उच्चतापसह पदार्थ

धातू तयार करण्याच्या भट्टीतील उच्च तापमानावर चांगल्या प्रकारे टिकून राहणारे पदार्थ व असे पदार्थ बनविण्याची माती. अशा भट्ट्यांमध्ये १५००° से. ते ३५००° से. पर्यंत तापमान असू शकते. धातुरसाच्या प्रत्यक्ष संपर्कात असूनही उच्चतापसह (उ. ता.) विटांची कठिनता कमी होत नाही, बदलत्या तापमानामध्ये त्या पिचत नाहीत, उष्णता रोखून धरतात व धातुरसावर विपरीत परिणाम करीत नाहीत. उ. ता. वस्तू साधारणतः विद्युत् निरोधक असते, त्यामुळे विद्युत् भट्टीमध्ये देखील त्यांचा वापर करता येतो. उ. ता. विटांना पाहिजे तसा आकार देता येतो, त्यामुळे भट्टीमधील सर्व भाग मढविण्याकरिता त्यांचा उपयोग करता येतो. भट्टीच्या विटांखेरीज कपबशा भाजण्याची पात्रे, ऊर्ध्वपातनाची भांडी (पदार्थाची वाफ तयार करून व ती थंड करून शुद्ध स्वरूपात गोळा करण्याची भांडी), ठिणगी प्लगांचे (विजेच्या साहाय्याने ठिणगी पाडण्याच्या साधनांचे) भाग, काच वितळविण्याच्या मुशी व उच्च तापमानावर ठेवण्याच्या अनेक वस्तू बनविण्याकरिता उ. ता. मातीचा उपयोग होतो. उ. ता. मातीमध्ये फायरक्ले (सिलिका, अ‍ॅल्युमिना व पाणी यांचे प्रमाण जास्त असलेली व उच्च तापमानास टिकणारी माती), सिलिका, हाय अ‍ॅल्युमिना, मॅग्‍नेसाइट आणि क्रोम अशा मुख्य जाती आहेत. पूर्वी सोने, चांदी वितळविण्याकरिता ज्या मुशी तयार करीत असत त्या उ. ता. मातीच्याच होत्या. दगडी कोळशाचा उपयोग करून लोखंडाचे उत्पादन सुरू झाल्यावर झोतभट्टीमधील उच्च तापमानाकरिता उ. ता. विटांना मोठी मागणी येऊ लागली. सुरुवातीला मुशीकरिता वापरात असलेल्या मातीचा उपयोग करून उ. ता. विटा बनवीत असत. पुढे त्या मातीत वाळू, कोळसा, ग्रॅफाइट असे जिन्नस मिसळून विटा बनविण्यात आल्या. सोळाव्या शतकात इंग्‍लंडमधील स्टोअरब्रिज येथील निळसर काळ्या रंगाची माती उ. ता. विटांकरिता उपयुक्त ठरली. पुढे विंझर येथे सापडलेल्या मातीचा उपयोग वाढू लागला. १८५९ मध्ये पोलाद तयार करण्याच्या बेसेमर भट्टीमध्ये गॅनिस्टर वालुकाश्माच्या विटा वापरण्यात आल्या. पुढे विटा सांधण्यासाठी सोडा सिलिकेटाचा उपयोग होऊ लागला. १९२२ मध्ये सिलिका विटा वापरून पहिली कोकभट्टी उभारण्यात आली. याच सुमारास बॉक्साइट व मॅग्‍नेसाइट मिश्रणाच्या विटांचा उपयोग सुरू झाला. १९२६ मध्ये झिर्कोनियाच्या विटांचा उपयोग सुरू झाला. प्रत्येक जातीच्या मातीची उच्चतापसहनशक्ती वेगवेगळी असते, त्यामुळे निरनिराळ्या तापमानांकरिता निरनिराळ्या माती मिश्रणांचा उपयोग करतात.

वर्गीकरण : निरनिराळ्या तापमान कक्षांकरिता उ. ता. विटांचे चार वर्ग करतात : (१) न्यूनतापसह पी. सी. ई. १९ ते २८ (१,५२०° से. ते १,६३०° से.), (२) मध्यमतापसह पी. सी. ई. २८ ते ३० (१,६३०° से. ते १,६७०° से.), (३) उच्चतापसह पी. सी. ई. ३० ते ३३ (१,६७०° से. ते १,७३०° से.) व (४) अति-उच्चतापसह पी. सी. ई. ३३ च्या वर (१,७३०° से. च्या वर). येथे पी. सी. ई. म्हणजे पायरोमेट्रिक कोन (ठराविक तापमानास वाकून किंवा वितळून ते तापमान दाखविणारे ऑक्साइडांच्या मिश्रणांचे शंकू) निर्देशांक आहेत.

रासायनिक गुणधर्मांप्रमाणे उ. ता. वस्तूंचे तीन वर्ग करण्यात येतात : (१) अम्‍लीय वर्गात झिर्कोनिया, सिलिका, फायरक्ले, सिलिमनाइट, मुलाइट हे पदार्थ आहेत. (२) क्षारीय (अम्‍लांशी विक्रिया होऊन लवणे देणाऱ्या पदार्थांच्या) वर्गात मॅग्‍नेसाइट, डोलोमाइट, फॉर्स्टेराइट, ऑलिव्हीन हे पदार्थ आहेत. (३) उदासीन (अम्‍लीय वा क्षारीय गुणधर्म नसलेल्या पदार्थांच्या) वर्गात बॉक्साइट, अ‍ॅल्युमिना, कार्बन, सिलिकॉन कार्बाइड, क्रोम-अ‍ॅल्युमिना, क्रोम मॅग्‍नेसाइट हे पदार्थ आहेत. उत्पादन व चाचणी : कोणतीही उ. ता. वस्तू बनविताना कच्ची माती भाजून तयार होणारे खडे पुन्हा दळून त्यामधून रवा वेगळा काढतात, त्याला ग्रॉग म्हणतात. हा ग्रॉग उ. ता. वस्तूचा मुख्य घटक होतो. ग्रॉगपासून कच्ची वस्तू बनविण्याकरिता त्यामध्ये कच्च्या फायरेक्लेचा पातळसा चिखल मिसळतात व त्या मिश्रणापासून पाहिजे त्या आकाराच्या कच्च्या वस्तू तयार करतात. कच्च्या वस्तू चांगल्या वाळल्यावर त्या भट्टीमध्ये भाजतात. म्हणजे उपयुक्त उ. ता. वस्तू तयार होते. ग्रॉग तयार करतानाच कच्च्या मातीमधील कार्बन डाय-ऑक्साइडासारखे वायू बाहेर जातात, त्यामुळे वीट भाजताना तिच्यात भेगा पडत नाहीत व फारशी फूटतूट होत नाही. जेथे काही तांत्रिक कारणांकरिता फायरक्ले वापरता येत नाही, तेथे ग्रॉग बांधण्याकरिता चुन्याची निवळी, सोडा सिलिकेट, स्टार्च असे पदार्थ वापरतात. बहुतेक सर्व उ. ता. पदार्थांमध्ये काही प्रमाणात इतर द्रव्येही मिसळलेली असतात. उ. ता. पदार्थाची वीट भाजताना विटेतील इतर द्रव्ये वितळतात व त्यांच्या रासायनिक विक्रियेमुळे काच तयार होते. ही काच विटेतील ग्रॉग कणांना बंदिस्त करून ठेवण्यास उपयोगी पडते व वीट थंड झाल्यावर कडक होते. उ. ता. विटेचे गुणधर्म ग्रॉगच्या स्फटिकी रचनेवर अवलंबून असतात, त्याचप्रमाणे काचेच्या प्रमाणावरही अवलंबून असतात. काचेचे प्रमाण जास्त झाले, तर वीट कमजोर होते व मोठे वजन सहन करू शकत नाही. ज्या उ. ता. पदार्थांत काच उत्पन्न करणारी इतर द्रव्ये नसतात, त्यांमध्ये काच उत्पन्न व्हावी म्हणून काही इतर द्रव्ये मुद्दाम मिसळतात. उत्तम प्रतीच्या उ. ता. वस्तूंचा ऊष्मीय प्रसरणांक (प्रति-अंश वाढत्या तापमानाला प्रति-एकक लांबीत, क्षेत्रफळात किंवा घनफळात होणारी वाढ), ऊष्मीय धारिता (उष्णता धरून ठेवण्याची क्षमता) व ऊष्मीय संवाहकता हे गुणधर्म ठराविक प्रमाणातच असले पाहिजेत. उ. ता. वस्तू तयार होत असताना किंवा वापरत असताना जी रासायनिक विक्रिया घडून येते, ती विटेमधील मुख्य द्रव्यांच्या ऊष्मीय संवाहकता व धारिता या गुणांवर अवलंबून असते. उ. ता. विटेकरिता ऊष्मीय संवाहकता कमी असणे इष्ट असते. ऊष्मीय प्रसरणांक जास्त असला, तर विटेची उष्णता निरोधक शक्ती कमी असते, त्यामुळे भट्टीतील उष्णता बाहेर जाते. परंतु बदलत्या तापमानावर टिकाव धरण्याकरिता ऊष्मीय प्रसरणांक जास्त असावा लागतो. लोखंड तयार करण्याच्या भट्टीत वापरावयाच्या विटांमध्ये काचेचा भाग व छिद्रमय पोकळीचा भाग शक्य तितका कमी असणे इष्ट ठरते. म्हणून नवीन पद्धतीने उ. ता. विटा बनविताना बंधक चिखल अगदी थोडा वापरतात व ग्रॉग बांधण्याकरिता उच्च दाब यंत्राचा उपयोग करतात आणि विटेचा साचा गरम करतात. या पद्धतीने केलेल्या उ. ता. विटेमध्ये मूळ वस्तूचे नैसर्गिक घनत्व व इतर सर्व गुणधर्म कायम राहतात. उ. ता. विटेत झालेला श्यान प्रसर (एकसारख्या स्थिर वेगाने जाणाऱ्या कणांचा प्रवाह) आणि आकारी विकृती (आकारातील दोष) या दोन्ही क्रिया काल-उष्णतामान या संयुक्त प्रमाणावर अवलंबून असतात; त्यामुळे उ. ता. वस्तूंमध्ये उष्णतेमुळे जी प्रतिक्रिया होते त्यात काल या घटकाला बरेच महत्त्व आहे. म्हणून विटेचे भार-परीक्षण करताना विकृतीच्या कालप्रमाणाला महत्त्व द्यावे लागते. उच्चतापसह विटांचे प्रकार व त्यांचे उपयोग विटांची विशिष्ट नावे कच्चा माल उच्चताप सहनसीमा०से. खास गुण उपयोग सिलिका सिलिका, अ‍ॅल्युमिनियम ऑक्साइ़ड, कॅल्शियम ऑक्साइड, मॅग्नेशियम ऑक्साइ़ड १६५० लोखंड भट्टी, कोक भट्टी, वायू उत्पादक भट्टी सिलिका(उच्चगुणी) क्वॉर्टझाइट, शुद्ध गॅनिस्टर १७०५ ” ” अर्ध-सिलिका सिलिका, फायरक्ले, सोडा, सिलिकेट १६०० - रंगीत विटा, निरोधक विटा फायरक्ले फायरक्ले, अ‍ॅल्युमिना, सिलिका, सिलिमनाइट, अँडॅलुसाइट २४०० तापमान बदल सहन करते भट्ट्यांच्या तोट्या, विजेच्या भट्ट्या झिर्कोनिया झिर्कोनियम ऑक्साइड, शुद्ध मॅग्नेशियम-कॅल्शियम ऑक्साइड २४०० आकारस्थिरता, अम्लसह आकारस्थिरता अवश्य असते तेथे अ‍ॅल्युमिना भाजलेला अ‍ॅल्युमिना, फायरक्ले, मॅगॅनीज ऑक्साइड, टिटॅनियम ऑक्साइड १९०० उष्णता संवाहक, घर्षण रोधक, दाबसह, अम्लीय व क्षारीय धातुमळीचा प्रतिकार लिंट्स-डोनव्हिट्स प्रक्रिया (पोलाद भट्टी) कार्बन, ग्रॅफाइट अँथ्रॅसाइट, ग्रॅफाइट, चिकण माती १५०० वजन सहन करते, तडकत नाही कॅल्शियम कार्बाइड भट्टी, सुरंगी भट्टी, झोत तोटी (सल्फ्युरिक अम्ल), अग्निबाण, विद्युत् चलित्र (मोटार) सिलिकॉन कार्बाइड कार्बाइड, चिकण माती, सोडा, ह्युमिक अम्ल, सिलिकॉन नायट्राइड १७०० - साधारण पट्टी क्रोम क्रोमाइट, डांबर, फायरक्ले, चायनाक्ले, अ‍ॅल्युमिना, मॅग्नेसाइट १८०० उष्णतेतील बदल सहन करीत नाही, दाबाखाली टिकत नाही ओपनहार्थ भट्टी, क्षारीय धातुमळी व सौम्य अम्लीय धातुमळीकरिता ऑलिव्हिन फॉर्स्टेराइट फॉर्स्टेराइट, फायलाइट, सर्पेटाइन, मॅग्नेसाइट, क्रोमाइट १८०० क्षारीय धातुमळीरोधक, फायरक्ले, अ‍ॅल्युमिना व मुलाइट विटांबरोबर टिकत नाही. भट्टीच्या तळासाठी, डोसोमाइटाची फिरती भट्टी, काचेच्या भट्टीचा कक्ष, ऊष्मा पुनजनक कक्ष मॅग्नेसाइट मॅग्नेसाइट, मॅग्नेशियम कार्बोनेट, आयर्न ऑक्साइड १७०० - २००० उष्णता संवाहक, तापमान बदलात, व ऑक्सिडीकरणात टिकते वातावरणातील बदलते तापमान पेरिक्लेज मॅग्नेसाइट, मॅग्नेशियम ऑक्साइड, एथिल सिलिकेट २३०० ” ” डोलोमाइट भाजलेला डोलोमाइट, आयर्न ऑक्साइड, सिलिका २३०० ” ” बेरिलिया, थोरिया, स्पिनले वगैरे बेरिलियम व थोरियम खनिजे, स्पिनेले वगैरे अत्यंत शुद्ध केलेली खनिजे ३००० तापमानातील बदल सहन करतात, कणखरपणा, आकारस्थिरता, उत्तम घनता, काही प्रकारांत विद्युत् संवाहक व उष्णता संवाहक अणुकेंद्रीय विक्रियक, अग्निबाण, अवकाशयान, संशोधन साहित्य सेरमेट खनिज ऑक्साइडांची व इतर खास धातूंची पूड ३००० ” ” उ. ता. वस्तू ज्याप्रमाणे उष्णता निरोधनाकरिता वापरतात तशीच विद्युत् निरोधनाकरिताही वापरता येते. परंतु बहुतेक उ. ता. वस्तूंची विद्युत् निरोधन शक्ती तापमान वाढत जाईल त्या प्रमाणात कमी होत जाते, त्यामुळे एका विशिष्ट तापमानाच्या पुढे उ. ता. वस्तू विद्युत् निरोधक म्हणून वापरीत नाहीत.

विजेवर चालणाऱ्या भट्टीमध्ये काही उ. ता. पदार्थांचा उपयोग विद्युत् निरोधक म्हणूनही करतात. उ. ता. विटांची चाचणी घेताना, (१) उच्च तापसहनशक्ती, (२) दाबसह उच्चतापसहनशक्ती, (३) दाबसहनशक्ती, (४) आकारक्षमता, (५) उच्चतापातील आकारशाश्वती व (६) घर्षण प्रतिकार हे गुणधर्म तपासतात. भारतीय मानक १५२८–१९५२ मध्ये उ. ता. विटांची निवड व गुणधर्म चाचणी यांसंबंधीचे नियम दिलेले आहेत. काही विटांकरिता फाटण प्रसर (फाटण्याची व प्रसरण पावण्याची) परीक्षा व द्रवण (पाण्याने ओली होण्याच्या प्रमाणाची) परीक्षा करावी लागते. अणुकेंद्रीय विक्रियकात (अणुकेंद्रीय विक्रिया करण्याचे उपकरण) आणि अवकाशयानात लागणाऱ्या नवीन प्रकारच्या उ. ता. वस्तूंकरिता विशेष प्रकारची चाचणी करावी लागते. उ. ता. वस्तू अभियांत्रिकी क्षेत्रात एक नेहमीच्या वापरातील वस्तू झालेली आहे. भारतातील उद्योगाचा इतिहास व वाढ: १८७४ साली राणीगंज (बंगाल) येथील बर्न कंपनीने उ. ता. विटा बनविण्यास सुरुवात केली. या विटा इंग्रज सरकारच्या टाकसाळीत उपयोगी पडल्या व ईस्ट इंडियन रेल्वेवरही वापरात येऊ लागल्या. १८९० साली बर्न कंपनीने जबलपूर येथे दुसरा कारखाना सुरू केला. १९०७ साली बर्ड कंपनीने कुमारध्रुवी (बिहार) येथे एक कारखाना सुरू केला व १९१८ मध्ये बराकर (बिहार) येथे आणखी एक नवीन कारखाना निघाला. पुढे बंगाल व बिहारच्या कोळशाच्या खाणींजवळच उ. ता. माती विपुल प्रमाणात मिळू लागल्यामुळे त्या भागात उ. ता. विटांचे अनेक नवीन कारखाने सुरू झाले व तेथील विटा परदेशी विटांप्रमाणेच उत्तम प्रतीच्या होऊ लागल्या. कुल्टी येथील लोखंडाच्या झोतभट्टीकरिता देशी विटा वापरण्यात आल्या. १९३० साली इंडियन आयर्न अँड स्टील कंपनीच्या कोक भट्ट्यांमध्येही देशी उ. ता. सिलिका विटा वापरल्या व त्यांना सांधण्याकरिता चिकणमातीचा उपयोग करण्यात आला. कुमारध्रुवीच्या कारखान्यात सिलिका विटा तयार करण्यासाठी चुन्याच्या निवळीचा उपयोग करण्यास सुरुवात झाली. टाटा कंपनीचा जमशेटपूर येथील लोखंडाचा कारखाना सुरू झाल्यापासून उ. ता. विटांच्या कारखान्यांची चांगली प्रगती झाली. त्यानंतर कटनी येथे बॉक्साइट विटांचा कारखाना निघाला व त्यानंतर मॅग्‍नेसाइट व शुद्ध ऑक्साइड अ‍ॅल्युमिना विटांच्या उत्पादनास सुरुवात झाली. दुसऱ्या व तिसऱ्या पंचवार्षिक योजनेत परदेशी तांत्रिक साहाय्याने अनेक मोठे कारखाने सुरू करण्यात आले. या कारखान्यांत विटा तयार करताना पूर्वीची चिखल पद्धती न वापरता सुकी दाबपद्धती वापरतात. हे काम अर्ध-स्वयंचलित किंवा पूर्ण स्वयंचलित यंत्राद्वारे करण्यात येते. पूर्वी विटा भाजण्यासाठी वाऱ्याला अधोगती खेच असलेली गोल भट्टी वापरीत असत. आता नवीन कारखान्यांत सुरंगी भट्टी (भट्टीच्या तोंडाशी सतत ज्वाला रहाव्यात याकरिता उ. ता. पदार्थाच्या बोगद्याचा उपयोग करणारी भट्टी) वापरतात. १९५० साली भारतात ३० मोठे कारखाने होते व उ. ता. वस्तूंचे एकंदर उत्पादन २ लक्ष टन होते. १९७० साली मोठ्या कारखान्यांची संख्या ६० पेक्षाही जास्त झाली व उ. ता. वस्तूंचे उत्पादन ८ लक्ष टनांपर्यंत वाढले. भारतात १९४६ पर्यंत सरकारी मानक संस्था नव्हती व उ. ता. वस्तूंकरिता आवश्यक असे चाचणी नियम नव्हते. त्यावेळी उ. ता. विटेमध्ये अ‍ॅल्युमिनाचे प्रमाण किती आहे, हे तपासणे ही एकच चाचणी होती. टाटा पोलाद कंपनीच्या प्रयोगशाळेत उ. ता. वस्तूंची चाचणी घेण्याची सोय करण्यात आली व तेथे कंपनीने आपले चाचणी नियम तयार केले. १९५१ नंतर भारतीय मानक संस्थेने सेंट्रल ग्‍लास अँड सेरॅमिक रिसर्च इन्स्टिट्यूटच्या मदतीने उ. ता. वस्तूंकरिता ३० मानक विनिर्देश तयार केले आहेत. भारतात उ. ता. खनिज द्रव्यांचा साठा किती आहे याबद्दल अजून पूर्ण माहिती मिळालेली नाही. परंतु जिऑलॉजिकल सर्व्हे ऑफ इंडिया व ब्यूरो ऑफ माइन्स या संस्था ही माहिती मिळवीत आहेत. बिहार, महाराष्ट्र, कर्नाटक व मध्य प्रदेश या राज्यांत बॉक्साइट पुष्कळ सापडते, परंतु त्यामध्ये आयर्न, ऑक्साइड व सिलिका यांचे प्रमाण जास्त असल्यामुळे उ. ता. विटांकरिता त्याचा वापर करीत नाहीत. सौराष्ट्रात उत्तम प्रतीचे बॉक्साइट सापडते, परंतु कारखाने फार दूर अंतरावर असल्याने त्याचा फारसा उपयोग होत नाही. बिहारमधील सिंगभूम जिल्ह्यात लक्षाबारू येथे कायनाइटाची मोठी खाण आहे. तेथील काही माल निर्यात होतो. राजस्थान, मध्य प्रदेश, बिहार व ओरिसाच्या काही भागांत कमी प्रतीचे कायनाइट सापडते. त्याचा फारसा उपयोग होत नाही. आसाम राज्यात मिळणारे सिलिमनाइट काचभट्टीकरिता आदर्श द्रव्य आहे, परंतु त्याचे उत्पादन मर्यादित आहे. सिलिका उ. ता. विटांना लागणारा क्वॉर्टझाइट व वालुकाश्म भारतात पुष्कळ ठिकाणी सापडतात. अग्निसह विटांना लागणारी फायरक्ले बिहार, बंगाल, मध्य प्रदेश, ओरिसा, महाराष्ट्र, गुजरात, कर्नाटक वगैरे बऱ्याच राज्यांत सापडते, परंतु झोतभट्टीच्या विटांना लागणारी व अ‍ॅल्युमिनाचे प्रमाण जास्त असलेली फायरक्ले पाहिजे तितकी मिळत नाही. अलमोडा (उत्तर प्रदेश) येथे मॅग्‍नेसाइटाचा मोठा साठा सापडला आहे, परंतु येथे अजून उत्पादन मोठ्या प्रमाणावर सुरू झालेले नाही. झिर्कोनिया वाळू त्रावणकोरच्या समुद्रकिनाऱ्यावर मिळते. उ. ता. विटांचे विविध प्रकार व त्यांचे उपयोग यांसंबंधीचे कोष्टक मागील पानावर दिले आहे.

लेखक : र.वि.लेले

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश

संदर्भ : Riegel, E. R. Industrial Chemistry, Bombay, 1959.