ব্লাস্ট ফার্নেসে অক্সিজেন বৃদ্ধি

আধুনিক ইস্পাত তৈরিতে অক্সিজেনের সুবিধা

ব্লাস্ট ফার্নেসে লৌহ উৎপাদন শতাব্দী ধরে মৌলিকভাবে অপরিবর্তিত রয়েছে। চুড়োয় কোক, লৌহ আকরিক এবং ফ্লাক্স দেওয়া হয়; তলদেশ থেকে গলিত লৌহ এবং স্ল্যাগ বের হয়; টিউয়ারগুলির মাধ্যমে গরম বাতাস প্রবেশ করে। কিন্তু বিস্তারিত পদ্ধতিগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে বিকশিত হয়েছে, এবং গত পঞ্চাশ বছরে অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণ সবচেয়ে প্রভাবশালী পরিবর্তনগুলির মধ্যে একটি।

ব্লাস্ট ফার্নেসে অক্সিজেন ইনজেক্ট করা—দহন বাতাসের অক্সিজেন শতাংশ ২১% থেকে ২৫% বা তার বেশি করা—ফার্নেসের তাপীয় ও রাসায়নিক আচরণকে পরিবর্তন করে। এর তাৎক্ষণিক প্রভাব হলো শিখার তাপমাত্রা বৃদ্ধি, যা লৌহ অক্সাইডকে ধাতব লৌহে রূপান্তরিত করার জন্য প্রয়োজনীয় বিজারণ বিক্রিয়াগুলোকে ত্বরান্বিত করে। দ্বিতীয়ক প্রভাবগুলোর মধ্যে রয়েছে উৎপাদনক্ষমতা বৃদ্ধি, কোক ব্যবহার হ্রাস এবং প্রতি টন উৎপাদিত লৌহের জন্য কম কার্বন ডাই-অক্সাইড নিঃসরণ।

অক্সিজেন ফার্নেসের তাপগতিবিদ্যাকে কীভাবে পরিবর্তন করে

গণিতটি সরাসরি, কিন্তু এর প্রভাবগুলো গভীর। বাতাসে প্রায় ৭৯% নাইট্রোজেন থাকে, যা ফার্নেসের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়ে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে না। সেই নাইট্রোজেন তাপ শোষণ করে—এমন তাপ যা অন্যথায় লৌহ আকরিক বিজারণে ব্যয়িত হতো। যখন ব্লাস্টে নাইট্রোজেনের পরিবর্তে অক্সিজেন ব্যবহার করা হয়, তখন নিষ্ক্রিয় গ্যাস উত্তপ্ত করতে কম তাপ নষ্ট হয়। ফলে শিখার তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায় এবং একই কোক হারে ফার্নেস আরও বেশি আকরিক প্রক্রিয়া করতে পারে।

অক্সিজেন সমৃদ্ধকরণের প্রতি ১% বৃদ্ধির জন্য শিখা তাপমাত্রা প্রায় ৫০°সে বৃদ্ধি পায়। ২৫% অক্সিজেন বিষয়বস্তুর সময় শিখা তাপমাত্রা ২,২০০°সে-এর কাছাকাছি হয়, যা ২১%-এর সময় প্রায় ২,০০০°সে-এর তুলনায়। এই উচ্চতর তাপমাত্রার শিখা কয়েকটি কার্যক্রমগত উন্নতি সম্ভব করে: গুঁড়ো কয়লার উচ্চতর ইনজেকশন হার, কোক ব্যবহারের হ্রাস এবং উৎপাদন প্রবাহের বৃদ্ধি।

কিন্তু এর পারস্পরিক প্রভাব হলো যে অক্সিজেন সমৃদ্ধকরণ চুল্লির বাধার প্রতি সংবেদনশীলতা বৃদ্ধি করে। ২৫% অক্সিজেনে চালিত চুল্লির তাপীয় জড়তা ২১%-এ চালিত চুল্লির চেয়ে কম। স্থিতিশীল অপারেশন বজায় রাখতে অপারেটরদের ভার বণ্টন, ব্লাস্ট তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতা সামগ্রীর উপর কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।

উৎপাদনক্ষমতা বৃদ্ধি: তথ্য যা দেখায়

অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণের উৎপাদনশীলতা প্রভাব ভালোভাবে নথিভুক্ত করা হয়েছে। ইন্টিগ্রেটেড স্টিল মিলগুলির শিল্প ডেটা থেকে দেখা যায় যে, অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণের প্রতি ১% বৃদ্ধির ফলে উৎপাদন হার প্রায় ৩ থেকে ৪% বৃদ্ধি পায়, যদি ব্লাস্ট তাপমাত্রা স্থিতিশীল এবং বোর্ডেন গুণগত মান সুসংগত থাকে। ২৫% অক্সিজেনে এটি প্রাকৃতিক বাতাস চালনার তুলনায় ১২ থেকে ১৬% উৎপাদনশীলতা বৃদ্ধির সমান।

কোক হার হ্রাস বিশেষভাবে মূল্যবান। কোক হলো ব্লাস্ট ফার্নেস প্রক্রিয়ায় সবচেয়ে ব্যয়বহুল কাঁচামাল, এবং এর উৎপাদনে উল্লেখযোগ্য পরিমাণ CO₂ নি:সরণ ঘটে। প্রতি বছর ২ মিলিয়ন টন স্টিল উৎপাদনকারী একটি স্টিল প্লান্টে কোক ব্যবহার ৫% কমালে প্রায় ৫ মিলিয়ন মার্কিন ডলার কোক খরচ বাঁচে এবং কার্বন ফুটপ্রিন্টও সমানভাবে কমে।

একটি বাস্তব বাস্তবায়ন: উত্তর চীনের ইন্টিগ্রেটেড মিল

উত্তর চীনের একটি বৃহৎ ইন্টিগ্রেটেড স্টিল মিল ১৮ মাস ধরে পর্যায়ক্রমিক অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণ প্রোগ্রাম বাস্তবায়ন করে। সুবিধাটিতে অন্যান্য প্রক্রিয়ার জন্য অক্সিজেন উৎপাদনের জন্য একটি বিদ্যমান এয়ার সেপারেশন ইউনিট ছিল, কিন্তু আগে কখনও ব্লাস্ট ফার্নেসের ব্লাস্টে অক্সিজেন ইনজেকশন করা হয়নি। প্রকল্পটিতে টিউয়ার স্তরে অক্সিজেন ইনজেকশন ল্যান্স স্থাপন, অতিরিক্ত অক্সিজেন প্রবাহ পরিচালনার জন্য নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা আধুনিকীকরণ এবং নতুন অপারেটিং প্যারামিটারগুলি সম্পর্কে অপারেটরদের প্রশিক্ষণ অন্তর্ভুক্ত ছিল।

ফলাফলগুলি প্রথম ত্রৈমাসিকের মধ্যেই পরিমাপযোগ্য ছিল। অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণ ২৪.৫% পর্যন্ত বৃদ্ধি করার ফলে উৎপাদন ১১% বৃদ্ধি পেয়েছিল, যখন কোক হার ৭% কমে গিয়েছিল। মিলটি এই লাভগুলি পেয়েছিল বড় ধরনের মূলধন বিনিয়োগ ছাড়াই—অক্সিজেন ইতিমধ্যে উৎপাদিত হচ্ছিল এবং ব্লাস্ট ফার্নেসের সংশোধনগুলি তুলনামূলকভাবে সীমিত ছিল। অক্সিজেন উৎপাদন ও ইনজেকশন খরচ বনাম কোক সঞ্চয় এবং বৃদ্ধি পাওয়া উৎপাদনের মূল্যের ভিত্তিতে গণনা করা রিটার্ন পিরিয়ড ১২ মাসের কম ছিল।

কার্যক্রমের কিছু চ্যালেঞ্জ ছিল। চ্যানেলিং—যেখানে গ্যাস প্রবাহ কিছু নির্দিষ্ট এলাকা দিয়ে অগ্রাধিকার পায়, ফলে অসম হ্রাস এবং সম্ভাব্য স্ক্যাফোল্ড গঠন ঘটে—এড়াতে ভার বণ্টনের প্রতি আরও ঘন ঘন নজর রাখা পর্ণ হয়েছিল। কার্যক্রম দল প্রাথমিক অক্সিজেন ইনজেকশনের ছয় সপ্তাহের মধ্যে ঘণ্টাহীন শীর্ষ চার্জিং প্যাটার্ন সামঞ্জস্য করে ভাটাটি স্থিতিশীল করে।

ব্লাস্ট ফার্নেস ইনজেকশনের জন্য অক্সিজেন সরবরাহের বিষয়াদি

ব্লাস্ট ফার্নেস এনরিচমেন্টের জন্য অক্সিজেন সাধারণত স্থানীয় বায়ু পৃথকীকরণ ইউনিট বা পাইপলাইন সরবরাহ থেকে আসে। অন্যান্য অক্সিজেন অ্যাপ্লিকেশনের তুলনায় বিশুদ্ধতার প্রয়োজনীয়তা মাঝারি—ব্লাস্ট ফার্নেস ইনজেকশনের জন্য ৯০ থেকে ৯৫% অক্সিজেন যথেষ্ট, যেখানে চিকিৎসা বা সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ৯৯.৫% বা তার বেশি বিশুদ্ধতা প্রয়োজন। .

এই নিম্ন বিশুদ্ধতার প্রয়োজনীয়তা সরবরাহের বিকল্পগুলি উন্মুক্ত করে। ভ্যাকুয়াম প্রেশার সোয়িং অ্যাডসর্পশন (ভিপিএসএ) সিস্টেমগুলি ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণের তুলনায় কম মূলধন ও অপারেটিং খরচে ৯০-৯৫% অক্সিজেন উৎপাদন করতে পারে, যদিও এগুলি সাধারণত ছোট ক্ষমতার জন্য সীমিত। বড় মিলগুলির জন্য, ক্রায়োজেনিক এএসইউগুলি এখনও মানদণ্ড হিসাবে বজায় থাকে, যা ৯৯.৫% এর বেশি বিশুদ্ধতায় অক্সিজেন উৎপাদন করে এবং নাইট্রোজেন ও আর্গন উৎপাদনের নমনীয়তা প্রদান করে।

অক্সিজেন ইনজেকশন সিস্টেমটি নিজেই যত্নপূর্ণ প্রকৌশল প্রয়োজন করে। অক্সিজেনকে ব্লাস্ট ফার্নেসের ব্যাকপ্রেশারকে অতিক্রম করার জন্য যথেষ্ট চাপে সরবরাহ করতে হবে, যা সাধারণত ৩ থেকে ৫ বার। ইনজেকশন ল্যান্সগুলিকে টিউয়ার স্তরে উচ্চ তাপমাত্রা—প্রায় ২,০০০°সেলসিয়াস—সহ্য করার জন্য ডিজাইন করতে হবে এবং অক্সিজেন প্রবাহকে নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে যাতে পছন্দসই সমৃদ্ধিকরণ স্তর বজায় থাকে।

অক্সিজেন পরিচালনার সময় নিরাপত্তা বিবেচনা

অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণ নিরাপত্তা বিষয়গুলির প্রতি মনোযোগ আকর্ষণ করে, যা গুরুত্বপূর্ণ। বাতাসের তুলনায় অক্সিজেন দহনকে আরও সক্রিয়ভাবে সমর্থন করে, এবং হাইড্রোকার্বনের সঙ্গে কোনো লিক বা অনিচ্ছাকৃত যোগাযোগ আগুনের ঝুঁকি তৈরি করতে পারে। অক্সিজেন ইনজেকশন পাইপিং অবশ্যই অক্সিজেন সার্ভিসের মানদণ্ড অনুযায়ী নকশা করা হবে, যার মধ্যে কঠোর পরিষ্কারতা প্রয়োজনীয়তা এবং উপযুক্ত নির্মাণ উপকরণ অন্তর্ভুক্ত থাকবে।

শিল্প মানদণ্ডগুলি এই চিন্তাগুলিকে সরাসরি সম্বোধন করে। কমপ্রেসড গ্যাস অ্যাসোসিয়েশনের CGA G-4.1 অক্সিজেন সিস্টেম পরিষ্কার করা ও নকশা করার বিষয়ে ব্যাপক নির্দেশিকা প্রদান করে। ASME B31.3 অক্সিজেন সার্ভিসের জন্য পাইপিং প্রয়োজনীয়তা কভার করে, যার মধ্যে উপকরণ নির্বাচন এবং জয়েন্ট ডিজাইন অন্তর্ভুক্ত।

অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণ বাস্তবায়নকারী সুবিধাগুলি চালু করার আগে সম্ভাব্য লিক পরিস্থিতি, জরুরি বন্ধ করার পদ্ধতি এবং অপারেটর প্রশিক্ষণসহ একটি বিস্তারিত ঝুঁকি পর্যালোচনা পরিচালনা করা উচিত। উপযুক্ত প্রকৌশল নিয়ন্ত্রণ এবং পরিচালনা পদ্ধতির মাধ্যমে ঝুঁকিগুলি পরিচালনা করা সম্ভব।

যখন অক্সিজেন সমৃদ্ধিকরণ যুক্তিসঙ্গত—এবং যখন তা নয়

অক্সিজেন সমৃদ্ধকরণ সর্বত্র উপকারী নয়। এর অর্থনৈতিকতা অক্সিজেনের মূল্য, কোকের দাম এবং অতিরিক্ত উৎপাদনের মূল্যের উপর নির্ভর করে। যেসব মিলে অক্সিজেন উৎপাদন স্থানীয়ভাবে করা হয়—বিশেষ করে যেসব মিলে এএসইউ-এর অতিরিক্ত ক্ষমতা আছে—সেগুলো এই প্রযুক্তির জন্য স্বাভাবিক প্রার্থী। যেসব মিলে বর্তমানে অক্সিজেন সরবরাহ নেই, তাদের মধ্যে মূলধন বিনিয়োগের সিদ্ধান্ত নেওয়া প্রয়োজন: একটি এএসইউ বা ভিপিএসএ সিস্টেম স্থাপন করা, না প্রাকৃতিক বাতাস ব্যবহারের ফলে কম উৎপাদনক্ষমতা গ্রহণ করা।

চুল্লিভিত্তিক বিবেচনাও রয়েছে। যেসব ব্লাস্ট ফার্নেস তাদের সর্বোচ্চ উৎপাদন ক্ষমতার কাছাকাছি চালানো হয়, সেখানে অক্সিজেন সমৃদ্ধকরণ থেকে উল্লেখযোগ্য উন্নতি পাওয়া কঠিন—শীর্ষ সীমা এখন ডাউনস্ট্রিম প্রক্রিয়াগুলোতে স্থানান্তরিত হয়, যেমন বেসিক অক্সিজেন ফার্নেস বা কন্টিনিউয়াস কাস্টিং। এই ক্ষেত্রে, অক্সিজেন সমৃদ্ধকরণ প্রত্যাশিত উৎপাদন বৃদ্ধি দিতে পারে না।

যেসব চুল্লিতে কোকের সরবরাহ সীমিত বা কোকের দাম উচ্চ, সেখানে এর অর্থনৈতিক সুবিধা আরও বেশি হয়। প্রতিটি টন কোক যা বাঁচানো যায়, সেটি কেনা, পরিবহন করা বা চুল্লিতে ঢোকানোর প্রয়োজন হয় না।

GreenFir স্টিল মিলে অক্সিজেন উৎপাদনের জন্য ক্রায়োজেনিক বায়ু পৃথকীকরণ সরঞ্জাম সরবরাহ করে, যার এশিয়া জুড়ে সমন্বিত স্টিল তৈরির অপারেশনগুলিতে ইনস্টলেশনের একটি প্রমাণিত রেকর্ড রয়েছে।