిగా నొక్కబడుతుంది. ఎంతో శక్తివంతమైన ఈ ప్రక్రియ ఆ లోహాన్ని మరింత గట్టిగా చేస్తుంది, ఎంత గట్టిగానంటే అదిక ఎంత మాత్రమూ రూపాన్ని మార్చడాన్ని అనుమతించదు.

◼ గది ఉష్ణోగ్రత. స్టీలు పోతవేయబడి, కత్తిరించబడి, హాట్‌-రోల్‌ కోల్డ్‌-రోల్‌ చేయబడి, చివరికి పికిల్‌ (యాసిడ్‌లో శుద్ధం) కూడా చేయబడుతుంది. అది మళ్ళీ మళ్ళీ వేడిచేయబడుతుంది. చివరికి మన థర్మామీటరు చల్లబడుతుంది. ద్రవ స్టీలు, లేదా హీట్‌ అనబడేది కాస్తా స్టీలు రేకులుగా అవుతుంది. కొద్ది రోజుల్లో దాన్ని మెటల్‌ షాపు ఒక ఆఫీసు బిల్డింగు కోసం డక్టులుగా రూపుదిద్దుతుంది.

స్టీలు ప్లాంటులోని అనేక భాగాలు అదే లోహంతో తయారుచేయబడతాయి కాబట్టి, అవి తమ పనిని చేస్తుండగా అవెందుకు కరిగిపోవు? కొలుములు, బాటిల్‌ కార్లు, గరిటెల లోపలి ఉపరితలాలు రిఫ్రాక్టరీ పదార్థంతో, అంటే వేడినిరోధక పదార్థంతో చేయబడిన ఇటుకలతో పొదగబడి ఉంటాయి. ఒక్క మీటరు మందం ఉన్న ఈ పదార్థం ప్రాథమిక ఆక్సిజన్‌ కొలిమిని కాపాడుతుంది. కానీ ఆ ఇటుకలు కూడా భయంకరమైన వేడికి దెబ్బతింటాయి, వాటిని అప్పుడప్పుడు మార్చాల్సివుంటుంది.

[డయాగ్రామ్‌]

(పూర్తిగా ఫార్మా చేయబడిన టెస్ట్‌ కోసం ప్రచురణ చూడండి)

1.ఇనుము తయారీ

1400° సెల్సి. బొగ్గు → కోక్‌ ఓవెన్‌లు

↓

1650° సెల్సి. ఇనుము ధాతువు గాలి

సున్నపురాయి → కొలిమి

↓

ద్రవ ఇనుము

2.స్టీలు తయారీ ↓

1650° సెల్సి. తుక్కు ఉక్కు → ప్రాధమిక

సున్నం, ఫ్లక్స్‌ → ఆక్సిజన్‌

ఆక్సిజన్‌ → కొలిమి

3.కూలింగ్‌ ↓

ప్రవాహ పోత

బ్లూమ్‌లు

బిల్లెట్‌లు

స్లాబులు

4.ఫినిషింగ్‌ ↓

1200° సెల్సి. స్టీల్‌ రోలింగ్‌ (బార్‌లు లేదా బీములు)

గాల్వనైజింగ్‌

కోల్డ్‌ రోలింగ్‌

హాట్‌ రోలింగ్‌

గది ఉష్ణోగ్రత

[చిత్రం]

మనుష్యుల పరిమాణం చూడండి

[23వ పేజీలోని చిత్రసౌజన్యం]

వాచీ తప్ప 23-5 పేజీల్లోని చిత్రాలన్నీ: Courtesy of Bethlehem Steel