વાતભઠ્ઠી (blast furnace) : દબાણ હેઠળ હવાના પ્રવાહ દ્વારા ઝડપી દહનની ક્રિયાને જાળવી રાખી લોખંડ (અથવા અન્ય ધાતુઓ) મેળવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ભઠ્ઠી. સામાન્ય રીતે તે ચૂનાપથ્થર (lime stone, CaCO3) જેવા પ્રદ્રાવક(flux)ની હાજરીમાં કોક (coke) રૂપે ઉમેરેલા કાર્બન દ્વારા ઊંચા તાપમાને થતી અપચયન(reduction)ની ક્રિયા વડે કાચું લોખંડ (pig iron) મેળવવા માટે વપરાય છે. લોખંડ ઉપરાંત સીસું (lead), તાંબું (copper) અને અન્ય ધાતુઓ પણ તેના વડે મેળવવામાં આવે છે.
વાતભઠ્ઠી લગભગ 32 મી. જેટલી ઊંચી, લંબગત (vertical) નળાકાર ભઠ્ઠી છે. તેનું બહારનું કવચ સ્ટીલની પ્લેટોનું હોય છે અને તેની અંદરના ભાગે પ્રથમ સાદી ઈંટોનું આવરણ (casing) અને તે પછી અગ્નિરોધી ઈંટો(fire bricks)નું સ્તર હોય છે. મથાળાના ગરદન ગ્રીવા (throat) તરીકે ઓળખાતા ભાગે તે લગભગ 11 મી., ઉદર (belly) આગળ 16 મી, અને ભઠ્ઠીતલ (hearth) આગળ તે લગભગ 14 મી. જેટલી પહોળી હોય છે. સ્થળ અને ક્ષમતા પ્રમાણે ભઠ્ઠીનાં પરિમાણો ઓછાંવત્તાં હોઈ શકે છે. ગ્રીવાથી નીચે તરફ જતાં ભઠ્ઠીનો વ્યાસ વધતો જઈ બૉશ (bosh) તરીકે ઓળખાતા ભાગ આગળ તે મહત્તમ બને છે. આને લીધે ભરણ (charge) ભઠ્ઠીમાં સહેલાઈથી નીચે ઊતરે છે. બૉશથી નીચે શુંડિકા (tuyeres) સુધી તે ઘટે છે અને પછી તળિયા સુધી તે લગભગ નળાકાર બની જાય છે. તળિયાનો ભાગ કૂપ (well) તરીકે ઓળખાય છે. બૉશથી શુંડિકાઓ સુધીના ભાગમાં ઇંધન ઝડપથી વપરાઈ જતું હોવાથી દ્રવ્યનો જથ્થો ઘટે છે. આથી ભરણ ભઠ્ઠીતલ સુધી સરળતાથી નીચે ઊતરે તે માટે આ ભાગ સાંકડો થતો જાય તેવી વ્યવસ્થા જરૂરી છે. ભઠ્ઠીતલના થોડા ઉપરના ભાગેથી પીગળેલી ધાતુને બહાર કાઢી લેવા માટેનું જ્યારે તેથી પણ ઉપર ધાતુમળ માટેનું છિદ્ર હોય છે, જેમાંથી અશુદ્ધિઓ અને પ્રદ્રાવક દૂર કરી શકાય છે.
વાતભઠ્ઠી
ભઠ્ઠીના ઉપરના મથાળે પ્યાલા અને શંકુ(cup and cone)ની ગોઠવણી દ્વારા તે ભાગ ઉઘાડ-બંધ થઈ શકે તેવો હોય છે, જેથી સમયાંતરે તેમાં ભૂંજેલી કાચી ધાતુ (ore), સખત કોક (hard coke) અને પ્રદ્રાવક (દા.ત., ચૂના પથ્થર) તેમાં ઉમેરી શકાય અને ભઠ્ઠીના વાયુઓ બહાર નીકળી ન જાય. સામાન્ય રીતે ભરણમાં 8 ભાગ ભુંજિત અયસ્ક, 4 ભાગ કોક અને 1 ભાગ પ્રદ્રાવક હોય છે. જો અયસ્કમાં ચૂનાપથ્થર હોય તો સિલિકા ઉમેરવામાં આવે છે. સતત પ્રચાલન માટે ચિતિ(stack)નો ભાગ ભરેલો રાખવામાં આવે છે. નીચેની તરફ આવતાં ઘન પદાર્થોનું તાપમાન ઝડપથી વધીને ભઠ્ઠીના ઉપલા ભાગમાં તે 700°થી 800° સે. થાય છે. મધ્યભાગમાં તે ક્રમશ: વધીને 900° સે. જેટલું અને બૉશ આગળ ઝડપથી વધીને મહત્તમ થાય છે. આ પછી તાપમાન થોડું ઓછું થઈ ધાતુના ગ.બિં. જેટલું રહે છે. ઈંટોનું ચણતર ગરમીથી બળી ન જાય તે માટે તેમાં પાણીનું ભ્રમણ થતું રહે તેવી વ્યવસ્થા હોય છે.
કોકને તળિયાના ભાગે બાળવામાં આવે છે. શુંડિકાઓમાંથી ગરમ (800° સે.) હવાના પ્રવાહ દ્વારા તેનું ઝડપથી દહન થઈ તે કાર્બન મૉનૉક્સાઇડમાં ફેરવાય છે :
2C + O2 = 2CO
ઘણી વાતભઠ્ઠીઓમાં ગરમ હવાના પ્રવાહ(blast)માં હાઇડ્રૉકાર્બનો (તેલ, ગૅસ, ડામર વગેરે) પણ ઉમેરવામાં આવે છે; જેથી કોકનું પ્રમાણ ઘટાડી શકાય; જેમ કે, મિથેન ઉમેરવામાં આવે તો હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન થાય છે :
CH4 + ½O2 = CO + 2H2
આ વાયુઓ (CO અને H2) અપચયનકારી હોવાથી ઊંચા તાપમાને ધાતુના ઑક્સાઇડનું અપચયન (reduction) કરે છે; દા.ત., આયર્નના હિમેટાઇટ (Fe2O3) કે મૅગ્નેટાઇટ (Fe3O4) હોય તો તેમનું અપચયન નીચે પ્રમાણે થાય છે :
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
FeO + H2 = Fe + H2O
આ રીતે જે પીગળેલી ધાતુ મળે છે તે કાચા લોખંડ (pig iron) તરીકે ઓળખાય છે. તેમાં 4 % જેટલો કાર્બન તેમજ મૅંગેનીઝ, સિલિકોન અને ફૉસ્ફરસ હોય છે. આથી તેનું શુદ્ધીકરણ જરૂરી છે.
પ્રદ્રાવક તરીકે ઉમેરેલ ચૂનાપથ્થરનું વિઘટન થઈ કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ (CaO) અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ (CO2) ઉત્પન્ન થાય છે :
CaCO3 
CaO + CO2
ભઠ્ઠીના મધ્યભાગે તાપમાન વધુ હોવાથી કાર્બન મૉનૉક્સાઇડમાંથી CO2 અને કાર્બન ઉદભવે છે. આ કાર્બન પણ અયસ્કનું અપચયન કરે છે :
Fe2O3 + 3C 2Fe = 3CO
કાચી ધાતુમાં રહેલી ફૉસ્ફેટ અને સિલિકેટ જેવી અશુદ્ધિઓનું ફૉસ્ફરસ અને સિલિકામાં રૂપાંતર થાય છે. સિલિકા કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ સાથે સંયોજાઈ કૅલ્શિયમ સિલિકેટ અથવા ધાતુમળ (slag) બનાવે છે, જે ધાતુ કરતાં હલકો હોઈ પીગળેલી ધાતુ ઉપર તરે છે અને તેનું આગળ ઉપચયન થવા દેતો નથી :
CaO + SiO2 → CaSiO3
ભઠ્ઠીતલના ભાગમાં તાપમાન 1500° સે. જેટલું ઊંચું હોવાથી છૂટી પડતી ધાતુ પ્રવાહી રૂપમાં એકત્રિત થાય છે. પીગળેલી ધાતુને અને ધાતુમળને તેમને માટેનાં દ્વારમાંથી બહાર કાઢી લેવામાં આવે છે. કાચા લોખંડને શુદ્ધ કરી તેમાંથી ભરતર લોખંડ (cast iron) મેળવવામાં આવે છે.
દહનક્ષેત્ર(combustion zone)માંથી ગરમ વાયુઓ ઊંચે ચઢી તેમને માટેની નળીઓ દ્વારા બહાર જાય છે. તે દરમિયાન નીચે આવતા ભરણને ગરમ કરે છે. આ વાયુઓમાં લગભગ 60 % નાઇટ્રોજન, 24 % કાર્બન મૉનૉક્સાઇડ, 12 % કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ અને 4 % જેટલો હાઇડ્રોજન હોય છે. આ વાયુમિશ્રણને કાઉપરના સ્ટવ તરીકે ઓળખાતા સંયંત્રમાં લઈ જઈ ત્યાં તેમને બાળી અંદર આવતી હવાને ગરમ કરવામાં તેનો ઉપયોગ થાય છે.
મધ્યયુગની શરૂઆતમાં લોખંડના ઉત્પાદન માટે નાની ભઠ્ઠીઓમાં કોલસા વડે અયસ્કનું અપચયન કરવામાં આવતું હતું. મધ્યયુગના અંતમાં ભઠ્ઠીની રચના બદલવામાં આવી અને પદાર્થોને પહેલેથી થોડા ગરમ કર્યા બાદ ભઠ્ઠીમાં ઉમેરી અપચયન કરવામાં આવતું હતું. ઓગણીસમી સદીની શરૂઆતમાં બળતણ તરીકે કોકનો ઉપયોગ શરૂ થયો અને સદીના અંતભાગમાં વાતભઠ્ઠીનો વપરાશ શરૂ થયો, જેમાં ગરમ હવા દબાણ (420 કિલો પાસ્કલ) હેઠળ ફૂંકી દહન અને અપચયનની ક્રિયાઓની શરૂઆત થઈ.
ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ