কঠিন ও সেইসঙ্গে খুবই নরম

এটার সাহায্যে পিয়ানো বেজে ওঠে, বিমান প্রচণ্ড শব্দ করে, ঘড়ির কাঁটা চলে, মোটর চালু হয়, গগনস্পর্শী অট্টালিকাগুলো আকাশ পর্যন্ত প্রসারিত হয় এবং ঝুলন্ত সেতুগুলো ঝুলে থাকে। এই জিনিসটা আসলে কী?

এটা হল স্টিল। ব্যাপক নির্মাণ কাজের জন্য স্টিল হল এক অপরিহার্য অংশ। এটা দিয়ে তৈরি বড় বড় জাহাজগুলো পৃথিবীর যে কোন সমুদ্রে পাড়ি দেয়। এটা দিয়ে তৈরি পাইপলাইনগুলো শত শত কিলোমিটার দূর থেকে তেল ও গ্যাস সরবরাহ করে। বহুকর্মশক্তিসম্পন্ন এই ধাতুটা আমাদের রোজকার জীবনের বিভিন্ন কাজের জন্য এক অপরিহার্য জিনিস হয়ে উঠেছে। উদাহরণ হিসেবে স্টিল দিয়ে বাঁধানো বাসের টায়ারের কথা বিবেচনা করুন, যেটাতে করে আপনি হয়তো রোজ কাজে যান কিংবা আপনার আ্যপার্টমেন্টের এলিভেটরকে ওঠানোর ও নামানোর জন্য যে স্টিলের শিকল রয়েছে সেটার কথা কথা ভেবে দেখুন। আপনার চশমার স্টিলের কব্জাগুলো এবং চা বানানোর জন্য স্টিলের চামচের কথাই বা কী বলা যায়? এগুলো ছাড়াও, টেকসই অথচ খুবই নরম এই ধাতুর আরও অনেক অনেক ব্যবহার রয়েছে। এটা কীভাবে তৈরি করা হয় এবং কী এটাকে এত উপকারী করে তোলে?

কার্বন এবং ক্রিস্টেল

স্টিল হল একটা সংকর ধাতু অর্থাৎ লোহা ও কার্বন নামে দুটো ভিন্ন উপাদানের মিশ্রণ। অন্যান্য ধাতুগুলোর সঙ্গে তুলনা করে দেখলে, খাঁটি লোহা খুবই নরম আর তাই শক্ত জিনিস হিসেবে ব্যবহার করার উপযোগী নয়। কার্বন কোন ধাতু নয়। হীরে ও ঝুলকালি এই পদার্থের ভিন্ন রূপ মাত্র। কিন্তু, গলানো লোহার সঙ্গে যদি অল্প পরিমাণ কার্বন মেশানো হয়, তাহলে এর ফলে কার্বনের চেয়ে একেবারে আলাদা ও লোহার চেয়ে অনেক গুণ শক্ত এক পদার্থ উৎপন্ন হয়।

স্টিল তৈরির জন্য যে জিনিসটা সবচেয়ে বেশি দরকার সেটাকে বলা হয় ক্রিস্টেল। আপনি কি জানতেন যে অনেক অনেক ক্রিস্টেল * দিয়ে লোহা গঠিত? আসলে, সব কঠিন ধাতুই ক্রিস্টেল দিয়ে গঠিত এবং এইরকম গঠনের জন্যই এগুলোর এত কর্মক্ষমতা, ঔজ্জ্বল্য এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে। কিন্তু লোহার ক্রিস্টেলের আরেকটা বৈশিষ্ট্য রয়েছে।

স্টিলের ওপর লোহার ক্রিস্টেলের প্রভাব

স্টিল তৈরি করার সময় গলিত লোহার সঙ্গে আরও অন্যান্য পদার্থ মেশানো হয়। এই মিশ্রণ যখনই শক্ত হয়ে যায়, তখন অন্যান্য পদার্থগুলোকে লোহা দ্রবীভূত করে ফেলে, অর্থাৎ সেগুলোকে শুষে নেয় এবং এটার ক্রিস্টেল গঠনের মধ্যে সেগুলোকে আটকে রাখে। অন্যান্য ধাতুগুলোর মধ্যেও একইরকম প্রক্রিয়া দেখা যায়। কিন্তু, লোহার বেলায় কী এত বিশেষ?

লোহা অসাধারণ কারণ এটা যখন কঠিন অবস্থাতেই থাকে, তখন তাপ প্রয়োগ করে এটার ক্রিস্টেল গঠনকে পরিবর্তন করা যায়। এই বৈশিষ্ট্যের জন্য লোহার ক্রিস্টেলগুলো সংকুচিত অবস্থা থেকে একেবারে বিস্তৃত অবস্থায় পরিবর্তিত হতে পারে ও পরে আবার আগের অবস্থায় ফিরে যেতে পারে। খুব ভালভাবে তৈরি একটা বাড়ির কথা চিন্তা করুন। মনে করুন আপনি বসার ঘরে বসে আছেন আর এর দেওয়ালগুলো পার্শ্বাভিমুখে এবং মেঝে ওপর ও নিচের দিকে সরে যাচ্ছে। লোহাকে যখন না গলিয়ে উচ্চ তাপমাত্রায় গরম করা হয় ও পরে সেটাকে ঠাণ্ডা করা হয়, তখন লোহার ক্রিস্টেলগুলোর মধ্যেও ঠিক এমন কিছু একটা ঘটে।

এই পরিবর্তনগুলো ঘটার সময় যদি তাতে কার্বন থাকে, তাহলে এক কঠিন সংকর ধাতু নরম হয়ে যেতে পারে ও নরম সংকর কঠিন অবস্থায় পরিণত হতে পারে। স্টিল উৎপাদকরা এই বৈশিষ্ট্যকে কাজে লাগান ও বিভিন্ন তাপ প্রক্রিয়া যেমন কুয়েঞ্চিং, টেম্পেরিং এবং এনিলিং * এর মাধ্যমে তাদের উৎপাদিত দ্রব্যের কঠিনতাকে রদবদল করেন। কিন্তু আরও কিছু আছে।

অন্যান্য পদার্থগুলো যেমন ম্যাঙ্গানিজ, মলিবডিনাম, নিকেল, ভ্যানাডিয়াম, সিলিকন, লিড, ক্রোমিয়াম, বোরন, টাংষ্টেন বা সালফার  যখন মেশানো হয়, তখন স্টিল শুধু কঠিন বা নরমই হয় না কিন্তু খুবই মজবুত, শক্ত, বালকা, ক্ষয়প্রতিরোধী, যন্ত্রে ব্যবহারোপযোগী, নমনীয়, চৌম্বকীয়, অচৌম্বকীয় এবং আরও অনেক ধরনের হতে পারে। যিনি রুটি তৈরি করেন তিনি যেমন বিভিন্ন ধরনের রুটি তৈরি করতে বিভিন্ন উপাদান ও তন্দুরের তাপমাত্রাকে প্রয়োজন অনুসারে রদবদল করে থাকেন, ঠিক তেমনই ধাতু উৎপাদকরা বিভিন্ন কাজের জন্য দরকারি নানাধরনের স্টিল উৎপাদন করার সময় সংকর ধাতুগুলো ও তাপমাত্রার পরিবর্তন করে থাকেন। স্টিল দিয়ে তৈরি রেললাইনের ওপর দিয়ে নিরাপদে ১২,০০০ টন মালগাড়ি চলতে পারে ও এমনকি স্টিলের তৈরি আলপিন আকৃতির স্টিল বিয়ারিং ঘড়ির তুলনচক্রের ভার বহনে সাহায্য করে।

স্টিল তৈরির পুরনো ও নতুন পদ্ধতি

শত শত বছর আগে কর্মকাররা লোহা দিয়ে বিভিন্ন জিনিস ও অস্ত্র তৈরি করতেন। তারা আবিষ্কার করেছিলেন যে, নিষ্কাশিত লোহার (বিভিন্ন খনিজ যুক্ত শিলা অর্থাৎ আকরিক থেকে আলাদা করা লোহা) মধ্যে সেই অপদ্রব্যগুলো ছিল, যেগুলো এই ধাতুকে আরও মজবুত ও শক্ত করে। এছাড়া তারা আরও জানতে পেরেছিলেন যে, লোহা দিয়ে তৈরি কোন জিনিসকে জলে ডুবিয়ে ঠাণ্ডা করলে তা আরও বেশি শক্ত হয়। আজকে কামারদের চুল্লির জায়গায় বাত্যাচুল্লী এসেছে; এবং তার হাতুড়ি ও নেহাইয়ের জায়গায় রোলিং মিল এসেছে। কিন্তু, প্রাচীনকালের সেই শক্তিশালী কামারদের মতো আধুনিক দিনের উৎপাদকরাও সেই একই মৌলিক পদক্ষেপগুলোকে অনুসরণ করেন। তারা (১) লোহাকে গলান, (২) সংকর পদার্থগুলোর মধ্যে মেশান, (৩) স্টিলকে ঠাণ্ডা হতে দেন (৪) নির্দিষ্ট আকার দেন এবং তাপ প্রক্রিয়া ব্যবহার করে থাকেন।

এর সঙ্গে যে বক্সটা রয়েছে সেখানে বিভিন্ন পদার্থের পরিমাণ দেওয়া হয়েছে, তা লক্ষ্য করুন। যদিও সেগুলোর পরিমাণ খুবই বেশি কিন্তু একটা স্টিল কারখানা প্রতিদিন এই পদার্থগুলোর প্রত্যেকটা প্রক্রিয়াজাত করতে পারে। এক বিরাট জায়গা জুড়ে স্টিল কারখানা থাকে, যেখানে স্টিল তৈরির জন্য প্রয়োজনীয় খনিজ প্রচুর পরিমাণে রয়েছে।

বিবিধ ব্যবহারের এক চমৎকার ধাতু

অনেক অসাধারণ জায়গাতেও স্টিলের ব্যবহার দেখা যায়। একটা বড় পিয়ানোর ঢাকনার নিচে আপনি এটা দেখতে পাবেন। স্টিলগুলোর মধ্যে সবচেয়ে শক্ত স্টিল দিয়ে তৈরি এটার তার অপূর্ব যন্ত্রসংগীত উৎপন্ন করে। পাথর কাটার জন্য বড় বড় চূর্ণকারী যন্ত্র বানাতে হ্যাডফিল্ড ম্যাঙ্গানিজ স্টিল ব্যবহার করা হয় এবং বড় বড় শিলাখণ্ড ভাঙতে এটাকে যত বেশি ব্যবহার করা হয়, স্টিল তত বেশি শক্ত হয়। অপারেশনে ব্যবহার করার ছুরি, মদের জালা ও আইসক্রিম তৈরি করার মেশিন বানাতে স্টেইনলেস স্টিল ব্যবহার করা হয়। আপনার মাথার চুল যেমন আপনি গুণতে পারবেন না, তেমনই স্টিলের ব্যবহারও আপনি বলে শেষ করতে পারবেন না।

সারা পৃথিবী জুড়ে প্রতি বছর ৮০,০০,০০,০০০ টন স্টিল উৎপাদন করা হয়। লোহা না থাকলে স্টিলের কোন অস্তিত্বই থাকত না আর পৃথিবীতে সব পদার্থগুলোর মধ্যে লোহাই সবচেয়ে বেশি পরিমাণে রয়েছে। কয়লা ও চুনাপাথরও যেহেতু প্রচুর পরিমাণে রয়েছে, তাই এটা স্পষ্ট যে ভবিষ্যতে স্টিলের কোন অভাব হবে না বলেই মনে হয়।

তাই এরপর আপনি যখন ধাতব সূচ দিয়ে সেলাই করবেন বা মাছ ধরার জন্য ছিপ ফেলবেন অথবা পরের বার যখন আপনি রেঞ্চ ব্যবহার করবেন বা শিকল দিয়ে আটকানো দরজা খুলবেন কিংবা কোথাও যাওয়ার সময় গাড়িতে চড়বেন বা লাঙল দিয়ে জমি চাষ করবেন, তখন লোহা ও কার্বনের মিশ্রণে তৈরি এই অসাধারণ ধাতুর কথা ভেবে দেখবেন, যেটা এই কাজগুলো করতে সাহায্য করে।(g০১ ৯/৮)

[পাদটীকাগুলো]

[২৩ পৃষ্ঠার বাক্স]

১০,০০০ টন স্টিল তৈরি করার জন্য যে জিনিসগুলো দরকার

৬,৫০০ টন কয়লা

১৩,০০০ টন আকরিক

২,০০০ টন চুনাপাথর

২,৫০০ টন স্টিলের বর্জিতাংশ

১৫০,০০,০০,০০০ লিটার জল

৮০,০০০ টন বায়ু

 [২৪, ২৫ পৃষ্ঠার বাক্স/চিত্রগুলো]

স্টিল যেভাবে প্রস্তুত করা হয়

সহজভাবে বোঝার জন্য কিছু কিছু বিষয় বাদ দেওয়া হয়েছে

স্টিল তৈরি করার জন্য তাপ দরকার। থার্মোমিটারকে আমাদের গাইড হিসেবে ধরে নিয়ে, আসুন স্টিল তৈরি করার পদ্ধতিটা আমরা লক্ষ্য করি।

◼ ১৪০০° সেলসিয়াস বড় বড় চুল্লিগুলোর বায়ুরোধী প্রকোষ্ঠগুলোতে কয়লা পোড়ানো হচ্ছে ও এভাবে অপ্রয়োজনীয় পদার্থগুলো বাষ্পাকারে উড়ে যাচ্ছে কিন্তু কয়লার টুকরোগুলো রয়েছে। এর ফলে ঝুলকালির বড় বড় টুকরো তৈরি হয় যেটাকে কোক বলে আর এই পদ্ধতির পরবর্তী ধাপগুলোতে প্রয়োজনীয় তাপ ও কার্বন সরবরাহ করে।

◼ ১৬৫০° সেলসিয়াস কোক, আকরিক লোহা এবং চুনাপাথর বড় চুল্লিতে ঢেলে দেওয়া হয় এবং এগুলো আগুনের শিখা ও প্রচণ্ড উত্তপ্ত বায়ুর সংস্পর্শে আসে। কোক পুড়ে যায় এবং প্রচণ্ড তাপে আকরিকের মধ্যে যে অবাঞ্ছিত দ্রব্য থাকে তা চুনাপাথরের সঙ্গে মিশে যায়, এর ফলে এটা এক উপজাত দ্রব্য তৈরি করে যেটাকে ধাতুমল বলা হয়। এই দ্রব্যগুলো তরল অবস্থায় পরিণত হয় এবং চুল্লির নিচে গিয়ে জমা হয়। লোহার ওপর ভেসে থাকা ধাতুমলকে সরিয়ে ফেলার জন্য একটা পাত্রে বের করে রাখা হয়। চাকাওয়ালা বড় বড় ড্রামের ভিতরে তরল লোহাকে ঢালা হয় ও স্টিল তৈরি করার চুল্লির কাছে এই গরম ড্রামগুলোকে নিয়ে যাওয়া হয়।

◼ ১৬৫০° সেলসিয়াস ভাল করে বেছে নেওয়া নব্বই টন বর্জিত ধাতুকে, প্রধান অক্সিজেন চুল্লি নামের নয় মিটার লম্বা ডিম্বাকার এক পাত্রে ঢালা হয়। অনেক বড় একটা হাতা দিয়ে বর্জিত ধাতুর  ওপর গরম তরল লোহাকে ঢেলে দেওয়া হয় এবং এক ঠাণ্ডা নল, যেটাকে লেন্স বলা হয় সেটাকে যখন পাত্রের ওপর উবুড় করা হয়, তখন সেটাতে শিখাগুলো ঝলকে ওঠে। লেন্স থেকে প্রচুর পরিমাণে বিশুদ্ধ অক্সিজেন প্রচণ্ড জোরে শব্দ করে উৎসারিত হয়, এর ফলে শীঘ্রিই বর্জিত ধাতু গলে গিয়ে ফুটতে থাকে ঠিক যেভাবে এক উত্তপ্ত উনুনে স্যুপ ফুটতে থাকে। রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটিত হয়। এক ঘন্টারও কম সময়ের মধ্যে চুল্লির কাজ শেষ হয়ে যায় এবং ৩০০ টন তরল স্টিলের একটা ব্যাচ, যেটাকে বলা হয় হিট সেটাকে হাতাগুলোতে ঢালা হয়, যা চুল্লি থেকে যন্ত্রের কাছে এটাকে নিয়ে যায়। এটাতে সংকর মেশানো হয়। ঢালাই করার যন্ত্রে এই আগুনের ধারা প্রবাহিত হয়। স্টিল আকার নিতে শুরু করে।

◼ ১২০০° সেলসিয়াস যতটা পুরু হওয়া দরকার ততটা না হওয়া পর্যন্ত উত্তপ্ত স্টিলকে রোলারের মাঝে খুব শক্তভাবে চেপে রাখা হয়। শক্তভাবে এইরকম চেপে রাখার জন্যই ধাতুটা শক্ত হয়ে ওঠে, এতটাই শক্ত হয়ে যায় যে এর পরে এটাকে আর কোন আকার দেওয়া যায় না।

◼ ঘরের তাপমাত্রা। স্টিলকে ঢালাই করা, কাটা, গরম ও ঠাণ্ডা করা হয়েছে এবং এমনকি আ্যসিড দিয়ে পরিষ্কার করা হয়েছে। এটাকে বারবার উত্তপ্ত করা হয়েছে। শেষে থার্মোমিটার একেবারে নেমে যায়। তরল স্টিল বা হিট পরে খণ্ড খণ্ড স্টিলের পাতে পরিণত হয়। লোহা তৈরির কোন দোকান শীঘ্রিই এই খণ্ডগুলোকে একটা অফিস বিল্ডিংয়ের জন্য দরকারি সরঞ্জাম তৈরি করে।

যেহেতু স্টিল মিলের বেশির ভাগ অংশই এই ধাতু দিয়ে তৈরি, তাহলে যখন এগুলো কাজ করে সেই সময় সেগুলো গলে যায় না কেন? চুল্লি, চাকাওয়ালা ড্রাম ও হাতাগুলোর ভিতরের তলগুলো ইটগুলোর সঙ্গে যুক্ত থাকে, যেগুলো তাপ নিয়ন্ত্রণ বস্তু দিয়ে তৈরি। এক মিটার পুরু ইটগুলোর প্রাচীর প্রধান অক্সিজেন চুল্লিকে রক্ষা করে। কিন্তু এই ইটগুলোও প্রচণ্ড তাপ সহ্য করে আর তাই এগুলোকে নিয়মিত পালটানোর দরকার আছে।

[ডায়াগ্রাম]

(পুরোপুরি ফরম্যাট করা টেক্সটের জন্য এই প্রকাশনা দেখুন)

১. লোহা প্রস্তুতপ্রণালী

১৪০০° সেলসিয়াস কয়লা → কোক চুল্লি

↓

১৬৫০° সেলসিয়াস আকরিক লোহা → বাত্যা

চুনাপাথর → চুল্লি

↓

গলিত লোহা

২. স্টিল প্রস্তুপ্রণালী ↓

১৬৫০° সেলসিয়াস বর্জিত ধাতু → প্রধান

চুন ও ফ্লাক্স → অক্সিজেন

অক্সিজেন → চুল্লি

৩. শীতলীকরণ ↓

ক্রমাগত ঢালাই

ব্লুম

বিলেট

স্ল্যাব

৪. সম্পূর্ণ তৈরি ↓

১২০০° সেলসিয়াস স্টিল রোলিং (বার বা বিমগুলো)

গ্যালভানাইজিং

কোল্ড রোলিং

হট রোলিং

ঘরের তাপমাত্রা

[চিত্র]

লোকেদের কত ছোট্ট দেখাচ্ছে তা লক্ষ্য করুন

[২৩ পৃষ্ঠার চিত্র সৌজন্যে]

ঘড়ি ছাড়া ২৩-৫ পৃষ্ঠার সব ছবিগুলো: Courtesy of Bethlehem Steel