METAL ÜRETİM TEKNİĞİ

Doğada sadece soy metaller metalik halde bulunurlar. Örneğin altın, gümüş ve platin. Diğer metaller ise oksijen bileşiği (oksit), kükürt bileşiği (sülfür) ve karbon bileşiği (karbonat) şeklinde bulunurlar. Bu metal bileşikleri metal olmayan maddelerle (gang) bir arada ve iç içedirler, ki bunların hepsine birlikte cevher denir.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

CEVHER ZENGİNLEŞTİRME

Yer kabuğundan çıkarılan cevher doğrudan metal üretimine tabi tutulamaz. Metal üretim işleminden önce cevher içindeki bazı maddelerin uzaklaştırılması ve cevherin belirli bir boyuta getirilmesi gerekir. Bu işlemlere cevher hazırlama denir.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Cevher hazırlama işlemleri1. Cevher zenginleştirme•Yaş (Islak) Hazırlama•Flotasyon•Kavurma2. Belirli bir boyuta getirme•Elekten geçirme ve kırma•Sinterleme•Peletleme

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

HAM DEMİR ÜRETİMİYüksek Fırın

Demir içerikli hammaddelerin kok ve kireç taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine göre yükseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yüksek fırın denir. Dünya çelik üretimi her yıl 700 milyon ton civarında gerçekleşmektedir. Bu üretimin yaklaşık % 60‘ı yüksek fırınlar ve çelikhane vasıtası ile geriye kalan % 40‘ı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

300OC

600OC

1000OC

1150OC

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yüksek Fırındaki Kimyasal Olaylar•Ön Isıtma: karbonatlar parçalanır

CaCO3 CaO + CO2

FeCO3 FeO + CO2

•Redüksiyon • CO ile

3 Fe2O3 (hematit)+ CO 2 Fe3O4 (manyetit)+ CO2

Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

•C ile Fe3O4 + C 3 Fe + 4 COFeO + C Fe + CO

•Karbürizasyon3 Fe + 2 CO Fe3C + CO2

3 Fe + C Fe3C

DÖKÜMDE KULLANILAN ERGİTME FIRINLARI

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Sadece dökme demir eldesinde kullanılan bir ocaktır. Yüksek fırında elde edilen ham demir kupol ocağında kok ile yeniden ergitilerek bileşimi nispeten kontrol edilebilen dökme demir üretilmektedir.

Şekil- Kupol ocağının kesiti

Kupol Ocağı

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Tabanına yakın yerde döküm ağzı olan dikey silindirik ocaklardır

Sadece dökme demir için kullanılırlar

Diğer ocaklara göre çok büyük tonajlı dökme demirler kupol ocağında eritilir

Demir, kok kömürü, kireçtaşı ve diğer muhtemel alaşımları içeren “şarj”, şarj kapısından üst üste tabakalar halinde yüklenir

Alt bölümde bulunan pencerelerden (tüyer) basınçlı hava üflenerek tutuşturulmuş kokun yanması hızlandırılır. Eriyerek kok yatağına süzülen sıvı demir belli aralıklarla dökme kanalından alınır

Bessemer-Thomas Usulü

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yüksek fırından elde edilen piklerden çelik imal edebilmek için geliştirilmiş ergitme ocaklarıdır. İlk önce 1856 yılında Henry Bessemer tarafından asit astarlı (kum tuğla) şekilde üretilmiştir. Burada yapılan temel işlem içerisinden hava geçirerek silisyum, mangan ve karbon ortamdan uzaklaştırılmaktaydı. Ancak bessemer usulunde kükürt ve fosfor istenilen miktarda uzaklaştırılamamaktadır. Sidney Gilchrist Thomas, 1876 yılında Bessemer Konvertöründe kullanılan asit astar yerine bazik dolomit astar kullanarak bu sorunu ortadan kaldırmıştır.ancak bu yöntemde hurda metal bellirli bir miktara kadar kullanılabilir.

Siemens – Martin Usulü

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

•Ergitme büyük bir yüzey ve küçük bir banyo derinliğine sahip bazik tabanlı bir fırında yapılır. Yöntemde önceden ısıtılmış gazın önceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucunda 1700OC lik sıcaklığa sahip bir alev elde edilir. Bunun sonucunda bu yöntemde % 100'e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir. Ancak az miktarlarda ürün alınır, ilk yatırımı diğer fırınlara göre daha yüksektir, hurdaların ergitilmesinde özellikle alaşım elementleri oluşan bu yüksek alev nedeniyle yok olur.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Oksijen Üfleme (Bazik Oksijen Fırını (BOF))

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

(BOF) ya da LD (Avusturya'nın Linz ve Donawitz şehirlenin baş harfleri) konverterleri çelik imalinde kullanılan fırınlardır. Bessemer ve Thomas çeliklerinin yüksek azot ve fosfor içermesi problemi nedeniyle geliştirilen fırınlardan bir diğeridir. Yöntemde ticari saflıktaki oksijen su soğutmalı bakır bir boru ile (oksijen mızrağı) banyo (ergimiş metal) üzerine üflenir. Bu sayede daha yüksek oranda kükürt, fosfor, silisyum v.b. giderilirken yapı içeriğindeki karbonun uzaklaştırılması da sağlanmış olur.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

BOF yönteminde meydana gelen temel reaksiyonlar

Elektrik Ark Ocakları

Elektrik ark ocakları temel oksijen metotlarından farklı olarak sıcak metal yerine hurda kullanır. Hurda çelik elektrik ark ocağına üstten vinçle boşaltılır, ardından ocağın kapağı örtülür. Bu kapak ark ocağına idirilen üç tane elektrod taşır. Elektrodlardan geçen elektrik bir ark oluşturur ve açığa çıkan ısı hurdayı eritir.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Elektrik Ark Ocaklarının Özellikleri

Yüksek güç tüketimi vardır, Elektrik ark ocakları yüksek eritme kapasiteleri için

kullanılır (25-50 ton/saat) Çoğunlukla çelik eritme için kullanılır İki yada üç elektrotlu tipleri vardır Hemen her kapasitede bulmak mümkündür Temiz ve özelliklerin kontrolü kolaydır Yüksek sıcaklık elde edilmektedir (3000 oC)

İndüksiyon Fırını

• Bobinlerden geçen alternatif akım, ergitilecek olan metal yığını içinde de bir alternatif akım oluşturur. Bu akım metalin içinde bir ısı oluşturur.

• Erimiş haldeki metal, bobinlerin oluşturduğu elektromanyetik alan nedeni ile (bu alanın oluşturduğu kuvvetler nedeniyle) homojen bir şekilde karışır. Böylece sıvı metalin içinde kompozisyon ve sıcaklık dağılımı oldukça homojen olur

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

ÇELİĞİN DÖKÜLMESİ1. KOKİL DÖKÜM

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Bu yöntemde üretim fırınlarından alınan çelik, kokil (metal kalıp) adı verilen ve kır dökme demirden yapılmış olan kalın cidarlı kalıplara dökülür.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

2. Sürekli DökümBu işlemde sıvı çelik su soğutmalı bakırdan yapılmış alt kısmı açık bir kokil kalıp içerisine dökülür. Kokilin alt kısmından katı olarak sürekli çıkan çelik haddeleme tertibatları ile sabit hızla çekilir ve bu esnada da şekil verilir. Daha sonra mekanik kesme veya termal kesme gibi çeşitli yöntemlerle kesilir.

Avantajları: Kokil döküme göre daha basit ve hızlı üretim vardır. Blok segregasyonu olarak adlandırılan hatalar yüksek miktarda engellenmektedir. Verimi çok yüksektir

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

ÇELİĞİN KATILAŞMASI1. Kaynar (Gazı Alınmamış) Çelik Dökümü

2. Sakin (Gazı Alınmış) Çelik DökümüFeO iki yolla uzaklaştırılabilir:

1.Uzun sıvı temizleme yöntemleri ile FeO in tamamı difüzyonla cürufa çıkarılması

2. Çözünen FeO in Al, Ti, Ca ve Si gibi maddelerle redüklenerek ayrılması

3. Vakum Çeliği

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Dezoksidasyonla yapılan işlemlerden sonra da bir miktar çözünmüş gaz yine de çelik içerisinde kalmaktadır. Özellikle hidrojen gibi bazı gazların uzaklaştırılması istendiğinde durumlarda vakum altında döküm işlemi yapılır. Gazların daha çabuk dışarı çıkması için sıvı haldeki çelik hareket ettirmek amacıyla vakumlu indüksiyon fırınları kullanılır.

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Sıvı çelik

Yard

. Doç

. Dr.

Fatih

KAH

RAM

AN

Demir Cevheri

PikYüksek Fırın

Kütük(Satış)

SinterlemeÇelikhane

Kömür

Hurda+

Kireç Pellet

Haddeleme

Sürekli Döküm

Blum (Satış)

Kütük

Kok Fabrikası