What is Cupola Furnace? Construction, Working, Zones and Applications

Cupola Furnace Foundry Industry में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला Melting Furnace है। इसका मुख्य उपयोग Cast Iron को Melt करने के लिए किया जाता है। Cupola Furnace एक Vertical Cylindrical Furnace होती है जिसमें Coke को Fuel तथा Limestone को Flux के रूप में उपयोग किया जाता है। Continuous Operation तथा High Melting Capacity के कारण यह Furnace आधुनिक Foundries में अत्यंत लोकप्रिय है।

Automobile Industry, Machine Tool Manufacturing, Pipe Industry, Railway Components तथा Heavy Engineering Industries में Cast Iron Components तैयार करने के लिए Cupola Furnace का व्यापक उपयोग किया जाता है। इसकी Construction सरल, Operation आसान तथा Production Rate अधिक होने के कारण यह Foundry Engineering का महत्वपूर्ण विषय है।

Introduction

Casting Process में Molten Metal की आवश्यकता होती है। Metal को Melt करने के लिए विभिन्न प्रकार के Furnaces उपयोग किए जाते हैं जैसे Cupola Furnace, Electric Arc Furnace, Induction Furnace तथा Crucible Furnace। इनमें Cupola Furnace विशेष रूप से Cast Iron Melting के लिए विकसित की गई है।

Cupola Furnace Continuous Melting Furnace है जिसमें लगातार Metal Charge डालकर लंबे समय तक Molten Iron प्राप्त किया जा सकता है। यही कारण है कि Medium तथा Large Scale Foundries में इसका सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

Definition of Cupola Furnace

Cupola Furnace एक Vertical Cylindrical Shaft Furnace है जिसका उपयोग मुख्य रूप से Cast Iron को Coke Fuel की सहायता से Melt करने के लिए किया जाता है।

Objectives of Cupola Furnace

• Cast Iron को Melt करना।
• Continuous Metal Supply प्रदान करना।
• High Production प्राप्त करना।
• Uniform Temperature बनाए रखना।
• Economical Melting करना।
• Large Quantity Production करना।
• Good Quality Molten Iron प्राप्त करना।

Construction of Cupola Furnace

Cupola Furnace एक Vertical Steel Shell से बनी होती है जिसके अंदर Fire Brick Lining होती है। Furnace के विभिन्न भाग मिलकर Metal Melting की पूरी प्रक्रिया को संचालित करते हैं।

Main Parts of Cupola Furnace

• Steel Shell
• Refractory Lining
• Charging Door
• Charging Platform
• Wind Belt
• Tuyeres
• Tap Hole
• Slag Hole
• Bottom Doors
• Foundation
• Spark Arrestor
• Chimney

Materials Used in Cupola Furnace

Working Principle of Cupola Furnace

Cupola Furnace Coke Combustion Principle पर कार्य करती है। Coke के जलने से उत्पन्न Heat द्वारा Cast Iron Melt होता है। Limestone Flux अशुद्धियों के साथ मिलकर Slag बनाता है जिसे Slag Hole से बाहर निकाला जाता है। Molten Iron नीचे Collect होकर Tap Hole द्वारा बाहर निकाला जाता है।

Charging Process

1. Bottom Doors बंद किए जाते हैं।
2. Sand Bed तैयार की जाती है।
3. Coke Bed बनाया जाता है।
4. Coke को Ignite किया जाता है।
5. Air Blast शुरू किया जाता है।
6. Metal Charge डाली जाती है।
7. Limestone Flux डाला जाता है।
8. Charging लगातार जारी रहती है।

Zones of Cupola Furnace

Cupola Furnace को Temperature तथा Chemical Reactions के आधार पर विभिन्न Zones में विभाजित किया जाता है।

1. Well Zone

Well Zone Furnace का सबसे निचला भाग होता है जहाँ Molten Iron Collect होता है। इसी भाग से Tap Hole द्वारा Molten Metal बाहर निकाला जाता है।

2. Combustion Zone

Combustion Zone Tuyeres के पास स्थित होता है। यहाँ Coke तथा Air की प्रतिक्रिया से अत्यधिक Heat उत्पन्न होती है। Furnace का Maximum Temperature इसी Zone में प्राप्त होता है।

3. Reducing Zone

Reducing Zone Combustion Zone के ऊपर स्थित होता है। इस Zone में Carbon Monoxide (CO) की मात्रा अधिक होती है जो Metal Oxides को Reduce करने का कार्य करती है। इस प्रक्रिया से Molten Metal की गुणवत्ता बेहतर होती है तथा Oxidation कम होता है।

4. Melting Zone

Melting Zone वह भाग है जहाँ Metal Charge धीरे-धीरे Melt होकर नीचे Well Zone की ओर प्रवाहित होती है। इस Zone में Metal लगभग 1400°C से 1600°C तक के Temperature पर पिघलता है।

5. Preheating Zone

Preheating Zone Furnace का सबसे ऊपरी भाग होता है जहाँ नई डाली गई Charge Furnace से निकलने वाली Hot Gases द्वारा पहले से गर्म हो जाती है। इससे Fuel Consumption कम होती है तथा Furnace की Efficiency बढ़ती है।

Chemical Reactions in Cupola Furnace

Cupola Furnace में कई महत्वपूर्ण Chemical Reactions होती हैं जिनके कारण Heat उत्पन्न होती है तथा Metal Melt होता है।

Advantages of Cupola Furnace

• Continuous Operation संभव है।
• High Production Rate प्राप्त होती है।
• Large Quantity में Cast Iron Melt किया जा सकता है।
• Construction सरल होती है।
• Operating Cost कम होती है।
• Maintenance आसान होती है।
• Fuel Efficiency अच्छी होती है।
• Industrial Scale Production के लिए उपयुक्त है।

Disadvantages of Cupola Furnace

• मुख्य रूप से Cast Iron के लिए उपयुक्त है।
• Air Pollution अधिक होता है।
• Temperature Control सीमित होता है।
• Chemical Composition को नियंत्रित करना कठिन होता है।
• Coke Fuel की आवश्यकता होती है।

Applications of Cupola Furnace

• Cast Iron Foundries
• Automobile Industry
• Engine Block Manufacturing
• Machine Tool Industry
• Pipe Manufacturing
• Pump Body Production
• Valve Manufacturing
• Railway Components
• Heavy Engineering Industry
• Agricultural Machinery Components

Industrial Importance

Cupola Furnace आज भी अनेक Foundries में Cast Iron Melting के लिए सबसे लोकप्रिय Furnace है। इसकी Continuous Melting Capability, Low Operating Cost तथा High Productivity इसे Medium एवं Large Scale Industries के लिए अत्यंत उपयोगी बनाती है। आधुनिक Foundries में Pollution Control Devices एवं Automated Charging Systems के साथ Cupola Furnace का उपयोग किया जाता है।

Comparison of Cupola Furnace with Other Furnaces

Exam Oriented Important Questions

1. Cupola Furnace क्या है? परिभाषा लिखिए।
2. Cupola Furnace की Construction समझाइए।
3. Cupola Furnace का Working Principle लिखिए।
4. Cupola Furnace के विभिन्न Zones समझाइए।
5. Charging Process का वर्णन कीजिए।
6. Cupola Furnace में Limestone का क्या कार्य है?
7. Cupola Furnace के लाभ एवं हानियाँ लिखिए।
8. Cupola Furnace के Applications लिखिए।
9. Cupola Furnace तथा Induction Furnace में अंतर लिखिए।
10. Cupola Furnace में होने वाली Chemical Reactions लिखिए।

Viva Questions

1. Cupola Furnace किस Metal को Melt करने के लिए उपयोग की जाती है?
2. Coke का क्या कार्य है?
3. Limestone को Flux क्यों कहा जाता है?
4. Tuyeres का क्या कार्य होता है?
5. Tap Hole कहाँ स्थित होता है?
6. Slag Hole का उद्देश्य क्या है?
7. Combustion Zone कहाँ होती है?
8. Reducing Zone का मुख्य कार्य क्या है?
9. Cupola Furnace Continuous Furnace क्यों कहलाती है?
10. Foundry Industry में Cupola Furnace का क्या महत्व है?

Conclusion

Cupola Furnace Foundry Engineering की सबसे महत्वपूर्ण Melting Furnaces में से एक है। इसकी सहायता से Cast Iron को Continuous तथा Economical तरीके से Melt किया जाता है। इसकी सरल Construction, उच्च Melting Capacity, कम Operating Cost तथा अधिक Productivity के कारण यह आधुनिक Foundry Industries में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। RGPV परीक्षा की दृष्टि से इसकी Construction, Working, Zones तथा Advantages अत्यंत महत्वपूर्ण Topic हैं।