DEMİR VE ÇELİK ÜRETİM

                                           DEMİR VE ÇELİK ÜRETİMİ

   İnsanoğlu demir ve çelik elde etmek için günümüze gelinceye dek pek çok yöntem geliştirmiştir. Kullanılan ilk yöntemde, odun kömürünün yakılması ile oluşan redükleyici karbonmonoksit gazı aşağıdaki reaksiyonda görüldüğü gibi demir cevheri tepkimeye girerek sonuçta demir elde edilmiştir. Bu reaksiyon: 

     Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2 denklemi ile gösterilebilir.

   1350’li yıllarda ilkel yüksek fırınlar kullanılarak pik veya ham demir üretilmeye başlanmıştır.1800’lü yıllarda çelik üretiminde büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Özellikle,1855 yılında uygulanmaya başlanan Bessemer yöntemi ve daha sonra uygulanan Siemens-Martin yöntemi sayesinde çelik üretiminde büyük artışlar sağlanmıştır. Demir ve özellikle çelik üretiminde meydana gelen hızlı gelişmeler sonucunda endüstri devrimi gerçekleşmiş, üretim araçlarındaki niteliksel gelişmeler ile de teknoloji alanında da ileriye doğru adımlar atılmıştır. Günümüzde ise demir ve çelik sanayi sektörünün temel girdisi haline gelmiş, demir çelik üretimi ve tüketimi ülkelerin gelişmişlik düzeyinin bir ölçüsü olarak kabul edilmiştir.

   Dünyadaki demir üretiminin %95’i yüksek fırın yöntemiyle gerçekleştirilmektedir. Yüksek fırınlar, kok tüketimini azaltmak ve günlük üretim kapasitesini artırmak amacıyla sürekli olarak geliştirilmektedir. Gelişen teknoloji ile birlikte artan çelik talebini karşılamak amacıyla büyük hacimli yüksek fırınlar yapılmış olup, bu fırınlarda günde 5000 tonluk üretime ulaşmıştır.

   Ham demir(pik) yüksek fırında üretilir. Bu işlem için demir cevheri, katkı maddeleri, yakıt ve hava kullanılır. Demir cevheri; demir oksitler, demir karbonatlar ile bunların içerdikleri SiO2,Mn, P,S ve Al2O3  gibi katkı maddelerinden oluşur. En önemli demir cevherleri aşağıda verilmiştir.

    Hematit:%40–60 Fe içerir ve kırmızı renklidir

    Magnetit:%50–70 oranında Fe içerir

    Limonit:%30–40 Fe içerir.

    Siderit:%30–40 Fe içerir.

1-)YÜKSEK FIRINDA HAM DEMİR ÜRETİMİ 

 a)Modern yüksek fırının yapısı:

   Yeni yüksek fırınlar günde 2000 ton ham demir üretebilecek şekilde yapılmıştır. Yükseklikleri yaklaşık 26,00 m,taban haznesi çapı ise 9,00 m dır. Yüksek fırınlar çelik saçların birbirine kaynak edilmesi ile inşa olunur. İçeriden de şamot tuğlalarla örülmüştür. Ayrıca duvarı 1 m. Kalınlığı getirilerek kuvvetlendirilmiştir. Gövdenin soğutulması su ile olur. Gövde çevresine bu iş için soğutma plakaları yerleştirilmiştir. Taban haznesi de dıştan su ile soğutulur. Bütün fırın ayrıca çelik bir konstrüksiyonun içerisine yerleştirilmiştir. Sıcak hava, yüksek fırın gazı ve yüklemeye ait bütün donanımlar çelik yapı içerisinde yer alır. Çelik yapı tavanının ise, tamir ve montaj işlerinde kullanılmak üzere hareketli bir vinç yerleştirilmiştir.

     Üst kısım: yüksek fırının en üst kısmıdır. Bu kısımda silo, çan ve çan kapağı bulunur. Ayrıca yüksek fırın gazları borularla buradan dışarı çekilir. Şarj çan kapakları vasıtası ile yüksek fırın gazı kaçmayacak şekilde fırına boşaltılır.

      Gövde: fırının uzun ve aşağı doğru genişleyen kısmıdır. Bu kısımda kömür-cevher karışımı aşağı doğru hareket eder. Şarjın fırın içerisinde yayılma süresi yaklaşık 9 saat kadardır.

      Karın: fırının alt tarafında yeniden daralmaya başlayan kısımdır. Kısmi ergime nedeniyle bu kısımda fırın hacmi küçülür.

                                                                                                                                               

 

 

      Hazne: cüruf ve demirin toplandığı fırının alt tarafındaki silindirik kısımdır.                   Haznenin üst bölümünde 22…24 adet bakırdan mamul üfleme borusu yerleştirilmiştir. Bunlar su soğutmalıdır ve havaya tüyerler yardımı ile fırına üflerler. Biraz daha aşağıda, yine su soğutmalı bakır borulardan yapılmış cüruf akıtma delikleri bulunur. Deliklerden devamlı olarak cüruf boşaltılır. Haznenin en alt kısmında ise, ham demirin boşaltıldığı delik yer alır. Bu delik her boşaltma işleminin ardından ateşe dayanıklı maddeyle tıkanır.                                         

    Hesaplanmış miktarlardaki cevher, gang ve diğer ilave maddelerden oluşan karışıma fırın şarjı denir. Şarjın bileşimini ayarlarken amaç, düşük ergime noktalı ve bazik karakterli bir cüruf elde etmektir. Ancak bu tip bir cüruf, asit yapıcı kükürdü bağlar ve kükürtçe fakir bir ham demir üretimini sağlar. İlave madde olarak bu nedenlerle en iyi kireç taşı CaCO3 veya yanmış kireç CaO kullanılır.

    Sıcak hava 600o…1000oC arasına ısıtılır ve 1…1,5 atmosfer fazla basınç ile fırına üflenir. aksiyal kompresörlerde üretilen bu hava, ısıtıcılardan geçtikten sonra fırının haznesi çevresindeki ana hava simidi vasıtası ile üfleme borusundan tüyerlere üflenir. Üflenecek havanın miktarı kullanılacak kok miktarına göre ayarlanır. Bir ton kok başına 3000 normal m3 hava kullanılır.

   Hava ısıtıcı sobalar, çelik saçtan yapılmış 35 m yükseklik ve 8,5 m çapta olan silindirlerdir. Sobanın içi ısı izolatörleri ile iyice korunmuş, büyük bir yüzeye sahip olan, tuğladan örülmüş bir ızgaradan oluşmuştur. Bir metreküp tuğla duvarın yüzeyi yaklaşık olarak 30 m2 dır. Soba duvarı ilk olarak yüksek fırından çıkan gazlarla yaklaşık bir saat kadar ısıtılır. Duvarların ısınma işlemi sona erdikten sonra sobaya hava üflenir. Duvarların sıcaklığı sayesinde soğuk hava maksimum 1100o’a kadar ısınır. Şayet havanın sıcaklığı bir süre sonra istenilen sıcaklığın altına düşerse ikinci bir sobadan geçirme işlemi ile bir daha ısıtılır. Bir yüksek fırın için iki hava ısıtıcı sobaya ihtiyaç vardır. Bir üçüncüsü ise yedekte hazır olarak bekletilir.

    Hava ısıtıcıları ilk defa Cowper tarafından inşa edildiği için(1858) bu isimle de tanınır

    Yüksek fırında kullanılan kok yoğun ve basınca dayanıklı olmalıdır. Bu nedenle kok transport sırasında kırılmaması için, tercihen tesis tarafından üretilir. Tane büyüklüğü 80…120 mm civarında olmalıdır. Kok sarfiyatı eskiden bir ton ham demir için 1000 kg kadardı. Bugün, cevher hazırlama usullerindeki ilerlemeler ve yüksek fırının geliştirilmesi sonucu bu miktar bir ton ham demir için 650 kg.a düşürülmüştür. Yüksek fırının yüksekliği kokun mukavemeti ile belirlenir.

b)Yüksek fırın ürünleri:

    Yüksek fırın gazı gang ve şarja bağlı olarak değişen bileşimlerdir. En önemlileri bileşenleri şunlardır:

 10…14 % CO2, 25…30 % CO

 50…60 % N2, 100…200 g H2O

 10…40 g toz (1 normal m3 kuru gaz içerisinde)

     Kalorifik değeri düşüktür ve yaklaşık 800…1000 kcal/m3  civarındadır. Yüksek fırın gazının 25 % kadarı, hava ısıtıcı sobaların ısıtılmasında kullanılır. Geri kalan kısmı ise, yardımcı tesislere gider. Bunların arasında ısıtma sobalarını, sinter tesislerini, kok fabrikası ile büyük gaz makineleri veya buharla çalışan enerji üretim tesislerini sayabiliriz.

   Cüruf, büyük miktarlarda teşekkül eder. Ortalama olarak 1000 ton ham demir için 800 ton cüruf oluşur. Fakir cevherlerde bu miktar 1000 tona çıkar. Düşük yoğunluğu nedeni ile cürufun hacmi, ham demirinkinden hemen hemen 3 defa daha büyüktür. Özel cüruf değerlendirme tesislerinde cüruf ayrıca işlenir. Kireç bakımından zengin cüruflar işlenerek yüksek fırın çimentosu veya demir portland çimentosu haline getirilir

    Köpüklü cüruf, yüksek fırın taşı denilen gözenekli bir taş meydana getirir. Taş blok olarak veya beton olarak kullanılabilir. Elverişli cüruflardan buhar üflemek suretiyle cüruf yünü de üretilebilir. Bu yün cam yünü gibi iyi bir ısı izolatörüdür. Ham demir, yüksek fırının ana ürünüdür ve belli aralıklarla fırın delinerek boşaltılır. Boşaltma işleminden önce haznedeki delik yakılarak açılır.

    Ham demir, açılan delikten zemindeki kum içerisine dökülür. Kum, yüzeyinde açılan döküm kanallarından geçtikten sonra ham demir tavalarına dolar. Bu sırada sıvı ham demir üzerine kürekle soda atılarak kükürdü giderilir. Thomas ve çelik pikleri sıvı halde çelikhaneye gönderilir. Ham demirin taşıdığı tavalar 60…65 ton hacmindedir ve saatte sadece 10oC soğurlar.  Daha büyük taşıma imkânı 250 ton kapasitedeki torpedo arabalarıyla mümkündür.  Ham demir kısmen 100km uzaklıkta bulunan çelikhanelere dahi taşınır.

    Dökümhane pikleri,  dökümhane makineleri ile kütükler halinde dökülür.  Dökümhane zemini üzerindeki kum içerisine oyulmuş yataklara yapılan döküm bugün,  yalnız arızalı durumlarda yapılmaktadır.  Ancak küçük bir yüksek fırınla,  özel pik çeşitleri üreten tesisler,  bu tip bir döküm yapmaktadır.

   c)Yüksek fırındaki kimyasal olaylar:

    Yüksek fırın içerisine üflenen sıcak hava kok kömürünü yakarak karbondioksit    CO2  haline dönüştürür.  CO2  ise yüksek  sıcakta  kok  ile  yeniden  reaksiyona  girerek  karbonmonoksit  CO  şeklinde  parçalanır.  Bu reaksiyonlar sonucu asıl bileşenleri azot  N2  ve karbonmonoksit   CO      olan   bir  gaz  fırın  içerisinde  yükselir.

    Karbonmonoksit doymamış bir bileşiktir.  Daha fazla yanması mümkündür ve oksijeni kendisine bağlamayı çok sever.  Çok iyi bir redükleyici olmasının diğer bir nedeni de gaz olarak her yere nüfuz edebilmesidir.  Bu nedenle poröz ve çatlaklı cevherler daha kolay redüklenebilirler.  Karbonmonoksit fırın içerisinde yükselirken redüksiyon işlemi de demir oksitler üzerinde kademeli olarak gerçekleşir.  Azot reaksiyonlarda yer almaz ve değişime uğramaz.

    Ön ısıtma: Fırının üst kısmında nem ve kristal suyu buharlaşır; biraz altında ise yüksek sıcaklıklarda karbonatlar parçalanır:

    CaCO3 àCaO  +  CO2           Endoderm

    FeCO3  àFeO  +  CO2             reaksiyon

    Bu reaksiyonlar için gereken ısının kok ve sıcak havadan alınması icap eder.

    Redüksiyon: Fırının daha alt kısımlarında yaklaşık  400oC ‘da endirekt  redüksiyon  vuku bulur   ve  cevherler  oksijence  fakirleşirler.  800oC’da ,  demir süngeri tabir edilen sert,  sünger yapısında demir teşekkül eder.  Bu bölgede şu reaksiyonlar olur:

    3Fe2O3  + CO   à  2Fe3O4 + CO2   Endoderm

    Fe3 O4     + CO   à3FeO+ CO2           Endoderm

    FeO       + CO   àFe+CO2             Ekzoterm

    

     Son reaksiyondan elde edilen ısı ile ilk iki reaksiyon için gerekli redüksiyon ısısı karşılandıktan başka, bir miktar artık ısı da meydana gelir.

   Yaklaşık 750oC’dan sonra daha yüksek sıcaklıklarda demir oksidin kızgın kok ile teması sonucu direkt redüksiyon oluşur

      Fe3O4+4C→3Fe+4CO              endoderm

      FeO+C→Fe+CO                       endoderm

    Aynı anda karbon kısmen yanar ve CO teşekkül eder. Bu reaksiyon demir oksitlerin redüksiyonu için gerekli ısıdan daha azını verdiği için dikert redüksiyon sırasında ilaveten kok yakılması gerekmektedir.

   Korbürizasyon: katı halde yaklaşık olarak 900oC’da başlayan demir karbür Fe3C teşekkülüne denir.

    3Fe+2CO→Fe3C+CO2

   Daha sonraları kızgın kok ve demir arasındaki reaksiyon sonucunda demir karbür meydana gelir.

    3Fe+C→Fe3C

    Demir karbür hem katı hem de sıvı içerisinde çözünür. Bu nedenle teşekkül eden karbonlu ham demirin saf demire göre ergime noktası düşer.

     Sıvı haldeki demir haznenin en alt bölgesine yerleşir. Daha hafif olan cüruf sıvı demirin üzerinde yüzer.

    Kükürt giderme: kükürt yalnız zengin kireç ihtiva eden bir cürufta bağlanabilir. Fakir, asidik bir cüruf içerisinde ergitilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde büyük miktarda kireç ilave edilmesi lazımdır ki, bu işlem de gerekli kok miktarını çok arttırır. Bu şekilde çalışan bir yüksek fırının, ekonomik yönden cürufu ana ürün olarak satması gerekirdi. Asidik yüksek fırın cürufları ile çalışan tesislerde, akıtılan ham demir içerisinde kükürt bulunur. Akıtma sırasında veya sıvı demirin toplandığı kaplar içerisinde soda ilave edilerek kükürt bağlanır.

    Çelikhanede ham demir, ham demir mikserleri denilen silindirik kaplarda toplanır. Kapların hacimleri 500…2000 t arasındadır. Yana doğru devrilecek şekilde yapılmış olan bu kaplar yüksek fırın ve çelikhane arasında ara istasyon vazifesi yaparlar. Değişik analiz neticeleri veren farklı bileşimlerdeki sıvı ham demir, bu sayede birbirine karışır. Aynı anda, en önemlisi olarak kükürt giderme işlemini sayabileceğimiz, bazı reaksiyonlar da oluşma fırsatı bulurlar.  

 d)Demir üretim usullerine genel bir bakış:

    Dünya demir üretiminin 95% ini kapsayan yüksek fırın prosesi yanında birçok memleketlerde diğer bazı usuller geliştirilmiştir. Bunun başlıca sebebi uygun kok kömürünün az oluşudur.

     Yüksek fırının şarj kolonu içerisindeki yüksek basınca sadece belirli kömür çeşitlerinden üretilen yüksek fırın kokları dayanabilmektedir. Genellikle cevherler toz halinde olduklarından yüksek fırına verilmeden sinterleme veya peletlemeye tabi tutulurlar.

     Bu tip farklılıklar gösteren yaklaşık olarak 40 usul günümüzde bilinmektedir. Yeni usullerde daima kokun yerine, daha fazla kok haline getirilemeyen toz kömürü, maden kömürü, tabii gaz veya petrol kullanılması yoluna gidilmektedir. Bu sayede ince toz halindeki cevherleri doğrudan doğruya işlemek mümkün olmaktadır. Diğer usullerin ürünü genellikle 1%’e yakın karbon ihtiva eden poröz demiridir. Cevherden sıvı yerine süngere benzer bir yapısı olan ve demiri süngeri olarak adlandırılan demir üretilir. Usulün çeşidine göre demir süngerinden 70% ila 99% demir vardır. Saflık derecesine göre bu demir sinterlenmiş demir tozu halinde işlenir ve elektro fırınına şarj edilir. Demir oksit ve kükürt miktarının fazla olduğu durumlarda ise yüksek fırın şarjına ilave edilir. Yüksek fırın prosesi de kok sarfiyatını azaltmak ve günlük üretim kapasitesini arttırmak amacıyla devamlı olarak geliştirilmekte ve otomatikleştirilmektedir. Gelişmelerde ölçü olarak şu değerler verilebilir:

Şarj için ön hazırlık: eşit boyda taneler toz elekten geçirilip ayrılır

Band üzerinden yüksek fırın şarj malzemelerini fırına vererek kok veya şarjın daha iyi karışması sağlanır

   Alınan bu yeni tedbirler sayesinde bir ton ham demir üretimi için kullanıla kok miktarı 500 kg.a düşürülebilmiştir.

2-)ÇELİK ÜRETİMİ

a)Çelik ergitilmesine genel bakış

    Alman DIN normuna göre çelik herhangi bir işlemden geçmeden dövülebilen ve genellikle 1,7%’den fazla karbon ihtiva etmeyen bir demir karbon alaşımdır. Bu tarife göre ince kesitler halinde dövülebilen temper dökümü çelik sayılmaz. İstisna olarak 2% C ihtiva eden yüksek alaşımlı çelikler, yüksek orandaki alaşım maddeleri nedeni ile çelik grubuna dâhildir.

    Ham demir üretiminden çıktığında içerisinde büyük miktarda karbon, ayrıca kısmen de refakat elementleri bulunur. Bunlardan silisyum ve manganez 0,8%’den fazla olmamak şartı ile çelikte istenir. Kükürt ve fosfor ise, her oranda zararlıdır ve mümkün olduğu miktarda uzaklaştırılmalıdır.(otomat çelikleri istisnadır).bütün çelik üretim usullerinde şu neticeye varılmaya çalışılır:

         Karbon miktarını istenilen değere düşürmek; demir refakat elementi olan fosfor ve kükürdü teknik ve ekonomik yönden mümkün olduğu kadar uzaklaştırmaktır.

     Demir refakat elementlerinin oksijene karşı olan afiniteleri, demire karşı afinitelerinden daha yüksek olduğundan; hava üflenerek ham demir içerisinden yakılarak çıkarılmaları mümkündür. Bu oksidasyon işlemine üfleme işlemi denilir. oksidasyon için gerekli oksijen çeşitli şekillerde sisteme verilebilir.

      —hava üfleme usullerinde hava ile beraber;

      —fazla hava ile üretilen alevle beraber; siemens-martin usulü bu şekilde çalışır.      Ayrıca firma cevher halinde demir oksit veya hurda da ilave edilerek, kimyasal olarak bağlanmış oksijen sıvı içerisine geçirilir;

      —oksijen üfleme usullerinde saf oksijen olarak.

    Oksijen ilk olarak, daha fazla miktarda bulunduğu için, demir ile reaksiyona girer ve demir oksit FeO teşekkül eder. Demir oksit demir içerisinde çözünür ve demir refakat elementleri ile reaksiyona girer.

        Oksijen, demir oksitten demir refakat elementlerine geçer. Demir redüklenir, demir refakat elementleri oksitlenir. Şöyle ki:

        1.) 2FeO+Si→Fe+SiO2          CÜRUF

        2.) FeO+Mn→Fe+MnO       CÜRUF

        3.) FeO+C→Fe+CO            BACA GAZI

        4.) 2FeO+S→2Fe+SO2        BACA GAZI, CÜRÜF

        5.) 5FeO+2P→5Fe+P2S5     BANYO İÇİNDE ÇÖZÜNÜR

     Ergitme banyosu içerisindeki iç hareketler ne kadar iyi olursa, reaksiyonların vuku bulması da o kadar hızlı olur. Üfleme usulünde üflenen hava sıvıyı karıştırma vazifeside gördüğünden, reaksiyonlar çok çabuk oluşur. Thomas usulündeki kısa üfleme süresinin nedeni budur. siemens-martin usulünde banyo içinde hareket sadece eriyiğin kaynaması ile olur. Kaynama olayının nedeni 3 numaralı denkleme göre teşekkül eden karbon monoksit CO gazının yüzeye çıkmasıdır. Yeni geliştirilen çelik üretim usullerinde döner ergitme banyoları çalışılarak daha iyi bir banyo iç hareketi elde edilmektedir.

     1’den 5’e kadar olan reaksiyon denklemlerinden de görüldüğü gibi oksitlenen demir refakat elementlerinin en büyük kısmı cürufa veya baca gazlarına karışmaktadır. Sadece zararlı fosfor çelik içerisinde çözünmüş olarak kalmaktadır. Metal olmayan bir element olduğu için fosfor, bazik bir maddeye bağlanabilir. Bu nedenle fosforu eriyikten çıkararak kalsiyumtrifosfat halinde bağlayabilecek bazik bir cüruf teşkil ettirilmelidir. Kireç ilavesi ile bu tip bir bazik cüruf elde edilir. Ateşe dayanıklı fırın tuğlalarının bazik cürufla reaksiyona girip, ateşe dayanıklık özelliğini kaybetmemesi için, tuğlaların da bazik karakterde olması gerekir.

    Silisyum elemanı 1.reaksiyona göre oksit (SiO2) haline geldiğinden cürufa bazik bir karakter verir. Bu özelliğin ilave kireçle bazik hale dönüştürülmesi gerektiğinden ham demirde yüksek miktarda silisyum istenmez. Aksi takdirde fazla miktarda cüruf üretilmesi lazımdır.

    Çok az fosfor ve kükürt ihtiva eden ham demir çeşitlerinin asidik cüruf ile üflenmesi ve ergitilmesi mümkündür. Bu elementler üfleme sırasında uzaklaştırılamazlar; zira asit teşkil edici maddeler asidik cürufla reaksiyona giremezler.

b-)Thomas usulü:    

     Thomas usulü 1877 yılında İngiliz bilim adamı Thomas tarafından geliştirilmiştir ve tesis ile çalışma düzeni bakımından eski Bessemer usulüne benzer. En fazla rastlanan cevherler, fosfor ihtiva ettiğinden, ham demirde 1% ila 2% arasında fosfor kalır. Bu miktar ise, doğrudan doğruya çelik haline üflemeye izin vermez.

       Tesisler:

     Reaksiyonlar armut biçimindeki bir çelik kapta meydana gelir. Kap bazik bir madde olan dolomitten oluşan bir duvar yapısına sahiptir. konverter olarak tanınan bu kap devrilecek boşaltılabilecek şekilde yapılmıştır ve yaklaşık 70 ton ham demir taşıyabilir. Taban yapısı ızgara şeklindedir ve buradan içeri soğuk hava üflenir.

         Usul:

    Konverter yana doğru yatık vaziyette, kireç ve sıvı ham demir şarj edildikten sonra, düşey duruma getirilerek hava üflenir. Yaklaşık 12 dakika sonra konverterden bir miktar numune alınarak sıcak halde dövülür ve değerlendirilir. Ardından kısa bir süre üfleme işlemi devam ettirilir veya konverter derhal boşaltılır. Önce cüruf, cüruf toplama kaplarına, ardından da çelik döküm tavalarına boşaltılır. Bu işlem sırasında çelikhane alaşımları, aynalı pik konvertöre atılır.

         Kimyasal olaylar:

     4% karbonlu ham demirin yaklaşık ergime noktası 1150oC dadır. Üfleme sırasında bütün karbon yanar ve ergime noktası 1500oC a yükselir. Bu sebeple ek bir ısı verilmezse, eriyik katılaşır. Gerekli ek ısıyı yanmaları sırasında demir refakat elementleri veririler. En yüksek ısıyı fosfor verir. Bu nedenle Thomas ham demirinde 1,5 %’dan fazla fosfor bulunması gerekir.

Hava üfleyerek takma işlemi: silisyum ve manganez ilk önce yanarlar; zira oksijene karşı en yüksek afiniteye sahiptirler. Hava içerisindeki azotun ancak çok küçük bir kısmı çelik içerisinde çözünür; büyük bölümü reaksiyonlarda yer almaz. Fosfor önceleri çok az yanar. Teşekkül eden fosfor oksidi çelik içinde çözünür ve yanma işleminin devamını engeller. Bu nedenle ikinci olarak karbon yanar. Cüruf bu kademeye kadar ilave kireç içerisinde daha çözünmediği için asidik karakterdedir. Ancak sıcaklık yükselmesi ile kireç çözünebildiği zaman cüruf bazikleşir ve fosfor yanmaya devam edebilir; zira fosfor oksitleri cüruf tarafından artık bağlanabilirler. Fosfor miktarı 0,06…0,08 %’e ininceye kadar üfleme işlemi devam eder. Bu nedenle fazla demir oksit meydana gelir ve neticede çelik içerisinde yaklaşık olarak 0,04 % FeO kalır.

     Üflemenin sonu tecrübeye dayanarak ses ve aleve göre tayin edildikten sonra numune alınarak sıcaklık ölçülür.

          Dezoksidasyon ve karburizasyon:

     Kullanılabilir bir çelik elde etmek için artan demir oksidi sıvıdan uzaklaştırmak ve karbon miktarını istenilen değere çıkarmak gerekir. Bu işlem sıvı analizi nedeni ile belirli miktarlarda ilave edilen çelikhane alaşımları ile gerçekleşir. Çelikhane alaşımları karbonun yanında silisyum ve manganez de ihtiva ederler. Bu elementler çözünmüş demir oksidin büyük bir kısmını demir halinde redükler ve yeniden SiO2 ve MnO halinde yüzeye çıkan cüruf parçacıkları teşkil ederler.

      İyi bir dezoksidasyon maddesi alüminyumdur. Yalnız veya Al-Si-Ca alaşımı şeklinde kullanıldığı zaman, ayrıca çözünmüş azotu da aliminyumnitrür şeklinde bağlar.

    Usulün avantajları:

         *kısa üfleme süresi içerisinde sisteme enerji vermeden büyük miktarlar işlenebilir

         *fosforun oksitlenerek ayrılması nedeniyle çeliğin gevrekliği önemli ölçüde giderilir.

         *Thomas cürufu iyi bir gübredir.

    Usulün dezavantajları:

         *üretilen çeliğin şekillenme kabiliyeti çok sınırlıdır

         *bu yöntemle hurda işlenemez

         *fazlaca zengin ham demir çeşidi işleme zorunluluğu

         *yaşlanmaya neden olan yüksek fosfor ve azotlu kütle çeliklerinin üretilmesi

c-)Bessemer usulü:

     Çeliği sıvı halde dökülebilecek şekilde ergiterek üreten eski bir usuldür. Thomas usulüne benzer tesis ve çalışma şartlarında çelik üretir. Ham demirde çok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kükürt bulunması istenir. Silisyum bu usulün ısı üreticisidir. Asidik bir cüruf halinde yanar. Bu nedenle fosfor ve kükürdü bağlayamaz. Fırının duvar yapısı da asidik kuvars kumundan meydana gelmiştir. Bu usul Almanyada yalnız çelik dökümhanelerinde küçük konvertörler içerisinde uygulanmaktadır.

     Usulün avantajları:

           *bu yöntem ile kısa sürede çok miktarda çelik üretmek mümkündür

           *pikin bünyesindeki yabancı maddeler süratle yok edilebilir

     Usulün dezavantajları:

           *hurdanın ergime sıcaklığının yüksek olması nedeniyle bu yöntemde hurda işlenemez

           *yüksek oranda kükürt ve fosfor içeren ham demirden bu yöntemle çelik üretilemez

d-)Siemens-martin usulü:

    Bu usul, Thomas usulüyle beraber en önemli çelik üretim metodunu teşkil eder. Metodun ismi alman siemens ve Fransız martin den gelmektedir.

          Tesisler:

    Çelik, sabit veya yana devrilebilir 100…300 tonluk fırınlarda ergitilir. Fırın, büyük bir yüzey ve küçük banyo derinliğine sahiptir. Fırın büyük bir yüzey ve küçük banyo derinliğine sahiptir. Fırının taban yapısı ateşe dayanıklı tuğla üzerine sıkıştırılmış bazik maddelerden, tavan yapısı ise yüksek ateşe dayanıklı krom-manyezit tuğlalardan meydana gelmektedir. Önceden ısıtılmış gazın, yine önceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu oluşan bir alev gerekli ısıyı üretir ve 1700oC’a varan bir sıcaklık verir. Ön ısıtma ızgaralı ön odalarda sıcak baca gazları ile olur. Modern tesislerde soğuk hava ve yanıcı yağ ile çalışılır ve bu nedenle her iki tarafta da yalnız birer ızgaralı ısıtma odası gerekir. Kuvvetli parlayan alev, tavana zarar vermemesi için sıvı üzerine eğik olarak gelir.

    Şarj yapılan taraftan açılan kapıdan hurda, cevher ve ham demir yüklenir. Akıtma işlemi, diğer kenardan akıtma deliğinden döküm tavalarına boşaltma işlemi ile yapılır. Isıtma gazı ve baca gazı sıra ile dar kenarlardan sisteme verilir ve sistemden uzaklaştırılır.

           Kimyasal olaylar:

    Üfleyerek yakma işlemini oksitleyici şekilde ayarlanmış alev ve hurda veya cevherde bulunan demir oksit gerçekleştirir. Üfleme veya kaynatma periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkül eder.

                            FeO + C → Fe + CO

    Korbonmonoksit gazı sıvı içerisinde yükselerek banyoda kaynamaya sebep olur. Bu sırada çözünmüş gazlar da yerlerinden sökülürler. Hareket halindeki hava, cüruf tabakası ve çelik banyosunun temas ettiği yüzeyde oluşan reaksiyonları hızlandırır. Karbon miktarı yavaş yavaş azalır. Fosfor başlangıçtan itibaren sistemden alınır ve çelik içerisinde, Thomas çeliklerine göre daha düşük değerlere indirilir. Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon mevcuttur. İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demiroksitin uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar. Alev artık yeni demiroksit üretmemelidir.

     Kükürdün uzaklaştırılması zor olduğundan, fırın şarjı ve yakıt içerisinde kükürt olmaması gerekir.

     Bir şarjın işlenme süresi 6…8 saat arasındadır. Bu süre içerisinde sıvı dikkatle izlenir. Alaşımlı çeliklerin ergitilmesi de mümkündür. Reaksiyonları hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların çabuk ergimesini sağlamak için ayrıca oksijen ilavesi ile çalışılır. Ancak meydana gelen yüksek sıcaklıklar fırın tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur.

            Usulün avantajları:

                  *çeşitli ergime usullerinin uygulanması mümkündür

                  *şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir

                  *büyük miktarlarda hurda şarj edilmesi imkân dâhilindedir

                  *çelik içerisinde daha az fosfor ve azot kalır

             Usulün dezavantajları:

                   *düşük miktarlarda ürün alınır

                   *tesis, yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır

                   *çeliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur.

e-)oksijen üfleme usulü:

     Thomas çeliklerinin yüksek azot ve fosfor miktarları ihtiva etmeleri sebebiyle gösterdikleri kötü özellikler; normal Thomas usulünde düşük N2 ve P miktarlı çelikler üretmek amacıyla, bazı değişiklikler yapılmasına yol açmıştır. Bu yoldaki çalışmalar yaklaşık olarak 1935 yılında başlamış ve devam ett

Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !