ফোর্জড বনাম কাস্ট রক ড্রিল: কোনটি বেশি টেকসই?

উৎপাদন প্রক্রিয়া: আঘাতে তৈরি এবং ঢালাই পাথর ড্রিল কীভাবে তৈরি হয়

আঘাতে তৈরি পাথর ড্রিল: উন্নত ঘনত্ব এবং শক্তির জন্য নিয়ন্ত্রিত বিকৃতি

চুনাপাথর বোরিং উত্তপ্ত ধাতব টুকরোগুলির উপর তীব্র চাপের মাধ্যমে আকৃতি দেওয়ার কারণে এগুলি অনেক বেশি সময় ধরে চলে। এই মেশিনগুলি 5,000 থেকে 25,000 টনের মধ্যে হাইড্রোলিক প্রেসের সাথে কাজ করে যা ধাতব শস্যগুলিকে খুব শক্তভাবে চেপে ধরে। 2023 সালের একটি সদ্য গবেষণায় আরও একটি আকর্ষক তথ্য উঠে এসেছে - আমরা যখন ধাতুর আকৃতি পরিবর্তন নিয়ন্ত্রণ করি, তখন ঢালাই পদ্ধতির তুলনায় এটি অভ্যন্তরীণ ছোট ছোট বায়ু-পকেটগুলিকে প্রায় তিন-চতুর্থাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। এর ফলে খাদ ইস্পাতের অংশগুলির ঘনত্ব 7.85 গ্রাম/ঘন সেমির চেয়ে বেশি হয়। এর মানে কী? আসলে ধাতুটি যে ভাবে অবিরতভাবে আকৃতি নেয়, তা এই যন্ত্রগুলিকে পুনরাবৃত্ত চাপ সহ্য করার জন্য অনেক বেশি উপযুক্ত করে তোলে। এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ অধিকাংশ ড্রিলিং যন্ত্রপাতি চালানোর সময় প্রতি সেকেন্ডে 50 থেকে 100 বার আঘাত সহ্য করে।

ঢালাই পদ্ধতির শিলা ড্রিল: ছাঁচে গলিত ধাতু ঢালা এবং এর সীমাবদ্ধতা

ঢালাই প্রক্রিয়াটি মূলত বালি অথবা সিরামিকের ছাঁচে গলিত ধাতু ঢালার কথাই বোঝায়। এটি খুবই জটিল আকৃতি তৈরি করার সুযোগ দেয়, কিন্তু এর সাথে সঙ্গে কিছু গাঠনিক সমস্যাও আসে। গত বছরের সাম্প্রতিক উপাদান বিজ্ঞান গবেষণা অনুযায়ী, অধিকাংশ ঢালাই করা রক ড্রিলে 5 থেকে 15 শতাংশ পর্যন্ত ছিদ্রযুক্ততা (porosity) থাকে। এগুলি হল ধাতুর ভিতরে ছোট ছোট বায়ু-পকেট যা চাপ পড়লে ফাটল ধরার জন্য শুরুর বিন্দু হয়ে দাঁড়ায়। জটিল নকশা সহ হালকা যন্ত্রপাতির ক্ষেত্রে ঢালাই করা অংশগুলি যথেষ্ট ভালো কাজ করে, কিন্তু আঘাতের বিরুদ্ধে সেগুলি আঁকাইয়ের তুলনায় তেমন টেকসই হয় না। ASTM E23 চার্পি পদ্ধতি ব্যবহার করে পরীক্ষা করে দেখা গেছে যে ঢালাই করা উপাদানগুলির আঁকাইয়ের তুলনায় মাত্র 32% আঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা আছে। কয়েকটি অগ্রগামী ফাউন্ড্রি এখন ঢালাইয়ের পরে বিশেষ চিকিত্সা প্রয়োগ করে, যেমন হট আইসোস্টেটিক প্রেসিং, যা এই ত্রুটিগুলি কমাতে সাহায্য করে। তবে এই অতিরিক্ত পদক্ষেপগুলি অবশ্যই উৎপাদন খরচ বাড়িয়ে দেয়, যা প্রায় 18 থেকে 25 শতাংশ পর্যন্ত বেশি হতে পারে।

উৎপাদন পদ্ধতি এবং উপকরণের সামঞ্জস্যতার ক্ষেত্রে পার্থক্য

লাঙ্গলের মধ্যে সংকোচন বলগুলি ড্রিলের আকৃতি অনুসরণ করে ধাতব প্রবাহের সমতা তৈরি করে, অপরদিকে ঢালাইয়ের ক্ষেত্রে শক্ত হওয়ার ফলে অনিয়মিত দানার সীমানা তৈরি হয়। এই পার্থক্যের কারণে গ্রানাইট খননের ক্ষেত্রে লাঙ্গলের উপাদানগুলি প্রতিস্থাপনের আগে 2–3 গুণ বেশি সময় টিকে থাকে।

লাঙ্গল করা বনাম ঢালাই করা ড্রিলগুলিতে সূক্ষ্ম কাঠামোগত অখণ্ডতা এবং উপাদানের ত্রুটি

উচ্চ চাপে লাঙ্গল করা ড্রিলগুলিতে দানার কাঠামোর সারিবদ্ধকরণ

1,200°C এর উপরে তাপমাত্রায় লাঙ্গলের সময়, ইস্পাতের বিলেটগুলিকে চরম চাপে চাপ দেওয়া হয়, যা ধাতব দানাগুলিকে ক্রমাগত দিকনির্দেশক প্যাটার্নে সাজায়। এই একমুখী দানার প্রবাহ ঢালাই করা বিকল্পগুলির তুলনায় 42% কম চাপের কেন্দ্রবিন্দু তৈরি করে ( সাউথওয়েস্ট স্টিল প্রসেসিং, 2023 ), যা কাঠামোগত সমরূপতা এবং আঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে।

ঢালাই করা রক ড্রিলগুলিতে দৈব দানার গঠন এবং ছিদ্রযুক্ততা

ঢালাই অপারেশনগুলিতে গলিত ধাতু অসমভাবে ঠান্ডা হয়, যার ফলে:

• দিকনির্ভর সাজানোর ছাড়াই আইসোট্রপিক শস্য গঠন
• স্ট্যান্ডার্ড ঢালাইতে গড়ে 3–5% পৃষ্ঠের স্ফীতি
• অভ্যন্তরীণ মাইক্রোভয়েডগুলি লোড-বহনকারী ক্ষমতা 18–26% হ্রাস করে

এমনকি জটিল ডিজাইনের জন্য ঢালাই ড্রিলগুলি কম খরচে আকর্ষক হওয়া সত্ত্বেও, এই স্বাভাবিক ত্রুটিগুলি চক্রাকার চাপের অধীনে ফাটল ছড়িয়ে দেওয়ার ঝুঁকি বাড়িয়ে দেয়।

সাধারণ ত্রুটি: অন্তর্ভুক্তি, ল্যাপ এবং ঢালাই উপকরণে ফাঁক

আধুনিক যখন এক্স-রে পরিদর্শন ব্যবস্থা প্রসাধনের আগে গুরুত্বপূর্ণ ত্রুটির 92% শনাক্ত করে, এগুলি দূর করতে খরচ ব্যয়বহুল দ্বিতীয় প্রক্রিয়া প্রয়োজন যা ড্রিলিং উপাদানের জন্য কখনও কখনও ন্যায্যতা পায় না। ফোর্জড ড্রিলগুলি কঠিন-অবস্থা সংহতকরণের মাধ্যমে এই সমস্যাগুলি সম্পূর্ণরূপে এড়িয়ে যায়।

শক্তি এবং টেকসইতা: টান, আঘাত এবং ক্লান্তি কর্মক্ষমতা

ফোর্জড এবং ঢালাই ধাতুর টান এবং ক্লান্তি শক্তির তুলনা

ঘষা পদ্ধতিতে তৈরি রক ড্রিলগুলির টান সহনশীলতা সাধারণত ১৫ থেকে ৩০ শতাংশ বেশি হয়, কারণ এই প্রক্রিয়ার সময় ধাতব কণা সঠিকভাবে সারিবদ্ধ হয় এবং তাদের মধ্যে খালি জায়গা কম থাকে। যখন এই যন্ত্রগুলি ক্রমাগত চাপের মধ্যে পড়ে, যেমন কাজের জায়গায় দিনের পর দিন ঘটে, তখন অন্যান্য ধরনের তুলনায় তাদের প্রায় দ্বিগুণ সময় ধরে চলে আগে ক্ষয়ের লক্ষণ দেখা দেয়। উপাদান পরীক্ষা এটি সমর্থন করে, কোটি কোটি ব্যবহারের পর পর্যাপ্ত পার্থক্য দেখা যায়। ঘষা পদ্ধতির কাজের ফলে অভ্যন্তরীণ চাপ তৈরি হয় যা ছোট ফাটল গঠন থেকে আগে থেকেই বাধা দেয়। ঢালাই করা ড্রিলগুলি এই ধরনের সুরক্ষা পায় না, কারণ তাদের কণা গঠন এলোমেলো থাকে, যার ফলে ক্রমাগত চাপের মধ্যে থাকলে ক্ষুদ্র ফাটলগুলি দ্রুত ছড়িয়ে পড়ে।

ড্রিলিং অপারেশনে আঘাতের কঠোরতা এবং আঘাতজনিত চাপের প্রতিরোধ

পার্কাসিভ ড্রিলিংয়ের ক্ষেত্রে, আঘাতের ফলে ভেঙে যাওয়ার আগে আনীত উপাদানগুলি প্রায় 40 থেকে 60 শতাংশ বেশি শক্তি সহ্য করতে পারে। এর কারণ কী? আনীত উপকরণগুলিতে অভ্যন্তরীণ গঠন খুবই সুসংহত থাকে, যা সুন্দরভাবে সজ্জিত শস্য প্যাটার্নের মাধ্যমে আঘাতের বল ছড়িয়ে দেয়। ঢালাই করা ড্রিলগুলির ক্ষেত্রে অবস্থা ভিন্ন। এগুলিতে প্রায়শই বাতাসের ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র পকেট (ছিদ্রতা) এবং অন্যান্য অশুদ্ধি থাকে যা চাপের ক্ষুদ্র কেন্দ্রের মতো কাজ করে, যেখানে ফাটল সৃষ্টি হওয়ার প্রবণতা থাকে। পরীক্ষায় এই পার্থক্যটি কতটা গুরুত্বপূর্ণ তা স্পষ্ট হয়ে ওঠে। ঢালাই করা সরঞ্জামগুলি সাধারণত প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে 18 জুল আঘাত শক্তির কাছাকাছি ভেঙে যায়, অন্যদিকে আনীত সরঞ্জামগুলি প্রায় 28 জুল প্রতি বর্গ সেমি পর্যন্ত টিকে থাকে। যেখানে কঠোর শিলা গঠনে কাজ করা হয় এবং হঠাৎ আঘাত দৈনিক কাজের অংশ, সেখানে এই পার্থক্যটি সবচেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ।

বাস্তব জগতের টেকসইতা: উচ্চ চাপযুক্ত পরিবেশে ব্যর্থতার হার

2023 সালে খনির গভীর থেকে সংগৃহীত তথ্য অনুযায়ী, গ্রানাইটের মধ্যে কাজ করার সময় ঢালাই করা শিলা ড্রিলগুলি তাদের আবর্তিত (ফোর্জড) প্রতিশোধের তুলনায় প্রায় 2.3 গুণ বেশি প্রায়ই প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়। আবর্তন প্রক্রিয়াটি ধাতব পৃষ্ঠে সংকোচনজনিত চাপ তৈরি করে যা বিরক্তিকর গর্ত এবং ফাটল গঠন রোধ করতে সাহায্য করে, ফলে কোয়ার্টজাইট সামলানোর সময় আবর্তিত ড্রিল বিটগুলি তাদের ধারালো কিনারা প্রায় 65 শতাংশ বেশি সময় ধরে রাখে। তবুও উল্লেখযোগ্য যে, নরম পলিমাটি শিলায় ছোট কাজের জন্য ঢালাই করা ড্রিলগুলি ভালোভাবে কাজ করতে পারে, যেখানে প্রতিস্থাপনের আগে তাদের আয়ু কতদিন তা থেকে বরং প্রাথমিক খরচ বাঁচানোটাই বেশি গুরুত্বপূর্ণ।

শিল্প প্রয়োগে আয়ু এবং দীর্ঘমেয়াদী মূল্য

মাঝারি ও ভারী ব্যবহারের অধীনে আবর্তিত ও ঢালাই করা শিলা ড্রিলগুলির স্থায়িত্ব

খনির কঠোর পরিবেশে একটি 2023 সালের রিপোর্ট অনুযায়ী ASTM আন্তর্জাতিকের দ্বারা শিল্প ড্রিলগুলির আয়ু নিয়ে করা গবেষণায় দেখা গেছে যে, ঢালাই করা ড্রিলগুলির চেয়ে ঘষা পদ্ধতিতে তৈরি শিল্প ড্রিলগুলি তিন থেকে পাঁচ গুণ বেশি স্থায়ী হয়। এর কারণ কী? ঘষা পদ্ধতিতে তৈরি যন্ত্রগুলিতে একটি শক্ত গ্রেন কাঠামো থাকে যা বারবার আঘাত পেলে ক্ষুদ্র ফাটল ছড়িয়ে পড়া থেকে বাধা দেয়, যা প্রতিদিন আট ঘণ্টার বেশি সময় ধরে খনির কাজ চালানোর ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অন্যদিকে, ঢালাই করা অংশগুলি এই ধরনের চাপ সহ্য করতে পারে না। বাস্তব পরিস্থিতিতে আমরা দেখেছি যে এগুলি দ্রুত ব্যর্থ হয়, বিশেষ করে গ্রানাইট পাথরের খাদানগুলিতে, যেখানে ধ্রুব ব্যবহারের মাত্র বারো মাসের মধ্যে ব্যর্থতার হার 20% থেকে 40% পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, যা গত বছর আন্তর্জাতিক জার্নাল অফ মাইনিং ইঞ্জিনিয়ারিং-এ প্রকাশিত হয়েছে।

খরচ বনাম স্থায়িত্ব: সময়ের সাথে সাথে ঘষা উপাদানগুলির অর্থনৈতিক সুবিধা

প্রাথমিক খরচ 50–70% বেশি হলেও, ঘষা ড্রিলগুলি আয়ুস্পর্শে উত্তম মান প্রদান করে:

এই মডেলটি একটি জীবনচক্র খরচ বিশ্লেষণ অধ্যয়ন , তাতে দেখানো হয়েছে যে আগুনে গরম করে তৈরি করা যন্ত্রপাতি অবিরত কাজের অবস্থায় 18–24 মাসের মধ্যে খরচের হিসাবে সমতা প্রাপ্ত হয়।

যখন ঢালাই করা রক ড্রিলগুলি কম খরচে যথেষ্ট কার্যকারিতা প্রদান করে

ছয় মাসের কম সময়ের কাজের ক্ষেত্রে অথবা মোহস কঠোরতার স্তর 5 বা তার নিচের নরম শিলার ক্ষেত্রে ঢালাই ড্রিলগুলি বেশ ভালোভাবে কাজ করে। এগুলি অন্যান্য বিকল্পের তুলনায় প্রাথমিক খরচ প্রায় এক তৃতীয়াংশ থেকে দুই তৃতীয়াংশ পর্যন্ত কমিয়ে দাম বাঁচায়। আমরা যে কয়েকটি ভাবনাগত অধ্যয়ন দেখেছি তার মতে, এই ধরনের যন্ত্রগুলি নিজেদের ক্ষয় দেখানোর আগে বালি পাথরে 7000 থেকে 10,000 পর্যন্ত আঘাত সহ্য করতে পারে, যা গত বছরের মাইনিং ইকুইপমেন্ট কোয়ার্টারলি অনুযায়ী একই অবস্থায় আঘাতজাত ড্রিলগুলির কাছাকাছি পৌঁছায়। এই ধরনের ব্যবস্থাগুলির রক্ষণাবেক্ষণের জন্য দায়িত্বপ্রাপ্ত কর্মীদের উচিত প্রায় প্রতি চতুর্থাংশ কার্যকালের পর ঢালাই অংশগুলি পোরোস উপাদানের ক্ষয় হওয়ার লক্ষণ খুঁজে দেখা। এটি মেশিনগুলি মসৃণভাবে চালানোর পাশাপাশি খরচ ও কর্মীদের নিরাপত্তার বিষয়টি মাথায় রাখতে সাহায্য করে।

সঠিক ড্রিল নির্বাচন: আবেদনের প্রয়োজনীয়তা অনুযায়ী আঘাতজাত বা ঢালাই মিলিয়ে নেওয়া

খনি ও গভীর ড্রিলিং-এ আঘাতজাত রক ড্রিলের জন্য সুপারিশকৃত ব্যবহারের ক্ষেত্র

গুহাখনি এবং গভীর কূপে পাওয়া কঠোর অবস্থার মধ্যে খুব ভালোভাবে কাজ করে এমন শিলা ড্রিলগুলি উৎপাদিত হয় ঘনীভবন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে। উপাদানটি তীব্র চাপের নিচে বিকৃত হওয়ার সময় এই প্রক্রিয়ার সময় ধাতব শস্যগুলি যেভাবে সারিবদ্ধ হয়, তা সাম্প্রতিক 2023 সালের শিল্প গবেষণা অনুযায়ী ঢালাই করা ড্রিলগুলির তুলনায় এই যন্ত্রগুলিকে প্রায় 18% বেশি ক্ষয়-প্রতিরোধ ক্ষমতা দেয়। গ্রানাইট বা কোয়ার্টজাইটের মতো কঠিন শিলার বিরুদ্ধে অবিরত চলমান কার্যক্রমের ক্ষেত্রে, যেখানে চাপ চক্র নিয়মিতভাবে 50 MPa-এর বেশি হয়, সেখানে ঘনীভূত ড্রিলগুলি প্রতিস্থাপনের মধ্যবর্তী সময়ে আরও বেশি স্থায়িত্ব দেখায়। অধিকাংশ ড্রিল অপারেটরই যার কাছেই জিজ্ঞাসা করা হয় তাকে বলবে যে কঠোর পরিবেশে দিনের পর দিন কাজ করার সময় এই পার্থক্যটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ।

যেসব পরিস্থিতিতে ঢালাই করা শিলা ড্রিল খরচ-কার্যকর পছন্দ

যেসব ক্ষেত্রে সেডিমেন্টারি শিলা স্তরে ছোট কাজ হচ্ছে, সেখানে কাস্ট রক ড্রিলগুলি সাধারণত পছন্দের বিকল্প হয়ে ওঠে। অন্যান্য ধরনের তুলনায় এদের প্রভাবের শক্তি প্রায় 23 শতাংশ কম থাকে, কিন্তু যে দৃঢ়তার অভাব এদের রয়েছে তা নমনীয়তা দিয়ে পূরণ হয়। মোল্ডিং প্রক্রিয়াটি বিভিন্ন শিলা অবস্থার সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার জন্য দ্রুত সমন্বয় করার সুযোগ দেয়, যা শেল ফরমেশন বা চুনাপাথরের স্তরের মতো ক্ষেত্রে বিশেষভাবে কাজে আসে। যারা খরচ নিয়ন্ত্রণ করতে চান, তারা সাধারণত এই কাস্ট মডেলগুলি বেছে নেন যেখানে অন্বেষণ ড্রিলিং বা নির্মাণ কাজে মোট সময়কাল প্রায় 100 ঘন্টার কম থাকে। যখন কাজটি ততটা দীর্ঘস্থায়ী হবে না যে আরও টেকসই কিছু কেনার জন্য বিনিয়োগ ন্যায্য হবে, তখন অর্থনৈতিকভাবে এটি যুক্তিযুক্ত হয়।

পরিচালনার শর্ত অনুযায়ী ফোর্জড এবং কাস্টের মধ্যে পার্থক্য করার নির্দেশিকা

অপ্টিমাল নির্বাচন নির্ধারণে তিনটি প্রধান কারণ:

1. গঠন কঠোরতা : মোহস 6+ ভাষ্পীভূত স্তরে ফোর্জড ড্রিলগুলি আরও ভালো কর্মদক্ষতা দেখায়
2. প্রকল্পের পরিসর : দুই সপ্তাহের কম সময়ের প্রকল্পের জন্য কাস্ট ভ্যারিয়েন্টগুলি প্রাথমিক খরচ 37% কমায়
3. শক লোড ফ্রিকোয়েন্সি : ঘনীভূত উপাদানগুলি 12% বেশি সর্বোচ্চ আঘাত বল সহ্য করতে পারে

যেমনটি হাইলাইট করা হয়েছে বিস্তারিত উপকরণ অধ্যয়নে , উচ্চ আঘাতযুক্ত, দীর্ঘমেয়াদী কার্যকলাপে উচ্চতর প্রাথমিক বিনিয়োগ সত্ত্বেও ঘনীভূত যন্ত্রাংশগুলি বেশি আয় দেয়। মাঝারি চাপযুক্ত পরিবেশে আংশিক ব্যবহারের জন্য ঢালাই সমাধানগুলি এখনও ব্যবহারযোগ্য থাকে, যেখানে দ্রুত প্রতিস্থাপন দীর্ঘস্থায়ীত্বের সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে ওঠে।

FAQ

ঢালাই শিলা ড্রিলগুলির তুলনায় ঘনীভূত শিলা ড্রিলগুলির সুবিধাগুলি কী কী?

ঘনীভূত শিলা ড্রিলগুলি আরও টেকসই এবং তাদের দিকনির্দেশক সামঞ্জস্যপূর্ণ গ্রেন কাঠামোর কারণে উচ্চতর প্রসার্য শক্তি রয়েছে, যা উচ্চ আঘাতযুক্ত এবং দীর্ঘমেয়াদী কার্যকলাপের জন্য আরও ভালভাবে উপযুক্ত করে তোলে। সাধারণত এগুলি ঢালাই শিলা ড্রিলগুলির চেয়ে বেশি সময় ধরে চলে এবং পুনরাবৃত্ত চাপ ভালভাবে সামলাতে পারে, যা দীর্ঘতর আয়ু প্রদান করে।

কেউ কেন ঢালাই শিলা ড্রিলগুলি বেছে নেবে?

ছোট প্রকল্পের জন্য বা নরম শিলা নিয়ে কাজ করার সময় সাধারণত ঢালাই করা শিলা ড্রিল বেছে নেওয়া হয়, কারণ এটি প্রাথমিক খরচ কমায় এবং ঢালাই প্রক্রিয়ার কারণে জটিল ডিজাইনের সম্ভাবনা প্রদান করে। কম ব্যবহার বা কম চাপের কাজের প্রকল্পগুলির জন্য এগুলি অর্থনৈতিকভাবে লাভজনক।

খরচ এবং আয়ুষ্মানত্বের দিক থেকে আকৃতি প্রদত্ত এবং ঢালাই করা শিলা ড্রিলগুলির মধ্যে তুলনা কীরূপ?

আকৃতি প্রদত্ত শিলা ড্রিলগুলির প্রাথমিক খরচ বেশি হয় কিন্তু তাদের টেকসই গুণাবলী এবং প্রতিস্থাপনের কম প্রয়োজনের কারণে দীর্ঘমেয়াদী ভাবে ভালো মূল্য প্রদান করে। প্রাথমিকভাবে সস্তা হলেও, উচ্চ চাপযুক্ত পরিবেশে ঢালাই করা শিলা ড্রিলগুলির সময়ের সাথে সাথে প্রতিস্থাপন এবং বন্ধ থাকার খরচ বেশি হতে পারে।