Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SAKARYA UumlNİVERSİTESİMETALURJİ VE MALZEME MUumlHENDİSLİĞİ
DEMİR ndash CcedilELİK METALURJİSİ ProfDrKenan YILDIZ
ŞUBAT 2017
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 2
BOumlLUumlM 1 DEMİR CcedilELİK UumlRETİMİNİN KISA TARİHCcedilESİ
Demir-Ccedilelik enduumlstrisi duumlnyanın en oumlnemli ve gelenek accedilısından en eski uumlretim sektoumlruumlduumlr 3000 yıl kadar oumlnce
demir insanlığın kuumlltuumlr ve medeniyetinde temel teşkil etmekteydi ve cevherden demir elde etme ccedilalışmaları o
zaman bile geliştirilmişti O zamandan bu yana demir cevherini daha ekonomik olarak kullanılır hale getirmek
iccedilin enerji kullanımı ve ccedileşitli tekniklerin bir araya getirilmesi hedefi hep aynıydı
Demir ve ccedileliğin daha hacimli olarak uumlretiminin başlangıcı ccedilok eski zamanlara kadar gitmektedir Buumlyuumlk bir
ihtimalle demirin uumlretimi duumlnyanın pek ccedilok noktasında (Batı Afrika Guumlneydoğu Avrupa Guumlney Hindistan Ccedilin)
1000 yıldan daha oumlnce eş zamanlı olarak keşfedildi Medeniyetler tarihi oumlnem kazanabilmek iccedilin bu metali silah
veya alet haline doumlnuumlştuumlrmeleri gerekiyordu Bunun iccedilin de oumlncelikle nasıl elde edildiğini ve işlenmesi gerektiğini
bilmek zorundaydılar
Tarihte demirin kullanımının bizim Demir Ccedilağı olarak adlandırdığımız zamanlarda (MOuml 8000) başladığı genel
olarak uumlzerinde uzlaşılmıştır Buguumlnkuuml bilgilere goumlre demir uumlretimi Anadolursquoda bir ihtimal de Kafkaslarrsquoın
kuzeyinde başlamıştır Almanyarsquoda yapılan araştırmalara goumlre demir uumlretiminin başlama tarihi Edda Wielandsage
ve Nibelungenlied gibi efsanevi hikayelere ve destanlara dayanmaktadır Alman topraklarındaki demirin tarihccedilesi
ccedileşitli mızrak ve balta parccedilalarının bulunmasına dayanılarak MOuml ilk bin yıla kadar gittiği anlaşılmaktadır
İlk kullanılan demirin duumlnyaya uzaydan duumlşen buumlyuumlk bir meteorun olduğu ccedilok accedilıktır Şans goumlzlem ve yaratıcılık
yeterli miktarlarda reduumlklenebilir cevherlerin olduğu yerlerde demirin uumlretim metotlarının gelişmesine yol
accedilmıştır O zamanlar bolca bulunan ağaccedillar sayesinde bu cevherlerin mangal koumlmuumlruuml ile birlikte ergitilmesi de
muumlmkuumlnduuml Demir uumlretiminin gelişimi farklı gelişim duumlzeylerinde ama ccedileşitli boumllgelerde eş zamanlı olarak
meydana gelmiştir Metalin teknik oumlzellikleri ve ekonomik oumlnemi yuumlzuumlnden bilgi ve tecruumlbe ccediloğu zaman gizli
tutulduğundan dolayı belirli uumlretim youmlntemleri belli boumllgelerde kısıtlı kalmıştır Ancak uzun bir suumlre sonunda
yayılmıştır
Demir uumlretiminin gelişimi ccedilağlar boyunca demir cevherinin farklı ocaklarda ergitilmesi temelinde araştırılabilir
Tarihsel gelişim kısaca aşağıdaki gibi sıralanabilir
Demir ocakları (bloomery hearth)
Demir fırınları (bloomery furnaces)
Akışkan ocaklar ve odun koumlmuumlrluuml yuumlksek fırınlar (flowing furnaces and charcoal blast furnaces)
Kok koumlmuumlrluuml yuumlksek fırınlar (coke blast furnaces)
Doğrudan reduumlksiyon tesisleri (direct reduction facilities)
İzabe tesisleri (smelting reduction facilities)
Demirci ocakları kilden ocak taşlarından veya buzullarla taşınmış kayalardan yapılan alccedilak kuyulardı Bu
ocaklarda temiz demir cevherleri odun koumlmuumlruumlyle reduumlklenerek doumlvuumllebilir demir haline getirilirdi Bu işlemde
cevhere yapışmış olan gang ergitilerek ccedilıkartılırdı İlk zamanlarda fırınlar doğal hava akımıyla işletilirdi (Şekil
11) Daha sonraları elle veya ayakla ccedilalıştırılan koumlruumlkler yardımıyla gerekli hava sağlandı (Şekil 12) Elde edilen
uumlruumln doumlvuumllebilir demir cevher ve koumlmuumlrden oluşan curuf idi Bu ham demirler kuumlccediluumlk parccedilalara ayrılarak elle
doumlvuumlluumlp kullanılabilen aletler haline doumlnuumlştuumlruumllduumller Bu youmlntemde Orta Ccedilağrsquoa kadar ccedilok az bir değişiklik
olmuştur
Şekil 11 2500 yıl oumlnce
Almanyarsquonın Siegerland
boumllgesinde demirci ocağında
demir uumlretimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 3
Şekil 12 Yaklaşık 3500 yıl oumlnce
Mısırrsquodaki ergitme ateşi Gerekli ısı
ayaklı koumlruumlklerden sağlanan uumlfleccedillerle
oluşturulmaktadır
Kullandığımız takvime goumlre 10Yuumlzyılda da su
değirmeninin geliştirilmesi demir uumlretimi teknolojisinde
yeni bir ccedilağ yaratmıştır Suyun guumlcuuml cevherlerin yakın
veya uzak olmasını ortadan kaldırmış demir izabesi
vadilere doğru yayılmıştır Su değirmenleri vasıtasıyla
elde edilen yuumlksek hava basıncı sayesinde daha buumlyuumlk
fırınlar yapılmıştır Hala ham demir uumlretimi olarak bilinen
ve ağırlığı 100 kgrsquoı bulan kuumllccedileler doumlvme demir ve
curuflardan oluşmaktaydı Bu tesisler ldquodemir ocaklarırdquo
olarak bilinmekteydi (Şekil 13) Bu ham demirler su
değirmenleri ile ccedilalışan doumlvme ccedilekiccedilleri yoluyla
doumlvuumllebiliyordu
Şekil 13 16Yuumlzyılda demirci ocağında
demir uumlretimi
Isı kullanımı giderek daha fazla yaygınlaştığı iccedilin yaklaşık olarak MS 12Yuumlzyılda demir cevherini ergitebilecek
fırınlar uumlretilmesi muumlmkuumln olmaya başlamıştır Bunlar yuumlksek fırınların ilk halleriydi Oumlnceleri hiccedil istenmeyen
ccedilok sıvı uumlruumlnler ortaya ccedilıkmıştır Belki de bu yuumlzden ldquopik demirirdquo (pig iron ndash domuz demiri) olarak adlandırıldı
Ama bu gelişme yani sıvı pik demirin elde edilmesi bu alanda bir ccedilığır accedilarak modern ccedilelik uumlretimine geccedilişte
anahtar bir rol oynamıştır
Sıvı metal uumlretilen tesislerin ismi oumlnceleri ldquoakışkan
fırınlarrdquo idi Buumlyuumlkluumlkleri arttıkccedila yuumlksek fırın (blast
furnace) terimi iyice yerleşmeye başlamıştır Bu fırınlar
18yuumlzyıla kadar odun koumlmuumlruuml ile ccedilalıştırılmıştır
Geccedilmişte katı olarak uumlretildiğinde doumlvuumllebilen demir
sıvılaşmış pik demir olarak yuumlksek karbon iccedileriği
nedeniyle doumlvuumllemiyordu
Pik demir ancak o zaman kullanılan terimlerle
ldquosaflaştırıldığındardquo veya ldquorafine edildiğinderdquo
kullanılabildi Buguumln hala rafine etme yolunu tercih
etmekteyiz Sonraları tıpkı guumlnuumlmuumlzde olduğu gibi ilk
olarak karbon ve eser elementlerin fazla hava temini
yoluyla oksitlenerek yakılması ile yapılabilmiştir
Şekil 14 15yuumlzyılın sonlarına doğru demir kapı
(kapı boyutları 173x91 cm)
Sonuccedil olarak bitmiş uumlruumln elde edebilmek iccedilin iki operasyon gerekmekteydi Birincisi demir cevherlerinin sıvı
metale reduumlklenmesi ikincisi de doumlvuumllebilir demire rafinasyonuhellip Yapılan rafinasyon prosesi rafinasyon veya
ham demir ateşleri olarak adlandırılıyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 4
Pik demirin yuumlksek fırınlarda ticari uumlretimi 14yuumlzyıla kadar gitmektedir Doumlvuumllmuumlş uumlruumlnleri ve sanat eserleri
(Şekil 14) imalatını bir kenara bırakırsak doumlkme demir yaklaşık 1500 luuml yıllarda toplar ccedilanlar ağırlıklar ve
fırın donanımında da (Şekil 15) kullanılmaya başlanmıştır
Şekil 15 Demir uumlretim motifleriyle suumlslenmiş doumlkuumlm plaka
Kereste kaynaklarının hızla tuumlketilmesi yuumlksek fırınlarda koka
doumlnuumllmesine yol accediltı Bu koumlmuumlr ilk kez 1709 yılında ADarby
tarafından o zamanın oumlnde gelen sanayi uumllkesi olan İngilterersquode başarılı
bir şekilde yuumlksek fırında kullanılmıştır 1796rsquoda ilk kok koumlmuumlruuml fırını
Almanyarsquoda Yukarı Silezyarsquoya bağlı Gleiwitzrsquode accedilıldı (Şekil 16)
Kok teknolojisi ve buhar motorlarının kullanılmasıyla yuumlksek fırınların
uumlretkenliği arttı Ama sonraları ccedileliğin rafinasyon fırınlarında uumlretimi
ve sonraki şekillendirme operasyonlarında bir darboğaz oluştu Ccediloumlzuumlm
1784rsquode İngilterersquode Henry Cort tarafından haddehanelerle bağlantılı
olarak ldquotavlamardquo kullanımı ile bulunmuştur (Şekil 17) Bu yeni
teknoloji demir ve ccedilelikte sadece uumlretim akışını hızlandırmadı aynı
zamanda oumlzellikle demir uumlretiminde odun koumlmuumlruumlnden koka doumlnuumlşuumlmuuml
tamamlamış oldu Burada oumlncelik koumlmuumlr veya koktan gelen ve
istenmeyen kuumlkuumlrduumln ccedileliğe geccedilmesini oumlnlemekti Eğer oumlnlenemezse
sıcak kırılma veya yırtılmalar oluşmaktaydı Cort bu yuumlzden demirin
sadece oksijen zengini yanıcı gazlarla temasa geccedilebileceği bir
yansımalı (reverbatory) fırın tasarlamıştı Rafinasyon sırasında sıvı
metal ccedilalkalanıp katı bir ccedilelik topuna doumlnuumlştuumlruumlluumlp daha sonra
doğrudan haddelemeye goumlnderilerek şekillendiriliyordu Şekil 18 bu
teknolojiye dayalı olarak ccedilalışan tipik bir demir ccedilelik fabrikasını
goumlstermektedir
Şekil 16 1796rsquoda Gleiwitzrsquoda inşa
edilmiş ilk Alman kok yuumlksek fırını
Şekil 17 Doumlrrenberg Edelstahl ccedilelikhanesinin
kuumllccedile tavcıları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 5
Şekil 18 1840rsquolarda Upper Silesiarsquoda Laurahuumltte
demir tesisleri
Sıvı ccedilelik ilk olarak 1740 da İngiliz B Huntsman tarafından bir pota prosesi olarak uumlretildi Bu uumlretim Almanyarsquoda
19yuumlzyıla kadar gerccedilekleşmedi Kitlesel ccedilelik uumlretim ccedilağı 1856 yılında başka bir İngiliz olan Henry Bessemer
tarafından başlatıldı Boumlylelikle ilk defa kok koumlmuumlruuml ile ccedilalışan fırınlardaki sıcak metal uumlretiminde sağlanmış olan
hızlı artış ccedilok verimli bir teknik ile desteklenebilmekteydi Bessemer tarafından gerccedilekleştirilen bu proseste sıvı
metale alttan hava enjekte ediliyordu Bu youmlntem eser elementlerin kolayca oksitlenip egzotermik yanma suumlrecine
doumlnuumlşmesine imkan sağlıyordu İşlemin sonunda homojen bir sıvı ccedilelik elde edilmekteydi Bessemer prosesi
konverter olarak bilinen armut biccedilimli bir başka taşıyıcı ile bağlantılı idi (Şekil 19) Refrakter astar silisyumlu asit
iccedilermekteydi Bu asidik astar sadece oldukccedila duumlşuumlk fosfor iccedileren sıvı ccedilelik uumlretmede uygundu
Şekil 19 Ccedilelik uumlretiminde kullanılan deney
amaccedillı Henry Bessemer konverterinin kesidi
Şekil 110 Armut biccedilimli ana Bessemer konverterinin
şematik goumlsterimi
(sıvı metali rafine etmek iccedilin ergiyiğe aşağıdan hava
uumlflenmektedir)
1879 da İngiliz Sidney Gilchrist Thomas bazik dolomit astarı doumlşenmiş olan bir konverter ile yuumlksek fosforlu
sıcak metali rafine etmeyi başarmıştır (Şekil 110) 1865 yılında ccedilelik uumlretiminde bir başka etkin youmlntem
geliştirildi Yanmış gazların ısısından faydalanarak ısıtma sağlayan ve hazneli olan bu youmlntemde de cevher yine
sıvı ccedilelik veya hurda ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmekteydi Bu teknik aslında İngilizce konuşulan uumllkelerde accedilık hazneli
(open hearth furnace) fırın olarak bilinse de onu geliştiren kişilerden dolayı Almanyarsquoda Siemens-Martin olarak
biliniyordu Elektrik enerjisinin yeterli miktarlarda ve ekonomik fiyatlarla kullanılmaya başlanmasıyla elektrik ile
elde edilen ısı ccedilelik yapımında kullanılmaya başlandı Bu youmlnde ilk adımlar 1850 li yıllara kadar gitmektedir
Guumlnuumlmuumlzde elektrik ark fırınları ccedilelik uumlretiminde sağlam bir zemin edinmiştir
Henry Bessemer yuumlksek saflıktaki oksijeni kullanarak rafinasyon prosesini hızlandıracağının farkındaydı Ancak
o zamanlarda yeterli saflıkta oksijen uumlretmek muumlmkuumln değildi Bu yuumlzden bu fikir gerccedilekccedili goumlruumlnmuumlyordu Saf
oksijende makul fiyatlara ancak 1930 yılında ulaşılabildi Thomas veya Bessemer youmlntemlerindeki alttan uumlflemeli
sistem ikinci duumlnya savaşından sonra uumlstten uumlflemeli oksijenle yer değiştirdi ve Bazik Oksijen Fırını (BOF) ccedilelik
uumlretiminde birden yaygınlaştı Guumlnuumlmuumlzde Almanyarsquoda ccedilelik uumlretimi BOF prosesi ile (ilk BOF prosesi 1957
yılında ccedilalışmaya başladı) elektrikli ccedilelik fabrikalarında yapılmaktadır Ccedileliğin sıcak metal aşaması olmadan
uumlretildiği orijinal ldquodoğrudanrdquo ccedilelik yapım youmlntemi ccedileşitli doğrudan reduumlkleme prosesleri ile tekrar oumlnem
kazanmaya başladı Ccediluumlnkuuml sıvı metal yuumlksek karbon iccedilermekteydi ve uumlretimi metalurjik anlamda dolambaccedillı bir
yol takip ediyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 6
Ccedilelik uumlretiminin gelişimi haddehaneler ve doumlvme teknolojisiyle 19yuumlzyılda hızlı bir gelişme goumlsterdi Bu yuumlzyılın
ortalarından itibaren kuumltlesel ccedilelik uumlretiminin gelişimi genişleyen sanayi toplumunun taleplerini karşılayabilmek
iccedilin kitle halinde ccedilelik şekillendirme ihtiyacını da ortaya koydu
Almanya accedilısından bahsedilmesi gereken en oumlnemli oumlrneklerden biri ise 1861 yılında yeni buharlı gemiler iccedilin
itici şaft imal edilmesine imkan veren ldquoFritzrdquo şahmerdanının geliştirilmesi idi Aynı şekilde tuumlp ve borularda
olduğu kadar geniş yassı saclardan zırh plakalarına koumlşebentlere filmaşinlere ve lamalara dek tuumlm bu uumlruumlnlerin
uumlretiminde haddehane teknolojisi anlamında oumlnemli gelişmeler sergilendi İlk olarak teller ccedilubuklar ve yassı
uumlruumlnlerde kullanılmaya başlandı Suumlrekli bir şekilde sıcak levha uumlreten ilk haddehane Almanyarsquoda 1937 de uumlretime
başlarken ilk soğuk şerit ccedileken haddehane ise 1953 de işletmeye accedilılmıştır
Bu tarihi gelişmeler doğal olarak diğer oumlnemli teknolojik gelişmeler kapsamında değerlendirilmelidir Ccedilelik
uumlretimindeki buumlyuumlk ilerleme yaklaşık olarak 150 yıl oumlnce meydana gelen icatlar ve gelişmelerin sonucu olarak
meydana gelmiştir Buhar makinesinin icadı demir sanayisine guumlccedilluuml ve esnek tahrik sistemi sağlamıştır Bol
miktardaki koumlmuumlrden uumlretilen kok koumlmuumlruuml ise metalurjik proseslerin azaltılmasında ideal bir yakıt olarak
goumlruumllmuumlştuumlr Demiryolları ve buhar gemilerinin gelişimi ise ccedilelik iccedilin buumlyuumlk pazarlar oluşturmuştur
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
1) CcedilELİK REHBERİ (STEELMANUAL VDEh Ccedilelik Enstituumlsuuml) Ccedileviri Hakan KOCcedilAK (Sağlam Metal) Mayıs
2012
2) http19521048207englishindexasp
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 2
BOumlLUumlM 1 DEMİR CcedilELİK UumlRETİMİNİN KISA TARİHCcedilESİ
Demir-Ccedilelik enduumlstrisi duumlnyanın en oumlnemli ve gelenek accedilısından en eski uumlretim sektoumlruumlduumlr 3000 yıl kadar oumlnce
demir insanlığın kuumlltuumlr ve medeniyetinde temel teşkil etmekteydi ve cevherden demir elde etme ccedilalışmaları o
zaman bile geliştirilmişti O zamandan bu yana demir cevherini daha ekonomik olarak kullanılır hale getirmek
iccedilin enerji kullanımı ve ccedileşitli tekniklerin bir araya getirilmesi hedefi hep aynıydı
Demir ve ccedileliğin daha hacimli olarak uumlretiminin başlangıcı ccedilok eski zamanlara kadar gitmektedir Buumlyuumlk bir
ihtimalle demirin uumlretimi duumlnyanın pek ccedilok noktasında (Batı Afrika Guumlneydoğu Avrupa Guumlney Hindistan Ccedilin)
1000 yıldan daha oumlnce eş zamanlı olarak keşfedildi Medeniyetler tarihi oumlnem kazanabilmek iccedilin bu metali silah
veya alet haline doumlnuumlştuumlrmeleri gerekiyordu Bunun iccedilin de oumlncelikle nasıl elde edildiğini ve işlenmesi gerektiğini
bilmek zorundaydılar
Tarihte demirin kullanımının bizim Demir Ccedilağı olarak adlandırdığımız zamanlarda (MOuml 8000) başladığı genel
olarak uumlzerinde uzlaşılmıştır Buguumlnkuuml bilgilere goumlre demir uumlretimi Anadolursquoda bir ihtimal de Kafkaslarrsquoın
kuzeyinde başlamıştır Almanyarsquoda yapılan araştırmalara goumlre demir uumlretiminin başlama tarihi Edda Wielandsage
ve Nibelungenlied gibi efsanevi hikayelere ve destanlara dayanmaktadır Alman topraklarındaki demirin tarihccedilesi
ccedileşitli mızrak ve balta parccedilalarının bulunmasına dayanılarak MOuml ilk bin yıla kadar gittiği anlaşılmaktadır
İlk kullanılan demirin duumlnyaya uzaydan duumlşen buumlyuumlk bir meteorun olduğu ccedilok accedilıktır Şans goumlzlem ve yaratıcılık
yeterli miktarlarda reduumlklenebilir cevherlerin olduğu yerlerde demirin uumlretim metotlarının gelişmesine yol
accedilmıştır O zamanlar bolca bulunan ağaccedillar sayesinde bu cevherlerin mangal koumlmuumlruuml ile birlikte ergitilmesi de
muumlmkuumlnduuml Demir uumlretiminin gelişimi farklı gelişim duumlzeylerinde ama ccedileşitli boumllgelerde eş zamanlı olarak
meydana gelmiştir Metalin teknik oumlzellikleri ve ekonomik oumlnemi yuumlzuumlnden bilgi ve tecruumlbe ccediloğu zaman gizli
tutulduğundan dolayı belirli uumlretim youmlntemleri belli boumllgelerde kısıtlı kalmıştır Ancak uzun bir suumlre sonunda
yayılmıştır
Demir uumlretiminin gelişimi ccedilağlar boyunca demir cevherinin farklı ocaklarda ergitilmesi temelinde araştırılabilir
Tarihsel gelişim kısaca aşağıdaki gibi sıralanabilir
Demir ocakları (bloomery hearth)
Demir fırınları (bloomery furnaces)
Akışkan ocaklar ve odun koumlmuumlrluuml yuumlksek fırınlar (flowing furnaces and charcoal blast furnaces)
Kok koumlmuumlrluuml yuumlksek fırınlar (coke blast furnaces)
Doğrudan reduumlksiyon tesisleri (direct reduction facilities)
İzabe tesisleri (smelting reduction facilities)
Demirci ocakları kilden ocak taşlarından veya buzullarla taşınmış kayalardan yapılan alccedilak kuyulardı Bu
ocaklarda temiz demir cevherleri odun koumlmuumlruumlyle reduumlklenerek doumlvuumllebilir demir haline getirilirdi Bu işlemde
cevhere yapışmış olan gang ergitilerek ccedilıkartılırdı İlk zamanlarda fırınlar doğal hava akımıyla işletilirdi (Şekil
11) Daha sonraları elle veya ayakla ccedilalıştırılan koumlruumlkler yardımıyla gerekli hava sağlandı (Şekil 12) Elde edilen
uumlruumln doumlvuumllebilir demir cevher ve koumlmuumlrden oluşan curuf idi Bu ham demirler kuumlccediluumlk parccedilalara ayrılarak elle
doumlvuumlluumlp kullanılabilen aletler haline doumlnuumlştuumlruumllduumller Bu youmlntemde Orta Ccedilağrsquoa kadar ccedilok az bir değişiklik
olmuştur
Şekil 11 2500 yıl oumlnce
Almanyarsquonın Siegerland
boumllgesinde demirci ocağında
demir uumlretimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 3
Şekil 12 Yaklaşık 3500 yıl oumlnce
Mısırrsquodaki ergitme ateşi Gerekli ısı
ayaklı koumlruumlklerden sağlanan uumlfleccedillerle
oluşturulmaktadır
Kullandığımız takvime goumlre 10Yuumlzyılda da su
değirmeninin geliştirilmesi demir uumlretimi teknolojisinde
yeni bir ccedilağ yaratmıştır Suyun guumlcuuml cevherlerin yakın
veya uzak olmasını ortadan kaldırmış demir izabesi
vadilere doğru yayılmıştır Su değirmenleri vasıtasıyla
elde edilen yuumlksek hava basıncı sayesinde daha buumlyuumlk
fırınlar yapılmıştır Hala ham demir uumlretimi olarak bilinen
ve ağırlığı 100 kgrsquoı bulan kuumllccedileler doumlvme demir ve
curuflardan oluşmaktaydı Bu tesisler ldquodemir ocaklarırdquo
olarak bilinmekteydi (Şekil 13) Bu ham demirler su
değirmenleri ile ccedilalışan doumlvme ccedilekiccedilleri yoluyla
doumlvuumllebiliyordu
Şekil 13 16Yuumlzyılda demirci ocağında
demir uumlretimi
Isı kullanımı giderek daha fazla yaygınlaştığı iccedilin yaklaşık olarak MS 12Yuumlzyılda demir cevherini ergitebilecek
fırınlar uumlretilmesi muumlmkuumln olmaya başlamıştır Bunlar yuumlksek fırınların ilk halleriydi Oumlnceleri hiccedil istenmeyen
ccedilok sıvı uumlruumlnler ortaya ccedilıkmıştır Belki de bu yuumlzden ldquopik demirirdquo (pig iron ndash domuz demiri) olarak adlandırıldı
Ama bu gelişme yani sıvı pik demirin elde edilmesi bu alanda bir ccedilığır accedilarak modern ccedilelik uumlretimine geccedilişte
anahtar bir rol oynamıştır
Sıvı metal uumlretilen tesislerin ismi oumlnceleri ldquoakışkan
fırınlarrdquo idi Buumlyuumlkluumlkleri arttıkccedila yuumlksek fırın (blast
furnace) terimi iyice yerleşmeye başlamıştır Bu fırınlar
18yuumlzyıla kadar odun koumlmuumlruuml ile ccedilalıştırılmıştır
Geccedilmişte katı olarak uumlretildiğinde doumlvuumllebilen demir
sıvılaşmış pik demir olarak yuumlksek karbon iccedileriği
nedeniyle doumlvuumllemiyordu
Pik demir ancak o zaman kullanılan terimlerle
ldquosaflaştırıldığındardquo veya ldquorafine edildiğinderdquo
kullanılabildi Buguumln hala rafine etme yolunu tercih
etmekteyiz Sonraları tıpkı guumlnuumlmuumlzde olduğu gibi ilk
olarak karbon ve eser elementlerin fazla hava temini
yoluyla oksitlenerek yakılması ile yapılabilmiştir
Şekil 14 15yuumlzyılın sonlarına doğru demir kapı
(kapı boyutları 173x91 cm)
Sonuccedil olarak bitmiş uumlruumln elde edebilmek iccedilin iki operasyon gerekmekteydi Birincisi demir cevherlerinin sıvı
metale reduumlklenmesi ikincisi de doumlvuumllebilir demire rafinasyonuhellip Yapılan rafinasyon prosesi rafinasyon veya
ham demir ateşleri olarak adlandırılıyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 4
Pik demirin yuumlksek fırınlarda ticari uumlretimi 14yuumlzyıla kadar gitmektedir Doumlvuumllmuumlş uumlruumlnleri ve sanat eserleri
(Şekil 14) imalatını bir kenara bırakırsak doumlkme demir yaklaşık 1500 luuml yıllarda toplar ccedilanlar ağırlıklar ve
fırın donanımında da (Şekil 15) kullanılmaya başlanmıştır
Şekil 15 Demir uumlretim motifleriyle suumlslenmiş doumlkuumlm plaka
Kereste kaynaklarının hızla tuumlketilmesi yuumlksek fırınlarda koka
doumlnuumllmesine yol accediltı Bu koumlmuumlr ilk kez 1709 yılında ADarby
tarafından o zamanın oumlnde gelen sanayi uumllkesi olan İngilterersquode başarılı
bir şekilde yuumlksek fırında kullanılmıştır 1796rsquoda ilk kok koumlmuumlruuml fırını
Almanyarsquoda Yukarı Silezyarsquoya bağlı Gleiwitzrsquode accedilıldı (Şekil 16)
Kok teknolojisi ve buhar motorlarının kullanılmasıyla yuumlksek fırınların
uumlretkenliği arttı Ama sonraları ccedileliğin rafinasyon fırınlarında uumlretimi
ve sonraki şekillendirme operasyonlarında bir darboğaz oluştu Ccediloumlzuumlm
1784rsquode İngilterersquode Henry Cort tarafından haddehanelerle bağlantılı
olarak ldquotavlamardquo kullanımı ile bulunmuştur (Şekil 17) Bu yeni
teknoloji demir ve ccedilelikte sadece uumlretim akışını hızlandırmadı aynı
zamanda oumlzellikle demir uumlretiminde odun koumlmuumlruumlnden koka doumlnuumlşuumlmuuml
tamamlamış oldu Burada oumlncelik koumlmuumlr veya koktan gelen ve
istenmeyen kuumlkuumlrduumln ccedileliğe geccedilmesini oumlnlemekti Eğer oumlnlenemezse
sıcak kırılma veya yırtılmalar oluşmaktaydı Cort bu yuumlzden demirin
sadece oksijen zengini yanıcı gazlarla temasa geccedilebileceği bir
yansımalı (reverbatory) fırın tasarlamıştı Rafinasyon sırasında sıvı
metal ccedilalkalanıp katı bir ccedilelik topuna doumlnuumlştuumlruumlluumlp daha sonra
doğrudan haddelemeye goumlnderilerek şekillendiriliyordu Şekil 18 bu
teknolojiye dayalı olarak ccedilalışan tipik bir demir ccedilelik fabrikasını
goumlstermektedir
Şekil 16 1796rsquoda Gleiwitzrsquoda inşa
edilmiş ilk Alman kok yuumlksek fırını
Şekil 17 Doumlrrenberg Edelstahl ccedilelikhanesinin
kuumllccedile tavcıları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 5
Şekil 18 1840rsquolarda Upper Silesiarsquoda Laurahuumltte
demir tesisleri
Sıvı ccedilelik ilk olarak 1740 da İngiliz B Huntsman tarafından bir pota prosesi olarak uumlretildi Bu uumlretim Almanyarsquoda
19yuumlzyıla kadar gerccedilekleşmedi Kitlesel ccedilelik uumlretim ccedilağı 1856 yılında başka bir İngiliz olan Henry Bessemer
tarafından başlatıldı Boumlylelikle ilk defa kok koumlmuumlruuml ile ccedilalışan fırınlardaki sıcak metal uumlretiminde sağlanmış olan
hızlı artış ccedilok verimli bir teknik ile desteklenebilmekteydi Bessemer tarafından gerccedilekleştirilen bu proseste sıvı
metale alttan hava enjekte ediliyordu Bu youmlntem eser elementlerin kolayca oksitlenip egzotermik yanma suumlrecine
doumlnuumlşmesine imkan sağlıyordu İşlemin sonunda homojen bir sıvı ccedilelik elde edilmekteydi Bessemer prosesi
konverter olarak bilinen armut biccedilimli bir başka taşıyıcı ile bağlantılı idi (Şekil 19) Refrakter astar silisyumlu asit
iccedilermekteydi Bu asidik astar sadece oldukccedila duumlşuumlk fosfor iccedileren sıvı ccedilelik uumlretmede uygundu
Şekil 19 Ccedilelik uumlretiminde kullanılan deney
amaccedillı Henry Bessemer konverterinin kesidi
Şekil 110 Armut biccedilimli ana Bessemer konverterinin
şematik goumlsterimi
(sıvı metali rafine etmek iccedilin ergiyiğe aşağıdan hava
uumlflenmektedir)
1879 da İngiliz Sidney Gilchrist Thomas bazik dolomit astarı doumlşenmiş olan bir konverter ile yuumlksek fosforlu
sıcak metali rafine etmeyi başarmıştır (Şekil 110) 1865 yılında ccedilelik uumlretiminde bir başka etkin youmlntem
geliştirildi Yanmış gazların ısısından faydalanarak ısıtma sağlayan ve hazneli olan bu youmlntemde de cevher yine
sıvı ccedilelik veya hurda ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmekteydi Bu teknik aslında İngilizce konuşulan uumllkelerde accedilık hazneli
(open hearth furnace) fırın olarak bilinse de onu geliştiren kişilerden dolayı Almanyarsquoda Siemens-Martin olarak
biliniyordu Elektrik enerjisinin yeterli miktarlarda ve ekonomik fiyatlarla kullanılmaya başlanmasıyla elektrik ile
elde edilen ısı ccedilelik yapımında kullanılmaya başlandı Bu youmlnde ilk adımlar 1850 li yıllara kadar gitmektedir
Guumlnuumlmuumlzde elektrik ark fırınları ccedilelik uumlretiminde sağlam bir zemin edinmiştir
Henry Bessemer yuumlksek saflıktaki oksijeni kullanarak rafinasyon prosesini hızlandıracağının farkındaydı Ancak
o zamanlarda yeterli saflıkta oksijen uumlretmek muumlmkuumln değildi Bu yuumlzden bu fikir gerccedilekccedili goumlruumlnmuumlyordu Saf
oksijende makul fiyatlara ancak 1930 yılında ulaşılabildi Thomas veya Bessemer youmlntemlerindeki alttan uumlflemeli
sistem ikinci duumlnya savaşından sonra uumlstten uumlflemeli oksijenle yer değiştirdi ve Bazik Oksijen Fırını (BOF) ccedilelik
uumlretiminde birden yaygınlaştı Guumlnuumlmuumlzde Almanyarsquoda ccedilelik uumlretimi BOF prosesi ile (ilk BOF prosesi 1957
yılında ccedilalışmaya başladı) elektrikli ccedilelik fabrikalarında yapılmaktadır Ccedileliğin sıcak metal aşaması olmadan
uumlretildiği orijinal ldquodoğrudanrdquo ccedilelik yapım youmlntemi ccedileşitli doğrudan reduumlkleme prosesleri ile tekrar oumlnem
kazanmaya başladı Ccediluumlnkuuml sıvı metal yuumlksek karbon iccedilermekteydi ve uumlretimi metalurjik anlamda dolambaccedillı bir
yol takip ediyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 6
Ccedilelik uumlretiminin gelişimi haddehaneler ve doumlvme teknolojisiyle 19yuumlzyılda hızlı bir gelişme goumlsterdi Bu yuumlzyılın
ortalarından itibaren kuumltlesel ccedilelik uumlretiminin gelişimi genişleyen sanayi toplumunun taleplerini karşılayabilmek
iccedilin kitle halinde ccedilelik şekillendirme ihtiyacını da ortaya koydu
Almanya accedilısından bahsedilmesi gereken en oumlnemli oumlrneklerden biri ise 1861 yılında yeni buharlı gemiler iccedilin
itici şaft imal edilmesine imkan veren ldquoFritzrdquo şahmerdanının geliştirilmesi idi Aynı şekilde tuumlp ve borularda
olduğu kadar geniş yassı saclardan zırh plakalarına koumlşebentlere filmaşinlere ve lamalara dek tuumlm bu uumlruumlnlerin
uumlretiminde haddehane teknolojisi anlamında oumlnemli gelişmeler sergilendi İlk olarak teller ccedilubuklar ve yassı
uumlruumlnlerde kullanılmaya başlandı Suumlrekli bir şekilde sıcak levha uumlreten ilk haddehane Almanyarsquoda 1937 de uumlretime
başlarken ilk soğuk şerit ccedileken haddehane ise 1953 de işletmeye accedilılmıştır
Bu tarihi gelişmeler doğal olarak diğer oumlnemli teknolojik gelişmeler kapsamında değerlendirilmelidir Ccedilelik
uumlretimindeki buumlyuumlk ilerleme yaklaşık olarak 150 yıl oumlnce meydana gelen icatlar ve gelişmelerin sonucu olarak
meydana gelmiştir Buhar makinesinin icadı demir sanayisine guumlccedilluuml ve esnek tahrik sistemi sağlamıştır Bol
miktardaki koumlmuumlrden uumlretilen kok koumlmuumlruuml ise metalurjik proseslerin azaltılmasında ideal bir yakıt olarak
goumlruumllmuumlştuumlr Demiryolları ve buhar gemilerinin gelişimi ise ccedilelik iccedilin buumlyuumlk pazarlar oluşturmuştur
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
1) CcedilELİK REHBERİ (STEELMANUAL VDEh Ccedilelik Enstituumlsuuml) Ccedileviri Hakan KOCcedilAK (Sağlam Metal) Mayıs
2012
2) http19521048207englishindexasp
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 3
Şekil 12 Yaklaşık 3500 yıl oumlnce
Mısırrsquodaki ergitme ateşi Gerekli ısı
ayaklı koumlruumlklerden sağlanan uumlfleccedillerle
oluşturulmaktadır
Kullandığımız takvime goumlre 10Yuumlzyılda da su
değirmeninin geliştirilmesi demir uumlretimi teknolojisinde
yeni bir ccedilağ yaratmıştır Suyun guumlcuuml cevherlerin yakın
veya uzak olmasını ortadan kaldırmış demir izabesi
vadilere doğru yayılmıştır Su değirmenleri vasıtasıyla
elde edilen yuumlksek hava basıncı sayesinde daha buumlyuumlk
fırınlar yapılmıştır Hala ham demir uumlretimi olarak bilinen
ve ağırlığı 100 kgrsquoı bulan kuumllccedileler doumlvme demir ve
curuflardan oluşmaktaydı Bu tesisler ldquodemir ocaklarırdquo
olarak bilinmekteydi (Şekil 13) Bu ham demirler su
değirmenleri ile ccedilalışan doumlvme ccedilekiccedilleri yoluyla
doumlvuumllebiliyordu
Şekil 13 16Yuumlzyılda demirci ocağında
demir uumlretimi
Isı kullanımı giderek daha fazla yaygınlaştığı iccedilin yaklaşık olarak MS 12Yuumlzyılda demir cevherini ergitebilecek
fırınlar uumlretilmesi muumlmkuumln olmaya başlamıştır Bunlar yuumlksek fırınların ilk halleriydi Oumlnceleri hiccedil istenmeyen
ccedilok sıvı uumlruumlnler ortaya ccedilıkmıştır Belki de bu yuumlzden ldquopik demirirdquo (pig iron ndash domuz demiri) olarak adlandırıldı
Ama bu gelişme yani sıvı pik demirin elde edilmesi bu alanda bir ccedilığır accedilarak modern ccedilelik uumlretimine geccedilişte
anahtar bir rol oynamıştır
Sıvı metal uumlretilen tesislerin ismi oumlnceleri ldquoakışkan
fırınlarrdquo idi Buumlyuumlkluumlkleri arttıkccedila yuumlksek fırın (blast
furnace) terimi iyice yerleşmeye başlamıştır Bu fırınlar
18yuumlzyıla kadar odun koumlmuumlruuml ile ccedilalıştırılmıştır
Geccedilmişte katı olarak uumlretildiğinde doumlvuumllebilen demir
sıvılaşmış pik demir olarak yuumlksek karbon iccedileriği
nedeniyle doumlvuumllemiyordu
Pik demir ancak o zaman kullanılan terimlerle
ldquosaflaştırıldığındardquo veya ldquorafine edildiğinderdquo
kullanılabildi Buguumln hala rafine etme yolunu tercih
etmekteyiz Sonraları tıpkı guumlnuumlmuumlzde olduğu gibi ilk
olarak karbon ve eser elementlerin fazla hava temini
yoluyla oksitlenerek yakılması ile yapılabilmiştir
Şekil 14 15yuumlzyılın sonlarına doğru demir kapı
(kapı boyutları 173x91 cm)
Sonuccedil olarak bitmiş uumlruumln elde edebilmek iccedilin iki operasyon gerekmekteydi Birincisi demir cevherlerinin sıvı
metale reduumlklenmesi ikincisi de doumlvuumllebilir demire rafinasyonuhellip Yapılan rafinasyon prosesi rafinasyon veya
ham demir ateşleri olarak adlandırılıyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 4
Pik demirin yuumlksek fırınlarda ticari uumlretimi 14yuumlzyıla kadar gitmektedir Doumlvuumllmuumlş uumlruumlnleri ve sanat eserleri
(Şekil 14) imalatını bir kenara bırakırsak doumlkme demir yaklaşık 1500 luuml yıllarda toplar ccedilanlar ağırlıklar ve
fırın donanımında da (Şekil 15) kullanılmaya başlanmıştır
Şekil 15 Demir uumlretim motifleriyle suumlslenmiş doumlkuumlm plaka
Kereste kaynaklarının hızla tuumlketilmesi yuumlksek fırınlarda koka
doumlnuumllmesine yol accediltı Bu koumlmuumlr ilk kez 1709 yılında ADarby
tarafından o zamanın oumlnde gelen sanayi uumllkesi olan İngilterersquode başarılı
bir şekilde yuumlksek fırında kullanılmıştır 1796rsquoda ilk kok koumlmuumlruuml fırını
Almanyarsquoda Yukarı Silezyarsquoya bağlı Gleiwitzrsquode accedilıldı (Şekil 16)
Kok teknolojisi ve buhar motorlarının kullanılmasıyla yuumlksek fırınların
uumlretkenliği arttı Ama sonraları ccedileliğin rafinasyon fırınlarında uumlretimi
ve sonraki şekillendirme operasyonlarında bir darboğaz oluştu Ccediloumlzuumlm
1784rsquode İngilterersquode Henry Cort tarafından haddehanelerle bağlantılı
olarak ldquotavlamardquo kullanımı ile bulunmuştur (Şekil 17) Bu yeni
teknoloji demir ve ccedilelikte sadece uumlretim akışını hızlandırmadı aynı
zamanda oumlzellikle demir uumlretiminde odun koumlmuumlruumlnden koka doumlnuumlşuumlmuuml
tamamlamış oldu Burada oumlncelik koumlmuumlr veya koktan gelen ve
istenmeyen kuumlkuumlrduumln ccedileliğe geccedilmesini oumlnlemekti Eğer oumlnlenemezse
sıcak kırılma veya yırtılmalar oluşmaktaydı Cort bu yuumlzden demirin
sadece oksijen zengini yanıcı gazlarla temasa geccedilebileceği bir
yansımalı (reverbatory) fırın tasarlamıştı Rafinasyon sırasında sıvı
metal ccedilalkalanıp katı bir ccedilelik topuna doumlnuumlştuumlruumlluumlp daha sonra
doğrudan haddelemeye goumlnderilerek şekillendiriliyordu Şekil 18 bu
teknolojiye dayalı olarak ccedilalışan tipik bir demir ccedilelik fabrikasını
goumlstermektedir
Şekil 16 1796rsquoda Gleiwitzrsquoda inşa
edilmiş ilk Alman kok yuumlksek fırını
Şekil 17 Doumlrrenberg Edelstahl ccedilelikhanesinin
kuumllccedile tavcıları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 5
Şekil 18 1840rsquolarda Upper Silesiarsquoda Laurahuumltte
demir tesisleri
Sıvı ccedilelik ilk olarak 1740 da İngiliz B Huntsman tarafından bir pota prosesi olarak uumlretildi Bu uumlretim Almanyarsquoda
19yuumlzyıla kadar gerccedilekleşmedi Kitlesel ccedilelik uumlretim ccedilağı 1856 yılında başka bir İngiliz olan Henry Bessemer
tarafından başlatıldı Boumlylelikle ilk defa kok koumlmuumlruuml ile ccedilalışan fırınlardaki sıcak metal uumlretiminde sağlanmış olan
hızlı artış ccedilok verimli bir teknik ile desteklenebilmekteydi Bessemer tarafından gerccedilekleştirilen bu proseste sıvı
metale alttan hava enjekte ediliyordu Bu youmlntem eser elementlerin kolayca oksitlenip egzotermik yanma suumlrecine
doumlnuumlşmesine imkan sağlıyordu İşlemin sonunda homojen bir sıvı ccedilelik elde edilmekteydi Bessemer prosesi
konverter olarak bilinen armut biccedilimli bir başka taşıyıcı ile bağlantılı idi (Şekil 19) Refrakter astar silisyumlu asit
iccedilermekteydi Bu asidik astar sadece oldukccedila duumlşuumlk fosfor iccedileren sıvı ccedilelik uumlretmede uygundu
Şekil 19 Ccedilelik uumlretiminde kullanılan deney
amaccedillı Henry Bessemer konverterinin kesidi
Şekil 110 Armut biccedilimli ana Bessemer konverterinin
şematik goumlsterimi
(sıvı metali rafine etmek iccedilin ergiyiğe aşağıdan hava
uumlflenmektedir)
1879 da İngiliz Sidney Gilchrist Thomas bazik dolomit astarı doumlşenmiş olan bir konverter ile yuumlksek fosforlu
sıcak metali rafine etmeyi başarmıştır (Şekil 110) 1865 yılında ccedilelik uumlretiminde bir başka etkin youmlntem
geliştirildi Yanmış gazların ısısından faydalanarak ısıtma sağlayan ve hazneli olan bu youmlntemde de cevher yine
sıvı ccedilelik veya hurda ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmekteydi Bu teknik aslında İngilizce konuşulan uumllkelerde accedilık hazneli
(open hearth furnace) fırın olarak bilinse de onu geliştiren kişilerden dolayı Almanyarsquoda Siemens-Martin olarak
biliniyordu Elektrik enerjisinin yeterli miktarlarda ve ekonomik fiyatlarla kullanılmaya başlanmasıyla elektrik ile
elde edilen ısı ccedilelik yapımında kullanılmaya başlandı Bu youmlnde ilk adımlar 1850 li yıllara kadar gitmektedir
Guumlnuumlmuumlzde elektrik ark fırınları ccedilelik uumlretiminde sağlam bir zemin edinmiştir
Henry Bessemer yuumlksek saflıktaki oksijeni kullanarak rafinasyon prosesini hızlandıracağının farkındaydı Ancak
o zamanlarda yeterli saflıkta oksijen uumlretmek muumlmkuumln değildi Bu yuumlzden bu fikir gerccedilekccedili goumlruumlnmuumlyordu Saf
oksijende makul fiyatlara ancak 1930 yılında ulaşılabildi Thomas veya Bessemer youmlntemlerindeki alttan uumlflemeli
sistem ikinci duumlnya savaşından sonra uumlstten uumlflemeli oksijenle yer değiştirdi ve Bazik Oksijen Fırını (BOF) ccedilelik
uumlretiminde birden yaygınlaştı Guumlnuumlmuumlzde Almanyarsquoda ccedilelik uumlretimi BOF prosesi ile (ilk BOF prosesi 1957
yılında ccedilalışmaya başladı) elektrikli ccedilelik fabrikalarında yapılmaktadır Ccedileliğin sıcak metal aşaması olmadan
uumlretildiği orijinal ldquodoğrudanrdquo ccedilelik yapım youmlntemi ccedileşitli doğrudan reduumlkleme prosesleri ile tekrar oumlnem
kazanmaya başladı Ccediluumlnkuuml sıvı metal yuumlksek karbon iccedilermekteydi ve uumlretimi metalurjik anlamda dolambaccedillı bir
yol takip ediyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 6
Ccedilelik uumlretiminin gelişimi haddehaneler ve doumlvme teknolojisiyle 19yuumlzyılda hızlı bir gelişme goumlsterdi Bu yuumlzyılın
ortalarından itibaren kuumltlesel ccedilelik uumlretiminin gelişimi genişleyen sanayi toplumunun taleplerini karşılayabilmek
iccedilin kitle halinde ccedilelik şekillendirme ihtiyacını da ortaya koydu
Almanya accedilısından bahsedilmesi gereken en oumlnemli oumlrneklerden biri ise 1861 yılında yeni buharlı gemiler iccedilin
itici şaft imal edilmesine imkan veren ldquoFritzrdquo şahmerdanının geliştirilmesi idi Aynı şekilde tuumlp ve borularda
olduğu kadar geniş yassı saclardan zırh plakalarına koumlşebentlere filmaşinlere ve lamalara dek tuumlm bu uumlruumlnlerin
uumlretiminde haddehane teknolojisi anlamında oumlnemli gelişmeler sergilendi İlk olarak teller ccedilubuklar ve yassı
uumlruumlnlerde kullanılmaya başlandı Suumlrekli bir şekilde sıcak levha uumlreten ilk haddehane Almanyarsquoda 1937 de uumlretime
başlarken ilk soğuk şerit ccedileken haddehane ise 1953 de işletmeye accedilılmıştır
Bu tarihi gelişmeler doğal olarak diğer oumlnemli teknolojik gelişmeler kapsamında değerlendirilmelidir Ccedilelik
uumlretimindeki buumlyuumlk ilerleme yaklaşık olarak 150 yıl oumlnce meydana gelen icatlar ve gelişmelerin sonucu olarak
meydana gelmiştir Buhar makinesinin icadı demir sanayisine guumlccedilluuml ve esnek tahrik sistemi sağlamıştır Bol
miktardaki koumlmuumlrden uumlretilen kok koumlmuumlruuml ise metalurjik proseslerin azaltılmasında ideal bir yakıt olarak
goumlruumllmuumlştuumlr Demiryolları ve buhar gemilerinin gelişimi ise ccedilelik iccedilin buumlyuumlk pazarlar oluşturmuştur
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
1) CcedilELİK REHBERİ (STEELMANUAL VDEh Ccedilelik Enstituumlsuuml) Ccedileviri Hakan KOCcedilAK (Sağlam Metal) Mayıs
2012
2) http19521048207englishindexasp
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 4
Pik demirin yuumlksek fırınlarda ticari uumlretimi 14yuumlzyıla kadar gitmektedir Doumlvuumllmuumlş uumlruumlnleri ve sanat eserleri
(Şekil 14) imalatını bir kenara bırakırsak doumlkme demir yaklaşık 1500 luuml yıllarda toplar ccedilanlar ağırlıklar ve
fırın donanımında da (Şekil 15) kullanılmaya başlanmıştır
Şekil 15 Demir uumlretim motifleriyle suumlslenmiş doumlkuumlm plaka
Kereste kaynaklarının hızla tuumlketilmesi yuumlksek fırınlarda koka
doumlnuumllmesine yol accediltı Bu koumlmuumlr ilk kez 1709 yılında ADarby
tarafından o zamanın oumlnde gelen sanayi uumllkesi olan İngilterersquode başarılı
bir şekilde yuumlksek fırında kullanılmıştır 1796rsquoda ilk kok koumlmuumlruuml fırını
Almanyarsquoda Yukarı Silezyarsquoya bağlı Gleiwitzrsquode accedilıldı (Şekil 16)
Kok teknolojisi ve buhar motorlarının kullanılmasıyla yuumlksek fırınların
uumlretkenliği arttı Ama sonraları ccedileliğin rafinasyon fırınlarında uumlretimi
ve sonraki şekillendirme operasyonlarında bir darboğaz oluştu Ccediloumlzuumlm
1784rsquode İngilterersquode Henry Cort tarafından haddehanelerle bağlantılı
olarak ldquotavlamardquo kullanımı ile bulunmuştur (Şekil 17) Bu yeni
teknoloji demir ve ccedilelikte sadece uumlretim akışını hızlandırmadı aynı
zamanda oumlzellikle demir uumlretiminde odun koumlmuumlruumlnden koka doumlnuumlşuumlmuuml
tamamlamış oldu Burada oumlncelik koumlmuumlr veya koktan gelen ve
istenmeyen kuumlkuumlrduumln ccedileliğe geccedilmesini oumlnlemekti Eğer oumlnlenemezse
sıcak kırılma veya yırtılmalar oluşmaktaydı Cort bu yuumlzden demirin
sadece oksijen zengini yanıcı gazlarla temasa geccedilebileceği bir
yansımalı (reverbatory) fırın tasarlamıştı Rafinasyon sırasında sıvı
metal ccedilalkalanıp katı bir ccedilelik topuna doumlnuumlştuumlruumlluumlp daha sonra
doğrudan haddelemeye goumlnderilerek şekillendiriliyordu Şekil 18 bu
teknolojiye dayalı olarak ccedilalışan tipik bir demir ccedilelik fabrikasını
goumlstermektedir
Şekil 16 1796rsquoda Gleiwitzrsquoda inşa
edilmiş ilk Alman kok yuumlksek fırını
Şekil 17 Doumlrrenberg Edelstahl ccedilelikhanesinin
kuumllccedile tavcıları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 5
Şekil 18 1840rsquolarda Upper Silesiarsquoda Laurahuumltte
demir tesisleri
Sıvı ccedilelik ilk olarak 1740 da İngiliz B Huntsman tarafından bir pota prosesi olarak uumlretildi Bu uumlretim Almanyarsquoda
19yuumlzyıla kadar gerccedilekleşmedi Kitlesel ccedilelik uumlretim ccedilağı 1856 yılında başka bir İngiliz olan Henry Bessemer
tarafından başlatıldı Boumlylelikle ilk defa kok koumlmuumlruuml ile ccedilalışan fırınlardaki sıcak metal uumlretiminde sağlanmış olan
hızlı artış ccedilok verimli bir teknik ile desteklenebilmekteydi Bessemer tarafından gerccedilekleştirilen bu proseste sıvı
metale alttan hava enjekte ediliyordu Bu youmlntem eser elementlerin kolayca oksitlenip egzotermik yanma suumlrecine
doumlnuumlşmesine imkan sağlıyordu İşlemin sonunda homojen bir sıvı ccedilelik elde edilmekteydi Bessemer prosesi
konverter olarak bilinen armut biccedilimli bir başka taşıyıcı ile bağlantılı idi (Şekil 19) Refrakter astar silisyumlu asit
iccedilermekteydi Bu asidik astar sadece oldukccedila duumlşuumlk fosfor iccedileren sıvı ccedilelik uumlretmede uygundu
Şekil 19 Ccedilelik uumlretiminde kullanılan deney
amaccedillı Henry Bessemer konverterinin kesidi
Şekil 110 Armut biccedilimli ana Bessemer konverterinin
şematik goumlsterimi
(sıvı metali rafine etmek iccedilin ergiyiğe aşağıdan hava
uumlflenmektedir)
1879 da İngiliz Sidney Gilchrist Thomas bazik dolomit astarı doumlşenmiş olan bir konverter ile yuumlksek fosforlu
sıcak metali rafine etmeyi başarmıştır (Şekil 110) 1865 yılında ccedilelik uumlretiminde bir başka etkin youmlntem
geliştirildi Yanmış gazların ısısından faydalanarak ısıtma sağlayan ve hazneli olan bu youmlntemde de cevher yine
sıvı ccedilelik veya hurda ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmekteydi Bu teknik aslında İngilizce konuşulan uumllkelerde accedilık hazneli
(open hearth furnace) fırın olarak bilinse de onu geliştiren kişilerden dolayı Almanyarsquoda Siemens-Martin olarak
biliniyordu Elektrik enerjisinin yeterli miktarlarda ve ekonomik fiyatlarla kullanılmaya başlanmasıyla elektrik ile
elde edilen ısı ccedilelik yapımında kullanılmaya başlandı Bu youmlnde ilk adımlar 1850 li yıllara kadar gitmektedir
Guumlnuumlmuumlzde elektrik ark fırınları ccedilelik uumlretiminde sağlam bir zemin edinmiştir
Henry Bessemer yuumlksek saflıktaki oksijeni kullanarak rafinasyon prosesini hızlandıracağının farkındaydı Ancak
o zamanlarda yeterli saflıkta oksijen uumlretmek muumlmkuumln değildi Bu yuumlzden bu fikir gerccedilekccedili goumlruumlnmuumlyordu Saf
oksijende makul fiyatlara ancak 1930 yılında ulaşılabildi Thomas veya Bessemer youmlntemlerindeki alttan uumlflemeli
sistem ikinci duumlnya savaşından sonra uumlstten uumlflemeli oksijenle yer değiştirdi ve Bazik Oksijen Fırını (BOF) ccedilelik
uumlretiminde birden yaygınlaştı Guumlnuumlmuumlzde Almanyarsquoda ccedilelik uumlretimi BOF prosesi ile (ilk BOF prosesi 1957
yılında ccedilalışmaya başladı) elektrikli ccedilelik fabrikalarında yapılmaktadır Ccedileliğin sıcak metal aşaması olmadan
uumlretildiği orijinal ldquodoğrudanrdquo ccedilelik yapım youmlntemi ccedileşitli doğrudan reduumlkleme prosesleri ile tekrar oumlnem
kazanmaya başladı Ccediluumlnkuuml sıvı metal yuumlksek karbon iccedilermekteydi ve uumlretimi metalurjik anlamda dolambaccedillı bir
yol takip ediyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 6
Ccedilelik uumlretiminin gelişimi haddehaneler ve doumlvme teknolojisiyle 19yuumlzyılda hızlı bir gelişme goumlsterdi Bu yuumlzyılın
ortalarından itibaren kuumltlesel ccedilelik uumlretiminin gelişimi genişleyen sanayi toplumunun taleplerini karşılayabilmek
iccedilin kitle halinde ccedilelik şekillendirme ihtiyacını da ortaya koydu
Almanya accedilısından bahsedilmesi gereken en oumlnemli oumlrneklerden biri ise 1861 yılında yeni buharlı gemiler iccedilin
itici şaft imal edilmesine imkan veren ldquoFritzrdquo şahmerdanının geliştirilmesi idi Aynı şekilde tuumlp ve borularda
olduğu kadar geniş yassı saclardan zırh plakalarına koumlşebentlere filmaşinlere ve lamalara dek tuumlm bu uumlruumlnlerin
uumlretiminde haddehane teknolojisi anlamında oumlnemli gelişmeler sergilendi İlk olarak teller ccedilubuklar ve yassı
uumlruumlnlerde kullanılmaya başlandı Suumlrekli bir şekilde sıcak levha uumlreten ilk haddehane Almanyarsquoda 1937 de uumlretime
başlarken ilk soğuk şerit ccedileken haddehane ise 1953 de işletmeye accedilılmıştır
Bu tarihi gelişmeler doğal olarak diğer oumlnemli teknolojik gelişmeler kapsamında değerlendirilmelidir Ccedilelik
uumlretimindeki buumlyuumlk ilerleme yaklaşık olarak 150 yıl oumlnce meydana gelen icatlar ve gelişmelerin sonucu olarak
meydana gelmiştir Buhar makinesinin icadı demir sanayisine guumlccedilluuml ve esnek tahrik sistemi sağlamıştır Bol
miktardaki koumlmuumlrden uumlretilen kok koumlmuumlruuml ise metalurjik proseslerin azaltılmasında ideal bir yakıt olarak
goumlruumllmuumlştuumlr Demiryolları ve buhar gemilerinin gelişimi ise ccedilelik iccedilin buumlyuumlk pazarlar oluşturmuştur
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
1) CcedilELİK REHBERİ (STEELMANUAL VDEh Ccedilelik Enstituumlsuuml) Ccedileviri Hakan KOCcedilAK (Sağlam Metal) Mayıs
2012
2) http19521048207englishindexasp
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 5
Şekil 18 1840rsquolarda Upper Silesiarsquoda Laurahuumltte
demir tesisleri
Sıvı ccedilelik ilk olarak 1740 da İngiliz B Huntsman tarafından bir pota prosesi olarak uumlretildi Bu uumlretim Almanyarsquoda
19yuumlzyıla kadar gerccedilekleşmedi Kitlesel ccedilelik uumlretim ccedilağı 1856 yılında başka bir İngiliz olan Henry Bessemer
tarafından başlatıldı Boumlylelikle ilk defa kok koumlmuumlruuml ile ccedilalışan fırınlardaki sıcak metal uumlretiminde sağlanmış olan
hızlı artış ccedilok verimli bir teknik ile desteklenebilmekteydi Bessemer tarafından gerccedilekleştirilen bu proseste sıvı
metale alttan hava enjekte ediliyordu Bu youmlntem eser elementlerin kolayca oksitlenip egzotermik yanma suumlrecine
doumlnuumlşmesine imkan sağlıyordu İşlemin sonunda homojen bir sıvı ccedilelik elde edilmekteydi Bessemer prosesi
konverter olarak bilinen armut biccedilimli bir başka taşıyıcı ile bağlantılı idi (Şekil 19) Refrakter astar silisyumlu asit
iccedilermekteydi Bu asidik astar sadece oldukccedila duumlşuumlk fosfor iccedileren sıvı ccedilelik uumlretmede uygundu
Şekil 19 Ccedilelik uumlretiminde kullanılan deney
amaccedillı Henry Bessemer konverterinin kesidi
Şekil 110 Armut biccedilimli ana Bessemer konverterinin
şematik goumlsterimi
(sıvı metali rafine etmek iccedilin ergiyiğe aşağıdan hava
uumlflenmektedir)
1879 da İngiliz Sidney Gilchrist Thomas bazik dolomit astarı doumlşenmiş olan bir konverter ile yuumlksek fosforlu
sıcak metali rafine etmeyi başarmıştır (Şekil 110) 1865 yılında ccedilelik uumlretiminde bir başka etkin youmlntem
geliştirildi Yanmış gazların ısısından faydalanarak ısıtma sağlayan ve hazneli olan bu youmlntemde de cevher yine
sıvı ccedilelik veya hurda ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmekteydi Bu teknik aslında İngilizce konuşulan uumllkelerde accedilık hazneli
(open hearth furnace) fırın olarak bilinse de onu geliştiren kişilerden dolayı Almanyarsquoda Siemens-Martin olarak
biliniyordu Elektrik enerjisinin yeterli miktarlarda ve ekonomik fiyatlarla kullanılmaya başlanmasıyla elektrik ile
elde edilen ısı ccedilelik yapımında kullanılmaya başlandı Bu youmlnde ilk adımlar 1850 li yıllara kadar gitmektedir
Guumlnuumlmuumlzde elektrik ark fırınları ccedilelik uumlretiminde sağlam bir zemin edinmiştir
Henry Bessemer yuumlksek saflıktaki oksijeni kullanarak rafinasyon prosesini hızlandıracağının farkındaydı Ancak
o zamanlarda yeterli saflıkta oksijen uumlretmek muumlmkuumln değildi Bu yuumlzden bu fikir gerccedilekccedili goumlruumlnmuumlyordu Saf
oksijende makul fiyatlara ancak 1930 yılında ulaşılabildi Thomas veya Bessemer youmlntemlerindeki alttan uumlflemeli
sistem ikinci duumlnya savaşından sonra uumlstten uumlflemeli oksijenle yer değiştirdi ve Bazik Oksijen Fırını (BOF) ccedilelik
uumlretiminde birden yaygınlaştı Guumlnuumlmuumlzde Almanyarsquoda ccedilelik uumlretimi BOF prosesi ile (ilk BOF prosesi 1957
yılında ccedilalışmaya başladı) elektrikli ccedilelik fabrikalarında yapılmaktadır Ccedileliğin sıcak metal aşaması olmadan
uumlretildiği orijinal ldquodoğrudanrdquo ccedilelik yapım youmlntemi ccedileşitli doğrudan reduumlkleme prosesleri ile tekrar oumlnem
kazanmaya başladı Ccediluumlnkuuml sıvı metal yuumlksek karbon iccedilermekteydi ve uumlretimi metalurjik anlamda dolambaccedillı bir
yol takip ediyordu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 6
Ccedilelik uumlretiminin gelişimi haddehaneler ve doumlvme teknolojisiyle 19yuumlzyılda hızlı bir gelişme goumlsterdi Bu yuumlzyılın
ortalarından itibaren kuumltlesel ccedilelik uumlretiminin gelişimi genişleyen sanayi toplumunun taleplerini karşılayabilmek
iccedilin kitle halinde ccedilelik şekillendirme ihtiyacını da ortaya koydu
Almanya accedilısından bahsedilmesi gereken en oumlnemli oumlrneklerden biri ise 1861 yılında yeni buharlı gemiler iccedilin
itici şaft imal edilmesine imkan veren ldquoFritzrdquo şahmerdanının geliştirilmesi idi Aynı şekilde tuumlp ve borularda
olduğu kadar geniş yassı saclardan zırh plakalarına koumlşebentlere filmaşinlere ve lamalara dek tuumlm bu uumlruumlnlerin
uumlretiminde haddehane teknolojisi anlamında oumlnemli gelişmeler sergilendi İlk olarak teller ccedilubuklar ve yassı
uumlruumlnlerde kullanılmaya başlandı Suumlrekli bir şekilde sıcak levha uumlreten ilk haddehane Almanyarsquoda 1937 de uumlretime
başlarken ilk soğuk şerit ccedileken haddehane ise 1953 de işletmeye accedilılmıştır
Bu tarihi gelişmeler doğal olarak diğer oumlnemli teknolojik gelişmeler kapsamında değerlendirilmelidir Ccedilelik
uumlretimindeki buumlyuumlk ilerleme yaklaşık olarak 150 yıl oumlnce meydana gelen icatlar ve gelişmelerin sonucu olarak
meydana gelmiştir Buhar makinesinin icadı demir sanayisine guumlccedilluuml ve esnek tahrik sistemi sağlamıştır Bol
miktardaki koumlmuumlrden uumlretilen kok koumlmuumlruuml ise metalurjik proseslerin azaltılmasında ideal bir yakıt olarak
goumlruumllmuumlştuumlr Demiryolları ve buhar gemilerinin gelişimi ise ccedilelik iccedilin buumlyuumlk pazarlar oluşturmuştur
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
1) CcedilELİK REHBERİ (STEELMANUAL VDEh Ccedilelik Enstituumlsuuml) Ccedileviri Hakan KOCcedilAK (Sağlam Metal) Mayıs
2012
2) http19521048207englishindexasp
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 6
Ccedilelik uumlretiminin gelişimi haddehaneler ve doumlvme teknolojisiyle 19yuumlzyılda hızlı bir gelişme goumlsterdi Bu yuumlzyılın
ortalarından itibaren kuumltlesel ccedilelik uumlretiminin gelişimi genişleyen sanayi toplumunun taleplerini karşılayabilmek
iccedilin kitle halinde ccedilelik şekillendirme ihtiyacını da ortaya koydu
Almanya accedilısından bahsedilmesi gereken en oumlnemli oumlrneklerden biri ise 1861 yılında yeni buharlı gemiler iccedilin
itici şaft imal edilmesine imkan veren ldquoFritzrdquo şahmerdanının geliştirilmesi idi Aynı şekilde tuumlp ve borularda
olduğu kadar geniş yassı saclardan zırh plakalarına koumlşebentlere filmaşinlere ve lamalara dek tuumlm bu uumlruumlnlerin
uumlretiminde haddehane teknolojisi anlamında oumlnemli gelişmeler sergilendi İlk olarak teller ccedilubuklar ve yassı
uumlruumlnlerde kullanılmaya başlandı Suumlrekli bir şekilde sıcak levha uumlreten ilk haddehane Almanyarsquoda 1937 de uumlretime
başlarken ilk soğuk şerit ccedileken haddehane ise 1953 de işletmeye accedilılmıştır
Bu tarihi gelişmeler doğal olarak diğer oumlnemli teknolojik gelişmeler kapsamında değerlendirilmelidir Ccedilelik
uumlretimindeki buumlyuumlk ilerleme yaklaşık olarak 150 yıl oumlnce meydana gelen icatlar ve gelişmelerin sonucu olarak
meydana gelmiştir Buhar makinesinin icadı demir sanayisine guumlccedilluuml ve esnek tahrik sistemi sağlamıştır Bol
miktardaki koumlmuumlrden uumlretilen kok koumlmuumlruuml ise metalurjik proseslerin azaltılmasında ideal bir yakıt olarak
goumlruumllmuumlştuumlr Demiryolları ve buhar gemilerinin gelişimi ise ccedilelik iccedilin buumlyuumlk pazarlar oluşturmuştur
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
1) CcedilELİK REHBERİ (STEELMANUAL VDEh Ccedilelik Enstituumlsuuml) Ccedileviri Hakan KOCcedilAK (Sağlam Metal) Mayıs
2012
2) http19521048207englishindexasp
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 7
BOumlLUumlM 2 DEMİR CcedilELİK UumlRETİM RAKAMLARI
21 Duumlnya Demir Cevheri Rezervleri
Duumlnya demir cevherlerinin 2010 yılı itibarıyla dağılımı Şekil 21 de verilmiştir Şekilden goumlruumllduumlğuuml uumlzere demir
cevheri tuumlm duumlnya genelinde dağılım goumlstermektedir En buumlyuumlk demir cevheri rezervleri Brezilya Avustralya ve
Rusyarsquoda bulunmakta bu uumllkeleri Ccedilin ve Ukrayna takip etmektedir Bununla birlikte bu rezervlerin ccedilıkarılıp
değerlendirilmesi diğer bir ifadeyle cevherin uumlretim payları uumllkelerin rezervleriyle orantılı değildir Duumlnyada en
ccedilok demir cevheri madenciliği yapan uumllke Ccedilinrsquodir Bu uumllkeyi sırasıyla Avustralya Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir 2010 yılı itibarıyla duumlnya demir cevheri uumlretim payları Şekil 22 de verilmiştir
Şekil 21 Duumlnya demir cevheri rezervlerinin dağılımı (2010)
Şekil 22 Duumlnya demir cevheri uumlretim payları (2010)
22 Duumlnya Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
Duumlnya ham ccedilelik uumlretimi ekonomik buumlyuumlme tahminlerine paralel olarak 2011 yılında bir oumlnceki yılın aynı
doumlnemine goumlre 68rsquolik artış kaydederek 1527 milyar tona ulaşmıştır Bu uumlretimin yarısından fazlası Asyarsquoda
gerccedilekleştirilmiştir Asya yıllık 988 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına goumlre 79 artış goumlstermiştir 2011 yılında
bu boumllgenin duumlnya uumlretimindeki payı 647rsquoye ulaşmıştır Ccedilin 2011 yılında 695 milyon tonluk uumlretim
gerccedilekleştirmiştir Avrupa 28rsquolik bir artışla 1774 milyon tonluk uumlretim kaydetmiştir 2011 yılında Kuzey
Amerika 1189 milyon ton uumlretimiyle uumlretimini 68 artırmıştır Amerika bu doumlnemde uumlretimini 7 artırarak 86
milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiştir BDT 4rsquoluumlk artış goumlstererek 1126 milyon ton uumlretim gerccedilekleştirmiş bunun
687 milyon tonunu Rusya 353 milyon tonunu Ukrayna kaydetmiştir
Rusya 16
Ukrayna 10
Brezilya 18
Avustralya 17
Ccedilin 8
Hindistan 5
ABD 3
İsveccedil 3
Kanada 2
Diğer 18
000500
1000150020002500300035004000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 8
Global ekonomideki buumlyuumlmenin yavaşlaması huumlkuumlmet harcamalarının kısıtlanması mali sıkılaştırma tedbirleri
ABrsquonin dış ticareti uumlzerinde olumsuz etki yapmıştır 2011 yılında Ccedilin ekonomisi 95 ABD 2 Rusya ise 35
buumlyuumlme kaydetmiştir Gelişmiş uumllkelerin taleplerinde zayıflama goumlruumllmekle beraber Asya uumllkeleri ve gelişmekte
olan uumllkelerin taleplerinde artış goumlruumllmuumlştuumlr Tuumlrkiyersquonin oumlnemli bir pazarı olan AB uumllkelerinde ccedilelik tuumlketimi
75 artmakla birlikte ithal uumlruumlnlerin Ccedilelik piyasasındaki payı 21 seviyelerine ulaşmıştır Bu doumlnemde Tuumlrkiye
ABrsquoye youmlnelik yassı ccedilelik ihracatını ciddi bir oranda artırmıştır Ocak Temmuz doumlneminde Tuumlrkiye ABrsquoye en fazla
sıcak haddelenmiş geniş şerit ihraccedil eden uumllke konumuna gelmiştir Duumlnya ham ccedilelik uumlretim rakamları ve grafiği
Şekil 23 de verilmiştir
Şekil 23 Ham ccedilelik uumlretim rakamları [wwwworldsteelorg]
Tablo 21 Duumlnya ham ccedilelik uumlretimindeki değişimler [wwwsanayigovtr]
Duumlnya Ccedilelik ticareti 2011 yılının ilk yarısında artmakla beraber diğer yarısında bir oumlnceki yılın aynı doumlnemine
goumlre kuumlccediluumlk bir azalma kaydetmiştir 2011 yılında en buumlyuumlk ihracatı Ccedilin
gerccedilekleştirmiştir Boumllgesel olarak ticaret dengelerini incelediğimizde NAFTA uumllkelerinin (Kuzey Amerika) demir
ccedilelik ticareti accedilığının artmış olduğunu Avruparsquonın ticaret fazlasından accedilığa doğru bir doumlnuumlşuumlm gerccedilekleştirdiğini
bazı Asya uumllkelerinin ise demir ccedilelik ticaretlerinde fazla verdiği goumlzlenmiştir
Şekil 24 de uumllkelerin 2012 yılında ccedilelik uumlretim payları verilmiştir Şekilden goumlruumlleceği uumlzere ccedilelik uumlretiminde en
buumlyuumlk pay Ccedilinrsquode uumlretilene aittir Tuumlrkiye ise duumlnya ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 23 luumlk kısmını karşılamakta ve
duumlnyada 2012 yılı itibarı ile 8sırada bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 9
Şekil 24 Duumlnya ccedilelik uumlretiminde uumlkelerin payları (2012 yılı uumlretim rakamlarına goumlre)
Tablo 22 de duumlnyada ccedilelik uumlretiminde soumlz sahibi olan firmalar listelenmiştir Tablodan goumlruumlleceği uumlzere en fazla
ccedilelik uumlretiminin yapılan boumllgesin Asya boumllgesi (Ccedilin Kore Japonya ve Hindistan) olduğu goumlruumllmektedir Duumlnya
ccedilelik uumlretim lideri ArcelorMittal olup bu firma ccedilelik uumlretiminin 47 sini Avrupada 35 ini Amerika kıtasında
18 ini ise diğer uumllkelerde (Kazakistan Ukrayna Guumlney Afrika) gerccedilekleştirmektedir Bu firma duumlnyada 20 den
fazla uumllkede ccedilelik uumlretimi yapmaktadır
Tablo 22 Duumlnya ccedilelik uumlreticileri (milyon ton)
Sıra 2011 2010 ŞİRKET Uumllke
1 972 982 ArcelorMittal Luumlksemburg
2 444 529 Hebei Iron and Steel Ccedilin
3 433 370 Baosteel Grubu Ccedilin
4 391 354 POSCO G Kore
5 377 366 Wuhan Iron and Steel Ccedilin
6 334 350 Nippon Steel Japonya
7 319 301 Jiangsu Shagang Ccedilin
8 300 258 Shougang Ccedilin
9 299 311 JFE Japonya
10 298 221 Ansteel Ccedilin
11 240 232 Shandong Iron and Steel Group Ccedilin
12 238 235 Tata Steel Hindistan
13 220 223 United States Steel Corporation ABD
14 205 216 Gerdau Brezilya
15 199 183 Nucor Corporation A BD
4630
690570490460450270230220210
1780
000
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 10
22 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik Uumlretim Rakamları
221 Tuumlrkiye Demir Rezervleri
Tuumlrkiyersquode bu guumlne değin 900 kadar mıntıkada demir cevheri saptanmış olup ekonomik olabileceği duumlşuumlnuumllen
500 civarında mıntıkada etuumlt yapılmıştır Bu ccedilalışmalarda Tuumlrkiye demir cevheri bakımından 10 boumllgeye
ayrılmıştır
1 Sivas-Malatya Boumllgesi
2 Kayseri - Adana Boumllgesi
3 İccedilel Boumllgesi
4 Payas - Kilis Boumllgesi
5 Giresun Boumllgesi
6 Ankara - Kırşehir Boumllgesi
7 Sakarya - Ccedilamdağ Boumllgesi
8 Ccedilanakkale - Balıkesir Boumllgesi
9 Kuumltahya Boumllgesi
10 Aydın - İzmir Boumllgesi
Ancak bu boumllgelerin demir tenoumlruuml ve rezervleri değişkenlik arz etmektedir Bu nedenle daha sağlıklı bir
boumllgelendirme aşağıdaki şekilde yapılabilir
Sivas ndash Malatya ndash Erzincan Boumllgesi Bu boumllge halen işletilmekte olan madenlerin buumlyuumlk kısmını ihtiva etmesi
rezervlerinin buumlyuumlkluumlğuuml ve ileride değerlendirilebilecek duumlşuumlk tenoumlrluuml rezervleri de iccedilermesi nedeniyle
Tuumlrkiyersquonin en buumlyuumlk demir cevheri boumllgesidir Halen yuumlksek tenoumlrluuml direk şarjlık cevher uumlretim merkezi
durumunda olan bu boumllgede 1985 yılında Divriği Konsantrasyon ve pelet tesisleri uumlretime başlamıştır Duumlşuumlk
tenoumlrluuml Hekimhan-Deveci sideritlerini işlemek iccedilin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine duumlşuumlk tenoumlrluuml Hekimhan-
Hasanccedilelebi manyetit yataklarının işletilmesi iccedilin duumlşuumlnuumllen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu boumllgede yer
alacak olması boumllgenin uzun yıllar Tuumlrkiye demir madencilik boumllgesi olacağını goumlstermektedir Bu boumllgede son
yıllarda yapılan ccedilalışmalarla oumlnemli rezerv artırıcı gelişmeler kaydedilmiş olup Divriği A+B Kafa Dumluca
Bizmişen Kurudere Ccediletinkaya Otluklise Deveci Karakuz Sivritepe Hasanccedilelebi bu boumllgenin oumlnemli cevher
yataklarıdır
Şekil 25 Tuumlrkiye demir rezervlerinin dağılımı
Kayseri ndash Adana ndash Boumllgesi Tuumlrkiyersquonin ikinci derecede oumlnemli demir cevheri boumllgesi olup daha ziyade yuumlksek
tenoumlrluuml direk şarjlık cevherler iccedilermektedir Attepe Kızıl Menteş Karaccedilattepe Mağrabeli (Koruyeri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 11
Elmadağbeli Ayıdeliği Kararnadazı ve Tacir demir yataklarının bulunduğu bu boumllgede son yıllarda (1989-1993)
MTA tarafından yapılan etuumld ve sondajlı aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarında oumlnemli rezervler ortaya
ccedilıkarılmış olup yeni rezervlerin bulunması beklenmektedir
Ankara ndash Kesikkoumlpruuml Boumllgesi Ankara-Bala Kırıkkale-Keskin arasında yer alan boumllgede Madentepe Buumlyuumlkocak
Camiisağır ve Camiikebir yatakları bulunmakta olup uzun yıllardır Karabuumlk Demir Ccedilelik Tesislerine sevkiyat
yapılmaktadır
Batı Anadolu Boumllgesi Batı Anadolu Boumllgesi demir cevheri yatakları genellikle yuumlksek tenoumlrluuml ancak empuumlriteli
cevher ihtiva etmektedir Bu cevherler ancak diğer cevherler ile harmanlamak suretiyle empuumlriteleri tolere edilerek
kullanılırlar Boumllgede mevcut Şamlı cevheri Cu Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S youmlnuumlnden
empuumlritelidir Ayazmant Buumlyuumlk ve Kuumlccediluumlk Eymir Ccedilavdar Hortuna sahaları bu boumllgede bulunmaktadır
Diğer Boumllgeler Yukarıda soumlz edilen boumllgeler dışında kalan cevher yatakları belirli bir boumllgede toplanamayacak
şekilde dağınık olup en oumlnemlisi Bingoumll - Genccedil - Avnik yatağıdır Yatak oumlnemli miktarda rezerv olmakla beraber
fosfat (P) empuumlritesi iccedilerdiğinden teknolojik proses gerekmektedir Ayrıca Sakarya - Ccedilamdağ (karbonat ve silisli)
Payas (yuumlksek aluumlminalı) İccedilel youmlresindeki (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yataklar Bitlis - Meşesırtı Oumlkuumlzyatağı (Fosfat
empuumlriteli) Adıyaman - Ccedilelikhan - Bulam (Fosfat empuumlriteli) Kahramanmaraş - Beritdağı (duumlşuumlk tenoumlrluuml) yozgat
- Sarıkaya (duumlşuumlk tenoumlrluuml) gibi sorunlu cevher yatakları da teknolojik proses gerektirmektedir
Tablo 23 Tuumlrkiyersquodeki demir cevheri sahaları (wwwmtagovtr)
222 Tuumlrkiyersquonin Ccedilelik Uumlretim Rakamları
2011 yılı itibarıyla Tuumlrkiye 341 milyon tonluk uumlretimiyle 2010 yılına kıyasla ham ccedilelik uumlretimini 17 artmıştır
Bu performansıyla Tuumlrkiye Duumlnya Ham Ccedilelik Uumlretim sıralamasında ilk 10 uumllke arasında yer almıştır 2011 yılında
uumlretimini 172 oranında artıran sektoumlr bu doumlnemde de duumlnya ccedilelik uumlretiminde ilk 10 uumlretici arasına girmiştir
Kuumltuumlk uumlretimi miktar bazında 11 oranında artışla 221 milyon tona slab uumlretimi ise 36 oranında artışla 89
milyon tona yuumlkselmiştir Nihai mamul uumlretiminde 2011 yılında Tuumlrkiye uumlretimini toplam 215 oranında
artışla 2010 yılındaki 2630 milyon tondan 319 milyon tona yuumlkseltmiştir Yeni kapasitelerin de katkısıyla en
yuumlksek uumlretim artışı 369 oranında artışla 663 milyon tondan 908 milyon tona ulaşan yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmiştir Aynı doumlnemde uzun uumlruumln uumlretimi ise 163 oranında artışla 1967 milyon tondan 2287 milyon
tona ulaşmıştır 2011 yılında 3194 milyon tonluk toplam nihai ccedilelik uumlruumlnleri uumlretiminin 716 oranındaki kısmı
uzun uumlruumlnlerden 284 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerden oluşmuştur 2011 yılında elde edilen toplam 564
milyon tonluk uumlretim artışının 57 oranındaki kısmı uzun uumlruumlnlerde 43 oranındaki kısmı yassı uumlruumlnlerde
goumlzlenmektedir
Tablo 24 2011 yılı Tuumlrkiyersquonin uumlruumlnlere goumlre ham ccedilelik uumlretimi (1000 t) [wwwsanayigovtr]
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 12
Tuumlrkiyersquonin 2015 yılına kadar yassı-uzun uumlruumln arz-talep dengesizliğinden kaynaklanan sorunları oumlnemli oumllccediluumlde
geride bırakması ve demir-ccedilelik sektoumlruumlnuumln oumldemeler dengesi accedilığını kapatma youmlnuumlnde oumlnemli katkı sağlaması
beklenmektedir Uzun vadede ise vasıflı paslanmaz ve yapısal ccedilelik gibi katma değeri yuumlksek uumlruumlnlerin uumlretim
ve tuumlketim paylarını arttırması oumlngoumlruumllmektedir Ayrıca Tuumlrkiyersquonin deprem boumllgesinde olması nedeniyle yapısal
ccedileliğe youmlnelik tuumlketim alışkanlıklarının yerleşmesi sonucunda ciddi uumlretim kapasitelerine ulaşması
beklenmektedir Demir ccedilelik sektoumlruumlnde başta inşaat ve otomotiv olmak uumlzere boru profil dayanıklı tuumlketim
eşyası yakıt araccedil ve gereccedilleri imalatı tarım araccedilları imalatı teneke tuumlketicileri ile gemi inşa sektoumlruumlne youmlnelik
uumlretim yapılmaktadır
2011 yılında genellikle inşaat sektoumlruuml tarafından tuumlketilen uzun uumlruumlnlerde toplam tuumlketim 177 oranında artışla
1166 milyon tondan 1372 milyon tona yuumlkselirken daha ccedilok otomotiv beyaz eşya makine sektoumlrleri tarafından
tuumlketilmekte olan yassı uumlruumlnlerdeki tuumlketim artışı ise 106 seviyesinde kalmış ve 132 milyon tona ulaşmıştır
Şekil 26 Tuumlrkiye Demir ndash Ccedilelik haritası [wwwsanayigovtr]
Uumllkemizde ham ccedilelikten nihai mamul uumlreten uumlreticiler Marmara Ege Akdeniz Karadeniz ve İccedil Anadolu
boumllgesinde faaliyet goumlstermekte olup uumlreticilerin ccediloğunluğu Marmara Ege Akdeniz sahil şeridinde yer
almaktadır Demir ccedilelik sektoumlruumlnde yaklaşık 150rsquoye yakın firma faaliyet goumlstermektedir Bunların iccedilerisinde
kapasiteleri 50000 ton ile 3500000 ton arasında değişen Elektrik Ark Ocaklı tesis ile toplam kapasiteleri
8500000 ton olan entegre tesis bulunmaktadır Diğer tesisler ise sadece haddehane huumlviyetinde olup dışardan
satın almış oldukları kuumltuumlk ile profil filmaşin nervuumlrluuml ve yuvarlak inşaat demiri uumlreten tesislerdir
Tablo 25 EAO ve BOF bazında hurda ve cevher kullanım rakamları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 13
Demir ccedilelik sektoumlruumlnde ağırlıklı olarak ithal girdi kullanılmaktadır Elektrik Ark Ocaklı (EAO) kuruluşlarda
hammadde olarak kullanılan hurdanın 70 civarındaki boumlluumlmuuml ithal edilmektedir 2011 yılında 98 milyar (215
milyon ton) dolarlık hurda ithal edilmiş ve bu ithalatın buumlyuumlk bir kısmı ABD Rusya Ukrayna ve AB (27)
uumllkelerinden yapılmıştır Entegre tesislerde ise hammadde olarak 11 milyar dolar (4 milyon ton) taş koumlmuumlruuml ve
12 milyar dolarlık demir cevheri ithal edilmiştir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwnorthernironcorpcomcanadian-iron-ore-market
httpwwwdcudorgtr
httpwwwworldsteelorg
httpwwwsanayigovtrFilesDocumentsdemir-celik-raporu-2012-06042012151706pdf
httpmineralsusgsgovmineralspubscommodityiron_oremcs-2011-feorepdf
httpwwwmtagovtr
Erdemir Madencilik San Tic AŞ
BOumlLUumlM 3 HAMMADDELER VE OumlN İŞLEMLER
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 14
31 Demir ndash Ccedilelik Uumlretiminde Kullanılan Hammaddeler
Demir ndash Ccedilelik uumlretimi iccedilin gerekli hammadde ve başlangıccedil malzemeleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir
Demir esaslı malzemeler (demir cevheri hurda)
Yakıtlar ve reduumlkleyiciler (kok koumlmuumlr gaz vb)
Flakslar (curuf yapıcılar) ve ilaveler (alaşım yapıcılar)
311 Demir Cevherleri
Yerkabuğundaki elementler arasında demir 56 bulunma oranı ile oksijen silisyum ve aluminyumdan sonra
doumlrduumlncuuml sırada yer almaktadır
Demir doğada saf halde yer almayıp kimyasal bileşikler şeklinde bulunmaktadır En ccedilok rastlananı demir ndash oksijen
(demir oksitler) bileşikleridir Demir bileşikleri daima ldquogangrdquo olarak bilinen empuumlriteler ile karışık halde
bulunurlar Bu demir oksit ve gang karışımı ekonomik uumlretimin muumlmkuumln olduğu demir cevherleri olarak
sınıflandırılırlar
Gang bileşimi demir cevherlerinin işlenmesinde oumlnemli bir role sahiptir Eğer gang yuumlksek oranda kireccedil (CaCO3)
iccedileriyorsa cevher ldquobazikrdquo silika (SiO2) oranı daha fazla ise ldquoasidikrdquo olarak nitelendirilir
Demir ccedilelik sektoumlruumlnuumln ana hammaddesi demir cevheridir Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi iccedilin
işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir Ccedilelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin
harman tenoumlruumlnuumln en az 57 Fe olması arzu edilmektedir Demir cevherleri doğada
Manyetit (Fe3O4)
Hematit (Fe2O3)
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Goumltit (Fe2O3H2O)
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2)
mineralleri şeklinde bulunmaktadır
Manyetit (Fe3O4) (FeOFe2O3)
Yuumlksek oranda demir iccedileren (60-70) ve eser elementlerden geniş
oumllccediluumlde arındırılmış bir demir cevheridir Gang mineralleri
ccediloğunlukla silis (asidik) iccedileriklidir Demir ve oksijen atomlarının
manyetit yapısında ccedilok sıkı bağlı olmaları nedeniyle reduumlklenmesi
zordur İsminden de anlaşılacağı uumlzere yuumlksek manyetiklik oumlzelliği
goumlsterir İsveccedil Norveccedil ve Rusyarsquoda geniş manyetit yatakları
mevcuttur
Hematit (Fe2O3)
Duumlşuumlk fosfor (P) ve kuumlkuumlrt (S) iccedileriği silisli (asidik) yapısıyla
yuumlksek demir iccedileriğine sahiptir Belirgin kızıl rengi demir (uumlccedil)
oksit iccedileriğinden kaynaklanmaktadır Demir-oksijen bağları daha
zayıf olduğundan kolay reduumlklenebilir İşlenebilir maden yatakları
yerkuumlrenin her yerinde bulunabilir
Limonit (FeO(OH)nH2O)
Limonit ldquosulurdquo olup demir oksitler su ile kararlı bir bağ
oluşturmuştur Duumlşuumlk demir konsantrasyonu ile en yaygın bulunan
demir cevheridir Maden işletmesi maden yatakları ccedilok geniş
olduğunda ekonomikliği vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 15
Siderit (FeCO3)
30-40 Fe iccedileriği ile siderit cevheri nispeten kolay reduumlklenebilir
Ccediloğunlukla kireccedil mangan ve duumlşuumlk oranda fosfor iccedilerir En uumlnluuml
cevher dağı olan Steiermark (Avusturya) bu tuumlr cevherden
oluşmaktadır Siderit madenleri guumlnuumlmuumlzde ekonomik olarak
oumlnemini yitirmiştir
Goumltit (Fe2O3H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileşiklerinden biri olan goumltit genelde doğada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta oumlnemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir
Pirit (FeS2)
Pirit yaygın ve demir oranı yuumlksek iccedilermesine rağmen oumlnemli bir
demir kaynağı olarak hiccedil kullanılmamıştır Hematit gibi birincil
demir cevheri değildir Kuumlkuumlrt kazanımı amacıyla kullanılan bir
cevher olarak kabul edilmektedir
Demir ndash Ccedilelik uumlretim fabrikalarının yuumlksek fırınlarında kullanılan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aşağıda sıralanmıştır
demir oranının tipi ve miktarı
metalurjik oumlzellikler (sinterleme sırasında cevherin davranışı tane parccedilalanması vb)
reduumlklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktarı (Al Mn P K Na)
Ccedilok dar aralıkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanımlayan demir cevheri kalite standartlarına artık daha
sık rastlanmaktadır Demir cevherinin değerlendirilmesinde uumlretim ve sıcak metale (sıvı pik demir) veya doğrudan
reduumlklenmiş demire (DRI) doumlnuumlşuumlmuumlndeki maliyetler de oumlnemlidir İlgili kriterler aşağıda oumlzetlenmiştir
cevherlerin demir iccedileriği
empuumlritelerin varlığı (gang)
tane boyut dağılımı
maden yatağının genişliği
cevherin madenden ccedilıkarılma maliyetleri
maden yatağından uumlretim tesislerine olan nakliye masrafları
Cevherler hem accedilık maden işletmesi (Şekil 31) hem
de yer altı madenleri (Şekil 32) şeklinde
ccedilıkarılabilirler Ccedilalışılabilir demir cevheri
madenlerinin yuumlzeye yakın olduğu yerlerde cevher
accedilık işletme şeklinde ccedilıkarılabilir Yer altı
işletmeciliği demir cevheri ccedilıkarılmasında pahalıya
mal olmaktadır
Şekil 31 Accedilık demir maden işletmesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 16
Demir madenleri ccedilok nadir olarak madenden
doğrudan demir-ccedilelik fabrikalarının stoklarına
goumlnderilirler Rota genellikle birden fazla yuumlkleme ve
uzun taşıma mesafeleri iccedilermektedir Taşıma
işlemlerinden oumlnce gang minerallerinin ccediloğunluğu
giderilerek cevher konsantre hale getirilir Bu işlem
cevher zenginleştirme olarak bilinmektedir
Şekil 32 Kapalı demir maden işletmesi
312 Curuf Yapıcılar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun kuumllleri bileşen elementlerine bağlı olarak 1700 ndash 2000degC gibi yuumlksek
ergime sıcaklıklarına sahiptir Bu malzemeler yuumlksek fırının ccedilalışma sıcaklıklarında kolayca ergitilemedikleri iccedilin
flaks adı verilen curuf yapıcı malzemeler ilave edilmektedir Bunlar gangın ergime sıcaklıklarını 1300 ndash 1400degC
ye duumlşuumlrerek duumlşuumlk viskoziteli curuf oluşturur
Curuf yapıcı ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasında kimyasal olarak birleştiği veya fiziksel olarak
karıştığı yabancı maddelerden ayrıştığı metalurjik işlemlere izabe adı verilmektedir Demir izabesinde yabancı
maddeler bu her iki durum suumlrekli mevcut olduğundan ham demir uumlretimi iki işlem gerektirir
1) metalin bileşik olarak bulunduğu elemanlardan ayrılması (reduumlksiyon)
2) metalin karışım halinde bulunduğu kısımdan (gang) ayrılması
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa geccedilmesi istenen gang mineralleri genelde refrakter oumlzelliktedir bir diğer
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yuumlksek sıcaklıklarda ergirler Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe işlemini geciktirir Bu durumda flaksların birinci goumlrevi gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir
Cevher iccedilindeki bazı elemanlar demir ile benzer tarzda reduumlklenmekte demir iccedilinde ergimekte ve demir ile bileşik
yapmaktadır Hammadde iccedilerisinde demir ile bileşik yapmış bu elemanlar demir metali yerine tercih edecekleri
başka bir madde bulunmadığı suumlrece demirden ayrılmayacaktır Bu durumda flaksların ikinci oumlnemli goumlrevi gang
minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale geccedilmesini sağlamak
tır
İzabe işlemine giren buumltuumln curuf yapıcı maddeler aralarında bileşikler yapmak iccedilin birbirleri ile reaksiyon
gerccedilekleştirmeleri bakımından asidik ve bazik olarak sınıflandırılırlar İzabe işlemlerinde yuumlksek sıcaklıklarda en
aktif asidik bileşenler silis ve fosfor en bazik bileşenler ise kalsiyum magnezyum ve sodyum bileşikleridir
Flaksların goumlrevlerinden biri istenmeyen yabancı maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduğundan bazik karakterli yabancı maddeleri gidermek iccedilin asidik flaks asidik karakterli yabancı
maddeleri gidermek iccedilin bazik flaks kullanılmaktadır Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasındaki
reaksiyonlar sonucu oluşan curufun ergime sıcaklığı curufu oluşturan bileşenlerin ergime sıcaklığından daha
duumlşuumlktuumlr
Birccedilok cevherde asidik ve bazik karakterli yabancı maddeler bulunmasına karşılık asidik bileşenler (SiO2 gibi)
daha fazladır Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta ancak asidik olan SiO2 yi bağlayacak
kadar bulunmamaktadır Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iccedilin yuumlksek fırında ham demir
uumlretiminde flaks malzemesi olarak kireccediltaşı (CaCO3) kullanılmaktadır Kireccediltaşı bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3CaCO3) diğer bazik flakslara oumlrnektir Asidik flakslara oumlrnek silika (SiO2) verilebilir Bu flaks
malzemesi genelde ccedilelik uumlretiminde kullanılmaktadır
Bazik flaks olan kireccediltaşı yuumlksek fırına parccedila halinde şarj edilebildiği gibi cevherin sinterlenmesi esnasında
oumlğuumltuumllerek sinter harmanına katılarak da ilave edilebilir Bu durumda flaks yuumlksek fırına şarj edilmeden oumlnce
cevherdeki bazı yabancı maddelerle birleşir ve yuumlksek fırına gerekenden daha az kireccediltaşı şarjı sağlanmış olur
Genel olarak sinterleme kullanılacak kireccediltaşının tane boyutunun 3 mmrsquonin altında yuumlksek fırında kullanılacak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 17
parccedila kireccediltaşının boyutunun 5-10 cm aralığında olması istenir Fırının normal ccedilalışması esnasında kireccediltaşı
aşağıdaki reaksiyona goumlre parccedilalanır
CaCO3 rarr CaO + CO2
CO2 gazı fırının yukarı kısmına doğru giderken CaO fırının alt kısımlarında curuf yapıcı olarak goumlrev yapar
Yuumlksek fırında kullanılacak kireccediltaşının olabildiğine az silika iccedilermesine dikkat edilir Ccedilelik uumlretimi esnasında ise
kireccediltaşı kalsine edilerek yani CaO halinde fırına ilave edilir ki bu maddeye yanmış kireccedil adı verilir
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanılır Şartlara bağlı olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir Oumlrneğin yuumlksek silisli curuflarda aluminyum silikat yuumlksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileşiği oluşturur
Yuumlksek fırında kullanılan ve noumltr karakterli bir başka flaks malzemesi Fluşpat (CaF2) dır Bu flaks malzemesinin
temel goumlrevi curufu daha akışkan yapmaktır Fluşpatın genel bir kimyasal bileşimi aşağıda verilmiştir
Tablo 31 Fluşpatın tipik kimyasal bileşimi
Bileşen
CaF2 81
SiO2 475
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanılmadan oumlnce oumlğuumltuumlluumlr ve kurutulurlar Tane boyutlarının kuumlccediluumlk olması tanelerin yuumlzey
alanının artmasına neden olduğundan daha kolay reaksiyona girmesini sağlarlar Bu nedenle tane boyutu bu tuumlr
reaksiyonlarda oumlnemlidir
313 Metalurjik Kok
Reduumlkleyici malzemeler yuumlksek fırında demir cevherinin işlenmesinde kullanılır Em oumlnemli reduumlkleyici madde
kok koumlmuumlruumlduumlr Metalurjik kok uumlretimi daha detaylı olarak Boumlluumlm 4rsquode anlatılacaktır
32 Oumln İşlemler
Modern ve yuumlksek performanslı yuumlksek fırın uumlretimleri cevherin reduumlklenebilirliğinin arttırılması ile
gerccedilekleşmektedir Bu oumln hazırlıklar yuumlksek fırın şarj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandırılan oumln
işlemlerdir Genel olarak bu aglomerasyon işlemi sinterleme veya peletleme ile sağlanmaktadır Bir başka
aglomerasyon işlemi ise briketlemedir Aglomerasyon işleminin 2 temel amacı vardır
1) Boyut buumlyuumltme
2) Mukavemet ve geccedilirgenliği arttırma
Ccedilok kuumlccediluumlk cevher parccedilacıklarının yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Bunun nedeni kuumlccediluumlk partikuumlller fırın
iccedilerisinde reaksiyona girmeden baca gazına karışarak uzaklaşabilecek olmasıdır Bu yuumlzden kuumlccediluumlk partikuumlller
aglomerasyon işlemiyle daha buumlyuumlk boyutlu hale getirilirler Ayrıca aglomerasyon işlemiyle daha boşluklu (poroz)
bir yapı elde edilir Bu sayede oumlzellikle katı ndash gaz reaksiyonlarında reaksiyon temas alanı artar reduumlksiyon daha
fazla gerccedilekleşir
Aglomerasyon işlemleri sonrasında elde edilen uumlruumlnlerde (aglomeratlarda) aranan temel oumlzellikler ise
1) aglomerat tane iriliği
2) parccedilalanma oumlzelliği
3) sağlamlık
4) porozite
5) yoğunluk
6) topaklanma oumlzelliği
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 18
Oumlzellikle duumlşuumlk tenoumlrluuml cevherlerin cevher zenginleştirme youmlntemleriyle tenoumlrlerinin yuumlkseltilmesi istenmeyen
safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin oumlnemini her guumln biraz daha arttırmaktadır
Guumlnuumlmuumlzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon işlemlerinden sinterleme ve peletleme
ccedilok buumlyuumlk boyutlara ulaşmıştır
Duumlnyada yuumlksek fırın şarjının 50 si sinter geri kalanı parccedila cevher ve pelettir Avruparsquoda bu oran 70 sinter
16 pelet 14 parccedila cevherdir
321 Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel amaccedil vardır Bunlar
1) Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yuumlksek fırına şarj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kuumlkuumlrduuml oksit haline doumlnuumlştuumlrmek ve kuumlkuumlrt miktarını azaltmak
3) Yuumlksek fırın ccedilalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yuumlksek mukavemetli
ufalanmaya karşı dayanıklı şarj malzemesi elde etmek ve bu sayede uumlretim verimini arttırıp işletme arızalarını en
aza indirmek
Şekil 33 Sinter prosesinin şematik goumlsterimi
Bir sinter prosesinde şarj malzemesi
Toz halindeki cevher
Katkı malzemeleri (oumlrn Kireccediltaşı)
Geri doumlnuumlşmuumlş demir bazlı malzemeler (geri doumlnduumlruumllmuumlş sinter tozları toz tutma sistemlerinden gelen
tozlar haddelemeden gelen tufaller vb)
Kok tozu (şarjda yanma olayının sağlanması iccedilin)
Sinterleme işleminden oumlnce şarj malzemelerinin uygun şekilde karıştırılması gerekmektedir Toz halindeki cevhere
kireccediltaşı gibi katkı malzemesi geri doumlnuumlşmuumlş malzemeler ve yanma olayının gerccedilekleşmesi iccedilin kok tozu ilave
edilir ve harman bir karıştırıcıya yuumlklenir Burada iyi bir karışım sağlanır hatta bir miktar kuumlccediluumlk peletler de
oluşabilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 19
Şekil 34 Sinter harmanının sinter fırınına ilerlemesi ve yanma boumllgesi
Sinter uumlnitesinde ısıya dayanıklı doumlkme demirden uumlretilmiş geniş bir hareket eden ızgara bulunmaktadır
Sinterlenecek malzeme 3-5 cm kalınlığındaki geri doumlnuumlşmuumlş sinter malzemesinin uumlzerine yerleştirilmektedir
Alttaki bu tabaka hem sinter harmanının ızgara boşluklarından aşağıya akmasını oumlnler hem de ızgarayı yanma
ısılarından korur Modern sinter uumlnitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasının derinliği yaklaşık 40-60 cm
arasındadır Eski tesislerde bu derinlik daha kuumlccediluumlktuumlr
Izgarada sinterleme haznesinin başında harmandaki koku ateşleyecek yani yanmasını sağlayacak bir tutuşturma
kısmı bulunmaktadır Tutuşma sağlanan harmanların bulunduğu ızgaraların alt kısmındaki hava kanallarından
hava emişi yapılarak karışımdaki yanma işleminin (ve dolayısıyla sinterleme işleminin) devam etmesi sağlanır
250 m2 hava emiş alanına sahip veya 3 m genişlikte ızgaraları bulunan sinter tesisleri de bulunmaktadır Sinter
karışımı ızgara boyunca ilerlerken yanma boumllgesi karışımda aşağıya doğru ilerlemektedir Bu durum kuumlccediluumlk
partikuumllleri sinterleyerek poroz yapılı bir malzeme olmasına yetecek ısıyı (1300 ndash 1480oC sıcaklık aralığında)
sağlamaktadır
Sinterleme prosesi esnasında birccedilok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gerccedilekleşmektedir Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini hem de toz ve gaz emisyonlarını (yayma dışarı verme) uumlretmektedir Reaksiyonlar uumlst uumlste
gelişmekte birbirlerini etkilemekte sinterleme boumllgesinde bulunan katı partikuumlller gaz fazı ve ergiyikler arasında
katı hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir Sinterleme esnasında aşağıdaki prosesler ve reaksiyonlar
gerccedilekleşmektedir
Harmandaki nemin buharlaşması
Temel bileşenlerin oumln ısınması ve kalsinasyonu kokun yanması ve karbon pirit kloruumlrluuml ve floruumlrluuml
bileşiklerle ortamdaki oksijen arasındaki reaksiyonların gerccedilekleşmesi
Hidratların dekompozisyonu ve karbonatların ayrışması
Kalsiyum oksit ile hematit arasında reaksiyon
Silikat fazı kalsiyum oksit ve demir oksit fazları arasında ergiyik bir faz oluşturmak ve ergimiş faz oranını
arttırmak iccedilin gerccedilekleşen reaksiyon
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 20
Kalsiyum suumllfuumlr bileşikleri ile alkali kloruumlr ve metal kloruumlrlerle birlikte floruumlr iccedileren bileşiklerin oluşumu
Yuumlksek sıcaklık boumllgesinde demir oksitlerin metalik demire reduumlksiyonu
Kokun yanması ve nemin buharlaşmasının etkileriyle boşluk ve kanalların oluşumu
Sinter soğuması esnasında kuumlccediluumllme ve sertleşme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme
reaksiyonları
Sinter soğuması esnasında termal gerilmeler nedeniyle ccedilatlakların oluşumu ve sinter yapısında kusurların
oluşumu
Elde edilen sinter sıcak halde parccedilalanır eleme işlemi yapılır ve soğutma işlemi yapılır Soğutma işlemi havayla
yapılır Sinter soğutmasında kullanılan hava 300degC ye kadar ccedilıkabilir bu ısınmış hava sinterleme işleminde
kullanılmaktadır Soğutulmuş sinterde 5 mm den daha kuumlccediluumlk parccedilacıklar sinter harmanında kullanılmak uumlzere
geri goumlnderilmektedir
Şekil 35 Sinterleme sonrası elde edilen uumlruumln
Sinterler Asidik sinter ve Flakslı sinter olmak uumlzere iki tuumlrdedir Asidik sinterler iccedilerisine flaks malzemesi
katılmayan sinterlerdir İccedilerisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flakslı sinter adı
verilmektedir
Asit sinterde sinterlemenin avantajları
1) Tozların sert kuvvetli ve duumlzguumln suumlngerimsi parccedilalar halinde toplanması iyi yatak geccedilirgenliği sağlar
2) Cevherde varsa kuumlkuumlrt ve arseniğin 60-70 kadarı sinterleme esnasında uzaklaştırılır
3) Rutubet ve diğer uccedilucu bileşenler giderilir
4) Yumuşama sıcaklığı artar yumuşama aralığı daralır
Flakslı sinterlemedeki avantajlar ise
1) Kireccediltaşı sinterleme esnasında kalsine olduğundan yuumlksek fırında enerji kaybına neden olmaz
2) Kireccedil ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime sıcaklığını duumlşuumlreceğinden daha az kok kullanılır
3) Sinter iccedilindeki kireccedil birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar
4) Kireccedil sinter iccedilindeki silikanın indirgenmesini engeller
5) Kireccedil sinter iccedilinde fayalit (FeOSiO2) oluşumunu engeller Bu maddenin reduumlksiyonu zordur
6) Asidik sinterle oluşan curufun viskozitesine goumlre daha duumlşuumlk viskozite sağlar
7) Sinterlenme hızı daha yuumlksektir
8) Fırın uumlretimini pelete goumlre daha ccedilok arttırır ccediluumlnkuuml daha goumlzenekli yapıya sahiptir
322 Peletleme
Tenoumlrleri duumlşuumlk ve safsızlık miktarları yuumlksek fırında kullanılamayacak kadar ccedilok olan cevherler cevher
zenginleştirme işlemlerine tabi tutulurlar Oumlzellikle oumlğuumltme işlemlerinde ccedilıkan ve 005 mm den kuumlccediluumlk tozlar ortaya
ccedilıkar Zenginleştirme sonrası elde edilen bu konsantre uumlruumlnlerin yuumlksek fırına şarj edilmesi uygun değildir Ayrıca
sinterleme prosesinde sinter geccedilirgenliğini de duumlşuumlreceğinden sinter yapmaya da uygun değildirler Boumlyle
durumlarda konsantre uumlruumlnuumln iccedilerisine katılan bir bağlayıcı ile ayrıca nem ve ısı ile belirli boyutlara getirme
işlemine peletleme adı verilmektedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 21
Toz halindeki demir cevherini peletleme işleminin amacı
aglomerasyon ve sertleştirme yoluyla demir youmlnuumlnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanımlanan (Şekil 36)
yuumlksek fırın şarj malzemesi haline getirmektir Peletler
sert ve genelde kuumlresel maddeler olup yuumlksek fırında
kullanılmaları iccedilin belirli oumlzellikleri taşımaları
gerekmektedir
Şekil 36 Demir peletleri
Peletlerin sahip olması gereken oumlzellikleri
1) Toz kırıntı ve ince kısımdan arındırılmış olmalı
2) Taşınma ve stoklanma sırasında meydana gelebilecek kırılmalara karşı fiziksel dayanıklılığa sahip
olmalı
3) Yuumlksek fırında ısıtılırken ccedileşitli reaksiyonlar sırasında meydana gelebilecek zamansız ufalanma karşı
direnccedil goumlsterecek yapıya sahip olmalı
Peletlenecek cevher ve kaynakları zenginleştirilmiş duumlşuumlk tenoumlrluuml demir cevheri veya doğrudan yuumlksek fırına şarj
edilmeyen toz halinde bulunan yuumlksek tenoumlrluuml cevherler olabilir
Peletleme harmanında bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal accedilıdan birkaccedil oumlzellik taşımalıdır Yapısına goumlre
60 demir iccedileren cevherler peletlenebilmektedir Ancak duumlnya genelinde 65 den yuumlksek demir iccedileren cevherler
peletleme işlemine tabi tutulmaktadır Ham pelet eldesinde en oumlnemli etkenlerden biri cevherin oumlzguumll yuumlzey
alanıdır Cevherin yapısına goumlre bu değer ortalama 1500 cm2g veya daha duumlşuumlk olabilir Ham pelet eldesinde
peletlenecek cevherin 5-10 nem iccedilermesi istenir Daha duumlşuumlk veya yuumlksek nem iccedileriği peletleme olayına olumsuz
etki etmektedir
Ham peletlerin hazırlanmasında kullanılan ikinci oumlnemli madde bağlayıcıdır Bağlayıcı maddelerin iki oumlnemli
goumlrevi vardır Bunlar
1) cevher konsantresi iccedilindeki suyu tutmak
2) peletlerin ısıl işlemi esnasında curuf bağları oluşmadan oumln ısıtma işlemleri esnasında parccedilalanıp
dağılmasını oumlnlemek
Peletlemede bağlayıcı kullanım oranları filtre kekinin (zenginleştirilmiş cevher) nemi ile doğru orantılıdır
Oumlzellikle topakların buumlyuumlme hızı nem ile kontrol edilmektedir Bu nedenle bağlayıcı olarak kullanılan maddeler
suyun akışkanlığını azaltacak nitelikte olmalı peletlenecek malzemenin yapısal oumlzelliklerini bozmamalı peletleme
işlemindeki diğer boumlluumlmlere uyum sağlamalıdır Ayrıca peletlemede kullanılacak malzeme yeterli miktarda ve
kolayca bulunabilmeli ekonomik olmalıdır
Bağlayıcı maddeler 3 ana grupta toplanmaktadır
İnorganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde bağlayıcı olarak kullanılan katkı maddeleri hem ham pelet uumlretiminde serbest suyu kontrol eder hem de
kuru peletin dağılmasını oumlnler İnorganik bağlayıcıların tersine organik bağlayıcılar iccedilinde bulunan bazı maddeler
peletleme işleminin ısıl işlem boumlluumlmlerinde yok olmakta uumlruumln peletlerin kimyasal yapısında bulunmamaktadır
Duumlnyada gerek bulunabilirliği gerekse ucuz olması nedeniyle bağlayıcı olarak bentonit kullanımı ccedilok yaygındır
Bentonitte genel olarak 58-65 SiO2 18-25 Al2O3 maks6 Fe2O3 maks4 Na2O+K2O maks5
CaO+MgO maks65 ateş kaybı bulunmaktadır Cevher yapısına bağlı olarak 05-1 oranında cevher iccedilerisine
bağlayıcı katılır Bentonit hacminin 10-15 katına kadar su emme oumlzelliğine sahip olup ccedilok ince tane boyutuna
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 22
sahiptir Kurutuldukları zaman dış cidarlarında dayanıklı bir film oluşur Bentonitin bu oumlzelliği ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve oumln ısıtma işlemleri sırasında ham peletin dağılmasını oumlnlemede oumlnemli rol oynar
Bununla birlikte cevher buumlnyesine katılan bentonit yuumlksek fırınlar iccedilin arzu edilmeyen bir katkı malzemesidir Bu
nedenle cevher iccedilerisine katılan miktar kadar cevherin kalitesini duumlşuumlrduumlğuuml gibi buumlnyesinde bulunan silika
alumina ve alkalilerden dolayı cevherdeki empuumlrite miktarını arttırarak yuumlksek fırın veriminin duumlşmesine neden
olurlar Her 1 bentonit ilavesi cevher konsantresindeki demir tenoumlruumlnuuml 06 oranında duumlşmesine neden olur
Yuumlksek fırınlarda uumlruumln peletin daha iyi kullanımını sağlamak amacıyla peletleme işlemi sırasında ham pelet elde
edilirken filtre kekine bazı katkı maddeleri katılabilir Kullanılan bu katkı maddeleri yuumlksek fırın verimliliğini
arttırmaktadır Bu katkı maddeleri
Olivin
Kireccedil + kireccediltaşı
Dolomit
olabilir Olivinin kimyasal yapısında 48-50 MgO 41-43 SiO2 61-66 FeO bulunmaktadır 5 dolaylarında
katılan bu katkı malzemesinin miktarının belirlenmesinde peletleme işlemi uumlruumln peletin fiziksel ve kimyasal
oumlzellikleri ve yuumlksek fırındaki değişkenler etki etmektedir Kireccediltaşı ve dolomitin de oumlnemli yeri vardır
Yuumlksek fırına şarj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken oumlnemli değişkenlerden biri şarjın asitlik veya
baziklik derecesidir Cevherde bulunan SiO2 asidik CaO ve MgO bazik karakterlidir
Peletleme işlemi iki ana boumlluumlmden oluşur
1) Ham (yaş) pelet uumlretimi zenginleştirilmiş cevherin bağlayıcılar ile karıştırılması ve topaklanması
2) Uumlruumln pelet uumlretimi ham peletin oumlnce ısısal daha sonra soğutma işlemine tabi tutulması
Şekil 37 Peletlemede aglomerasyon olayı
Ham pelet uumlretimi prosesin en oumlnemli aşamasıdır ve bu aşamada mukavemet boyut ccedilarpma mukavemeti ve diğer
pelet oumlzellikleri tayin edilir İşlem tambur koni ve diskler gibi doumlner cihazlar kullanılarak gerccedilekleştirilir
Peletlerin topaklanıp bilya şeklini alması suyun yuumlzey gerilimi ve parccedilaların birbirine ccedilarpması sonucu
gerccedilekleşir Başlangıccedilta su eklenerek ufak bir pelet ccedilekirdeği oluşturulur daha ccedilekirdek buumlyuumlyerek pelet halini
alır Ham peletleme olayında gerccedilekleşen aglomerasyon olayı şematik olarak Şekil 37 de goumlsterilmiştir İnce
partikuumlller bir bağlayıcı ile peletleme haznesine yuumlklendikten sonra karıştırma işlemi gerccedilekleştirilir Belirli bir
accedilıda doumlnen pelet haznesinde tozların topaklanması akabinde belirli bir boyutta gelişen peletlerin ortamdan
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 23
taşması prensibine dayanmaktadır Şekil 38 de disk şeklinde peletleme hazneleri Şekil 39 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi goumlsterilmiştir
Şekil 38 Disk şeklinde peletleme hazneleri
Şekil 39 Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet uumlretimi esnasında nem miktarı 5-10 aralığındadır Ortalama nem miktarı ccedilok oumlnemlidir Az miktardaki
su boşluklara hava girmesine ccedilok fazla su ise yapıştırıcı oumlzelliğin tahrip olmasına neden olmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 24
Şekil 310 Demir cevherinin peletleme akım şeması
Şekil 311 Ham peletlerin pişirildiği fırın
Şekil 312 Ham peletten uumlruumln pelet uumlretim şeması
Uumlruumln pelet uumlretiminde diğer bir ifadeyle ham peletlerin pişirilmesi işleminde doumlner fırınlar kullanılmaktadır Bu
fırınların ccedilapı yaklaşık 52 m uzunlukları yaklaşık 345 m eğimleri ise 3deg dir İşletme tonajına bağlı olarak 05-
15 devirdakika hızla doumlnen fırında yakıt olarak fuel oil kullanılmaktadır
Ham peletlerin şarj edildiği ilk boumllge kurutma boumllgesidir Bu boumllge yaklaşık 350degC olup burada peletlerdeki nem
ve yapısal su giderilmektedir Oumln ısıtma boumllgesinde ise sıcaklık 970 ndash 1130degC civarındadır Bu boumlluumlmde de yapısal
su atılmaktadır Ayrıca hidratlar karbonatlar ve suumllfatlar parccedilalanarak ayrışmaktadır Curuf bağları oluşmaya
başlar cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) doumlnuumlşmeye başlar Aynı zamanda 50-60 kgpelet
mertebesinde mukavamete ulaşırlar Doumlner fırındaki sıcaklık ise 1250 ndash 1320degC aralığında olup bu boumllgede curuf
bağları ve kristal buumlyuumlmesi tamamlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 25
Şekil 313 Pelet stok sahası
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
httpwwwsinomgroupcombe22html httpdxdoiorg101016jmineng200709005
httpferrocomcomtrtrueruenleritem28-demir-cevherihtml httpwwwmtagovtrv20madenlerminerallerindexphpid=pirit
ldquoDemir ccedilelik uumlretimi ders notlarırdquo UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwwstylercapdfanalysis_processingPelletizing_Discspdf
httpwwwbulk-solids-handlingcomimgserverbdb4586004586424jpg
httpi00ialiimgcomphoto246207081balling_discjpg
httpwwwmetsocomminingandconstructionMaTobox7nsfDocsByIDFD649B46389D826E42256B9500317
622$FileGreat_Kilnpdf
httpwwwk-uteccomProcessing-of-Mineral-Raw-Materials2000html
httpfeecocomwp-contentgalleryrotary-drumrotary-drum-8jpg
httpwwwalibabacomproduct-free106610155IRON_ORE_PELLETSshowimagehtml
BOumlLUumlM 4 YAKITLAR VE METALURJİK KOK
41 Giriş
Demir-Ccedilelik enduumlstrisinde koumlmuumlruumln en ccedilok tuumlketildiği alan yuumlksek fırındır Kok yuumlksek fırında kullanılan evrensel
bir yakıttır İndirgeyici ve ısı sağlayıcı olarak goumlrev alır Aynı zamanda uumlretim maliyeti iccedilin oumlnemli bir yer kaplar
Koumlmuumlr kok olarak ve enjeksiyon halinde toz koumlmuumlruumln yuumlksek fırına yakıt olarak yuumlklenmesi şeklinde
tuumlketilmektedir Bunun yanında koumlmuumlruumln ccedilok daha az tuumlketildiği buhar ve elektrik uumlretimi iccedilin de kullanımı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 26
mevcuttur Yine ccedilelikhanede ccedilelik uumlretimi sırasında karbon ilavesinde ve demir ccedilelik prosesinde doğrudan ergitme
(Kupol Ocağı) işlemlerinde de kullanılmaktadır Kok uumlretimi iccedilin satın alınan koumlmuumlrlerden beklenen oumlzellikler
diğer proseslerde beklenen oumlzelliklerden ccedilok farklıdır Sadece belirli bir sınıf koumlmuumlr yuumlksek fırında pik uumlretimi
iccedilin ccedilok spesifik oumlzellikleri sağlayacak şekilde kaliteli kok uumlretimine imkan sağlar
Kokun yuumlksek fırında beş fonksiyonu vardır
1 Termal ihtiyaccedilları sağlamak iccedilin bir yakıt olarak kullanılır Reaksiyonu
2C+O2 rarr 2CO H= - 2300 kcal kg
2CO+O2 rarr 2CO2 H= - 8150 kcal kg
2 Demir oksitlerin indirgenmesi iccedilin CO sağlar
3 Metal ve metaloit oksitleri Mn Si P gibi indirger
4 Demiri karbuumlrize ederek erime noktasını duumlşuumlruumlr
5 Kuru ve ıslak boumllgelerde geccedilirgenliği sağlar ve mekanik destek olur Kokun geccedilirgenliği cevher sinter ve
pelete goumlre 60-100 oranında daha fazladır Tuumlyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafından indirgenir
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir uumlretmek iccedilin en uygun indirgen karbondur Oumlnceleri bu nedenden
dolayı erimeye elverişli karbon iccedilermesi ve uygun oumlzelliklerinden dolayı odunun damıtılmasıyla elde edilen odun
koumlmuumlruuml kullanılmıştır Fakat buguumln yuumlksek fırınlarda demir eldesinde kok kullanılmaktadır Kok antrasit ve veya
taş koumlmuumlruumln (bituumlmluuml koumlmuumlr) kuru damıtılmasıyla elde edilir Kok goumlzeneklidir Kokun kimyasal bileşimi gibi
fiziksel oumlzellikleri de kullanılan koumlmuumlre ve damıtma sıcaklığına bağlıdır Metalurjik kokun uumlstuumln fiziksel
oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda (1100ndash1250 degC) elde edilmesi gerekir
42 Kok ve koklaşmaya uygun koumlmuumlrler
Buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrlerin kok imaline uygun olmaması gibi kok imalatına uygun olan buumltuumln bituumlmluuml koumlmuumlrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun aynı sağlamlıkta goumlzenekli metalurjik kok vermezler (oumlr S P iccedileriği
yuumlksek ise) Yani her koumlmuumlrden kok olmaz Her kok olan koumlmuumlrden de metalurjik kok olmaz Bazı koumlmuumlrler
diğerleri ile karıştırılmaksızın kendi başlarına oldukccedila iyi kok imaline uygundur (oumlrneğin Sibirya ve Guumlney Afrika
koumlmuumlrleri) Bazıları ise yalnızca karıştırılarak kullanılabilir (Oumlrneğin Zonguldak taşkoumlmuumlrleri) Kok uumlretim tip ve
metodu da yuumlksek fırında kullanılacak kokun kalite ve randımanına fazlasıyla tesir eder
Kok Cinsleri
Kok koumlmuumlrleri imal edildikleri metoda goumlre başlıca uumlccedil cinse ayrılır Duumlşuumlk-Orta-Yuumlksek sıcaklık kokları
Metalurjik kok uumlstuumln fiziksel oumlzelliklere sahip olması iccedilin yuumlksek sıcaklıklarda uumlretilir Koklaşmaya uygun uumlstuumln
vasıflı bir koumlmuumlr bile duumlşuumlk sıcaklıklarda (500-900degC) koklaştırılırsa metalurjik maksatlar iccedilin uygun değildir
Genel olarak en iyi yuumlksek fırın koku pulverize edilmiş ve harman yapılmış fazla uccedilucu madde ve az uccedilucu
madde ihtiva eden koumlmuumlrlerin karışımından yuumlksek sıcaklıklarda uumlniform bir ısıtma ile elde edilir Buguumln ccedilok az
işletme kok imali iccedilin tek bir koumlmuumlr kullanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 27
Şekil 41 Metalurjik kok
43 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Metalurjik kokta aranan genel oumlzellikler
bull Yuumlksek fırınlarda kullanılacak kok sevkiyatta parccedilalanmayacak ve yuumlksek fırının ağır şatlarının basıncı
altında ezilmeyecek kadar sağlam ve dayanıklı olmalıdır
bull Toz ve ince parccedilaları ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hızı ile yanması iccedilin kok parccedilalara fazla iri
olmamalıdır
bull Bu fiziksel oumlzellikler koklaşmaya uygun iyi bir koumlmuumlrde koklaşma metodu ile kontrol edilir
bull Koumlmuumlr fırına şarj edilip ısıtıldığında 315-475degC de plastik hale gelir
bull Bituumlmluuml koumlmuumlr (taş koumlmuumlruuml) bu sıcaklık aralığına ısıtıldığında uccedilucu maddeler oumlnce hızlı olarak sonra
950degC a kadar daha yavaş olarak koumlmuumlrden ccedilıkarlar
bull Plastik sınırdan sonra yavaş ısıtma kokun sertliğini biraz arttırır
bull Kok parccedilalarının ebatları buumlyuumlk oumllccediluumlde şarj edilen koumlmuumlruumln ebadına bağlıdır
bull İyi bir metalurjik kokun kimyasal bileşiminde ccedilok az uccedilucu madde ve 85-90 karbon bulunur
bull Koktaki uccedilucu madde miktarı 2rsquoyi aşmaz
bull Geri kalan kuumll kuumlkuumlrt ve fosfordur
bull Yuumlksek fırında izabe esnasında fosforun hemen hepsi ve kuumlkuumlrduumln bir kısmı pik demirine geccediler
bull Kuumll ise cuumlrufa geccediler
bull Kokun yuumlksek fosfor ve kuumlkuumlrt iccedilermesi arzu edilmez
bull Genel olarak koktaki fosfor miktarı yuumlksek değildir ve hemen daima 005rsquoin altındadır
bull Kuumlkuumlrt ise yuumlzde 06 dan 2 ye kadar olabilir
bull Fakat pik demirine geccedilmesi bakımından muumlmkuumln olduğu kadar duumlşuumlk olması arzu edilir
Koktaki kuumll miktarı ccedilok iyi kalitelerde 6 civarında duumlşuumlk kalite koklarda 14- 16 ve genelde 8-12
arasındadır Koktaki kuumll miktarı koumlmuumlr koklaşmadan oumlnce yıkamaya tabi tutularak azaltılabilir Metalurjik
fırınların ekonomik olarak işletilmesinde duumlşuumlk kuumll miktarının buumlyuumlk oumlnemi vardır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 28
Tablo 41 Metalurjik kokun oumlzellikleri
Sabit karbon En az 87
Kuumll En ccedilok 11
Kuumlkuumlrt En ccedilok 1
Uccedilucu maddeler En ccedilok 2
Su En ccedilok 5
Ufalanma ve toz En ccedilok 6
Oumlzguumll ağırlığı 15-19 kgdm3
Basınca dayanım 100 kgcm2
Yanma ısısı 7000-8000 kcalkg
Parccedila buumlyuumlkluumlğuuml 40 mm elek uumlstuuml
44 Metalurjik Kok Uumlretimi
Metalurjik kok uumlretiminde kullanılan iki metod bulunmaktadır Bunlar
1) Kovan Metodu
2) Yan Uumlruumln Metodu
441 Kovan Metodu
Bu youmlntem buguumln iccedilin oumlnemini kaybetmiştir Kok uumlretiminde kullanılan en eski youmlntemdir Bu youmlntemde kovan
şeklinde fırınlar kullanılır Fırına yukarı kısmından yaklaşık olarak 8 ton koumlmuumlr yuumlklenir Koumlmuumlr seviyesi
duumlzeltildikten sonra fırın kapağı 3 cm kadar aralık kalacak şekilde kapatılır Bu aralık koklaşma iccedilin yetecek
havanın fırına girmesini sağlar Fırın sıcak olduğu iccedilin uccedilucu maddelerin damıtılması hemen başlar Koumlmuumlr kuumltlesi
ısındıkccedila sıcaklık damıtma gazlarının yanma noktasının uumlstuumlne ccedilıkar ve bu gazlar koumlmuumlr kuumltlesinin uumlzerindeki
boşlukta yanar Bu gazların yanması fırının ısısını yuumlkseltir ve koklaşma tamamlanana kadar damıtma uumlsten alta
doğru ilerler Damıtma suumlresi (uumlstte gazın yanması) 35 saat kadardır Kokun fırında kalma suumlresi 48-72 saat
arasında değişmektedir Zaman uzadıkccedila daha sert ve daha az uccedilucu maddeler iccedileren kok elde edilmektedir Fırının
kapısı uumlzerinde bırakılan boşluktan giren havanın damıtma gazlarının yanmasına yetecek kadar olması gerekir
Fazla hava kok verimini duumlşuumlruumlr Yanan gazlar fırının uumlst kısmında bulunan delikten atmosfere bırakılır Bu
youmlntemle kok eldesinde verim 60 kadardır ve ortalama olarak fırın başına 5-55 ton kok elde edilir Koklaşma
tamamlandıktan sonra kapının tuğlaları soumlkuumlluumlr ve kok fırından ccedilekildikten sonra su ile soumlnduumlruumlluumlr Kullanım iccedilin
depolanır Bu youmlntem yerini yan uumlruumln metoduna bırakmıştır
Şekil 42 Kovan metoduyla kok uumlretim fırınları
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 29
Bu youmlntemin en oumlnemli avantajı uumlretilen kokun sertliğinin ve basma mukavemetinin yuumlksek olmasıdır
Dezavantajları ise aşağıda verilmiştir
1) Bu fırınlar yan yana inşa edilir ve bazen bunların kapladığı sahanın uzunluğu 400 metreyi bulur 2) Uumlretilen koktaki kuumll miktarı fazladır
3) Verim daha duumlşuumlktuumlr
4) Ccedilok uzun suumlrede kok elde edilir
5) Fazla işccedililik ve ustalık gerektirir
6) Fırınlar birbiri ile uyum iccedilerisinde ccedilalışmalıdır Yuumlksek fırına yeterince kok sağlamak iccedilin bu gereklidir
7) Ccedilıkan gazların tamamı yanar
442 Yan Uumlruumln Metodu
Bu youmlntemde koklaşmanın gerccedilekleştiği fırınlarda hava yoktur Damıtma iccedilin gerekli ısı fırının dışarıdan
ısıtılmasıyla sağlanır Koklaşma sonucu elde edilen gazlar fırının bitişiğindeki boumlluumlmlerde yanar ve fırını ısıtırlar
Koklaşma sırasında accedilığa ccedilıkan uccedilucu maddeler değişik işlemler uygulanarak gaz ve yan uumlruumln olarak elde edilir
Uumlretilen gazın 40rsquoı tekrar kok fırınlarını ısıtmada kullanılır
Genel olarak kok fırınlarında uumlccedil boumlluumlm bulunmaktadır
bull Koklaşma kamaraları
bull Isıtma kamaraları
bull Rejeneratif kamaralar
Şekil 43 Yan uumlruumln metoduyla kok uumlretiminde kullanılan kok fırını
Sistem batarya şeklinde dikdoumlrtgen şekilli odacıklardan oluşmuştur Odacıkların sayısı 100-200 arasında
değişmektedir Bataryalarda sırası ile bir koklaşma odacığı bir ısıtma odacığı bulunmaktadır Boumlylece her
koklaşma kamarasının iki yanında birer ısıtma kamarası bulunmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 30
Şekil 44 Kok bataryaları
Tablo 42 Bataryaları oluşturan her bir kok fırınının dizayn oumllccediluumlleri
Isıtma kamaralarına gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geccedilerek ısınmış hava verilmektedir Rejeneratif
kamaralar ısıtma ve koklaşma kamaralarının altında olup ısıtma kamaralarında gazla karışıp yanmayı sağlayan
havanın ısıtılması iccedilin kullanılırlar Koumlmuumlrlerin koklaşabilmesi iccedilin gerekli ısı ısıtma kamaralardan geldiği iccedilin
koklaşma yan duvarlardan başlar ve koumlmuumlr yatağının ortasına doğru ilerler Koklaşma işlemi tamamlandıktan
sonra kok itici makine ile itilerek fırının diğer tarafından vagona alınır Fırının kok tarafı kokun kolayca
boşalabilmesi iccedilin itici tarafından 5-10 cm daha geniştir Vagona alınan sıcak kok uumlzerine su puumlskuumlrtuumllerek
soumlnduumlruumllmektedir Koklaşma suumlresince fırının her iki ağzı refrakter astarlı kapılarla sıkıca kapatılır Uccedilucu gazların
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 31
ccedilıkması iccedilin fırın tavanında bir uccedilta veya her iki uccedilta delikler vardır Bu deliklerden dışarı alınan gazlar bir boru
vasıtasıyla bataryanın gaz toplama ana borusuna gider Bu gazlara daha sonra değişik işlemler uygulanarak değişik
yan uumlruumlnler elde edilmektedir
Yanma Kamaralarında Yakıt Gazlarının Yakılması
a) Zengin Gaz ile Isıtma
Yuumlksek fırınlardan gelen yuumlksek fırın gazı gazometreye gelir Gazometreden bataryalara geliş hattında hemen
gazometre ccedilıkışında oumlzel bir vana tertibatı ile yuumlksek fırın gazına kok gazı katılarak zengin gaz karışımı elde
edilmiştir Bu şekilde yuumlksek fırın gazının kalorisi 870 Kcalm3 den 1100-1150 Kcalm3rsquoe yuumlkseltilerek daha iyi
bir kalori değeri elde edilir Zengin gaz rejeneratoumlre (rejeneratif kamaralar) oradan da yanma kamaralarına (ısıtma
kamaraları) iletilmektedir
Yuumlksek Fırın gazı (870 kcalm3)
226 CO 20 CO2 4 H2 1 CH4 524 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yuumlksek sıcaklıklar elde edilmiş
olup daha yuumlksek kapasitede ccedilalışma imkacircnını vermiştir Ayrıca baca ccedilekişlerinde de daha iyi netice elde
edilmiştir
b) Kok Gazı ile Isıtma
Batarya altında mevcut kok gazı borusundan ccedilıkan kok gazı bir emniyet vanası ile yanma kamaralarına gaz dağıtan
kok gazı dağıtım borusuna gelir Buradan spiral borular vasıtası ile ayrılan gaz kok gazı nozulundan geccedilerek dikey
silindirik bir kanaldan yuumlkselir Nozulun bulunduğu yerde mevcut olan dolaşım kanallarından bir miktar yanmış
gaz jet prensibine goumlre ccedilekilerek kok gazı iccediline ilave edilir Bunun sebebi yuumlksek difuumlzyon katsayısına sahip olan
kok gazının difuumlzyon katsayısını duumlşuumlrerek yanma kamaraları iccedilindeki alev boyunu yuumlkseltmektir Bu şekilde
yanma kamarasına gelen kok gazı yuumlksek fırın gazında olduğu gibi gelen hava ile yanma kamarası iccedilinde
birleşerek yanar Kok gazı ile ısıtmada ana kok gazı borusuna gelen gaz bir ısıtıcıdan geccedilirilerek sıcaklığı 60degC
yuumlkselir Ayrıca rejeneratoumlrlerde dikey kanal iccedilinde yuumlkselirken yuumlksek fırın gazında olduğu gibi rejeneratoumlr
ısısının da bir miktarını buumlnyesine alır ve ısınır Bu oumln ısınma sayesinde daha kolay yanması sağlanır Kok gazında
ccedilalışırken yuumlksek fırın gaz kutularından gaz geccedilmez bunlar değişerek hava ve yanmış gaza (bacaya) doumlnuumlşuumlr
Kok gazı
(4300 kcalm3)
78 CO 26 CO2 60 H2 21 CH4 46 N2 02 O2 12 C2H6 26 CnHm
c) Karışık Gaz İle Isıtma
Bu youmlntemde karışık gaz 8 inccedillik kok gazı borusundan gelen kok gazı ve 10 inccedillik yuumlksek fırın gazı borusundan
gelen yuumlksek fırın gazının ısıtıcı (eşanjoumlr) girişinde karıştırılması ile oluşmaktadır Ayrıca yuumlksek fırın gazı ile
ısıtmada anlatılan tuumlm olaylar yani yuumlksek fırın gazı haznesinden yuumlksek fırın gazının kutuları ve rejeneratoumlrler
yolu ile yuumlkselmesi bu tip ısıtmada da aynen geccedilerlidir Oumlzetle kok gazı hattından (yuumlksek fırın gazı + kok gazı)
yani karışık gaz yuumlksek fırın gazı hattından da yuumlksek fırın gazı geccedilirilerek yanma kamarası tabanında hava ile
birleştirilir ve yanma sağlanmış olur
Yanmış Gazların Bataryalardan Uzaklaştırılması
Yakıt gazlarının havanın O2 ile reaksiyona girmesi ile oluşan yanma olayı sonucunda accedilığa ccedilıkan yanmış gazlar
(CO2N2 H2O) yanma kamaraları uumlstuumlndeki bir kanaldan (cross over) geccedilerek fırın uumlst tavanından rejeneratoumlrlere
gelir Buradan oumlnce gaz ve hava kutularına sonra da yanmış gaz kanalı yolu ile bacadan atmosfere atılır Yuumlksek
fırın gazı ile ısıtmada baca gazındaki O2 değeri 15-2 kok gazı ile ısıtmada 4-5 karışık gaz ısıtmada ise 2-
25 arasında olmalıdır
45 Koklaştırma İşlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 32
Taş koumlmuumlruumlnuumln damıtılarak koklaştırılmasını uumlccedil boumlluumlmde toplamak muumlmkuumlnduumlr
1Taş koumlmuumlruumlnuumln hazırlanması ve kamaralara doldurulması
2 Kamarada koumlmuumlruumln koklaşması
3 Kokların ccedilıkarılması ve soumlnduumlruumllmesi
Taş Koumlmuumlruumlnuumln Hazırlanması ve Kamaralara Doldurulması
Koumlmuumlr yatağından ccedilıkarılan taş koumlmuumlrleri yıkanıp yabancı maddeleri uzaklaştırılır Hafif nemli olan bu koumlmuumlrler
kurutulur ve sonra parccedila buumlyuumlkluumlkleri 0-10 mm olacak şekilde değirmenlerde oumlğuumltuumlluumlr Toz koumlmuumlr yine hafifccedile
nemlendirilir ve kamaraların uumlstuumlndeki depolara doldurulur Isıtma kamaralarında gaz ve hava yakılarak kok
kamaralarının sıcaklığı 1200-1300degCrsquoye ccedilıkarılır Toz koumlmuumlr bu kamaralara yuumlklenir
Kamaralarda Koumlmuumlruumln Koklaşması
Sıcak kamaraya doldurulan koumlmuumlr dıştan iccedile
doğru yavaş yavaş ısınır Koklaşma anında ilk
200degC ile 400degC arasında koumlmuumlr tanecikleri
tarafından absorbe edilmiş su buharı CO2 ve
CH4 (metan) gazları accedilığa ccedilıkar Koklaşma
sıcaklığı arttıkccedila metan etan gibi doymuş
etilen gibi doymamış hidrokarbonlar
parccedilalanmaktadır Buna karşılık H2 miktarı
artmaktadır Aynı şekilde sıcaklık arttıkccedila
CO2 CO e doumlnuumlşmekte ve CO miktarı
artmaktadır Koumlmuumlruumln koklaşması fırının
yanma kamaralarının duvarından başlar
koumlmuumlr yığınının ortasına doğru ilerler
Koklaşabilir koumlmuumlr havasız ortamda sıcaklığı
400degC civarında yumuşayarak şişer Sıcaklık
arttıkccedila koumlmuumlr plastik veya yarı plastik hale
gelir Plastik kitle iccedilindeki gazlar sıcaklığın
tesiri ile genişleyerek koumlmuumlruuml şişirir Koumlmuumlruumln
sıcaklığı 500degCrsquoye ulaştığında koumlmuumlr
buumlzuumllerek katılaşır goumlzenekli kok şeklini
almaya başlar 600degC civarında koklaşma
başlar Sıcaklık 1000-1100degCrsquoye kadar
ccedilıkartılır ve bu sıcaklıkta 18-22 saat bekletilen
koumlmuumlr gaz ve buharlaşan maddelerini vererek
akkor halinde bir kuumltle oluşturur Koklaşma
hızı maksimum kapasitede 1 inccedilsaattir
Koklaşmanın sonunda fırın iccedilindeki kızgın
kok kuumltlesinin ortasında yukarıdan aşağıya bir
ccedilizgi oluşur buna koklaşma ccedilizgisi denir Bu
ccedilizginin belirginliği ve devamlılığı incelenerek
kokun kalitesi hakkında yorum yapılır İyi bir
koklaşmada elde edilen kok kuumltlesinde bu
ccedilizginin belirgin ve devamlı olması
gerekmektedir
Şekil 45 Batarya kesidi ve koumlmuumlr şarjı
Kokların Ccedilıkarılması ve Soumlnduumlruumllmesi
Koklaşma işlemi bittikten sonra kamaralarının yan kapıları accedilılır Oumlzel bir iletme makinesi ile koklar kamaralardan
ccedilıkartılır Ccedilıkarılan kokun sıcaklığı ccedilok yuumlksek olduğundan havanını oksijeni ile birleşerek yanar Bunu oumlnlemek
iccedilin kok uumlzerine bol miktarda su puumlskuumlrtuumllerek soumlnduumlruumlluumlr İşlem verimi 80rsquodir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 33
Şekil 46 Kokun dışarıya alınması
46 Koumlmuumlr Enjeksiyon Sistemi
Ebadı 200 meshin (005 mm) altında ve rutubeti 1den az koumlmuumlrlerin yuumlksek fırınlara enjekte edilmesi işlemine
Pulverize Koumlmuumlr Enjeksiyonu (PCI) denir Sistemde kullanılan ham koumlmuumlr koumlmuumlr stok sahasından PCI tesisi
koumlmuumlr hazırlama boumlluumlmuumlne konveyoumlr vasıtası ile getirilir Koumlmuumlr ham koumlmuumlr silolarına nakledildikten sonra
koumlmuumlr besleyicisi ile pulverizoumlre gelir ve burada oumlğuumltuumlluumlr Daha sonra yuumlksek fırın soba bacası atık gazı ve yuumlksek
fırın gazı kullanan sıcak gaz jeneratoumlruumlnden elde edilen sıcak gaz vasıtası ile kurutulur ve sınıflandırılır
Pulverizoumlrden torba filtrelere gelen pulverize koumlmuumlr (PC) PC silosuna buradan ara tank ve sonra enjeksiyon
tankına goumlnderilir
Enjeksiyon tankından ccedilıkan koumlmuumlr lanslar vasıtası ile yuumlksek fırınlara enjekte edilir Enjeksiyon sırasında
enjeksiyon tankındaki PC azaldığı zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankına PC beslemesi
yapılır Yuumlksek fırınlarda koumlmuumlr enjeksiyonuna geccediliş sebepleri 1979 yılında yaşanan 2 petrol krizinden bu yana
duumlnya demir ccedilelik enduumlstrisinde oumlnemli yer tutan uumllkelerdeki şirketler yuumlksek fırınlarda uyguladıkları sıvı yakıt
enjeksiyonuna alternatif bir sistem geliştirmek iccedilin ccedilaba sarf etmişlerdir Ccediluumlnkuuml sıvı yakıt enjeksiyonu yuumlksek
maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yuumlksek fırın prosesinde aşağıdaki olumsuzluklar meydana gelmiştir
1) Alev sıcaklığında artış
2) Kenar boumllgelerdeki ısı akışında artış
3) Kok oranında artış
4) Askı ve kayma sayısında artış ve fırın ccedilalışmasını bozulması
5) Gaz geccedilirgenliğindeki azalmalar sonucu fırın ccedilalışmasının bozulması
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 34
Şekil 47 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Fırın ccedilalışmasında meydana gelen bu duumlzensizlikler bir takım oumlnlemler alınarak duumlzeltilmeye ccedilalışılmışsa da
(oumlrneğin hava sıcaklığı azaltılıp rutubet miktarı artırılarak alev sıcaklığının kontroluuml cevherkok oranının
azaltılarak gaz geccedilirgenliğinin artırılması gibi) bu oumlnlemler kok tuumlketiminin artması yuumlksek fırın veriminin
duumlşmesi ile sonuccedillanmıştır Bunun uumlzerine 1860 yıllarında Avrupada uygulanan fakat bu tarihi takip eden yıllarda
petrol fiyatlarındaki duumlşuumlş nedeni ile uumlzerinde fazla araştırma yapılmayan koumlmuumlr enjeksiyon sistemi yeniden
guumlndeme gelmiştir Boumlylece uzun yıllar sonra kısa aralıklarla yaşanan petrol bunalımları sonucu koumlmuumlr enjeksiyon
sistemi uumlzerinde ccedilalışmalar yoğunlaşarak bu sistemi kullanan fırınların sayısı artmıştır
Niccedilin koumlmuumlr enjeksiyonu
a) Koumlmuumlr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen koumlmuumlruumln 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarındayken yeni
yapılacak bir kok fabrikasından uumlretilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarındadır (yatırım maliyetleri dahil)
Koumlmuumlr fiyatlarının ucuz olması nedeni ile sistemin geri oumldeme suumlresi oldukccedila kısadır (15 - 2 yıl gibi)
b) Sıcak hava sobalarındaki yanma havası ve yuumlksek fırın gazının oumln ısıtılması iccedilin gerekli olan ısı kazanım
sisteminin oumlnemli olduğu 80li yıllarda hava sıcaklığı 1200 oCye kadar yuumlkseltilebiliyordu Sonuccedil olarak iyi bir
fırın ccedilalışmasını garanti etmek amacı ile alev sıcaklığını kontrol etmenin ekonomik yolları bulunmalıydı Bu
yıllarda koumlmuumlrkokfuel-oil fiyatlarına bakılınca en ekonomiğinin koumlmuumlr olduğu goumlruumllmuumlştuumlr
c) Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinin ccediloğalmasının ana sebeplerinden biride ccedilevre etkileridir Kok fabrikalarından
ccedilevreye yayılan atıkları kontrol etmek zordur ve yatırım gerektirir Koumlmuumlr enjeksiyon sistemlerinde ise ccedilevre
kirliliği kok fabrikalarına kıyasla daha azdır
461 Koumlmuumlr Enjeksiyonu ndash Kok Karşılaştırılması
Tamamen kok ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca
1) Kok oranından 25 tasarruf elde edilir
2) Enerji maliyeti azalır
3) Alev sıcaklığı daha iyi kontrol edilir
4) 210 kgTSM enjeksiyon yapılabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 grm3 duumlşuumlş hava sıcaklığında 200 oC artış
oksijen zenginleştirilmesinde 3 artış elde edilir
5) Aynı yakıt oranında yuumlksek fırın şarj kapasitesi artırılarak uumlretim artışı elde edilir
6) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
Antrasitden linyite kadar kuumll miktarı 3den 18e kadar koumlmuumlr ccedileşitleri kullanılabilir Kullanılan
koumlmuumlruumln karbon miktarı yuumlksekse enjeksiyon oranı da artar
7) Yuumlksek fırın daha duumlzenli ccedilalışır (sıcak maden kalitesi artar)
Fuel oil ve doğal gaz enjeksiyonu ile ccedilalışıldığı durumla kıyaslanınca 1) Duumlnyanın bir ccedilok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan koumlmuumlr kullanılabilir
2) Politik bağımlılığı olmayan bir enerji kaynağıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 35
3) Koumlmuumlruumln alev sıcaklığına etkisi fuel-oil ve doğal gazdan daha az olduğu iccedilin alev sıcaklığını kontrol accedilısından
yuumlksek enjeksiyon oranı elde edilebilir
4) Daha az değerli bir enerji kaynağıdır
5) Koumlmuumlrdeki karbonhidrojen oranı fuel-oilinkinden daha buumlyuumlktuumlr Bu nedenle hidrokarbon yakıtlara kıyasla
daha fazla koumlmuumlr yakılabilir
462 Sistemde kullanılan koumlmuumlrler
Tane ebat dağılımı kuumll miktarı uccedilucu kuumlkuumlrt ve alkali miktarı kalorifik değeri puumlnamatik taşınma davranışı
gazlaşma ve yanma karakterleri enjekte edilen koumlmuumlruumln goumlz oumlnuumlnde bulundurulması gereken oumlzellikleridir
Koumlmuumlruumln puumlnamatik taşınma sırasındaki davranışı oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml sadece kesintisiz akış sağlayan koumlmuumlr tipleri
tuumlyerlerde eşit dağılım sağlarlar Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın hazne ccedilapına
goumlre değişmektedir Koumlmuumlruumln karbon rutubet uccedilucu kuumll azot ve oksijen miktarlarının değişmesi kısa suumlreli ısı
dalgalanmalarına sebep olur Eğer koumlmuumlr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha da
fazlalaşır Bu nedenle koumlmuumlr karbonu diğer oumlnemli bir faktoumlrduumlr Yuumlksek fırınlar enjekte edilen koumlmuumlr aşağıdaki
oumlzelliklerde olmalıdır
Uccedilucu madde gt20
Kuumll erime sıcaklığı gt1400degC
Kuumll miktarı lt15
Yuumlzeysel nem lt=14
Buumlnyesel nem lt=1
Koumlmuumlr ebadı -50 mm 100 -22 mm 80
Hard Grove Index 45-60
Yoğunluk 08 tm3
Hardgrove indeks değerleri koumlmuumlruumln oumlğuumltuumllebilirliği ile ters orantılı olarak değişir Yani yuumlksek indeks değerleri
koumlmuumlruumln kolay kuumlccediluumlk değerler ise zor oumlğuumltuumllebilir olduğunu goumlstermektedir
463 Koumlmuumlr enjeksiyonunun fırın ccedilalışmasına etkisi
Koumlmuumlr enjeksiyonu başlayınca fırın kesiti boyunca etkili gaz dağılımını muumlmkuumln olduğu kadar sabit tutmak
gerekir Yuumlksek uccediluculu koumlmuumlr kullanılarak yuumlksek enjeksiyon uygulandığında yuumlksek gaz hızı ve gaz
sıcaklığından dolayı raceway derinliği artar (haznedeki yanma boumllgesi derinliği raceway olarak adlandırılır)
Tuumlyerler oumlnuumlnde koumlmuumlr taneciklerinin koklara ccedilarpması kok uumlzerinde termomekanik bir stres oluşturur Kokun
parccedilalanması sonucu oluşan parccedilacıklar ve yanmayan koumlmuumlr taneleri racewayin arkasında kalın bir birikim
meydana getirir Bu birikim gazı merkezden uzaklaştırır Boumlylece gaz duvardan geccedilmeye başlar ve kenar ısı akımı
artar Aynı zamanda gazın fırın merkezinden geccedilememesi sonucu fırın ısı seviyesinin duumlşmesi gibi problemlerle
karşılaşılır Bu tuumlr problemleri ccediloumlzmek amacı ile mevcut kullanılan tuumlyer ccedilapları buumlyuumltuumllerek gaz hızı yavaşlatılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httppatheoldminerrootswebancestrycomcoke2html
httpwwwhsegovukfoiinternalopsocs400-499433_4htm
BOumlLUumlM 5 YUumlKSEK FIRINDA HAM DEMİR (PİK) UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 36
51 Yuumlksek Fırın (Blast Furnace)
Demir iccedilerikli hammaddelerin kok ve kireccedil taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine goumlre
yuumlkseklikleri 30-90 m arasında değişen fırınlara yuumlksek fırın denir Duumlnya ccedilelik uumlretimi her yıl 700 milyon ton
civarında gerccedilekleşmektedir Bu uumlretimin yaklaşık 60lsquoı yuumlksek fırınlar ve ccedilelikhane vasıtası ile geriye kalan
40lsquoı hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir Hurda kaynağının da yuumlksek fırın olduğu goumlz oumlnuumlne alınırsa ccedilelik
uumlretiminin 99u yuumlksek fırınlardan elde edilmektedir
Yuumlksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir iccedilerikli hammaddeler (cevher pelet sinter gibi) cuumlruf elde
etmek ve oluşacak cuumlrufun oumlzelliklerini ayarlamak iccedilin oksit iccedilerikli hammaddeler (flux malzemeleri kireccedil taşı
dolomit gibi) ısı elde etmek amacı ile karbon iccedilerikli hammaddeler (kok koumlmuumlr katran fuel oil gibi)
kullanılmaktadır
Yuumlksek fırının iccedil hacmi 250-850 m3 kadardır Ortalama 1m3 fırın hacmi iccedilin 24 saatte 05 ila 14 ton arası ham
demir elde edilir 1 ton ham demir elde etmek iccedilin koumlmuumlruumln kalitesine cevherin kompozisyonuna bağlı olarak 450-
800 kg kok tuumlketilir Bir yuumlksek fırından elde edilen uumlruumln pik demir adını alır
Yuumlksek fırın doldurulup yakıldıktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alınmaya başlanır Guumlnde 4-6 kere
eriyik alınır Yuumlksek fırında kullanılan hammaddeler yaklaşık olarak 55ndash60 oranında sinter 30-35 oranında
cevher 10-15 pelettir Pik demirde 92-93 demir vardır Geri kalan ise C Si Mn P S gibi elementlerdir
Yuumlksek fırın dış goumlvdesi bulunduğu boumllgeye goumlre
kalınlıkları değişen (30 ndash 50 mm) ccedilelik sacdan imal
edilmiştir Fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan
ısının goumlvde sacına zarar vermemesi iccedilin goumlvde sacı fırın
iccedil kısmından ccedileşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile
korunmaktadır Yuumlksek fırın (Şekil 51) şu kısımlardan
oluşmaktadır
1) Boğaz (Throat)
2) Goumlvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karın (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
Şekil 51 Yuumlksek fırının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 37
Fırın uumlst boumllgesinde ccedilan sistemi veya daha modern bir
sistem olan ccedilansız tepe sistemi bulunmaktadır
Hammaddeler fırın uumlst boumllgesinden bu sistemler vasıtası ile
iccedileriye goumlnderilmektedir Malzemelerin ve gazın ısınması
sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde
hareket edebilmeleri iccedilin goumlvde ccedilapı aşağıya doğru
genişlemektedir Goumlvdenin bittiği yerde başlayan ve dikey
eksende ccedilapı sabit olan bel (Belly) boumllgesi fırının en geniş
boumllgesidir Curufun ve metalin erimesi ve sonuccedil olarak
hacimlerinin azalması bu boumllgede başlar Karın (Bosh)
boumllgesi ters koni şeklindedir Uumlst kısmı bel alt kısmı hazne
ile birleşmektedir Karın boumllgesinde erime işlemi ve son
curuf oluşma işlemi tamamlanır Eriyen metal ve curuf
karın boumllgesinin altında bulunan ve dikey eksende ccedilapı
sabit olan hazne boumllgesinde birikir Fırın şekil ve
boumlluumlmlerinin oumllccediluumlleri ccedilalışma metodu hava sıcaklığı ve
kullanılacak malzeme cinsine goumlre değişmektedir
Malzemenin rahat hareketi ve yukarıya ccedilıkan gazın (Şekil
52) malzeme ile fırın ccedilapı boyunca temasının ccedilok iyi ve
duumlzenli olabilmesi iccedilin bu oumllccediluumllerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir
Şekil 52 Yuumlksek fırında şarj ve sıcak hava
hareketi ile sıcaklık boumllgeleri
Şekil 53 Yuumlksek fırın kesidi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 38
52 Yuumlksek Fırın Yardımcı Birimleri
Bir yuumlksek fırında bulunan yardımcı birimler
1- Hammadde besleme sistemi
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Doumlkuumlmhane
6- Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Şekil 54 Yuumlksek fırın ve yardımcı birimler
(1-sinter 2-kok 3-asansoumlr 4-besleme girişi 5-kok tabakası 6-cevher ve flaks sinterpelet tabakası 7-sıcak hava
-curuf alımı 9-pik demir alımı 10-curuf arabası 11-pik demir iccedilin torpido arabası 12-toz tutucu
(siklon) 13-sıcak hava fırınları 14-baca 15-fırınlara hava besleyici 16-toz koumlmuumlr 17-kok fırını 18-kok 19-
yuumlksek fırın baca gazı borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Fırında kullanılacak hammaddelerin stoklandığı hazırlandığı ve fırına goumlnderildiği uumlnitedir Bu uumlnitede
a- Hammadde siloları
b- Besleyiciler
c- Taşıyıcı bantlar
d- Tartı hazneleri
e- Malzeme kovaları bulunmaktadır
Kullanılan malzemelerin cinsine ve yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre hammadde silolarının adet ve hacimleri
değişir Her cins malzeme iccedilin en az 1 adet silo bulunmalıdır
2- Fırın uumlstuuml şarj sistemi
Ccedilan Sistemi
Fırının uumlst kısmında ccedilift ccedilan tertibatı (buumlyuumlk ccedilan kuumlccediluumlk ccedilan) vardır (Şekil 55) Bu tertibat sayesinde şarj fırın
iccediline verilebilmektedir Fakat bu arada gazların fırından dışarıya kaccedilışı oumlnlenmektedir Sistemin ccedilalışma prensibi
basitccedile şu şekildedir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 39
Fırına şarj edilecek malzeme fırın uumlstuumlne getirilerek
kuumlccediluumlk ccedilan uumlzerine doumlkuumlluumlr ve malzeme kuumlccediluumlk ccedilan
uumlzerine homojen bir şekilde yayılır Bu arada oumlteki
(buumlyuumlk ccedilan) kapalı olur Kuumlccediluumlk ccedilanın accedilılması ile
birlikte malzemeler buumlyuumlk ccedilanın uumlzerine doumlkuumlluumlr ve
kuumlccediluumlk ccedilan kapanır İki ccedilan arasındaki basınccedil fırın iccedil
basıncına eşitlendikten sonra buumlyuumlk ccedilan accedilılır ve
malzeme fırın iccedilerisine doumlkuumlluumlr Bu oumlnceden
belirlenmiş şarj programına goumlre olur Doumlkme işlemi
bittikten sonra buumlyuumlk ccedilan kapanır Kuumlccediluumlk ccedilanın
tekrar accedilılabilmesi iccedilin ccedilanlar arası basıncın tahliye
edilmesi gerekmektedir Şarj edilen malzeme
duumlzguumln bir şekilde dağılmalıdır Bu yuumlkselen
gazların duumlzguumln dağılımı iccedilin gereklidir
Dağılım modeli kullanılan malzemenin
buumlyuumlkluumlğuumlne ve diğer fiziksel oumlzelliklerine fırının
ccedilapına ve accedilısına ve şarj yuumlksekliğine bağlıdır
Şekil 55 İkili ccedilan sistemi
Malzeme fırın iccediline şarj edildikten sonra yığın oluşturulduğundan malzemenin duumlzguumln şarj edilmesi verimlilik
yakıt tasarrufu ve fırının duumlzguumln ccedilalışması youmlnuumlnden ccedilok oumlnemlidir
Ccedilansız tepe (Paul Wurth) sistemi
Bu sistem duumlnyada kullanılmakta olan en son şarj sistemidir
Fırın uumlstuuml siloları (1-3 adet) sızdırmaz vafleri (alt-uumlst) eşitleme
ve tahliye valfleri dişli kutusu malzeme kapısı ve doumlner oluk bu
sistemin oumlnemli boumlluumlmlerini oluştururlar Fırın uumlzerine taşınan
malzemeler uygulanacak şarj programına goumlre sıra ile silolara
boşaltılır Hazır olan silo iccedilerisindeki malzeme fırın iccedilerisine
boşaltılmadan oumlnce uumlst sızdırmazlık valfi kapanır ve silo iccedil
basıncı fırın iccedil basıncına eşitlenir Eşitleme işlemi bittikten sonra
alt sızdırmazlık valfi ve malzeme kapısı sıra ile accedilılırlar Silo
iccedilerisindeki malzeme doumlner oluk vasıtası ile fırın iccedilerisine
doumlkuumlluumlr
Malzemenin silodan doumlkuumlluumlşuuml esnasında doumlner oluk kendi ekseni
etrafında doumlnduumlğuuml iccedilin malzeme fırın iccedilerisine ccedilepeccedilevre
yayılmaktadır Ayrıca doumlner oluk dikey ile 13 ccedileşit accedilı
yapabilmektedir Boumlylece malzeme fırın duvarından fırın
merkezine doğru istenilen miktarda dağıtılabilmektedir
Silo iccedilerisindeki malzeme tamamen boşaldıktan sonra malzeme
kapısı ve alt sızdırmazlık valfı sıra ile kapanırlar Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iccedilin iccedil basıncın atmosfer basıncına eşit
olması gerekir Bu nedenle şarj işlemi bittikten sonra tahliye valfı
accedilarak silo iccedilerisindeki basınccedil tahliye edilir
Şekil 56 Ccedilansız şarj sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 40
3- Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
Pulverize koumlmuumlr enjeksiyonu (PCI) buumlyuumlk
hacimlerde ve toz halindeki koumlmuumlruuml yuumlksek
fırına uumlfleme yoluyla besleyen bir prosestir
Bu proses demir indirgenme ve metalik
demir uumlretimini hızlandırır ilave olarak
fırında kok tuumlketimini azaltır Her bir ton
koumlmuumlr enjeksiyonu sayesinde 085-09 ton
metalurjik kok uumlretiminden tasarruf
edilebilmektedir Boumlylece ton sıcak metal
uumlretimi başına 16-33$ maliyetler azalmakta
bu da metal uumlretim maliyetlerini yaklaşık
46 oranında duumlşuumlrmektedir
Şekil 57 Koumlmuumlr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar yuumlksek fırınlarda kokun yanmasını sağlayan sıcak havanın elde edilmesinde kullanılır Kapasitelerine ve
imalatccedilı firmalarına goumlre tipleri değişik olan sobalar genel olarak iki boumlluumlmden oluşurlar
ndash Yanma huumlcresi
ndash Isınma huumlcresi
a) Yanma Huumlcresi
Yanma huumlcresi gaz ve hava girişi seramik burner ve sıcak hava ccedilıkışının bulunduğu boş bir huumlcreden oluşur Ayrı
kanallardan geccedilerek gelen gaz ve yakma havası bu boumlluumlmde karışır ve yanmaya başlar Sobalarda yakıt olarak
yuumlksek fırınların ve kok fabrikalarının yan uumlruumlnuuml olan gazlar kullanılır Yuumlksek fırın gazı kalorisinin duumlşuumlk olması
nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iccedilin istenilen hava sıcaklık değerine bağlı olarak bu gazın iccedilerisine
maksimum 10 mertebesinde kok gazı karıştırılır Elde edilen bu gaz karışım gazı olarak adlandırılır
Sobalardaki karışım gazını yakmak iccedilin kullanılan hava yakma havası fanlarından elde edilir
b) Isınma Huumlcresi
Sobanın bu boumlluumlmuuml checker tuğları olarak adlandırılan goumlzenekli tuğlalar baca ccedilıkışları (2 adet) ve soğuk hava
girişinden oluşur
5- Doumlkuumlmhane
Doumlkuumlmhaneler sıvı pik ve cuumlrufun fırından alındığı yerlerdir Yuumlksek fırın uumlretim kapasitesine goumlre sayıları 1 ila
4 arasında değişir Doumlkuumlmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar şunlardır
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
b) Pik ve cuumlruf kanalları
c) Doumlkuumlmhane vinci
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
a) Doumlkuumlm ve curuf delikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 41
Yuumlksek fırında oluşan ve haznede biriken sıvı pik ve curufun fırından tahliye edildikleri yerlerdir Curuf
yoğunluğunun pik yoğunluğundan duumlşuumlk olması sonucu haznedeki curufun pikin uumlzerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha uumlstuumlnde bir boumllgede bulunurlar Curuf delikleri ihtiyaccedil duyulduğu
zaman accedilılırken pik delikleri belirli periyotlarda accedilılarak haznedeki sıvı pik ve curuf birlikte tahliye edilirler Bu
nedenle pik delikleri Doumlkuumlm Deliği olarak adlandırılır Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amacı ile doumlkuumlm deliği kapatılır Uumlretim kapasitesi yuumlksek olan (guumlnluumlk 10000 ton gibi)
fırınlarda 4 adet doumlkuumlm deliği bulunur ve suumlrekli en az bir doumlkuumlm deliği accedilık bulunur
b) Pik ve Curuf kanalları
Pik Kanalı Pik fırından tahliye edildikten sonra taşıyıcı araccedillar olan pota veya torpido arabalarına belirli bir
kanaldan geccedilerek birikir Bu kanallar sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı refrakter malzemelerden hazırlanmıştır
Doumlkuumlm deliğinden curuf kanalına kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte aktığı iccedilin pik kanalı doumlkuumlm
kanalı olarak adlandırılır
Curuf Kanalı Curufun yoğunluğunun pike goumlre daha duumlşuumlk olması ve kimyasal yapısı nedeni ile curufun
aşındırıcı oumlzelliği pike goumlre daha azdır Doumlkuumlm deliğinden pik ve curuf birlikte tahliye edildiği iccedilin belirli bir
boumllgede bu iki sıvı ayrılmalıdır Yoğunluk farkı nedeni ile birbirine karışmayan bu iki sıvı sifon boumllgesi olarak
adlandırılan yerde bir birlerinden ayrılırlar Pik taşıyıcı araccedillara dolarken curuf ise curuf kanalından geccedilerek curuf
sahası olarak adlandırılan boumllgede birikir ve burada soğutulur (veya granuumlle olarak elde edilir) Bazı fırınlarda
curuf sahası fırından uzak bir boumllgede olduğu iccedilin curuf da pik gibi taşıyıcı araccedillara (genellikle potalara)
doldurularak curuf sahasına goumltuumlruumlluumlr
Şekil 58 Sıcak metal ve curuf alımları
c) Doumlkuumlmhane vinci
Doumlkuumlmhanede kullanılan malzemelerin doumlkuumlmhane iccedilerisinde nakledilmesinde kullanılan oumlnemli bir ekipmandır
d) Doumlkuumlm accedilma matkabı
Haznede biriken pik ve curufun tahliye edilmesinden sonra doumlkuumlm deliği kapatılarak sıvıların tekrar birikmesi iccedilin
belirli bir suumlre beklenir Bu suumlre dolduğu zaman doumlkuumlm deliğinin tekrar accedilılması gerekir Bu işlemi doumlkuumlm accedilma
matkabı yapar
Şekil 59 Doumlkuumlm accedilma matkabı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 42
e) Doumlkuumlm kapatma ccedilamur topu
Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra fırın iccedil basıncı etkisi ile doumlkuumlm deliğinden sıvı pik ve curuf
puumlskuumlrmeye başlar ve bir muumlddet sonra puumlskuumlrme şiddetlenir Bu haznedeki sıvıların tahliye işleminin bittiğine
işarettir ve doumlkuumlm deliğinin kapatılması gerektiğinin goumlstergesidir Doumlkuumlm deliği plastik yapıdaki sıcaklıkla
sertleşme oumlzelliğine sahip reccediline bazlı bir refrakter vasıtası ile kapatılır
6- Kontrol Odası
Yuumlksek fırın otomasyon sitemlerinin bulunduğu
boumlluumlmduumlr Burada yuumlksek fırının belirli boumlluumlmlerine
kumanda eden PLC ndash DCS gibi bilgisayar sistemleri
mevcuttur Sobalar hammadde sistemi şarj sistemi
gibi yuumlksek fırınının oumlnemli boumlluumlmleri bilgisayarlar
ile kontrol edilir ve ccedilalıştırılır Ayrıca bilgisayarla
kontrol edilen tuumlm sistemlerin arıza veya bakım gibi
otomatik ccedilalıştırma yapılamayan durumlarında
muumldahale edilebilmek iccedilin operatoumlr tarafından el ile
kumanda edilmesine imkan veren operatoumlr masaları
mevcuttur
Şekil 510 Kontrol odası
7- Soğutma sistemi ve refrakterler
Yuumlksek fırındaki reaksiyonlar sonucu accedilığa ccedilıkan ısı tuumlyer oumlnuumlnde (yanma boumllgesinde) yaklaşık 2200oC fırın
uumlstuumlnde (hammaddenin fırına ilk girdiği yerde) yaklaşık 150oC civarındadır Sıcak hava sobalarında sıcaklık ise
1250 oC civarındadır Bu nedenle fırında ve sobalarda sıcaklığa maruz kalan kritik boumllgeler soğutulmalıdır
a) Fırın goumlvde soğutması
Yuumlksek fırının goumlvdesi kalın ccedilelik saccediltan yapılmaktadır İccedil kısımlarına ise fırın iccedilerisinde oluşan sıcaklığın goumlvde
sacına zarar vermemesi iccedilin ccedileşitli kalitelerde kalınlığı 15 metreyi bulan refrakter tuğlalarla oumlruumllmektedir Bu
tuğlaların oumlmruumlnuuml artırmak ve soğutmak plaka soğutucular veveya panel soğutucular ile gerccedilekleştirilir Bu
soğutuculardan plaka soğutucular bakırdan imal edilirken panel soğutucular genellikle pikden imal edilirler Plaka
soğutucular refrakter iccedilerisine yatay olarak monte edilirken panel soğutucular goumlvde sacı ile refrakter arasına dikey
olarak monte edilirler Soğutucularda soğutma amacı ile su kullanılmaktadır Soğutma suyu soğutucunun bir
boumllgesinden girer soğutucu iccedilerisindeki kanallardan dolaşır ve soğutucuyu terk eder Boumlylece soğutucu belirli bir
boumllgeyi soğutmuş olur Yuumlksek fırının dizaynına goumlre soğutucu tipi ve adedi değişmektedir
Şekil 511 Plaka tipi soğutucu
Şekil 512 Panel tipi soğutucu
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 43
b) Tuumlyerler ve curuf deliği
Tuumlyerler fırın goumlvdesindeki sıcak hava girişleridir Sayıları fırın
hazne ccedilapına goumlre değişmektedir Tuumlyerlerden fırına giren sıcak
havanın karbon ile reaksiyonu sonucu accedilığa ccedilıkan ısı oldukccedila
yuumlksektir Bu nedenle tuumlyerler ısıdan etkilenmemesi iccedilin iletkenliği
yuumlksek bir malzeme olan bakırdan imal edilirler ve su ile soğuturlar
Tuumlyerler plaka veya panel soğutucular gibi herhangi bir refrakter
iccedilerisinde olmadıkları ve yuumlksek fırının en sıcak boumllgesinde ısıya
direk maruz kaldıkları iccedilin kalitelerinin ccedilok yuumlksek olması gerekir
Şekil 512 Tuumlyer
c) Soba valfları
Sobanın sıcak boumllgelerinde bulunan sıcak hava valfları ve bazı sobalardaki baca valfları soba iccedilerisindeki ısıdan
etkilenmemeleri iccedilin su ile soğutulurlar Oumlzellikle sıcak hava valfının soğutulması ccedilok oumlnemlidir Ccediluumlnkuuml bu valf
1250oC civarındaki bir sıcaklığa maruz kalmaktadır
d) Gaz soğutma sistemi
Yuumlksek fırın iccedilerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan gaz yuumlksek fırını terk ederken sıcaklığı yaklaşık 150oC
civarındadır Kalorisi 750 ndash 850 kcalm3 olan bu gaz fabrikanın ccedileşitli yerlerinde yakıt olarak kullanılır Yuumlksek
fırını terk eden gaz beraberinde fırına şarj edilen hammadde iccedilerisindeki ince yapılı malzemeleri de taşır
Fabrikanın ccedileşitli yerlerinde kullanılacak olan bu gaz kullanımdan oumlnce temizlenmeli ve soğutulmalıdır Bu
işlemler gazın fırını terk etmesinden sonra gerccedilekleşir Gaz beraberinde taşıdığı tozların iri tanelilerini toz tutucu
silosunda bıraktıktan sonra gaz yıkama ve soğutma sistemine girer Burada su ile soğutulan ve yıkanan gaz ccedileşitli
uumlnitelerde kullanılmak amacı ile servise verilir
e) Refrakterler
Refrakterler yuumlksek fırınların en oumlnemli
malzemelerinden biridir Fırın goumlvde sacını
iccedilerideki ısıdan korumak refrakterlerin
goumlrevidir Refrakterler yuumlksek fırınlarda 10
- 20 senede bir yapılan genel bakımlar
sırasında yenilenir Fırın iccedilerisindeki
aşınma mekanizmalarına goumlre ccedileşitli
kalitelerde refrakterler kullanılır Kullanılan
bu refrakterler belirli boumllgelere tek başına
bulunduğu gibi bir kaccedil ccedileşit refrakterin
birleşiminden (sandviccedil tipi) meydana
gelebilirler Yuumlksek fırınlarda ccediloğunlukla
kullanılan refrakterler şunlardır
a) Karbon refrakterler
b) SiC (silisyum karbuumlr)
refrakterler
c) Grafit refrakterler
d) Alumina refrakterler
Şekil 513 Yuumlksek fırın izolasyonunda kullanılan refrakterler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 44
Fırın hazne boumllgesinde sıcak metal ve cuumlruf bulunduğu iccedilin bu boumllgedeki refrakterlerin ısıya dayanıklılığı ve ısıl
iletkenliği ccedilok oumlnemlidir Bu nedenle hazne boumllgesinde genellikle karbon grafit gibi refrakterler kullanılır Bu
refrakterlerin ısıl iletkenlikleri yuumlksek olduğu iccedilin iyi bir soğutma sistemi ile bulundukları boumllgeyi ccedilok uzun suumlre
(20 yıl gibi) koruyabilirler
Karın boumllgesi erime işlemi başlangıccedil ve bitiş boumllgesi olduğu iccedilin bu boumllgede de sıcağa ve aşınmaya dayanıklı ısıl
iletkenliği yuumlksek silisyum karbuumlr karbon veya grafit tuumlruuml refrakterler kullanılır
Goumlvde boumllgesinde daha ccedilok mekanik aşınmaya dayanıklı aluumlmina refrakterler kullanılır Kullanılan refrakter
iccedilerisindeki aluumlmina miktarı goumlvde boumllgesindeki aşınma derecesine goumlre değişir Mesela uumlst goumlvde boumllgesinde ccedilok
fazla mekanik aşınma varken (bu nedenle duumlşuumlk aluumlminalı refrakter kullanılır) alt goumlvde boumllgesinde mekanik
aşınma az ısıl şok daha fazla olduğu iccedilin yuumlksek aluumlminalı refrakter kullanılır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwsciencequiznetlcchemistry2B_Electrochemistrymcqimagesblast_furnacejpg
httpdc3074sharedcomdocT6SKKD2rpreview005png
httparsels-cdncomcontentimage1-s20-S0892687512000039-gr13jpg
httpatomictoasterscom201110bcms-7-blowing-engines
httpietdiipnetworkorgcontentpulverized-coal-injection
httpwwwmckeowninternationalcomNewimagesTypicalBlastFurnaceDrawingpdf
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 45
BOumlLUumlM 6 DEMİR CEVHERİNİN REDUumlKSİYONU
61 Yuumlksek Fırın Reaksiyonları
Yuumlksek fırındaki operasyon karbon monoksidin (CO) demir cevherindeki oksijene olan afinitesinin (ilgisinin)
demirden daha fazla olmasına ve demiri elementel hale indirgerme prensibine dayanmaktadır Karbon monoksit
ayrıca pik demirden giderilmesi gereken silikayı da (SiO2) reduumlkler Silika kalsiyum oksitle (CaO) reaksiyona girer
ve sıvı pik demirin yuumlzeyi uumlzerinde yuumlzen curufu oluşturur Sıvı pik demir oluşumdaki temel kimyasal reaksiyon
Fe2O3(k) + 3CO(g) rarr 2Fe(s) + 3CO2
olmasına karşın bu indirgenme reaksiyonu birkaccedil kademede gerccedilekleşmektedir Her şeyden oumlnce fırına uumlflenen
sıcak hava kok ile reaksiyona girer bunun sonucunda hem ısı hem de CO uumlretilir
2C(k) + O2(g) = 2CO(g)
Bu uumlretilen sıcak karbon monoksit demir cevheri iccedilin reduumlkleyici bir maddedir ve demir oksidi elementel demir
haline getirirken karbon dioksit (CO2) oluşumu da gerccedilekleşir Fırının farklı boumllgelerindeki sıcaklığa bağlı olarak
demirin kademeli reduumlksiyonu gerccedilekleşir Fırının uumlst kısımlarında sıcaklık genelde 200 ndash 700oC aralığındadır ve
bu boumllgede Fe2O3 kısmen Fe3O4 e reduumlklenir
3Fe2O3(k) + CO(g) rarr 2Fe3O4(k) + CO2(g)
850oC civarında fırının daha aşağı kısımlarında manyetit (Fe3O4) wuumlstite (FeO) reduumlklenir
Fe3O4(k) + CO(g) rarr 3FeO(k) + CO2(g)
Yuumlksek fırında şarj malzemeleri aşağıya doğru inerken ters-akım şeklinde yukarıya doğru ccedilıkan gazlar şarj
malzemesini oumln ısıtır ve şarjda bulunan kireccediltaşını (CaCO3) parccedilalar
CaCO3(k) rarr CaO(k) + CO2(g)
1200oC ye varan sıcaklıkların olduğu fırının alt kısımlarında wuumlstit (FeO) metalik demire reduumlklenir
FeO(k) + CO(g) rarr Fe(k) + CO2(g)
Bu proseste oluşan karbon dioksit (CO2) kokla reaksiyona girerek tekrar karbon monoksit oluşturur Yuumlksek
fırında sıcaklığa bağımlı olarak gerccedilekleşen bu reaksiyona Boudouard Reaksiyonu adı verilmektedir
C(k) + CO2(g) = 2CO(g)
Kireccediltaşının parccedilalanmasıyla oluşan CaO ise cevherdeki başta silika olmak uumlzere asidik empuumlritelerle reaksiyona
girerek curufu oluşturur
CaO(k) + SiO2(k) rarr CaSiO3(s)
Uumlretilen pik demir yaklaşık 4-5 C iccedilermektedir ve oldukccedila gevrektir
MnO ve SiO2 gibi cevherden gelen bileşenler katı karbonla reaksiyona girerek reduumlklenir ve sıvı demir iccedilinde
ccediloumlzuumlnme eğilimi goumlsterirler Şekil 61 de bazı maddelerin altı ccedilizili olması sıvı demir iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş olduklarını
goumlstermektedir
Reduumlkleyici olarak gazla (burada CO) gerccedilekleşen reduumlksiyonlar İndirekt Reduumlksiyon olarak tanımlanmaktadır
Buna karşılık katı karbonla aşağıdaki gibi gerccedilekleşen reduumlksiyonlar Direkt Reduumlksiyon olarak
sınıflandırılmaktadır
FeO(k) + C(k) = Fe(s) + CO(g)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 46
Şekil 61 Yuumlksek fırında gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Karbon reduumlksiyonu kuvvetli endotermik olup (ccedilok ısı gereken) yuumlksek fırında demir uumlretimine alternatif olarak
geliştirilmiştir Bu konu ileriki boumlluumlmlerde (Direkt Reduumlksiyonla Demir Uumlretimi ndash Suumlnger Demir Uumlretimi) detaylı
şekilde anlatılacaktır
Karın (Bosh) ve hazne (Hearth) boumllgesindeki reaksiyonlar demir oksitleri pek kapsamaz Oumlrneğin şarj
malzemesinde bulunan buumltuumln fosfor oksit (P2O5) fosfora reduumlklenir ve sıvı metal iccedilinde ccediloumlzuumlnuumlr Bu durumda daha
gerccedilekleştirilen ccedilelik uumlretim kademesinde giderilmelidir Bu nedenle demir cevheri iccedilindeki fosfor iccedileriği kritik
oumlneme sahiptir Ticari accedilıdan iccedilinde fosfor bulunan pik demirin rafinasyonu uzun zaman alır Bazik oksijen fırını
(BOF) iccedilin demirdeki normal fosfor iccedileriği yaklaşık 01-02 dir Silika (SiO2) ve mangan oksit (MnO) gibi
oksitler ise curufla sıvı metal arasındaki etkileşimler sonucu kısmen reduumlklenirler ve bu durum curufun sıcaklığı
ve kompozisyonu gibi birccedilok faktoumlre bağlıdır
SiO2 + 2C = Si + 2CO ΔG = +713 900 - 36795T
MnO + C = Mn + CO ΔG = +290 300 - 17322T
Artan sıcaklığa bağlı olarak yukarıdaki reaksiyonlarda denge sağa kayar ve hem silis hem de mangan metal iccedilinde
ccediloumlzuumlnmeye başlar Sıvı metal iccedilerisine giren diğer elementler kuumlkuumlrt ve karbondur Karbon demir iccedilerisinde
kolaylıkla ccediloumlzuumlluumlr Buna karşılık kuumlkuumlrt kontroluuml yuumlksek fırında oldukccedila oumlnemlidir
62 Yuumlksek Fırın Curufu ve Baca Gazı
Ticari cevherlerde genel olarak bulunan iki mineral silika (SiO2) ve aluminadır (Al2O3) Bu durumda curuf
oluşumu iccedilin CaO ve MgO gibi maddeler kullanılır Oluşan curufun genel bileşim aralığı 38-44 CaO 8-10
MgO 34-38 SiO2 10-12 Al2O3 05-10 MnO 1-2 S 01-06 K2O and lt02 FeO şeklindedir Genelde
curufun kimyasal karakteri kompozisyonuna ve iccedilerdiği bileşenlerin miktarına bağlıdır Curufta bulunan
bileşenlerin karakteristikleri aşağıdadır
Asidik oksitler SiO2 P2O5 B2O3
Bazik oksitler CaO MgO MnO FeO Na2O K2O
Amfoter (ara) oksitler A12O3 Fe2O3
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 47
CaO iccedileriği yuumlksek olan curuflar bazik SiO2 iccedileriği yuumlksek olanlar asidik curuf olarak tanımlanır Curufun asitlik
(veya baziklik) derecesi curuftaki bazik karakterli bileşenlerin toplamının asidik karakterli bileşenlerin toplamına
oranı şeklinde belirlenir ancak farklı hesaplama youmlntemleri bulunmaktadır Tipik olanları aşağıda verilmiştir
CaO SiO2 (CaO + MgO) SiO2 (CaO + MgO)( SiO2 + A12O3) asymp09-12
Curufun fırından rahatccedila tahliye edilebilmesi iccedilin iccedilin gerekli olan en duumlşuumlk hazne sıcaklığı Kritik hazne sıcaklığı
olarak adlandırılır ve 1500 ndash1550oC arasındadır Yuumlksek fırın curufları ccedileşitli yerlerde kullanılmaktadır Curufların
buumlyuumlk kısmı kırılıp istenen oumllccediluumllere getirildikten sonra demir yolu traverslerinin altına ve yol yapımında
kullanılmasıdır Minimum 12 aluumlmina iccedileren ani soğumadan sonra camsı yapıyı koruyan yuumlksek fırın curufları
ccedilimento yapımına uygundur Ccedilimento yapımında kullanılan curufların granuumlle hale getirilmesi gerekir Curufu
granuumlle hale getirmek iccedilin değişik youmlntemler vardır Sıvı curuf kısmen su ile doldurulmuş bir ccedilukura doumlkuumllerek
veya curuf akımına su puumlskuumlrtuumllerek granuumlle edilebilir Ayrıca cuumlruf katılaşırken uumlzerine hava veya buhar uumlflenerek
hafif yanmaz ve ısıya yalıtkan bir malzeme curuf yuumlnuuml elde edilir
Baca gazı Ergitme boumllgesinde meydana gelen gazlar esas itibariyle N2 ve CO den ibaret olup havadaki su
buharının parccedilalanması sonucu az miktarda da hidrojen ihtiva etmektedir Bu gazlar şarj kitlesi arasından geccedilerken
CO gazının oksitleri indirgemesi sonucu CO gazlarının bir kısmı CO2rsquoe doumlnuumlşuumlr Ayrıca karbonatların
parccedilalanması sonucu ortaya ccedilıkan CO2 gazı da bu gazlara karışmış olacaktır Yuumlksek fırını bacadan terk eden
gazların yaklaşık olarak kompozisyonu aşağıda verilmiştir
Tablo 61 YF Baca gazının kompozisyonu
Bileşen
CO2 14 ndash 16
CO 23 ndash 25
H2 3 ndash 5
N2 56 ndash 57
Yuumlksek fırını terk eden gazlar bir boru vasıtasıyla uumlst kısımdan toz toplayıcıya verilir Buradan gazın hızı ve
dolayısıyla toz taşıma oumlzelliği azalır ve gaz iccedilindeki tozun buumlyuumlk bir kısmın bırakır Yuumlksek fırın gazındaki toz
parccedilacıklarının buumlyuumlkleri 2 mmrsquoden birkaccedil mikrona kadar değişir 20 mesh ten kuumlccediluumlk olanlar toz toplayıcıda
ccediloumlkelmeyip gaz ile beraber suumlruumlklenir Toz toplayıcıdan ccedilıkan gaz yıkayıcıya gelir Burada gaz akımına su
puumlskuumlrtuumllerek iccedilindeki parccedilacıklar ıslatılır Islanan parccedilacıklar ağırlaşır ve su ile suumlruumlklenir Yıkayıcıda gazın
iccedilindeki tozun 90 ndash 95rsquoi giderilir Gaz burada soğuma kulesine geccediler ve uumlzerine sıvı puumlskuumlrtuumllerek sıcaklığı
azaltılır Soğuyan gazın sonra nemi alınır Temizlenen gaz yuumlksek fırına uumlflenen havayı ısıtan sobaları ısıtmada
kok fırınlarında kullanılır Elde edilen toz sinterlenerek yine yuumlksek fırında kullanılır
63 Modern Yuumlksek Fırınlar
Yuumlksek fırın prosesi reduumlksiyon prensip kriterlerinin kullanılmasıyla ccedileşitli oksit cevherlerinden metalik demirin
kazanılması iccedilin geliştirilmiştir Bu prosesin esasları ccedilok basit iken modern yuumlksek fırın operasyonu muumlmkuumln olan
en yuumlksek verimin alınabileceği optimizasyon ccedilalışmalarının en uumlst seviyelerine ccedilıkmak iccedilin yapılmaktadır
Demirin cevherden kazanılması işleminde ccedilok buumlyuumlk kuumltlelerin ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkarılmasına ihtiyaccedil
duyulması sebebiyle en yuumlksek gider ısıtma iccedilin gerekli olan enerjidir yani ısıtma amacıyla kullanılan yakıttır
Buna ilave olarak reduumlksiyon reaksiyonları oumlnemli oumllccediluumlde reduumlkleyici gaz atmosferine ihtiyaccedil duyulmasına sebep
olmaktadır Bu da diğer bir oumlnemli gider kaynağıdır
Yuumlksek fırın prosesinde bu giderlere rağmen başarılı olmada anahtar rol oynayan faktoumlr karbon kaynağı olarak
kokrsquoun kullanılması olayıdır ve bu sayede hem enerji hem de reduumlkleyici ortamın oluşturulması sağlanmaktadır
Dışarıdan ısıtılan cevher yuumlkuumlne reduumlkleyici gaz enjeksiyonundan başka cevher kokla fiziksel olarak karışmıştır
ve sıcak hava uumlflenmektedir Kok kolayca aşağıdaki eşitlik gereğince oksitlenmektedir
C + frac12 O2 rarr CO ∆Hdeg= -1105 kJmol
Bu yuumlksek fırında birincil yanma reaksiyonudur ve burada hem ısı (1105 kJmol) hem de reduumlkleyici gaz (CO)
uumlretilmektedir Boumlylece reaktoumlruumln iccedilerisinde yakıtın yanmasıyla ccedilok etkili ısıtma başarılmakta ve gerekli reaktan
gaz uumlretilmektedir ve cevherle karışmaktadır Yakıt olarak kullanılan kokun diğer ilave etkisi ise iccedileri giren sıcak
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 48
hava ile reaksiyona girmesi sonucunda H2 gazı uumlretilmesidir Burada bir şekilde havada bulunan nem ile karbon
reaksiyona girmektedir
C + H2O rarr CO + H2 ∆Hdeg= +1314 kJmol
Bu reaksiyon ΔHrsquoın pozitif değeri ile goumlsterildiği gibi ısı absorbe eder Ancak bu reaksiyon suumlrecinde karbonun
oksidasyonu her bir mol karbon iccedilin iki mol reduumlkleyici gaz uumlretir H2 gazı CO e benzer şekilde demirin
reduumlklenmesi iccedilin etki eder
frac12 Fe2O3 + 32 H2 rarr Fe + 32 H2O ∆Hdeg= +4895 kJmol
13 Fe3O4 + 43 H2O rarr Fe + 43 H2O ∆Hdeg= +5104 kJmol
64 Yuumlksek Fırında Reduumlksiyon Reaksiyonlarının Termodinamiği
Genel olarak metalik malzemelerin atmosferik sıcaklıklarda ve basınccedilta havada oksit halinde bulunması en
muhtemel durumdur Demir iccedilin bu durum ekzotermik bir reaksiyonla ele alınabilir
2119898
119899 119865119890 + 1198742 rarr
2
119899 119865119890119898119874119899 + 120484119904120484
Ccedileşitli demir oksitler iccedilin uumlretilen ısı miktarı Tablo 62rsquode verilmektedir
Tablo 62 Demir oksitlerin oluşum entalpisi ve entropisi
Reaksiyon m n ∆Hdeg(jmol) ∆Sdeg(JmolK)
Fe + frac12 O2 rarr FeO 1 1 -264429 -647
2Fe + 32 O2 rarr Fe2O3 2 3 -806665 -2439
3Fe + 2O2 rarr Fe3O4 3 4 -1092861 -2986
Reaksiyon ısısı ΔH relatif olarak sıcaklıktan bağımsızdır Tabi ki entalpi yalnız başına relatif dengenin oluşması
iccedilin yeterli değildir Sabit sıcaklık ve basınccedil şartları altında Gibbs serbest enerjisini uygulayabiliriz Reaksiyonlar
iccedilin Gibbs serbest enerji değişimi aşağıdaki gibi verilebilir
∆Gdeg = ∆Hdeg - T∆Sdeg
Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak serbest enerji
değişimi şematik olarak Şekil 62rsquode
goumlruumllmektedir Burada not edilmesi gereken
husus Y ekseninin kesişim noktası (T=0K)
∆Ho değerini eğrinin eğimi ise ndash∆So değerini
vermektedir Bu diyagramlar Ellingham
diyagramları olarak bilinmektedir İlave
olarak X ekseninin kesim noktası ∆Go=0
olduğu şartı goumlsterir ve bu sıcaklık denge
sıcaklığıdır
Şekil 62 Oksidasyon reaksiyonu iccedilin sıcaklığa goumlre serbest
enerji değişimi
Bir reaksiyon denge durumundaki serbest enerjisi
∆G = -RT ln K
Goumlruumllmektedir ki x-ekseninin kesim noktası ile goumlsterilen denge sıcaklığı K=1 şartı iccedilindir Şimdi bir an iccedilin
m=n=1 olarak duumlşuumlnelim ki bu durum Tablo 62 deki ilk reaksiyonu anlatmaktadır Oksidasyon reaksiyonu her bir
mol O2 iccedilin aşağıdaki gibi yazılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 49
2Fe + O2 rarr 2FeO
reaksiyonu iccedilin denge sabiti 119870 =1
1198751198742 şeklindedir
Burada PO2 oksijenin kısmi denge basıncıdır Denge durumunda atmosfer ve sıcaklığın etkisini belirlemek iccedilin
serbest enerji değişimi sıcaklığın bir fonksiyonu olarak ccedilizilmiştir T=0 K deki kesişim reaksiyonun standart
entalpi değişimini ve eğimin negatifi standart entropi değişimini verir
Eğrinin kesiştiği ΔGo = 0 X ekseninde K=1 i ifade eden denge sıcaklığını verir ki bu bu aşamada oksijen kısmi
denge basıncını (1 atm) goumlstermektedir Buradan hareketle denge sıcaklığı hesaplanabilir
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(264429)
(647)= 4087 119870
Şekil 62 deki grafik ΔGo nin negatif olması sebebiyle metalik demirin 1 atm basınccedil altında 4087 K den duumlşuumlk
sıcaklıklarda kendiliğinden oksitleneceğini goumlstermektedir
Eğer demir oksidin reduumlklenmesini istiyorsak işlemlerin oksijence zengin bu atmosfer şartlarında yapılamayacağı
aşikacircrdır Ancak kapalı ortamlarda oksijence zayıf boumllgelerde bu muumlmkuumln olabilir PO2 nin etkisini 1 atm den farklı
bir basınccedil değerine değişimi dikkate alarak ΔG deki değişmenin hesaplanmasıyla goumlsterilebilir
∆119866119900(119879 1198751198742) = ∆119866119900(119879 1198751198742 = 1) + [∆119866(1198751198742 = 1198751198742) minus ∆119866(1198751198742 = 1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 minus 119877119879 [119897119899 (1
1198751198742) minus 119897119899 (
1
1)]
∆119866(119879 1198751198742) = ∆119867119900 minus 119879 ∆119878119900 + 119877119879 ln 1198751198742
Ccediloğu oksidasyon reaksiyonlarının simuumlltane olarak (kendiliğinden) gerccedilekleştiği duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde Ellingham
diyagramlarında RTln(PO2) ifadesi kullanıldığında diyagram ccedilok daha hassas olarak elde edilebilmektedir
Bu pratik uygulama ilk kez Richardson tarafından duumlşuumlnuumllmuumlş olup Şekil 63 de goumlsterilmiştir Sabit basınccedil ccedilizgisi
oksijenin kısmi basıncını goumlstermek iccedilin ∆Go=0 ccedilizgisi olarak duumlşuumlnuumllebilir Bu sebeple herhangi bir oksidasyon
reaksiyonu ccedilizgisinin Richardson ccedilizgisi ile kesişmesi bu kısmi oksidasyon basıncı iccedilin denge sıcaklığını goumlsterir
Bu durumda hem oksidasyon kısmi basıncının hem de sıcaklığın etkisi birlikte duumlşuumlnuumllmuumlş olur
Şekil 63 Alınan bir mol O2 nin 1 atm basınccediltan tespit edilen bir basınca getirilmesi ile Gibbs serbest enerjisinin
sıcaklık ile değişimi
Şekil 63rsquoden oksijenin azalmasının reduumlksiyon şartlarının gelişmesini sağlayan bir yol olduğu goumlruumllmektedir
Şuumlphesiz oksijence zayıf bir ortam vakum uygulanarak sağlanabilir ancak bu pratik uygulama ccedilok verimsiz
ccedilalışan bir sistemi oluşturmaktadır Daha oumlnce bu sistemlerde ccedilalışmış olan ve şartları belirleyen araştırmalarda
olduğu gibi reduumlkleyici şartlar oksijen ile oumlncelikli olarak oksitlenmiş olan ccedileşitli gazların var olduğu bir ortamda
oluşturulabilmektedir Oumlrneğin kısmi oksijen gaz basıncının varlığı altında FeO ve CO in var olduğu bir sistemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 50
duumlşuumlnelim (yani FeO CO ve O2 gaz karışımı iccedilerisinde) Bu durumda konu ile ilgili iki oksidasyon reaksiyonu
gerccedilekleşebilir
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Bu iki reaksiyonun değerleri Şekil 64 de ccedilizilecek olursa bu iki reaksiyonun denge sıcaklığının 8182 K derece
olduğu goumlruumlluumlr
Şekil 64 Demirin oksitlenme ve CO ile reduumlklenme
reaksiyonları iccedilin Ellingham diyagramı
2Fe + O2 rarr 2FeO ∆Gdeg = -5288 + 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim ve alt alta toplayalım
2FeO rarr 2Fe + O2 ∆Gdeg = +5288 - 013 T kJmol
2CO + O2 rarr 2CO2 ∆Gdeg = -5648 + 0174 T kJmol
Toplam reaksiyon
2FeO + 2CO rarr 2Fe + 2CO2 ∆Gdeg = -36 + 0044 T kJmol
Reaksiyonu sadeleştirirsek
FeO + CO rarr Fe + CO2 ∆Gdeg = -18 + 0022 T kJmol
Bu durumda bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığı
119879119863119890119899119892119890 =∆119867119900
∆119878119900=
(18)
(0022)= 8182 119870
İlginccedil bir şekilde oksijen reaksiyonda goumlruumllmemektedir Ancak diğer gazlar goumlruumllmektedir denge sabiti
∆119866119900 = minus119877119879 ln 119870 = 119877119879 ln [119875119862119874
1198751198621198742]
Boumlylece 8182 K de ∆Go= 0 olur ve 119870 =1198751198621198742
119875119862119874= 1 dir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 51
Şekil 65 de ldquoCrdquo noktası 2CO+O2=2CO2 reaksiyonunun ccedilizgisinin serbest enerji ccedilizgisini kestiği yeri
belirtmektedir Yukarıda tartışılan oksijen kısmi basıncının etkisinin ele alındığı Ellingham diyagramına benzer
olarak PCO2PCO ccedilizgilerinin yer aldığı Ellingham diyagramı ldquoCrdquo noktasında başlamaktadır
Şekil 65 Ellingham diyagramı
FeO+COrarrFe+CO2 reaksiyonu iccedilin gerekli olan 8182 K denge sıcaklığı bir kez daha ele alınacak olunursa denge
şartlarında daha yuumlksek sıcaklık daha duumlşuumlk PCO2PCO değerini goumlstermektedir Boumlylece PCO2PCO = 1 değerinde
bir atmosferde FeOrsquoi reduumlkler Benzer şekilde duumlşuumlk sıcaklıklarda PCO2PCO =1 değeri demir iccedilin oksidasyona
uğratıcı bir atmosferdir Bu durum bize oksit halinden metalik hale demirin geccedilebilmesi iccedilin reduumlkleyici bir
atmosfer ve yuumlksek sıcaklığın birlikte var olması gerektiğini goumlstermektedir Ayrışmanın gerccedilekleşmesi iccedilin
gerekli sıcaklık PCO2PCO oranı ile goumlsterildiği gibi gazın reduumlkleme guumlcuumlndeki bir artışla azalmaktadır
Oumlrnek 61 Gang bileşiminden gelen silikanın (SiO2) karbonla reduumlksiyonunun olabilmesi iccedilin gereken reaksiyonu
ccedilıkarınız Ellingham diyagramını kullanarak denge sıcaklığını ve denge serbest enerji değerini tespit ediniz
Ccediloumlzuumlm
Si + O2 rarr SiO2
2C + O2 rarr 2CO
İlk reaksiyonu ters ccedilevirelim
SiO2 rarr Si + O2
2C + O2 rarr 2CO
Toplam reaksiyon
SiO2 + 2C rarr Si + 2CO
Ellingham diyagramından bu reaksiyon iccedilin denge sıcaklığının yaklaşık 1520degC toplam serbest enerji değerinin
ise yaklaşık -540 kJmol olduğu goumlruumllecektir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 52
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpenwikipediaorgwikiBlast_furnace
httpwwwmetalpasscommetaldocpaperaspxdocID=44
BOumlLUumlM 7 HAM DEMİRDEN CcedilELİK UumlRETİMİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 53
71 Ham Demirin Ccedilelikhaneye Nakli
Ham demir uumlretiminde sıvı metal (pik) veya doğrudan reduumlklenmiş demir iccedilindeki yuumlksek oranlardaki karbon ve
eser elementlerin tamamıyla veya en azından oumlnemli oranda uzaklaştırılması gerekmektedir Bu durum ham
demirden ccedilelik uumlretiminin temel amacıdır İlave olarak korozyon dayanımı işlenebilirlik yuumlksek sıcaklık
mukavemeti veya yuumlksek ccedilekme dayanımı gibi belli spesifik oumlzellikler tanımlanan analiz limitleri ile uyumlu bir
şekilde alaşım ilavesi yapılarak ccedileliğe kazandırılmaktadır
Yuumlksek fırından gelen sıvı metal oumlnce kuumlkuumlrt uzaklaştırma işlemine bazen silis ve fosfor uzaklaştırma işlemine
tabi tutulur Bu işlemler rafinasyon işlemini basitleştirir Sıvı metal ccedilelik fabrikasına transfer potaları veya torpido
arabalarla (Şekil 71) taşınır Ccedilelik fabrikasının iccedilinde sıvı metal bu potalarda veya torpido arabalarında
depolanabilir eğilebilen sıvı metal mikserlerinde ısıtılabilir Sıvı metal mikserleri silindirik ve refrakterle
astarlanmış tutma araccedillarıdır 1000 ile 1200 ton arasında taşıma kapasiteleri vardır Bu gibi mikserlerde yapılan
ara depolama sayesinde sıvı metaldeki bileşim farklılıkları ortadan kalkar Ayrıca bu mikserler sıvı metal uumlretimi
ile talep arasındaki dalgalanmaları da azaltır
Şekil 71 Sıvı pik demiri ccedilelikhaneye taşıyan
torpido arabaları
72 Sıvı Metale Uygulanan Oumln İşlemler
Genellikle yuumlksek fırında izabe işlemi ve akabinde ccedilelikhanede ccedilelik uumlretim işlemi birbirine bağlı işlemlerdir
Fakat hem tek tek hem de birlikte optimize edilmesi gereken aşamalardır Oumlrneğin yuumlksek fırında uumlretilen ve
ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumllmeden oumlnce hazırlanan konvertere sevk edilmek uumlzere sıvı metal oumlnce istenmeyen eser
elementlerin (kuumlkuumlrt silis ve fosfor gibi) iccedileriklerinin azaltılması iccedilin oumln işleme tabi tutulur
Kuumlkuumlrt oranını duumlşuumlrmek iccedilin kuumlkuumlrt uzaklaştırmada kalsiyum karbuumlr veya magnezyum karbuumlr gibi malzemeler
kullanılır Bu malzemeler ya taşıyıcı bir potadaki veya ccedilelikhanenin sıvı metal şarj eden potasındaki bir boru
vasıtasıyla eklenir Kuumlkuumlrt curuf iccedilerisine hapsedilir Prensip olarak sıvı metalin kompozisyonu ve kimyasalların
kendisinin ccedilevre ile uyumuna goumlre daha uygun ve farklı kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesleri ve malzemeleri vardır
Kuumlkuumlrt uzaklaştırma prosesine ek olarak sıvı metal silisyumdan ve ardından fosfordan arındırılabilir Silisyum
iccedileriği demir oksitler (cevher) eklenerek duumlşuumlruumllebilirken fosfor uzaklaştırma kireccedilli flakslar yardımıyla
gerccedilekleştirilir Bu proseslerde de silis ve fosfor curufa hapsedilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 54
Şekil 72 Pik demirin oumln işlem ve BOF da rafinasyon işlemi
73 Rafinasyon İşlemi
Sıvı metal iccedilindeki eser (ccedilok az) elementlerin uzaklaştırılması sıvı metal iccediline oksijen verip yanma sağlayarak
yapılır Bu kimyasal anlamda oksidasyon demektir Dolayısıyla bu işlem iccedilin devamlı oksijen temini
gerekmektedir Ccedilelik enduumlstrisinde bu yanma işlemi rafinasyon olarak adlandırılır
Rafinasyonun temel amaccedilları
1) karbon miktarını istenen miktara getirmek
2) istenmeyen elementlerin miktarını azaltmak veya gidermek
3) alaşım elementi ilavesiyle oumlzel bileşimlerde ccedilelik oluşturmak
Karbon fazlalığının oksidasyon ile yakımının yanı sıra rafinasyon sırasında bir ccedilok başka reaksiyonlar da meydana
gelmektedir Eser elementlerin sıcaklığa bağlı olarak değişen oksijene olan ilgisi (afinitesi) bu elementleri etkisiz
bileşikler halinde bağlama ccedilalışmaları iccedilin ccedilok oumlnemli bir destektir
Rafinasyon işleminin en oumlnemli kademesi karbonun azaltılmasıdır Burada uumlstten veya alttan uumlflenen oksijen sıvı
metaldeki karbon ile yanıcı gaz olan CO oluşturmak uumlzere reaksiyona girer İkinci oumlnemli kademede ise oumlrnek
olarak sıvı metaldeki silisi SiO2 haline ccedilevirmek ve kireccedil ile bağ oluşturup curufa ccedilekmektir Sıvı metaldeki kuumlkuumlrt
de yanmış kireccedille doğrudan reaksiyona girer Sonuccedilta silis mangan kuumlkuumlrt ve fosfor gibi bileşenler rafine edilir
Sıvı metalin rafinasyonu esnasında ortama aşırı miktarda oksijen goumlnderildiğinden sıvı ccedilelik iccedilinde oumlnemli
miktarda oksijen ccediloumlzuumlnuumlr Bir sonraki kademe olan deoksidasyon ile son uumlruumlne zararı dokunacak olan oksijen
ortamdan uzaklaştırılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 55
74 Rafinasyon İşlemindeki Gelişmeler
Modern ccedilağda kitle halinde ccedilelik uumlretimi 19 Yuumlzyılda Thomas-Bessemer youmlntemleri ve Siemens-Martin (Open
Heart) youmlnteminin geliştirilmesi ile başladı Guumlnuumlmuumlzde hammaddenin cinsi oumln hazırlık şekil ve kullanılabilecek
enerjinin ccedileşidi goumlz oumlnuumlne alınarak rafinasyon işlemlerinin birccedilok farklı tekniği geliştirilmiştir Bu tekniklerin
birccediloğu modası geccedilmiş olarak nitelendirilebilir Ama şimdiki ccedilelik yapım teknolojisi seviyesine bu teknikler
sayesinde gelindiği unutulmamalıdır
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde uygulanan iki ana proses kategorisi vardır
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi
Elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemi
1945 yılından sonra geliştirilen bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemi ile kitle ccedilelik uumlretiminde yeni bir akım
yaratılmıştır ve guumlnuumlmuumlzde bu youmlntem duumlnya ccedilelik uumlretiminin 65rsquoini teşkil etmektedir Son 25 senede yapılmış
olan teknik iyileştirmelerden dolayı elektrikle ccedilelik yapım youmlntemlerinde de oumlnemli gelişmeler olmuştur O da
guumlnuumlmuumlzde 32rsquosini teşkil etmektedir Diğer taraftan Siemens-Martin youmlntemi ccedilevresel nedenlerden dolayı ve
yeni youmlntemlerle kıyaslandığında duumlşuumlk verimliliği nedeniyle oumlnemini kaybetmiştir Bu youmlntem ile uumlretilen miktar
duumlnya ccedilelik uumlretiminin 3rsquouumln teşkil etmektedir Bu youmlntem artık batı yarım kuumlre uumllkelerinde hiccedil
kullanılmamaktadır Geniş bir şekilde elektrik ile ccedilelik yapım youmlntemleri ile yer değiştirmiştir Oumlnuumlmuumlzdeki yıllar
iccedilerisinde Siemens-Martin youmlnteminin de tamamıyla terk edilebileceği tahmin edilebilir
Entegre demir-ccedilelik fabrikalarında uumlretilen oumln gerilmeli ccedilelik ve sıcak banttan ccedilekme profiller gibi belli uumlruumln
grupları soumlz konusu olduğunda elektrikle ccedilelik yapımı bu tuumlr uumlruumlnlerin imalatında ccedilok esnek bir uumlretim imkacircnı
sunmaktadır Hatta elektrik ark ocağı katı haldeki doğrudan reduumlklenmiş demiri ergitmeye ccedilok uygundur Bu
youmlntemlerden birini veya değerini seccedilmede en oumlnemli kriter hammadde ve enerji kaynaklarına bağlıdır Ve tabii
ki son teknik gereksinimlere goumlre en duumlşuumlk maliyetli uumlretimin hangi youmlntemle sunulduğuna da bağlıdır
75 Oksijen ile Ccedilelik Uumlretimi
Bazik oksijen ile yapılan uumlretim en oumlnemli olanıdır Bu başlık altında yer alan değişik youmlntemlerin hepsinin ortak
oumlzelliği teknik olarak saf oksijen kullanılmasıdır (oksijen metaluumlrjisi)
Hava ile rafinasyon youmlntemini geliştiren Henry Bessemer 1855 yılında saf oksijen rafinasyona en uygun gaz
olduğunu anladı Bununla birlikte o zamanlar saf oksijen uumlretimi muumlmkuumln değildi Sonuccedil olarak hem Bessemer
hem de Thomas youmlntemleri alttan uumlfleme tekniği olarak geliştirildi Bu youmlntemde hava sıvı metalin altından nozul
benzeri bir tapadan enjekte edilir ve boumlylece havadan gelen oksijen eser elementlerini ve karbonu yakardı
Şekil 73 Bessemer konverteri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 56
Bessemer youmlnteminde yuumlksek silisli ve az fosforlu sıvı metal bir asidik astarlı konverter iccedilinde ccedileliğe rafine
edilirken Thomas youmlnteminde (bazik Bessemer youmlntemi olarak daha ccedilok bilinir) oldukccedila yuumlksek oranlarda kuumlkuumlrt
ve fosfor iccedileren sıvı metal bir bazik astarlı refrakter iccedileren konverterde ccedileliğe doumlnuumlştuumlruumlluumlr Her iki youmlntemde de
rafinasyon basamağında ısı ortaya ccedilıkar Uumlretilen ccedileliğin duumlşuumlk kalitesi ve oksijen metalurjisine kıyasla
maliyetlerin duumlşuumlk olmaması yuumlzuumlnden bu iki youmlntemin yerine guumlnuumlmuumlzde başkaları tercih edilmektedir Bununla
birlikte yeni oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri gerek işlem basamağı ve gerekse tesis teknolojisi accedilısından bu
youmlntemlerin belli temel oumlzelliklerini uyarlamıştır Saf oksijenin kullanımı daha oumlnce kullanılan havada azot
olmadığından dolayı maliyet etkinliğini artırarak oumlnemli oranda rafinasyon reaksiyonlarını hızlandırır Şimdi 10
ile 20 dakika suumlren rafinasyon reaksiyonunda sıvı metaldeki elementler oumlyle bir hızla yanar ki oumlnemli miktarlarda
ısı accedilığa ccedilıkar ve sıvı metal hurda eklenerek soğutulabilir Konverter kapasitelerinde ve verimlerinde son
zamanlarda ccedilok buumlyuumlk gelişmeler yaşanmıştır Bu da ccedilelik fabrikalarının uumlretkenliği ve verimliliğinde ccedilok buumlyuumlk
artışlara sebep olmuştur Rafinasyon işlemlerinin yapıldığı konverterler guumlnuumlmuumlzde eğilebilir ve refrakter
astarlıdır Her bir ergitmedeki kapasiteleri 50 ile 400 ton arasındadır Bessemer konverteri uumlstuuml kesik koni
biccediliminde silindirik bir kaptır Konverterin tabanında metal banyosuna basınccedillı hava uumlflemek iccedilin delikler
(tuumlyerler) vardır tabanın altında ise hava kutusu bulunur Konverter yatay bir eksen etrafında 180 deg kadar
doumlnebilecek şekilde 2 yatak uumlzerine oturtulmuştur Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik vana vasıtasıyla
basınccedillı havanın fırına verilmesi sağlanır Bessemer geliştirdiği konverterde SiO2 esaslı asidik astar (refrakter)
kullanmıştır Konverter eğilerek yuumlksek fırından alınan sıcak sıvı pik demir konverterin ağzından boşaltılır hava
accedilılır ve dikey konuma getirilir
I periyod
İlk kademede fırının ağzında hiccedil alev goumlruumllmez Bu suumlrede erimiş pik demir ile temas eden soğuk hava demiri FeO
şeklinde oksitler ve FeO banyo iccedilinde dağılarak silisyum ve manganezi oksitler
2Fe + O2 rarr 2FeO
2FeO + Si rarr 2Fe + SiO2
FeO + Mn rarr Fe + MnO
[Fe-C] + O2 rarr [Fe] + CO
Bu reaksiyonlar ısı verici olduklarından banyonun sıcaklığını oldukccedila yuumlkseltir SiO2 MnO ve bir miktar FeO
birleşerek curufu meydana getirir
II periyod
Manganez ve silisyumun buumlyuumlk bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar
2C + O2 rarr 2CO
CO konverterin ağzına geldiği zaman yanarak CO2 meydana getirir ve uzun bir alev oluşturur Bu alev azaldığı
zaman konverter devrilir hava kesilir ve ccedilelik potaya alınır Oumlnceleri ccedileliği sıvı halde tutmayı başaramayan fırınlar
bu youmlntemle hem istenmeyen maddeleri yakmayı hem de bu yanan maddelerden accedilığa ccedilıkan enerji ile ccedileliği sıvı
halde tutabilmeyi başarmıştı Oumlnceleri ccedilok uzun ve pahalı olan ccedilelik elde etme youmlntemi artık hızlanmış ve daha
ucuz hale gelmiş bu sayede ccedilelik kullanımı da uumlretim sektoumlruumlnde yerini almıştı
Ham demirde ccedilok miktarda silisyum az miktarda fosfor ve kuumlkuumlrt bulunması istenir Silisyum bu youmlntemin ısı
uumlreticisidir Asidik bir cuumlruf halinde yanar Bu nedenle fosfor ve kuumlkuumlrduuml bağlayamaz Fırının duvar yapısı da
asidik kuvars esaslı refrakterlerden meydana gelmiştir Bu youmlntem Almanyarsquoda yalnız ccedilelik doumlkuumlmhanelerinde
kuumlccediluumlk konverterler iccedilerisinde uygulanmaktadır
Bessemer youmlnteminin avantajları
a) Bu youmlntem ile kısa suumlrede (15 dk) ccedilok miktarda ccedilelik uumlretmek muumlmkuumlnduumlr
b) Pik demirin buumlnyesindeki yabancı maddeler (karbon manganez silisyum) suumlratle yok edilebilir
Bessemer youmlnteminin dezavantajları
a) Hurdanın ergime sıcaklığının yuumlksek olması nedeniyle bu youmlntemde hurda işlenemez
b) Yuumlksek oranda kuumlkuumlrt ve fosfor iccedileren pik demirden bu youmlntemle ccedilelik uumlretilemez
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 57
Bazik oksijen ccedilelik yapım youmlntemleri ilk olarak ilan edildiğinde Thomas ve Bessemer youmlntemlerini koruma ve
oksijenin banyonun altından enjekte edilmesi ccedilabaları vardı Ama oksijen kaynaklı reaksiyonların ccedilok guumlccedilluuml
olması konverterin altındaki refrakter astarların ccedilok ccedilabuk aşınması ile sonuccedillandı Bu nedenle oksijenin uumlstten
su soğutmalı bir uumlfleme borusu vasıtasıyla ile uumlflenmesi gibi alternatif ccediloumlzuumlm bulundu Bu teknik maliyet
accedilısından da fayda getiren ccedileşitli uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemlerinin de gelişmesine yol accedilarak duumlnya ccedilapında
hızla kabul goumlrduuml Bununla birlikte alttan uumlflemenin avantajı o kadar daha fazlaydı ki oksijen uumlfleme denemeleri
uzunca bir suumlre devam etti 1960rsquoların sonunda oksijenin alt nozullar vasıtası ve reduumlkleyici veya koruyucu gaz
zarfı iccedilinde enjekte edildiği bir alttan uumlfleme youmlntemi geliştirildi
Şekil 74 Konverter buumlyuumlkluumlğuuml ve kapasitesindeki gelişim
751 Saf Oksijen ile Rafinasyon
Uumlstten saf oksijen uumlflemeli rafinasyon banyoya 12 bara kadar varan yuumlksek basınccedillarda oksijen jeti uumlflenerek
yapılır Oluşan kuvvetli bir reaksiyon ile demir demir okside oksitlenir ve karbon da karbon monoksit olur Ama
demir oksit oksijeni hemen iz elementlerine aktarır Bu reaksiyonun merkezindeki ccedilekirdeklenme boumllgesindeki
sıcaklıklar 2500degC ile 3000degC civarındadır ve kuvvetli bir karıştırma etkisi oluşturur Rafine olmayan kısımlar
karıştırmanın etkisi ile bu boumllgeye giderek rafine olur
Rafinasyon işleminin sonuna kadar artan karbon monoksit bir maden suyu şişesinden karbon dioksit
kabarcıklarının ccedilıkması gibi sıvı metalin karışmasını sağlayarak ccedilıkış yapar İz elementlerin oksijen ile ve demir
oksitle olan reaksiyonu ccedilekirdeklenme boumllgesini geliştirerek hızla reaktif cuumlruf oluşumuna yol accedilar Demir ccedilıkışı
ve yuumlkselen karbon monoksit tamamıyla veya en azından kısmen konverteri dolduran demir iccedileren bir cuumlruf sıvısı
oluşturur Sıvı metal uumlzerinde reaksiyon oluşumu iccedilin bir boşluk bırakılır Başka bir deyişle konverterin kapasitesi
sıvı metalin başlangıccediltaki hacminden oldukccedila daha buumlyuumlktuumlr
Uumlfleme devam ederken sıvı metal iccedilerisindeki karbon fosfor mangan ve silis iccedilerikleri suumlrekli azalır Oysa
Thomas işleminde fosfor iccedileriği oldukccedila yuumlksek dekarbuumlrizasyon seviyelerindeki proses ile ancak zor bir şekilde
değiştirilebilir Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlnteminde fosforu cuumlrufa erken alma vasıtasıyla ve yanmadan sonra
rafinasyon işleminin oumlzel kontroluuml ile ccedilok duumlşuumlk oranda kalıntı iccedilerik kalıncaya kadar elimine edilebilir
Oksijenin ergiyiğin altından verildiği uygulamalarda esas olarak uumlstten uumlflemelideki gibi aynı reaksiyonlar
meydana gelir Banyonun daha yoğun karışması ve bunun etkisiyle daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar (fosforun ve
oksijenin uzaklaştırılması gibi ) elde edilir ve aynı zamanda uumlfleme zamanı da azalır
En oumlnemli oksijenle ccedilelik yapım youmlntemleri aşağıdaki gibidir
Uumlstten uumlflemeli oksijen youmlntemleri (BOFOLP prosesleri)
Alttan uumlflemeli oksijen youmlntemleri (Q-BOP prosesleri)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 58
Birleşmiş uumlfleme youmlntemleri
Yeni oumlzel youmlntemler
Oksijen metaluumlrjisinin duumlnya ccedilapında hızla kabuluuml sadece ilgili youmlntemlerin maliyet duumlşuumlkluumlğuumlnden ve onların
mevcut koşullara adapte edilebilmelerinden değil aynı zamanda oumlzellikle yuumlksek kaliteli ccedileliklerin duumlşuumlk fosfor
kuumlkuumlrt ve azot iccedilerikleri ile uumlretilebilmesi yuumlzuumlnden de kaynaklanmaktadır Diğer youmlntemlerle uumlretilen ccedileliklere
goumlre kalite accedilısından hiccedilbir fark yoktur
752 Proses Aşamaları ve Teccedilhizatlar
Uumlretim muumlhendisliğinde ccedileşitli oksijen ccedilelik yapım youmlntemlerinden biri diğerine goumlre ccedilok az değişiklik goumlsterir
Tam alttan uumlflemeli youmlntemde konverterin olduğu tesisin bina yuumlksekliği duumlşuumlk tutulabilir ccediluumlnkuuml uumlstten uumlfleme
yapacak bir bek olmayacaktır Daha oumlnemli farklılıklar daha ccedilok işlem basamaklarında yatar Eğik ve boş
durumdaki konvertere tavalar veya yuumlkleme kasalarından boşalan hurda ile ısı oluşmaya başlar Sıvı metal potadan
boşaltılır ve sonra konverter yeniden dikey konuma gelir Prosese bağlı olarak oksijen sonra uumlstten bir soğutma
kanalından banyo yuumlzeyine veveya alt nozul tapasına doğru enjekte edilir Sonra da ergiyiğin iccedilinden
fokurdayarak yukarı doğru ccedilıkar Karıştırıcı gazlar aynı zamanda bu kademede alt nozullar vasıtası ile de enjekte
edilir Kural olarak su soğutmalı bekler ccedilok delikli nozullar ile doldurulur ve oksijen akışının değiştirilebilmesi
iccedilin bir veya daha ccedilok devreli sistemler haline gelir Gerekli curuf yapıcılar ve alaşımlayıcılar hassas bir oumllccediluumlmle
hem başlangıccedilta hem de uumlfleme sırasında otomatik olarak konverterin uumlzerine monte edilmiş silolardan ilave edilir
Uumlfleme kademesi tamamlandığında alaşımın bileşiminin istenilen analizde olup olmadığını (otomatik olarak
yapılır) kontroluuml iccedilin bir numune alınır Aynı zamanda sıvı ccedileliğin sıcaklığı da oumllccediluumlluumlr Bu işlem ara borusu olarak
adlandırılan ve banyoya daldırılan bir boru ile yapılır Ccedilelik banyosu 1650degC ile 1720degC arasındaki sıcaklıklarda
iken bir sonraki ikincil metalurji kademesine bağlı olarak doumlkuumlm yapılır Sıcaklığı yakından goumlzlemlemek rafine
edilmiş ccedileliğin kalitesi bakımından ve uumlfleme sonrası işlemlerde veveya daha ileri ilavelerin eklenmesi gibi
tamamlayıcı işlemlerin yapılmasında operatoumlr iccedilin ccedilok iyi bir veridir Otomatik dinamik proses kontroller
sayesinde guumlnuumlmuumlzde yuumlksek hassasiyetli sıvı metal analizi elde edilebilir Boumlylelikle uumlfleme sonrasında meydana
gelebilecek uygunsuzluklar oldukccedila azaltılabilir
Guumlnuumlmuumlzde doumlkuumlm işlemi ccedileliğin aşağı doğru akmasını sağlamak iccedilin konverterin eğilmesi ile yapılır Ccedilelik
potaya bir doumlkuumlm deliğinden akar Ccedileliğin yuumlzeyinde duran curuf (sıvı ccedileliğe goumlre yoğunluğu daha duumlşuumlk
olduğundan) doumlkuumlm oumlncesinde ve sonrasında konverterde kalır ve farklı bir işlemle alınır Doumlkuumlm suumlresinin sonuna
doğru curufun ccedileliğe karışma tehlikesi artar Curufun ccedileliğe bulaşmasını oumlnlemek iccedilin ccedileşitli curuf saptama ve
oumlnleme youmlntemleri geliştirilmiştir Oumlrneğin kızıl oumltesi kamera duumlzenekleri veya elektromanyetik rulo sistemleri
Bu sayede curuf karışması zamanında oumlnlenir ve doumlkuumllen ccedileliğin curufsuz olmasını sağlamak iccedilin dik duruma
getirilir Pota ters youmlnde biraz yatırılarak curufun konverterin ccedilemberi uumlzerinden akması sağlanır Genellikle
curuf bir sonraki uumlflemede de bir miktar kullanılması iccedilin tamamıyla alınmaz Bu bir miktar curuf aynı zamanda
konverterin astarı olan refrakter uumlzerindeki koruyucu tabakayı oluşturmak iccedilin de kullanılabilir Deoksidanların
ilave edildiği gibi ferro-mangan ve diğer alaşım elementleri de ham ccedilelik doumlkuumlluumlrken ccedileşitli yollarla ilave
edilebilir 10 ile 20 dakika olan uumlfleme suumlresine doldurma ve boşaltma sıcaklık oumllccedilme ve numune alma
işlemlerinin suumlreleri de eklendiğinde doumlkuumlmden doumlkuumlme olan zaman 30 ile 40 dakika civarına gelir
Diğer işletmelerin binalarından farklı olarak (şarj hazırlama ve doumlkuumlmhane gibi) oksijen ccedilelikhanesi aynı zamanda
toz arıtma tesisi de barındırır Burada karbon monoksit ve karbon dioksit iccedileren konverter gazlarının ccediloğu toplanır
soğutulur ve tozdan arındırılır Modern toz tesisleri CO gaz temizlemesi ve doumlnuumlşuumlmuuml uumlzerine yoğunlaşır Buna
basınccedillı yanma ve takip eden primer gazların yıkanması da dahildir Temizlenmiş gaz enerji zenginleştirme
aşamasından bir gaz tankında saklanır ve sonra yakıt olarak kullanılır Boumlylelikle gaz doumlnuumlşuumlmuuml işlemin enerji
maliyetlerini oumlnemli derecede azaltır
753 Uumlstten Uumlflemeli Oksijen İşlemleri (BOF ve OLP)
Oksijen metalurjisinin ilk zamanlarında geliştirilen BOF (Basic Oxygen Furnace-yani ldquoLDrdquo) işlemi ve OLP
(Oxygen Lance Process- yani ldquoLD-ACrdquo) işlemleri oksijenin banyo yuumlzeyine yukardan uumlflenmesi esasına dayanır
İki işlem arasındaki fark sıvı metalin bileşimi iccedilin gerekli zamanlamaya dayanır BOF youmlntemi duumlşuumlk fosforlu sıvı
metalin rafine edilmesi iccedilin kullanılır ve bu yuumlzden sadece uumlfleme aşamasından oluşur Diğer taraftan OLP
youmlnteminde yuumlksek fosforlu sıvı metal ccedileliğe iki aşamada doumlnuumlştuumlruumlluumlr Buna ccedilift curuf uygulaması adı verilir ve
OLP youmlnteminin duumlşuumlk fosforlu sıvı metalde kullanılmamasının en oumlnemli sebeplerinden birisidir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 59
Şekil 75 Bazik Oksijen Fırını ve yardımcı boumlluumlmler
76 Bazik oksijen fırını
Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik olarak 250 ton kadardır Bazik oksijen fırınlarında ccedilelik uumlretimi
yaklaşık 15-20 dakikada gerccedilekleştirilmektedir 250 ton kapasitedeki bir BOFnın yuumlksekliği 1033 m dış ccedilapı
790 m cidar kalınlığı 092 m ve ccedilalışma hacmi 290 m3 kadardır Fırına yuumlklenecek optimum sıvı metal ve hurda
oranlarını curuf yapıcı katkı maddelerinin miktarını fırına oksijen uumlfleyen lansın yuumlksekliğini ve uumlfleme zamanını
bilgisayarla otomatik olarak kontrol edilmektedir
Bazik oksijen fırınlarında genellikle 70-80 oranında yuumlksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
ccedilelik hurdası kireccediltaşı dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj kullanılır Uygun doumlkuumlm sıcaklığında istenilen
karbon yuumlzdesine erişmek iccedilin konvertere şarj edilecek ham maddelerin cinslerinin ve miktarlarının ayarlanması
gerekir Fırın 100 sıcak metal ile şarj edilir ve oksijen ile uumlflenirse sıcak metal iccedilindeki karbon ve diğer yabancı
elemanların oksijen ile birleşmesi sonucunda ccedilok fazla ısı meydana geldiğinden sonunda doumlkuumllemeyecek kadar
sıcak bir ccedilelik elde edilir Bunu oumlnlemek iccedilin konvertere soğutucu olarak hurda şarj edilir Hurdanın erimesi karbon
ve diğer yabancı elemanların yanması esnasında meydana gelir bu elemanların oksijen ile yanması sonucu
verdikleri ısıya bağlıdır Konverter 75 hurda ve 25 sıcak pik demir ile şarj edilirse sıcak metal iccedilindeki karbon
ve diğer elemanların oksijen ile yanması sırasında verdikleri ısı hurdanın yalnız kuumlccediluumlk kısmını eritir Bu bakımdan
fırınların uygun miktarlarda sıcak pik demir hurda veya cevher ile şarj edilmesi gerekir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 60
Şekil 77 Bazik oksijen fırınına hurda şarjı
Şekil 78 Bazik oksijen fırınına sıvı metal (pik
demiri) şarjı
Şekil 79 BOF ile ccedilelik uumlretim kademeleri
Silisyum oksijenle birleştiğinde sıcak pik demir iccedilindeki buumltuumln elemanlardan ccedilok daha fazla bir reaksiyon ısısı
meydana getirir Bu ısı manganezin oksijen ile birleşmesi sonucu meydana gelen ısıdan yaklaşık olarak 25 kat
karbonun reaksiyon ısısından da 4 kat daha fazladır Bu elemanların oksijene karşı afinitesi Fe den fazla
olduğundan oumlnemli bir miktarda demir yanmadan oumlnce bu elemanlar ccedilelik eldesi iccedilin uygun seviyelere kadar
yanar Normal olarak yuumlksek fırından alınan sıcak metalde az ısıveren elemanlar (karbon ve manganez) nispeten
sabit miktarlarda bulunduğundan konverter şarjının hesaplanmasında yalnız silisyum yuumlzdesi goumlz oumlnuumlne alınır
Karbon ve manganez miktarlarında buumlyuumlk değişmeler olduğu zaman şarjın hesaplanmasında duumlzeltmeler
yapılması gerekir
Bu bakımdan genel olarak konvertere şarj edilebilecek hurda miktarı sıcak pik demir iccedilindeki silisyum
yuumlzdesine bağlıdır Konvertere kok veya tabii gaz gibi herhangi bir ilacircve yakıt verildiğinde daha fazla hurda şarj
edilebilir Silisyum ile hurda arasındaki ilişki işletme şartlarına bağlı olarak değişir bundan dolayı her işletme
tecruumlbeleri sonucu kendi şartlarına uygun olan bağıntıyı tespit eder
Genel olarak oksijen borusu sıvı şarjın yuumlzeyinde- takriben 180 cm yukarısındadır ve su soğutmalı olarak
ccedilalışmaktadır Yuumlksek saflıktaki oksijen gazı ( 995 oksijen) normal olarak 10-12 kgcm2 basınccedil altında buumlyuumlk
bir hızla puumlskuumlrtme lansından ccedilıkar 100 tonluk bir fırın 64 mm ccedilapında bir oksijen borusu vasıtasıyla dakikada
200-225 m3 oksijen kullanmaktadır Oksijen verilmeğe başlandıktan hemen sonra uumlst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireccedil (CaO) fluşpat (CaF2) dolomit kolemanit ve tufal (FeO) gibi cuumlruf yapıcı katkı maddeleri
fırına ilave edilir İstenilen baziklik derecesinde ve akıcılıkta curuf yapılmasına yarayan bu maddeler fırını oumlrten
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 61
ve su ile soğutulan bir davlumbazın yan tarafındaki eğik bir oluk vasıtasıyla ilacircve edilir Kireccedil sıcak pik demir
iccedilindeki Si ve P gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek curufu meydana getirir Oksijenin kısmen kimyasal ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi vardır Basınccedillı oksijen banyoyu şiddetle karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır Oksijen sıvı şarjın yuumlzeyine ccedilarpar ccedilarpmaz demir oksidin oluşumuna sebep olan reaksiyonları başlatır
Demir oksidin bir kısmı hemen banyonun her tarafına dağılır Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit (CO) ve
karbon dioksit (CO2) meydana gelir Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur Ayrıca bu arada şarjdaki silisyum
manganez fosfor ve kuumlkuumlrtte oksitlenir Oksijen sıvı pikte bulunan karbon ve silisyumu oksitleyerek katı hurdayı
eritebilecek ısıyı accedilığa ccedilıkarır Sıvı metaldeki silisyum SiO2e doumlnuumlşuumlr ve bu SiO2 diğer curuf yapıcılarla
reaksiyona girer Ayrıca sıvı pikteki manganın demirin ve fosforun oksidasyonu ile de ortama bir miktar ısı katkısı
sağlanmaktadır BOF da gerccedilekleşen genel reaksiyonlar aşağıda verilmiştir işareti lansdan uumlflenen oksijeni [
] işareti sıvı ccedilelikte bulunan bileşeni ( ) işareti ise curufa geccedilen katı oluşumu goumlstermektedir
12O2 = [O]
[Fe] + 12O2 = (FeO)
[Si] + O2 = (SiO2)
[Mn] + 12O2 = (MnO)
2[P] + 52O2 = (P2O5)
[C] + 12O2 = CO
CO + 12O2 = CO2
Genel olarak curufun baziklik derecesinin yani cuumlruftaki kalsiyum oksidin silisyum oksite oranının 3 olması
(CaOSiO2 = 3) istenir Bu oran ccedileliğin iccedilinde kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması iccedilin yeterli
kireccedil ilacircvesini muumlmkuumln kılar Ayrıca yeterli kireccedil ilacircve edilmezse bir kısım silisyum oksit bazik oumlzellikte olan
magnezit tuğlalarla birleşir Bu da refrakter astarın ccedilabuk aşınmasına sebep olur
Uumlfleme sırasında fırından kırmızı - kahverengi ve toz yuumlkluuml bir duman ccedilıkar Bu duman su ile soğutulan
davlumbaz vasıtasıyla laquotoz toplama sistemiraquo ne goumlnderilerek temizlenir Bacadan temizlenmiş duman ccedilıkar
Karbonun yanması sonunda konverterin ağzındaki alev azalır Uumlflemenin sonu istenilen karbon yuumlzdesine
erişildiği alccedilak karbonlu doumlkuumlmlerde konverterin ağzından ccedilıkan alevin goumlruumlnuumlşuuml ile 020 ve daha yuumlksek
karbonlu doumlkuumlmlerde ise sıcak metal tonu başına sarf edilen oksijen miktarı ile kabaca tespit edilir Bundan sonra
oksijen kesilir oksijen borusu yukarı alınarak fırın eğilir ve daldırma termokupl ile banyonun sıcaklığı oumllccediluumlluumlr
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler iccedilin arzu edilen doumlkuumlm sıcaklığı 1600-1610 degC dir Sıcaklık doumlkuumlm sıcaklığının uumlzerinde
ise banyonun soğuması iccedilin hesaplanmış miktarlarda hafif hurda ilacircve edilir ve hurdanın banyo iccedilinde dağılması
iccedilin konverter sağa sola doumlnduumlruumlluumlr Hurda eridiği zaman diğer bir sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır Şayet sıcaklık az ise
kısa bir muumlddet tekrar uumlfleme ile arttırılabilir Bu arada ccedilelikten kepccedile ile numune alınır ve elde edilen karbon
manganez vs miktarları doğru olarak tespit edilir Karbon miktarı yuumlksek bulunduğu durumda tekrar uumlfleme ile
azaltılır gerekirse yeniden bir numune alınır İstenilen doumlkuumlm sıcaklığına ve karbon yuumlzdesine erişildiğinde fırın
doumlkuumlm tarafına eğilir ve metal doumlkuumlm deliğinden potaya alınır Yapılacak ccedilelik cinsine goumlre hesaplanan ilacircve
maddeleri alaşımlar (ferro manganez ferro-silisyum aluumlminyum vs) ve kok potaya bakır nikel ve molibden ise
fırına ilacircve edilir Doumlkuumlm bittikten sonra fırın ters tarafa doumlnduumlruumllerek curuf alınır Fırın boşaltıldıktan sonra ağız
kısmını ve oksijen borusunu temizlemek gerekir fakat genel olarak bir sonraki doumlkuumlm iccedilin fırın hemen yuumlklenir
Şarjdan şarja geccedilen zaman (yuumlkleme ccedilelikten numune alma ve test zamanı dahil) 30-35 dakika arasındadır
754 Alttan Uumlflemeli Oksijen Youmlntemi (Q-BOP)
1960rsquoların sonunda Almanyarsquoda OBM (Oxygen-bottom-Maxhuumltte) adı altında İngilizce konuşulan uumllkelerde Q-
BOP olarak bilinen yeni bir oksijen uumlfleme tekniği geliştirildi Orijinal Thomas (bazik Bessemer) youmlnteminin bir
tuumlrevi olan Q-BOP youmlntemi saf oksijenin sıvı metal iccediline bir nozul iccedilinden verilmesi şeklinde yapılır Yuumlksek
baskı altındaki alt tapanın esnekliği her bir nozulun patentli bir youmlntemle soğutulması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 62
Q-BOP prosesinin birccedilok avantajları vardır
Bunlardan birincisi uumlstten uumlflemeli oksijen borusu
youmlntemine goumlre daha iyi bir karıştırma elde
edilebildiği iccedilin doumlkuumlmden doumlkuumlme geccedilen zamanın
daha kısa olmasıdır Diğer avantajları ise kahverengi
dumanın daha az olması daha yuumlksek oranda hurda
kullanılabilmesi ve daha hızlı bir akışın olmasıdır
710 Q-BOP Fırını
755 Birleşik Uumlfleme Prosesleri
Başlangıccedilta en hakim youmlntem olan uumlstten uumlfleme prosesleri ccedileşitli dezavantajları yuumlzuumlnden engellenmiştir
Banyonun eksik ve beklentileri karşılamayan karıştırma seviyesi yuumlzuumlnden istenilen sıvı bileşimini elde etmek
iccedilin oksijenin daha yuumlksek bir akışla akması gerekiyordu Bu durum genelde ccedilelik iccedilerisinde fazla miktarda oksijen
iccedileriğinin bulunmasına sebep oluyordu Altan uumlflemeli prosesin geliştirilmesi ile bu dezavantaj ortadan kalktı
Ama bu proses ile ortaya ccedilıkan yuumlksek olası hurda oranı da bir taraftan azaltılmaktadır
Bu proseslerden sonra geliştirilmekte olan yeni projelerden hedef uumlstten uumlflemede daha iyi metaluumlrjik sonuccedillar
almak alttan uumlflemede de artan hurda oranını azaltmak uumlzerine kuruludur Guumlnuumlmuumlzde bu hedefler gittikccedile daha
ccedilok kullanılan birleşik oksijen uumlflemeli prosesler vasıtasıyla geniş bir şekilde elde edilebilmektedir Birleşik
uumlflemeli proseslerin ana değişkenleri
Alt tarafa doğru karıştırma yapan inert gazlı uumlstten oksijen uumlfleme
Uumlstten oksijen uumlfleme ve alttan oksijen uumlfleme
Birleşik uumlfleme prosesinin değişik tuumlrleri uumlfleme boruları ilave nozulların konverterin ağzında yerleşimi alt
tapalar nozullar ve kabarcık tuğlaları ilave yakıtlar inert gazlar ve uygulanan hurda oranları accedilısından birinden
bir diğerine farklılık goumlsterir Birleşik uumlfleme prosesinin avantajları aşağıdaki gibi oumlzetlenebilir
Hurdanın hızlı ergimesinden dolayı homojen ergiyik
Uumlfleme safhasının ivmelenerek hızlanması
Demirin ve alaşım elementlerinin hızlı akışı
Ergiyik iccedilin gerekli kimyasal bileşim elde etmek iccedilin geliştirilmiş hassasiyet
Gelişmiş temizlik
Daha az curuf daha az refrakter parccedilalanması ve bozulma
Konvertoumlr oumlmruumlnde artış
Sadece uumlstten ve alttan uumlfleme proseslerine goumlre fiyat avantajı
Ayrı bir ara uumlfleme borusunu da iccedileren cazip işlem oumllccedilme sistemleri
Mevcut tesislerdeki imkanlara goumlre ve uumlretilen ccedilelik cinslerine bağlı olarak değişen bir ccedilok değişken vardır
Mevcut uumlstten oksijen uumlflemeli (oxygen top blowing-BOFLD) ccedilelikhaneleri oumlzellikle ilave inert gaz karıştırma
teccedilhizatı eklenerek verimli bir şekilde yeni prosese ccedilevrilebilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 63
İkincil metalurji aşamasında bir sonraki işlemle bağlantılı olarak birleşik oksijen uumlfleme prosesinin de yardımıyla
ccedileşitli ccedilelik cinsleri henuumlz başka bir youmlntemle uumlretilemeyecek kadar iyi bir şekilde optimum oumlzellikleri ve
muumlkemmel fiyat etkinliği ile uumlretilebilir
76 Siemens ndash Martin Fırınları (Open Hearth)
Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra William Siemens fırın sıcaklığını arttıran rejeneratif sistemi bulmuş
ve 1860-1870 yılları arasında bu sistemi ccedilelik fırınlarına uygulamıştır Rejeneratif sistemde gaz yakıt ve hava
fırında birleşip yanmadan oumlnce iccedili refrakter tuğlalarla oumlruumlluuml kamaralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya
gitmeden oumlnce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geccedilerek bunları ısıtmaktadır
Şekil 711 Siemens-Martin Fırını
(A) Gaz ve hava girişi (B) Isıtma odası (sıcak kamara) (C) Erimiş sıvı metal (D) Hazne (E) Isıtma odası (soğuk
kamara) (F) Gaz ve hava ccedilıkışı
Siemens ccedilelik yapmak iccedilin fırınında oumlnceleri ccedilelik hurdaları eritmiştir Daha sonra pik demiri ve demir cevheri
kullanarak ccedilelik uumlretmiştir Siemensrsquoden hemen sonra Pierre Martin adında bir Fransız pik demiri ve ccedilelik hurdası
kullanmak suretiyle Siemens metodunu değiştirmiştir Modern uygulamada ccedilelik hurdası pik demir ve demir
cevheri kullanıldığından Siemens ndash Martin Ccedilelik Uumlretim Metodu denilmektedir
Bessemer-Thomas youmlnteminde enduumlstriyel uumlretimin 5i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu Ayrıca her yıl
milyonlarca ton makine parccedilasının hurdaya ccedilıkması da hurdaların kullanılmasını mecburi kılmıştır 1864te
geliştirilen Siemens Martin youmlnteminde 100e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir
Ccedilelik sabit veya yana devrilebilir 100-300 tonluk fırınlarda ergitilir Fırın buumlyuumlk bir yuumlzey ve kuumlccediluumlk banyo
derinliğine sahiptir Gaz yakıtla ısıtılır Oumlnceden ısıtılmış gazın yine oumlnceden ısıtılmış hava ile yakılması sonucu
oluşan bir alev gerekli ısıyı uumlretir ve 1700oCrsquoa varan bir sıcaklık verir Alev hammaddeyi yalayarak ergitir ve
ergimiş ccedilelik potaya akıtılır Oumln ısıtma fırının hemen yanındaki kamaralarda sıcak baca gazları ile olur
Bu fırınlarda yakıt olarak kok gazı doğal gaz yuumlksek fırın gazı pulverize koumlmuumlr fuel-oil ve katran kullanılabilir
Fırın fuel-oil ve katran gibi gaz olmayan bir yakıtla ısıtılacağı zaman sadece hava ısıtılır (her iki tarafta havayı
ısıtmak iccedilin birer kamara yeterlidir) Modern tesislerde daha ekonomik olduğu iccedilin kok fırını gazı yuumlksek fırın gazı
ile karıştırılarak kullanıldığı iccedilin her iki tarafta birer ısıtma odası (kamara) gerekir Kuvvetli parlayan alev tavana
zarar vermemesi iccedilin sıvı uumlzerine eğik olarak gelir Şarj yapılan taraftan accedilılan kapıdan hurda cevher ve ham demir
yuumlklenir Fırın oumlnce uumlccedilte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur kireccediltaşı ilave edilerek 3 saat uumlstten ısıtılır
Bu şekilde oksitleyici aleve (kok gazı katran) tabi tutulur daha sonra sıvı pik demir iccedileri doumlkuumllerek fırın
kapasitesine ccedilıkılır Ccedilelik iccedilin istenilen analize erişildikten sonra fırından alınır Ccedileliğin cinsine ve bileşimine bağlı
olarak sıcaklık 1600 degC civarındadır Akıtma işlemi diğer kenardan akıtma deliğinden potaya yapılır Fırındaki
buumltuumln ccedilelik potaya dolduktan sonra fırından akmaya devam eden curuf potanın uumlst kısmında bulunan bir oluk
vasıtasıyla curuf potasına aktarılır Ccedilelik iccedilerisinden curuf ayrımı potalardan ccedilelik taşırılarak uumlste toplanan
curufun başka bir potaya aktarılması ile sağlanır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 64
Bessemer ve Thomas youmlntemlerine goumlre daha kaliteli ccedilelik uumlretilebilir Alaşımlı ccedilelik uumlretmek de muumlmkuumlnduumlr
Fakat alev sıvı metalle temas ettiği iccedilin alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması soumlz konusu olur Bazik
youmlntemle uumlretimde hammadde olarak demir cevheri hurda ccedilelik ve kireccediltaşı kullanılır Cevherdeki yabancı
maddeler kireccediltaşıyla birleşerek bazik bir curuf oluşturur Asidik youmlntem daha az kullanılır ve silisli refrakterlerden
oumltuumlruuml asidik bir curuf meydana gelir 250 ton kapasiteli tipik bir Siemens-Martin fırınını 15 m boyunda 6 m
genişliğinde ve 1 metre derinliğindedir Her devre 8-10 saat suumlrer
Fırın iccedilerisindeki refrakter tuğlalara gelince Bazik refrakterler genellikle dolomitten [CaMg(CO3)2] yapılır Asidik
refrakterler SiO2rsquoden hazırlanır
Demir iccedilerisinde fazla fosfor varsa ccedileliği temizlemek iccedilin fosforun yakılması gerekir Dolayısıyla Siemens Martin
fırınlarında iccedilinde fosfor ve suumllfuumlruuml duumlşuumlk olan pik kullanılır Yani pik demir iccedilinde fosfor ve suumllfuumlr fazla ise bazik
karakterli refrakterler kullanılmalıdır Bunların yanında karbon silis ve manganda yanarak oksitlenir Siemens-
Martin ocaklarına 100lsquoe kadar hurda şarj edilebilir
Reaksiyonların gerccedilekleşmesi iccedilin oksijenin bulunabileceği kaynaklar
Şarjın ısıtılması sırasında meydana gelen tufal hurdaların uumlzerindeki pas
Kireccediltaşının parccedilalanması ile oluşan CO2
Fırına verilen havanın oksijeni
Cuumlruftaki oksitleyici oksitler (FeO MnO)
Demir cevherleri sinter pelet
Uumlfleme periyodunda tekrardan karbon monoksit gazı teşekkuumll eder
FeO + C rarr Fe + CO
Karbonmonoksit gazı sıvı iccedilerisinde yuumlkselerek banyoda kaynamaya sebep olur Bu sırada ccediloumlzuumlnmuumlş gazlar da
yerlerinden soumlkuumlluumlrler Hareket halindeki hava curuf tabakası ve ccedilelik banyosunun temas ettiği yuumlzeyde oluşan
reaksiyonları hızlandırır Karbon miktarı yavaş yavaş azalır Fosfor başlangıccediltan itibaren sistemden alınır ve ccedilelik
iccedilerisinde Thomas ccedileliklerine goumlre daha duumlşuumlk değerlere indirilir Bu işlemler sırasında banyoda halen karbon
mevcuttur İstenilen karbon miktarına varıldığında alev kısılır ve banyoda mevcut olan demir oksitin
uzaklaştırıldığı temizleme periyodu başlar Alev artık yeni demir oksit uumlretmemelidir Kuumlkuumlrduumln uzaklaştırılması
zor olduğundan fırın şarjı ve yakıt iccedilerisinde kuumlkuumlrt olmaması gerekir Bir şarjın işlenme suumlresi 8-10 saat
arasındadır Bu suumlre iccedilerisinde sıvı dikkatle izlenir Alaşımlı ccedileliklerin ergitilmesi de muumlmkuumlnduumlr Reaksiyonları
hızlandırmak ve ilave edilen hurdaların ccedilabuk ergimesini sağlamak iccedilin ayrıca guumlnuumlmuumlzdeki bazı modern
fırınlarda oksijen ilavesi ile ccedilalışılır Eğer ocağın uumlzerinde O2 gazı goumlndermek iccedilin bir sistem varsa fırın iccedilerisine
en son olarak yanmayı hızlandırmak iccedilin oksijen gazı goumlnderilir Ancak meydana gelen yuumlksek sıcaklıklar fırın
tuğlalarının daha kuvvetli aşınmasına sebep olur
Youmlntemin avantajları
Ccedileşitli ergime usullerinin uygulanması muumlmkuumlnduumlr
Şarj edilen ham demir herhangi bir bileşimde olabilir
Buumlyuumlk miktarlarda hurda şarj edilmesi imkacircn dacirchilindedir
Ccedilelik iccedilerisinde daha az fosfor ve azot kalır
Youmlntemin dezavantajları
Duumlşuumlk miktarlarda uumlruumln alınır
Tesis yapılması ve işletilmesi bakımından pahalıdır
Ccedileliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur
77 Elektrik Ark Ocaklarında Ccedilelik Uumlretimi
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelik uumlretiminde kullanılmakta olan iki farklı modern youmlntemden biri entegre demir ccedilelik tesislerinde
BOFrsquolarında ve diğeri yarı entegre demir ccedilelik uumlretimi olan elektrik ark ocaklarında ccedilelik uumlretimidir Elektrik ark
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 65
ocağı demir ccedilelik uumlretiminde bir alternatiftir Elektrik ark ocakları oumlzel kalite ccedileliklerin (alaşımlı) ve sade karbonlu
(oumlrneğin inşaat sanayiinde kullanılan yapısal uumlruumlnler) ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır Bazik oksijen
fırınlarından farklı olarak Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır
Ccedilelik uumlretiminde Elektrik ark fırını kullanımını sağlayan faktoumlrler
ndash Elektrik enerjisi uumlretim ve temininin artması
ndash Elektrot uumlretim ve kalitelerinin geliştirilmesi
ndash Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler
ndash Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki gelişmeler
ndash Mekanik hidrolik elektronikdeki gelişmeler olarak sırlanabilir
Geleneksel elektrik ark fırınları Alternatif akımlı direkt arklı 3 elektrodlu dairesel kesitli goumlvde ve kapaktan
oluşur Elektrodlar ile haznedeki metal arasında yuumlksek akım yoğunluğu ile ark meydana gelir ve yuumlksek sıcaklık
elde edilir (ark boumllgesinde 3200⁰ C)
Ark Tipine Goumlre Sınıflandırma
A) Direkt Ark
Enduumlstride en yaygın kullanılanlar seri ark ve uumlccedil fazlı olanlardır
Daha hızlı ergitme ve daha yuumlksek kapasitededirler
Elektrot sayısı 2-6 arasında olabilir
B) Endirekt Ark
Kuumlccediluumlk boyutlu
Şiddetli ısınma ve refrakter oumlmruuml daha kısa
Demir dışı metal ergitme ve bekletme amaccedillı kullanılırlar
Şekil 712 Elektrikli ark fırınının şematik goumlruumlnuumlmuuml
Elektrikle Isıtmanın Avantajları
1) Ccedilok yuumlksek sıcaklıklara ccedilıkılabilmesi
2) Yuumlksek kaliteli ccedilelik uumlretebilme
3) İyi bir sıcaklık kontroluuml yapılabilmesi (Gerekirse sabitleme)
4) İyi bir bileşim kontroluuml
5) Ergitme suumlresinin kısa olması
6) Yuumlksek alaşımlı ccedilelik uumlretiminin yapılabilmesi
7) İyi bir empuumlrite giderebilme (PS)
8) Ccedilalışma kolaylığı
Ccedileliği doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
Elektrotlar
Ccedilatı (kaldırılabilir)
Doumlkme ağzı Refrakter
kaplama Cuumlruf deliği Erimiş
ccedilelik Devirme
mekanizması
Metali doumlkmek iccedilin eğme youmlnuuml
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 66
Şekil 713 Elektrik ark fırını ccedilalışması
Hurda ccedilelik elektrik ark ocağına uumlstten vinccedille boşaltılır ardından ocağın kapağı oumlrtuumlluumlr Bu kapak ark ocağına
indirilen uumlccedil tane elektrot iccedilin boşluk iccedilerir Bu kapak uumlzerinde bulunan sistemde fırın iccedilerisine inip kalkabilen
grafit elektrotlar bulunmaktadır
Kullanılan hurda dışındaki diğer hammaddeler hurda şarjından sonra gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler Ocağa gerekli ilaveler genellikle curuf kapısından yapılır Elektrotlara verilen akım ile geccedilen elektrik bir
ark oluşturur ve accedilığa ccedilıkan ısı hurdayı eritir Metal ergimiş durumdayken bazik oksijen fırınlarında olduğu gibi
ccedileliği saflaştırmak iccedilin fırın iccedilerisine oksijen uumlflenebilir
Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak miktarı aşabilmektedir
Bazik Oksijen Fırını (BOF)da oksijen metalin iccediline enjekte edilir ve orada ccediloumlzuumlnuumlr EAOrsquoda oksitleyici şartlar
curuf fazıyla sağlanır Oksitleyici bir curuf yapılır (yuumlksek oranda demir oksit iccedilerir) ve oksijen metale curuf-metal
ara yuumlzeyinden transfer olur
Elektrik arkı kullanılarak yuumlksek sıcaklıklar elde edilir ve
bu da metal katılaşması olmaksızın oumlnemli miktarlarda
alaşım elementleri ilavesini muumlmkuumln kılar Kuumlkuumlrt
giderilmesi ise reduumlkleyici şartlarda sağlanır Ergitme
işlemi esnasında elde edilecek ccedilelikte gerekli kimyasal
kompozisyonu sağlayacak şekilde diğer demir esaslı
metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir Ayrıca yapıdaki
demir dışı atıkları bağlayarak curuf oluşturacak katkı
maddeleri (flakslar) ilave edilir Kimyasal
kompozisyonun kontroluuml iccedilin oumlrnekler alındıktan sonra
ark ocağı yana yatırılıp (18deg) erimiş ccedileliğin uumlzerinde
yuumlzen curuf doumlkuumlluumlr Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45deg) erimiş ccedilelik bir potaya aktarılır Buradan
ccedilelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada suumlrekli
doumlkuumlm uumlnitesine goumlnderilir Bu guumln modern elektrik ark
ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan ccedilelik
uumlretilebilirken bu işlem iccedilin gerekli suumlre yaklaşık 40-55
dakika kadardır Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu
uumllkelerde daha fazla tercih edilen bir metottur Uumllkemizde
elektrik pahalı olmasına rağmen ccedilelik uumlretimimizin 70rsquoi
ark ocaklarında gerccedilekleştirilmektedir
Şekil 714 Elektrik ark fırını
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 67
Şekil 715 Doğru akımlı elektrik ark fırını
771 Asidik veya Bazik Elektrik Ark Ocakları
Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine goumlre asit ve bazik olmak uumlzere ikiye ayrılabilir Asidik elektrik
ark fırınlarında asidik curufla ccedilalışılarak tam ve kısmi oksidasyon youmlntemleri ile ccedilelik uumlretimi yapılabilir Bu tip
fırınlarda curuf tipi dolayısı ile fosfor ve kuumlkuumlrt gidermek muumlmkuumln olmadığından hammaddelerin seccedililmiş olarak
kullanılması zorunluluğu vardır Bazik astarlanmış fırınlarda bazik curuflarla ccedilalışıldığından oumlzellikle elektrik ark
fırınlarında oksitleyici ve reduumlkleyici ccedilift curuf uygulaması rahatlıkla yapılabilir Boumlylece P ve S giderilmesi
muumlmkuumlnduumlr Ccedilift curuf youmlnteminde ergitme ve arıtma olarak iki kademe vardır
Ergitme kademesinde şarjı kolayca ergitebilmek iccedilin şarja oksijen uumlflenir Bu kademede yuumlksek guumlccedille ccedilalışılır
Ergitmenin tamamlanmasıyla guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr
Arıtma kademesinde ise iki ayrı periyot vardır oksidasyon ve reduumlksiyon periyotları Oksidasyon periyodunda
ccedilelik banyosu iccedilinde istenmeyen bazı elementler oksit halinde curufa geccedilirilerek banyo arıtılır Bu arada silisyum
mangan fosfor ve demir gibi bazı elementlerde kısmen oksidasyona uğrarlar ve banyodaki karbonda biraz azalır
Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz curuf ccedilekilerek fosfor tasfiyesi yapılır Reduumlksiyon periyodunda ise metal
banyo sıcaklığı artırılır ve kuumlkuumlrt tasfiyesi yapılarak gerekli ilavelerle (yanmış kireccedil (CaO)) ccedilelik istenen bileşime
getirilir En iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi ve curufun akışkanlığının maksimum olabilmesi iccedilin bu baziklik oranı (CaOSiO2)
25 olmalıdır Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireccedil kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır hem de daha
iyi kuumlkuumlrt tasfiyesi sağlanır Boumlylece curufta kuumlkuumlrtluuml bileşikler halinde toplanan kuumlkuumlrt periyot sonunda curuf
ccedilekme işlemi ile banyodan uzaklaştırılır Bu kademede sık sık sıcaklık oumllccediluumlmuuml yapılır ve ocaktan numune alınarak
bileşim kontrol altında tutulur Eksik olan element ilave edilir fazla olan elementlerin ise tasfiyesine ccedilalışır
Bazik astarlanmış ocaklarda kapakta krom-magnezit veya silika tuğla (son yıllarda yuumlksek aluumlminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır) tabanda ise yuumlksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit tuğla doumlşenir uumlstuumlne ise dolomitle
astarlama yapılır Curuf seviyesinin uumlzerinde ise krom-magnezit veya silika tuğla doumlşenir Fırının iccedil kısmı refrakter
tuğla ile oumlruumllmuumlştuumlr Ergimiş metale temas eden kısımlar toz refrakter malzemenin su ile karıştırılarak elde edilen
ccedilamurla gerekli form sağlandıktan sonra pişirilmesi ile astar şeklinde sıvanır Aşınma sadece refrakter astarda
olur belirli sayıda eritme işleminden sonra yenilenir
Elektrik ark ocaklarında kullanılan hurda temel hammaddedir Kirden pastan ve yağdan arındırılmış olmalıdır
Yanıcı ve patlayıcı malzeme bulundurmamalıdır Kimyasal bileşimi uumlretilecek ccedileliğe uygun olmalıdır Muumlmkuumlnse
hurda sınıflandırılmalıdır Sistemde kullanılan Doumlnen hurda kimyasal analizi ccedilok iyi bilinen ccedilelikhane
doumlkuumlmhane haddehane gibi birimlerden gelen yuumlksek kaliteli hurdalardır Piyasa hurdası ise ccedilok az kuumlkuumlrt ve
fosfor iccedileriği olan ve oumlzellikle otomobil kaportalarından gelen hurdalardır
Cu Pb Sn Cd Zn istenmeyen metallerdir Bunlardan oumlzellikle dikkat edilmesi gerekenler bakır ve kalaydır Pb
gaz fazına geccedilerken Cu ve Sn ccedilelikte kalır Cu tane sınırlarına yerleşerek ccedileliğe zarar verir Pbrsquonin bir kısmı
oksitlenebilir Zn ve Cd buharlaşır CaO ilavesiyle bu bileşiklerin ccediloğu curufa ccedilekilir S istenerek katılan ccedilelikler
vardır (otomat ccedilelikleri) En ccedilok S plastik malzemeden gelir Hurda demir dışı metallerden ne kadar iyi ayrılırsa
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 68
o kadar iyi ccedilelik uumlretilir Eğer uumlretilecek ccedilelik alaşımlı ccedilelik ise hurda bileşiminin uumlretilecek ccedilelik cinsine
benzemesine dikkat edilir
Diğer hammaddeler ise curuflaştırıcı olarak kireccediltaşı ve fluşpat Tamir malzemesi olarak Dolomit ve magnezit
Alaşımlama ve deoksidasyon iccedilin Fe-Mn Fe-Si Fe-Cr Al Ca-Si vb kullanılır İlave malzemeler karbon vermek
iccedilin kok koumlmuumlr tozu ergitmeyi hızlandırmak iccedilin sıvı oksijen ayrıca karbon tasfiyesi iccedilin demir cevheri (hematit)
kullanılır
Ccedileliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı ccedilelik banyosundaki oksitleri almak ve oksijen seviyesini
minimuma indirmek iccedilin banyoya deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır Aluminyum en ucuz ve bol
olduğu iccedilin tercih edilir Son olarak sıcaklık ve bileşim kontroluuml yapıldıktan sonra guumlccedil duumlşuumlruumlluumlr ve gerekirse bazı
ilaveler yapıldıktan sonra yeterli sıcaklığa ulaşılmışsa doumlkuumlm alınır Doumlkuumlm alma sıcaklığı ccedilelik kalitesine ve
karbon miktarına bağlıdır Genel kural olarak ccedileliğin ergime sıcaklığının 100oC uumlzerinde bir sıcaklıkta doumlkuumlm
alınır
772 Bazik Proses
Bazik curufun esası kireccedil atılarak oluşturulan kalsiyum silikatlar ve silisyumun oksitlenmesiyle oluşan veya
şarjdan gelen SiO2rsquodir CaO SiO2 oranı genellikle 25-45 arasındadır Oksitleyici curuf 10-45 civarında
FeO ile az miktarda MnO ve şarjdan gelen diğer oksitlenebilir elementleri iccedilerir Reduumlkleyici elemanlar oksit curuf
(1 curuf) alındıktan sonraki yeni curuf karışımına ilave edilir (ccedilift curuf sistemi)
Bazik Oksitleyici Curuflar
Ergime sırasında sıvı banyo iccediline oksijen enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum mangan gibi elementlerin
yanında demirde oksitlenmektedir Eğer bazik curuf iccedilinde FeOgt 10 ise bu curufa oksitleyici curuf
denilmektedir Bu tuumlr curufla ccedilalışılan proseslerde ferro-alaşım ilave edilirse silisyum ve manganez gibi elementler
oumlnce curuf iccedilindeki oksijen eğilimi daha zayıf olan FeO ile reaksiyona girmekte ve bunun sonucunda da sıvı banyo
iccedilinde ccediloumlzuumlnen Si ve Mn miktarı daha az olmaktadır Bu curuflar aluumlminyum ve ferro alaşımları oksitlediği iccedilin
oksitleyici curuf denilmektedir Fosfor rafinasyonunda bazik oksitleyici curuf kullanılmaktadır
Bazik İndirgeyici Curuflar
Bazik curuf iccedilinde FeO + MnO lt 5 ise bu tuumlr curuflara indirgeyici curuf denilmektedir Fosfor
rafinasyonundan sonra EAFrsquodan curuf ccedilekilmesi ferro alaşım ve yeni kireccedil ilavesinden sonra oluşturulan curuf
bazik indirgeyici curufa iyi bir oumlrnektir
773 Fosfor ve Kuumlkuumlrt Rafinasyonu
Ccedilelik iccedilinde bulunan fosfor ccedileliğin uzama darbe mukavemeti gibi fiziksel oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkiler
soğuk ccedilekilebilirliği azaltır Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve ccedilelik iccedilindeki miktarı ccedileşitli ccedilelik cinslerinde
değişmekle birlikte 005 ile sınırlanmıştır Bazı kaliteli ccedilelik cinslerinde ise en fazla 0015 olmalıdır Ancak
hurda iccedilinde daha fazla fosfor bulunmaktadır ve fosforun oksijen eğilimi demirden daha fazladır Bu nedenle
ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir ve kireccedil ile de curufa bağlanır Temel olarak fosfor rafinasyonu
2P + 5O = (P2O5) + ısı Tlt 1570 oC
eşitliği ile sağlanır Ancak curufa bağlanabilmesi iccedilin kirece ihtiyaccedil vardır ve gerccedilek rafinasyon reaksiyonu
2P + (5FeO) + 3 (CaO) = 3CaO P2O5 + 5Fe + ısı
şeklindedir Curuf iccedilinde bol miktarda FeO ve CaO bulunması reaksiyonu hızlandırmaktadır Fosfor rafinasyonu
iccedilin gerekli şartlar oumlzetlenecek olursa Bazik curuf (CaOSiO2gt25) gereklidir Bunun iccedilin yeterli miktarda kireccedil
veya kireccediltaşı verilmelidir Oksitleyici curuf (FeOgt15) gereklidir Bu şart oksijen enjeksiyonu ile sağlanır ve
banyo karbonu duumlşuumlruumlluumlr
Kuumlkuumlrt ccedileliğin mekanik oumlzelliklerini olumsuz youmlnde etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir Bu nedenle ccedilelik iccedilinde istenmemektedir ve miktarı sınırlanmıştır Kuumlkuumlrt tasfiyesi aşağıdaki eşitlikle
gerccedilekleşir
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 69
Ancak sıvı banyo iccedilinde FeO miktarının yuumlksekliği S giderimini yavaşlatacak veya durduracaktır Bu nedenle
banyodaki FeOrsquoin C Al Si Ca gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi gerekmektedir Belirtilen
deoksidasyon ile birlikte S giderimi reaksiyonu şu şekildedir
(FeS) + (CaO) + C + ısı = (CaS) + Fe + CO
Elektrik ark ocaklarında genel olarak ccedilelik uumlretim maliyetleri 140ndash200 $ton arasında değişirken entegre demir
ccedilelik tesislerinde ccedilelik uumlretim maliyeti (BOF) yaklaşık olarak 1000 $ton civarındadır Elektrik ark ocaklarının
verimli ccedilalışması iccedilin en oumlnemli parametre 1 ton şarj başına transformatoumlruumln goumlruumlnuumlr spesifik guumlcuumlduumlr ve bu değer
300 kVAton arasındadır Bazı durumlarda bu değer 1000 kVAton değerine ccedilıkabilmektedir
Elektrik ark ocaklarında iyileştirmeler
Fırın boyut ve kapasitelerinin buumlyuumltuumllmesi
Trafo guumlccedillerinin arttırılmasına youmlnelik ccedilalışmalar
Ergitme ve arıtma evrelerinde oksijen kullanılması
Hurdanın seccedililip atılması
Hurdanın oumln ısıtılması
Fırın gazlarından yararlanabilme
Refrakterler yerine su soğutma panelleri kullanılması
Ccedilok yuumlksek guumlccedilluuml (UHP) ocakların kullanılması
774 Curuf Koumlpuumlrtme İşlemi
Elektrik ark fırınlarında fırının yan duvarları tam olarak ark radyasyonuna maruz kaldığı zaman fırının termal
(ısıl) verimini arttırmak iccedilin curufu koumlpuumlkleştirme işlemi yapılır Koumlpuumlksuuml curuf elektrik arklarını kaplayacak ve
fırın duvarlarında termal yuumlk artması olmaksızın uumlruumlnlerin alınmasına izin verecektir Ayrıca koumlpuumlksuuml curufla
kaplanan bir elektrik arkı enerjinin ccedilelik fazına daha yuumlksek verimlilikte transferine sahip olacaktır
Koumlpuumlksuuml curuf esas olarak demirin oksitlendiği sıvı ccedileliğe oksijen enjekte edilerek elde edilmektedir
O2 + 2Fe rarr 2(FeO)
İlave olarak curuf fazına karbon tozu ilave edilir ve aşağıdaki reaksiyon gerccedilekleşir
(FeO) + C rarr Fe + CO
Ortaya ccedilıkan CO gazı koumlpuumlksuuml curufu elde etmek iccedilin oumlnemli bir bileşendir
Şekil 716 Koumlpuumlksuuml curuf oluşturma işlemi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 70
Şekil 717 Koumlmuumlr tozu ilavesiyle koumlpuumlksuuml curuf oluşumu
Şekil 718 Koumlpuumlksuuml curuf oluşum mekanizması
Curufu koumlpuumlrtmenin faydaları
Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır
Arktan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı ısı girişine imkan tanır
Guumlccedil ve voltaj akışını azaltır
Elektriksel ve duyulabilir guumlruumlltuumlyuuml azaltır
100rsquoe kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın artırabilir
Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır
Daha uzun suumlreli ark işlemine imkan tanır elektrik enerjisini artırmaya yardımcı olur
78 İnduumlksiyon Ocakları
Son yıllarda duumlnyada induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi oldukccedila yaygın bir hale gelmektedir
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknoloji sistemiyle ccedilelik uumlretimi ilk oumlnce Hindistanrsquoda başlamıştır Hindistan
ccedilelik uumlretiminin 30rsquou induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisiyle yapılmaktadır İnduumlksiyon ocaklarında
metal iccedilinde manyetik alan oluşturmak iccedilin bir bobinden geccedilen alternatif akım kullanır İnduumlklenen akım hızlı
ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur
Enduumlksiyon Fırını Ccedileşitleri
A) Ccedilekirdeksiz Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlvesiz)
Ergitme
Aşırı Isıtma
Alaşımlama
B) Ccedilekirdekli Tip Enduumlksiyon Fırınları (Nuumlveli)
Aşırı Isıtma
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 71
Bekletme
Demirdışı Metal Ergitme
Frekansına goumlre Ccedilekirdeksiz Enduumlksiyon Fırınları
A) Hat (Şebeke) Frekanslı Fırınlar 50-150 Hz
B) Duumlşuumlk ve Orta Frekanslı Fırınlar 150-500 Hz
C)Yuumlksek Frekanslı Fırınlar 500-10000 Hz
D) Değişken Frekanslı Fırınlar (VIP)Tristoumlrluuml (SCR)2005001000 ve 3000 Hz ile 60- 3000kw guumlccedil
Enduumlksiyon Fırınlarının Boumlluumlmleri
Goumlvde ve Bobin
Manyetik Boyunduruklar (Şoumlntler)
Hidrolik Sistem (devirme)
Refrakter Astar
Trafo (Guumlccedil) Uumlnitesi
Soğutma Sistemi (Primer ve sekonder su)
Şekil 719 İnduumlksiyon fırını
Metal ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından yuumlksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller uumlretmek iccedilin
ortam iyi bir şekilde kontrol edilebilir Ccedilelik ve doumlkme demir alaşımları doumlkuumlm işlerindeki yaygın uygulamalardır
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin diğer ccedilelik uumlretim teknolojileriyle karşılaştırması yapıldığında
neden tercih sebebi olduğunun accedilıklaması aşağıda verilmiştir
1) Diğer ccedilelik tesisleriyle karşılaştırıldığında yatırım maliyetleri ccedilok duumlşuumlktuumlr
İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisi yatırımı ark ocaklı tesislerinin yatırımının yarısı
oranındadır Bir başka deyişle bir ton ccedilelik uumlretimi iccedilin yatırım maliyetlerinin mukayesesindeki oran yarı
yarıyadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 72
2) Yatırım suumlreleri diğer ccedilelik uumlretim tesislerinin yatırım suumlrelerinden daha kısadır
Buradan hareketle yatırım maliyetlerinin duumlşuumlk oluşu hem de kuruluş suumlrelerindeki duumlşuumlkluumlk nedeniyle
yapılan yatırımın geri doumlnuumlsuuml ccedilok hızlı olmakta en kacircrlı yatırım en kısa suumlrede olandır felsefesiyle buumlyuumlk
kacircrlar sağlanmaktadır
3) Enerjiyi en verimli kullanan tesislerdir
Ark ocaklarında kullanılan toplam enerjinin 65rsquoi hurdanın eritilmesinde kullanılırken induumlksiyon
ocaklarında ise bu oran 80rsquodir
4) O2 Kullanımı
a) Ark ocaklarında verimli uumlretim yapabilmek iccedilin kullanılması gerekmektedir ve O2 fabrikasına ihtiyaccedil
vardır İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmadığı iccedilin boumlyle bir yatırıma ihtiyaccedil yoktur
b) Ark ocaklarında O2 kullanımı sonucu oluşan oksitlerin kireccedille reaksiyona girerek curuf oluşumu
sağlanır Ark ocaklarında 40- 50 kgton ccedilelik iccedilin kireccedil kullanılır
5) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretim teknolojisinin ccedilevreye pozitif etkileri vardır
a) İnduumlksiyon ocaklarında O2 kullanılmaması sonucu yanma olmayacağı iccedilin gaz ve toz oluşumu
olmayacaktır Kurulacak olan kuumlccediluumlk kapasiteli bir filtre sistemiyle yok denecek kadar az olan toz ve gaz
oluşumunun ccedilevreye olan olumsuz etkileri sıfırlanacaktır
b) İnduumlksiyon ocaklarındaki ccedilelik uumlretiminde curuf miktarının ccedilok duumlşuumlk oluşu ccedilevreye katı atık
miktarının ccedilok az olmasını sağlayacaktır
c) Diğer ccedilelik uumlretimi teknolojilerinde elektrik akımının oluşturduğu guumlruumlltuuml ccedilok yuumlksektir (yaklaşık 100
Desibel) Ancak induumlksiyon ocaklarında ocağa en yakın noktadaki guumlruumlltuuml şiddeti 50ndash60 desibel
civarındadır Bunun sonucu olarak induumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlretiminde guumlruumlltuuml kirliliği diğer ccedilelik
uumlretim sistemlerinde goumlre yarı yarıyadır
6) İnduumlksiyon ocaklarıyla ccedilelik uumlreten tesisler isletme maliyetlerinde ark ocaklı tesislere goumlre 10 daha ucuzdur
Sırf işletme maliyetlerindeki bu ucuzluk tesisin yatırımında sarf edilen paranın 24 ayda geri kazanımını
sağlamaktadır Burada dezavantaj ark ocaklarında verimli bir şekilde yapılan fosfor ve kuumlkuumlrt giderme
operasyonu induumlksiyon ocaklarında yapılamamaktadır
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
HKoccedilak Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal Mayıs 2012
Demir-Ccedilelik ders notları UŞenŞYılmaz 2012
httpwwwskamolcomtorpedo+cars167aspx
httpietdiipnetworkorgcontentbasic-oxygen-furnace
httpwwwsteelorg
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=steel_making_introduction
httpwwwmepccomcnuploadsnewplant-
20120514Steel20MakingE28095Basic20Oxygen20Furnace2jpg
httpwwwsteelplantechcojpenglishproductssteelmakingbof
httpwwwapec-cocomtabid275Defaultaspx
BOumlLUumlM 8 POTA METALURJİSİ
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 73
81 Giriş
Ccedilelik uumlretimi ile doumlkuumlm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir istasyonda uygulanan son ccedilelik yapım
işlemlerini kapsar Fırında yapılan normal alaşımlama veya doumlkuumlm alma sırasında potada yapılan alaşımlama
işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz Bu tanım evrensel olarak kabul edilmiş bir tanım olmayıp birccedilok
yerlerde tandişte yapılan işlemler kalıp iccedilinde elektromanyetik karıştırma vb işlemler de pota metalurjisi iccedilinde
sayılmaktadır Arzu edilen ccedilelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve muumlşteri taleplerini karşılamak uumlzere
ccedilelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise ortama ilave edilmesi gerekmektedir Tarihsel accedilıdan
bakıldığında 1933 de bulunan Perrin Youmlntemi modern pota metalurjisinin başlangıcı olarak kabul edilir Bu
youmlntemde sıvı ccedileliğin sentetik bir curufla işleme girmesi soumlz konusudur
Vakum altında gaz giderme (VD) 1950-1960 arasında geliştirilen ikinci pota metalurjisi youmlntemi olmuştur Burada
amaccedil buumlyuumlk doumlvme kalitesindeki ingotlarda ccedilatlakları oumlnlemek iccedilin ccedilelik iccedilindeki hidrojen miktarının
duumlşuumlruumllmesiydi Daha sonraları azot ve oksijen yuumlzdelerinin duumlşuumlruumllmesi de amaccedillandı Bunun ardında potada
geccedilirgen tuğlalar veya tuumlyerlerden faydalanarak Argon ile yıkama youmlntemi (IGP İnert Gas Purging-Asal gaz
yıkaması) geliştirildi Burada temel amaccedil karıştırma ve sıcaklık ile bileşimin homojenleştirilmesiydi Metalik
olmayan taneciklerin daha hızlı yuumlzduumlruumllmesi ek bir avantaj sağlıyordu IPG den sonra paslanmaz ccedileliklere vakum
altında veya argon gazı ile birlikte oksijen verilerek karbon yuumlzdelerinin ccedilok duumlşuumlk duumlzeylere indirilmesi
işlemlerinin yapıldığı VOD Vacuum Oxygen Decarburization ve AODArgon-Oxygen Decarburization
youmlntemleri uygulanmaya başlamıştır Ancak guumlnuumlmuumlzdeki modern tesislerin her biri birkaccedil youmlntemin
birleştirilmesi ile geliştirildiğinden youmlntemlerin birbirinden ayrılması bu kadar kolay değildir Oumlrnek olarak bazı
modern vakum gaz gidericilerinde oksijen ve toz enjeksiyonu donanımı da bulunmaktadır Bu suretle bu gaz
giderme uumlnitelerinde kuumlkuumlrt giderme ve karbonsuzlaştırma da yapılabilir
Yuumlksek fırın piki iccedilindeki kuumlkuumlrduumln ccedilok buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml ccedilelikhaneye sevk edilmeden oumlnce potada
giderilmektedir Aynı şekilde fosfor da esas olarak BOF de veya sıcak metal (pik) pota işlemi ile
uzaklaştırılmaktadır Vakum Ark Rafinasyonu (VAR) ve Electroslag Remelting (ESR) gibi bazı sekonder
işlemlerin de yapıldığı yeni youmlntemler bulunmakla beraber bu youmlntemlerde katı şarj ile başlandığı ve ergitme
yapıldığı iccedilin bu youmlntemler pota metalurjisi ya da sekonder metalurji kapsamı iccedilinde sayılmamaktadır Yuumlksek
kaliteli ccedilelik uumlretiminde vakum altında rafinasyon işlemi konverterden gelen sıvı ccedileliğin doumlkuumlm işleminden oumlnce
ergiyikte ccediloumlzuumlnmuumlş gaz bileşenlerini uzaklaştırmak amacıyla yapılmaktadır Ergimiş ccedilelik iccedilindeki gaz
bileşenlerinin sıvı ccedileliğin duumlşuumlk basınccedillı bir teccedilhizata doumlkuumllmesinden sonra uzaklaştırılması nedeniyle vakumda
gaz giderme olarak isimlendirilmektedir
Ccedilelik uumlretiminde vakumda gaz giderme işleminin birkaccedil amacı vardır Bunlar
a) hidrojeni gidermek
b) oksijeni gidermek
c) duumlşuumlk karbon iccedilerikli ccedilelik (lt003) uumlretmek
d) kimyasal kompozisyon aralıklarına yakın ccedilelik uumlretmek
e) oumlzellikle suumlrekli doumlkuumlm işlemi iccedilin doumlkme sıcaklığını kontrol etmek
82 Pota Metalurjisinde İşlem Tuumlrleri
Genel sınıflandırma aşağıda verilmiştir
Potada vakumla gaz giderme Sirkuumllasyonla gaz giderme (RH)
Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme (RH-OB)
Potada gaz giderme (VD Tankta gaz giderme)
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Pota fırını (LF)
Aktif katkı enjeksiyonuyla potada desuumllfuumlrizasyon Toz enjeksiyonu
Tel enjeksiyonu
Potadan kalıba gaz giderme
821 Potada Vakumla Gaz Giderme
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 74
Vakumla potada gaz giderme metodu aşağıdaki reaksiyona goumlre ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş karbonun deoksidasyon
reaksiyonundan istifade eder
[C] + [O] = CO
Bu reaksiyonda sıvı ccedilelik iccedilinde ccediloumlzuumlnmuumlş [C] ve [O] karbon monoksidi uumlretir Ergimiş ccedilelikteki vakum işlemi
kısmi CO basıncını duumlşuumlruumlr Sıvı ccedilelikte CO kabarcıkları oluşur bunlar yuumlzeye doğru hareket eder ve vakum
sistemiyle uzaklaştırılır
Deoksidasyona (karbon giderilmesine) ilave olarak vakum işlemi sıvı ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojenin de
uzaklaştırılmasına yardımcı olur Hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze olur ve vakum pompasıyla bu gaz tahliye
edilir Sıvı ccedilelikte CO kabarcıklarının sağladığı hareketle ccedilelik iccedilerisindeki metalik olmayan inkluumlzyonların da
aglomere olması ve curuf tarafından tutulması sağlanır CO kabarcıkları oumlzellikle nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve azot
gazının giderilmesini sağlar
Vakumda rafine edilen ccedilelikler homojen yapılarıyla duumlşuumlk metalik olmayan inkluumlzyon iccedilerikleriyle ve duumlşuumlk gaz
poroziteleriyle (boşluklar) karakterize edilirler Vakumda gaz giderme metotları buumlyuumlk ccedilelik ingotların rayların
ve diğer yuumlksek kalitede ccedileliklerin uumlretiminde kullanılmaktadır
Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH)
Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi vakum odasının alt kısmına monte edilen iki adet şnorkele sahip bir vakum
uumlnitesidir Şnorkellerden birinde argon verilen bir boru bulunmaktadır Vakum odasının şnorkelleri sıvı ccedilelikle
dolu olan potaya daldırılır Sıvı metal atmosferik basınccedilla tespit edilmiş bir duumlzeye kadar (13 m) odaya dolar
Argon kabarcıkları şnorkellerden birinde yukarı doğru yuumlzerken şnorkeldeki ergiyiğin de yuumlkselmesini sağlar
İkinci şnorkel iccedilinden sıvı ccedilelik sirkuumlle olarak potaya geri gider Sirkuumllasyonla gaz giderme vakum odaları ilave
silolara da sahiptir Buradan alaşımlama elementleri ilave edilebilir
Sirkuumllasyonla gaz giderme işleminde gerccedilekleşen
olaylar
Hidrojen giderme (gaz giderme)
Oksijen giderme (deoksidasyon)
Karbon giderme (dekarbuumlrizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme (desuumllfuumlrizasyon)
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonları giderme
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 81 Sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesi
Oksijen Lansı ve Sirkuumllasyonla Gaz Giderme (RH-OB)
Bu metotta geleneksel sirkuumllasyonla gaz giderme uumlnitesine sıvı ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek olan su soğutmalı
bir lans eklenmiştir Oksijen hızlı ve etkin [C]+[O] = CO dekarbuumlrizasyon reaksiyonunu sağlar ayrıca fosforu
da oksitler Oksidasyon reaksiyonlarının ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave bir enerji kaynağı olmaksızın
işlem goumlrecek metal gerekli sıcaklığa ısıtılabilir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 75
Bu youmlntemde gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Hızlı karbon giderme
Fosfor giderme (defosforizasyon)
Kuumlkuumlrt giderme
Isıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 82 Oksijen lansı ve sirkuumllasyonla gaz giderme
uumlnitesi
Potada Gaz Giderme (VD Tankta Gaz Giderme)
Tankta gaz giderme metodunda iccedilinde sıvı ccedilelik bulunan pota bir vakum odasına yerleştirilir Potanın alt kısmında
bir poroz ve refrakter oumlzellikli tıkaccedil (tıpa) bulunmaktadır Vakum işlemi esnasında tıkaccedil iccedilerisinden argon
goumlnderilir Odanın uumlzerinde vakum kilitli ilave silo bulunmaktadır Silodan alaşımla elementleri veveya curuf
bileşenleri ilave edilir Vakum koşulları altında ccedilelikte başlayan [C]+[O] = CO reaksiyonu karıştırma olayını
sağlar Ayrıca alttaki poroz tıkaccediltan uumlflenen argon da bu işlemi goumlruumlr Ergiyiğin ve curufun yoğun karıştırılması
ccedileliğin etkin desuumllfuumlrizasyonunu sağlar Argon ve CO kabarcıkları da nitruumlrluuml inkluumlzyonların ve gaz halindeki
azotun giderlmesini sağlar
Potada gaz gidermede gerccedilekleşen olaylar
Hidrojen giderme
Oksijen giderme
Kuumlkuumlrt giderme
Karbon giderme
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların
giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 83 Potada gaz giderme uumlnitesi
Vakum Oksijen Dekarbuumlrizasyonu (VOD)
Bu metotta geleneksel potada gaz giderme odasına ergimiş ccedilelik yuumlzeyine oksijen uumlfleyecek su soğutmalı bir lans
monte edilmiştir Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonu (VOD) paslanmaz ccedilelik uumlretiminde kullanılan bir metottur
Vakum altında sıvı ccedilelikteki bileşenlerin oksidasyonu normal basınccedil altındakinden farklıdır Oksijen paslanmaz
ccedilelikte temel bileşenlerden olan kromun oksidasyonundan daha ziyade [C]+[O] = CO reaksiyonuyla harcanır
VOD prosesi ccedilok az krom kayıplarıyla ccedileliği dekarbuumlrize etmeye muumlsaade eder Oksidasyon reaksiyonlarının
ayrıca ısıtma etkisi de vardır bu nedenle ilave enerji kaynağı olmaksızın sıvı ccedilelik istenen sıcaklığa ısıtılabilir
Dekarbuumlrizasyon kademesinden sonra sıvı ccedilelikteki aşırı oksijeni gidermek iccedilin ccedileliğe deoksidize edici (oksijen
giderici) maddeler ilave edilir Daha sonra bir desuumllfuumlrizasyon curufu sıvı ccedilelik yuumlzeyine ilave edilir Ergiyik ve
curufun karıştırılması aşağıdaki poroz tıkaccediltan argon uumlflenerek sağlanır ve bu işlemle ccedileliğin desuumllfuumlrizasyonu
gerccedilekleşir
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 76
Şekil 84 VOD uumlnitesi
Şekil 85 Vakum oksijen
dekarbuumlrizasyon uumlnitesi
Vakum oksijen dekarbuumlrizasyonunda gerccedilekleşen olaylar
Karbon giderimi
Paslanmaz ccedileliğin işlenmesinde duumlşuumlk krom kayıpları
Kuumlkuumlrt giderme
Hidrojen giderme
Alaşımlama
Isıtma
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
822 Pota Fırını
Ergimiş ccedilelik Pota Fırını olarak bilinen uumlnitede rafine
edilebilir Pota uumlccedil fazlı ark sağlayan uumlccedil grafit elektrod
bulunan bir kapağın bulunduğu Pota fırınına transfer edilir
Potanın altında argon uumlflemek iccedilin poroz ve refrakter
oumlzellikli bir tıkaccedil bulunur Ayrıca kapağın uumlst kısımda
alaşımlama elementlerinin ilave edileceği bir silo ve kuumlkuumlrt
giderici maddelerin enjekte edileceği bir lans bulunur
Operasyon esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarı
alınmaktadır Pota fırınında işlem goumlren ergimiş ccedilelik bir
desuumllfuumlrizasyon curufu ile kaplanır Grafit elektrodlar curufa
daldırılır ve bu sayede elektrik arkıyla oluşan aşırı ısıdan pota
astarının korunması sağlanır Alaşımlama elementleri
veveya curuf bileşenleri sıvı ccedilelik iccedilerisine silodan ilave
edilir Yoğun desuumllfuumlrizasyon gerektiği zaman enjeksiyon
lansı ile kuumlkuumlrt giderici maddeler ilave edilir Pota fırını gaz
giderme (hidrojen giderme gibi) işleminin gerekmediği ccedilelik
rafinasyonlarında geniş şekilde kullanılmaktadır
Pota fırınında gerccedilekleşen olaylar
Kuumlkuumlrt giderimi
Elektrikle kontrolluuml ısıtma
Alaşımlama
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderilmesi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 86 Pota fırını uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 77
823 Aktif Madde Enjeksiyonuyla Potada Desuumllfuumlrizasyon
Ergimiş ccedileliğe desuumllfuumlrizasyon (kuumlkuumlrt giderme) amaccedillı kullanılan malzemelerin (Ca Mg CaSi CaC2
CaF2+CaO) enjeksiyonu en etkili kuumlkuumlrt giderme metodudur Enjeksiyon metodu toz halindeki desuumllfuumlrizasyon
maddesinin argon uumlflemesiyle birlikte yapıldığı bir işlemdir Deokside edilmiş (oksijeni giderilmiş) sıvı ccedilelik
bulunan pota enjeksiyon standına transfer edilir kapağı kapanır ve enjeksiyon lansı sıvı ccedileliğe daldırılır İşlem
goumlren ccedileliğin uumlzerinde desuumllfuumlrizasyon curuf tabakası mevcuttur bu curuf yuumlksek kuumlkuumlrt ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuumlne sahiptir
ve aktif katkı maddelerinin enjeksiyonunun sonucu olarak oluşan suumllfuumlrluuml bileşikleri absorbe eder Desuumllfuumlrizasyon
katkıları argonla birlikte goumlnderilir Argon kabarcıkları ergimiş ccedileliği ve curufu karıştırır Karıştırma işlemi aynı
zamanda ergiyiğin termal ve kimyasal homojenizasyonunu da sağlar
Desuumllfuumlrizasyon katkısı bu maddenin tel halinde
ergimiş ccedileliğe enjekte edilmesi durumunda argon gazı
pota altında bulunan poroz tıkaccediltan verilir Operasyon
esnasında oluşan duman kapak kısmından dışarıya
alınır Desuumllfuumlrizasyon katkılarının enjeksiyonuyla
ccedilelikte ccedilok duumlşuumlk kuumlkuumlrt konsantrasyonu (00002)
sağlanmaktadır Aktif madde enjeksiyonuyla potada
desuumllfuumlrizasyon işleminde gerccedilekleşen olaylar
Etkin kuumlkuumlrt giderimi
Metalik olmayan inkluumlzyonların giderimi
Kimyasal homojenizasyon
Şekil 87 Potada desuumllfuumlrizasyon uumlnitesi
824 Potadan Kalıba Gaz Giderme
Potadan kalıba gaz giderme işlemi kalıbın vakum odasına
yerleştirildiği bir vakumda gaz giderme metodudur Ergimiş
ccedilelik odanın uumlst kısmına yerleştirilmiş bir tandişe doumlkuumlluumlr
Tandiş suumlrekli olarak potadan doumlkuumllen ergiyikle doludur
Deoksidasyon reaksiyonu ldquo[C]+[O]=COrdquo nedeniyle
vakumdaki kalıp boşluğuna duumlşen (akan) ccedilelik kaynamaya
başlar Ccedilelikte ccediloumlzuumlnmuumlş hidrojen CO kabarcıklarına difuumlze
olur ve daha sonra gaz vakum pompasıyla tahliye edilir
Şekil 88 Potadan kalıba gaz giderme uumlnitesi
Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpwwwsubstechcomdokuwikidokuphpid=ladle_refining
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokLadle_metallurgyjpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 78
BOumlLUumlM 9 SUumlNGER DEMİR UumlRETİM YOumlNTEMLERİ
91 Suumlnger Demir
Suumlnger demir toz pelet ya da parccedila halindeki demir cevherlerinin gaz veya katı reduumlkleyici kullanılarak ergime
sıcaklığının altında (950 ndash 1100degC) reduumlklenmesi sonucu elde edilen uumlruumlnduumlr Elde edilen bu uumlruumln yuumlksek oranda
metalik demir iccedilermesinin yanında indirgenmemiş demir oksitler ile bir miktar karbon ve cevherden gelen gang
bileşenlerini iccedilermektedir
Suumlnger demirin genel oumlzellikleri
1) genellikle toplam demir iccedileriği 85rsquoin uumlzerindedir
2) metalizasyon derecesi 90-95 arasında değişir
3) karbon iccedileriği 1-25 arasındadır
4) gang iccedileriği 2-4 arasındadır
5) kuumlkuumlrt oranı kuumlkuumlrtsuumlz gazla ccedilalışan proseslerde 0005 den kuumlccediluumlk kuumlkuumlrt iccedileren koumlmuumlr ve kireccediltaşı
kullanan proseslerde yaklaşık 002 dir
6) goumlruumlnuumlr yoğunluğu lt4 gcm3 kadardır
7) HBI (sıcak briketlenmiş demir) pelet ve parccedila suumlnger demirin yuumlksek basınccedil altında 650degC den yuumlksek
sıcaklıklarda sıkıştırılmasıyla uumlretilir
8) HBI pelet formundaki DRIrsquodan (direkt reduumlklenmiş demir) 75 daha az su ccedileker
9) suumlnger demirde -5 mm boyutundaki ince toz oranı 5 den az olmalıdır
Şekil 91 DRI (direkt reduumlklenmiş demir)
Şekil 92 HBI (sıcak briketlenmiş demir)
Şekil 93 Farklı proseslerin suumlnger demir uumlretimindeki payları
Suumlnger demirin genel olarak uumlstuumlnluumlkleri
a) hurda dışında metalleşmiş demir malzeme (DRI) geniş oumllccediluumlde temin edilebilir kalite ve fiyat dalgalanmalarına
maruz kalmaz
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 79
b) hurda ve suumlnger demirin karışımı veya tamamen suumlnger demir kullanımıyla daha yuumlksek ergitme hızlarına
ulaşılması sonucu işletme verimliliği artar ve sonuccedil uumlruumln daha iyi kontrol edilir
c) uumlniform fiziksel ve kimyasal oumlzelliklere sahiptir ısıl ve kimyasal şarjların guumlvenilir tahminine ve bu da ergitme
periyodu sırasında C S ve P kontroluumlne imkan sağlar rafinasyon periyodu kısalır
d) uumlruumln alma suumlreleri kısalır verimlilik artar ve ccedileliğin maliyetini duumlşuumlruumlr
e) suumlnger demirin saflığı ccedilok duumlşuumlk seviyelerde kirleticilerin (empuumlrite) bulunması nedeniyle yuumlksek kaliteli
ccedileliğin uumlretimine imkan sağlar
f) hurda ile karıştırılarak kullanıldığında ticari olarak kaliteli ccedileliklerin en ekonomik şekilde uumlretilmesinde duumlşuumlk
kaliteli hurdaların da kullanılmasını sağlar
g) suumlnger demirin aşırı dalgalanmayan birim fiyatı ve suumlrekli şarjı elektrik ark fırınlarının verimliliğini arttırarak
ccedilelik yapım maliyetini buumlyuumlk oranda duumlşuumlruumlr
Suumlnger demir uumlretim youmlntemlerini iki farklı şekilde gruplandırmak muumlmkuumlnduumlr Bunlar
1) temel fırın prosesine goumlre
2) kullanılan reduumlkleyici elemana goumlre
Tablo 91 Suumlnger demir uumlretim youmlntemleri
Tesis Reduumlkleyici eleman Demir oksit
Katı Gaz
Şaft Fırını
Midrex Parccedila cevher
ya da pelet HyL III
Purofer
Sabit Yatak HyL I Parccedila cevherpelet
Doumlner Fırın
Krupp-Codir
Parccedila cevher ya da pelet SLRN
DRC
TDR
JINDAL
SIIL
AccarOSIL
Akışkan Yatak
Fior
İnce cevher Finmet
Circored
Circofer
Doumlner Hazneli Fırın
Fastmet
Toz cevher ya da
konsantre Kinglor-Metor
ITmk3
Inmetco
92 Şaft Fırını Prosesleri
921 Midrex Prosesi
Midrex prosesi Kobe Steel tarafından geliştirilmiş şaft reaktoumlruuml kullanılan bir direkt reduumlkleme prosesidir Midrex
fırınlarına demir cevherinin şarjı parccedila cevher veya pelet halinde ya da her ikisinin karışımı halinde yapılmaktadır
Katı hammadde tepe ccedilanına beslenmekte oradan dağıtım ccedilanına beslenmekte ve ccedilan sistemiyle fırın iccedilerisine
boşaltılmaktadır Dinamik bir kilitleme kolu reduumlkleyici gazların fırın iccedilerisinde kalmasını sağlamaktadır Şaft
fırını duumlşuumlk basınccedilta (1 barrsquoın altında) ccedilalışmaktadır
Şarj fırınının iccedilerisindeki demir oksit oumlnce ısıtılır ardından da şaftın silindirik kısmının altında bulunan tuumlyerlerden
uumlflenen ters akımlı reduumlkleyici gaz ile reduumlklenir Reduumlkleyici gazlar reduumlkleme fırınından gelen gazlar ve doğal
gazın karışımından elde edilir Karışım doumlnuumlştuumlruumlcuumlde kimyasal olarak H2 ve CO iccedileren bir gaza doumlnuumlştuumlruumlluumlr
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 80
Doumlnuumlştuumlruumlcuumlden ccedilıkan gaz yaklaşık 850degC dir H2CO oranı ise 15-18 arasına ayarlanmaktadır 93-94 oranında
metalizasyon ile (metalleşme) uumlruumln elde edilir
Şekil 94 Midrex prosesi akım şeması
Soğuk uumlruumln elde ederken soğutma gazı uumlflenir ve duumlşuumlk karbonlu (lt15) uumlruumln elde edilir Yuumlksek karbonlu uumlruumln
(4rsquoe kadar) elde edilmek istenirse soğutma havasına bir miktar doğal gaz karıştırılabilir Fırın bacasından ayrılan
400-450degC lik gaz soğutulur gaz temizleyici sisteminden geccedilirilerek tozlardan arındırılır ve yaklaşık 23rsquouuml geri
kazanılarak proses gazı olarak tekrar kullanılır
Midrex prosesinde gerccedilekleşen temel reaksiyonlar
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O (Reduumlkleme)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 (Reduumlkleme)
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 (Karbuumlrizasyon)
3Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 (Karbuumlrizasyon)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (Doumlnuumlşuumlm)
CH4 + H2O = CO + 3H2 (Doumlnuumlşuumlm)
Tablo 92 Midrex youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
DRI HBI
Toplam Fe 90-94 90-94
Metalik Fe 83-89 83-89
Metalizasyon 92-95 90-94
C 1-25 08-12
P 0005-009 0005-009
S 0001-003 0001-003
Gang 28-6 28-6
Uumlruumln sıcaklığı 40degC 80degC
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 81
Midrex prosesinin avantajları
1) Duumlnya ccedilapında ticari kullanım
2) kanıtlanmış performans
3) goumlreceli olarak kolay uygulama
4) CO2 ile doumlnuumlştuumlrme işlemi sayesinde buhar sistemi doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gazın soğurulması reduumlkleyici gazın
ısıtılması ve CO2 uzaklaştırılması gereksinimlerini ortadan kaldırır
922 HYL III Prosesi
HYL III prosesi demir cevherinin reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO ile direkt reduumlklenmesini iccedileren bir prosestir
Bu proses iki ana boumlluumlmuuml iccedilermektedir ki bunlar reduumlkleyici gaz uumlretim boumlluumlmuuml ve reduumlkleme boumlluumlmuumlhellip
Reduumlkleyici gaz uumlretimi kısmında doğal gaz ve su buharından reduumlkleyici gazlar olan H2 ve CO uumlretimi yapılır
Bununla beraber alternatif reduumlkleyici gaz kaynakları da bulunmaktadır Bunlar arasında koumlmuumlruumln gazlaştırılması
işleminden gelen gazlar kok fırını gazı hidrokarbonların gazlaştırılmasından elde edilen gazlar Corex baca
gazları ve diğer DR (direkt reduumlkleme) tesislerinden gelen ve kısmen harcanmış gazlar bulunmaktadır
Bu proseste parccedila cevher pelet veya bu ikisinin karışımı şarj edilebilmektedir Bu şarj konveyoumlr yardımıyla
fırınının uumlst kısmından beslenir Basınccedil kilitlerinden atmosferik basınccedilta şarj edilirken fırın iccedilerisinden bu sayede
basınccedil kaybı olmamaktadır CO2 uzaklaştırma sisteminden geri doumlnuumlştuumlruumllmuumlş gaz ve doğal gaz karıştırılarak
930oC ye kadar ısıtılarak 6 bar basınccedilta fırına beslenmektedir Yuumlksek basınccedil şartları şaft fırınında daha yuumlksek
kapasitelere izin vermekte ve daha fazla miktarda reduumlkleyici gazın demir okside temasını sağlamaktadır Bu
sayede fırın verimi de artmaktadır
Şekil 95 HYL III prosesinin akım şeması
Fırından 400oC de ccedilıkan gaz gaz temizleme sisteminden geccedilirilerek soğutulur ardından CO2 ve opsiyonel olarak
SO2 uzaklaştırma sistemine goumlnderilir ve uumlruumln şaft fırınının alt kısmından alınır Gaz oluşturma sisteminde doğal
gaz doumlnuumlşuumlm rekuumlperatoumlruumlnden geccedilirilerek ısıtılır ve kuumlkuumlrt miktarı 1 ppm değerinin altına duumlşuumlruumlluumlr Ardından
karbon oranı 24rsquoe 1 olan oumln ısıtılmış su buharıyla karıştırılır ve 620oC ye ısıtılır Elde edilen bu gaz karışımı
bruumlloumlrlerle ısıtılan tuumlplerde 820oC ye ısıtılarak doumlnuumlşuumlm reaksiyonlarının oluşmasını sağlanır Sonra soğutma iccedilin
atık ısı kazanlarında ısının bir boumlluumlmuuml kazanılır ve buhar hızlıca soğutularak suyundan arındırılır Elde edilen uumlruumln
gazı yaklaşık 72 H2 ve 16 CO den oluşur
Katı uumlruumln şaft fırınında aşağıya doğru indikccedile yuumlkselen reduumlkleyici proses gazı tarafından ısıtılır ve reduumlklenir
Proseste ana reduumlkleyici miktarından dolayı H2 dir Uumlruumln 95 metalizasyon (metalleşme) derecesine ulaşır ve
karbon iccedileriği 15 ndash 45 arasında değişmektedir
Tablo 93 HYL III youmlntemiyle uumlretilen DRI ve HBIrsquonın oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 82
DRI HBI
Toplam Fe 91-93 91-91
Metalik Fe 83-88 83-88
Metalizasyon 92-95 92-95
C 15-45 12-22
P 002-005 002-005
S 0002-0019 0002-0019
Gang 28-75 28-75
Uumlruumln sıcaklığı lt50degC lt50degC
HYL III prosesinin en oumlnemli avantajları
1) kanıtlanmış performans
2) hammadde ccedileşitliliği
3) doğal gaz veya cevherdeki kuumlkuumlrde karşı hassas olmaması
4) doumlnuumlştuumlruumlcuuml olmadığı iccedilin daha duumlşuumlk kurulum maliyeti
5) yuumlksek enerji verimi (diğer DRI tesislerinde 70 iken burada 87)
93 Akışkan Yatak Prosesleri
931 Finmet Prosesi
Finmet prosesinde birbiri peşisıra olan 4 reaktoumlr kullanılır Ters akım youmlntemine sahiptir Finmet youmlnteminde
boyutu 12 mmrsquonin altında olan demir oksitler beslenir Tozlar oumlnce akışkan yataklı kurutucuda 2 neme sahip
olana kadar yaklaşık 100oC de kurutulur ve doldurma hunisi ile ilk reaktoumlre (R4 veya R40) depolanır
Şekil 96 Finmet prosesinin akım şeması
Birinci reaktoumlrde (R40) yaklaşık 550oC de oksit tozlarına oumln ısıtma uygulanır Sonra tozlar sıralar halindeki
indirgeyici reaktoumlrlerin iccedilinden geccedilirilir Burada oksit tozları ısıtılır ve reduumlkleyici gaz tarafından reduumlklenir
Verimliliği arttırmak iccedilin reaktoumlr sistemi yaklaşık 11-13 barrsquolık yuumlksek basınccedilta ccedilalıştırılır İlk uumlccedil reaktoumlrde
dehidratasyon (su giderimi) ve hematitin manyetite doumlnuumlşuumlmuuml gerccedilekleşir R10 reaktoumlruumlnde sıcaklık 780-800oC
civarındadır ve final uumlruumlnde yaklaşık 93 metalleşme gerccedilekleşmektedir Metalleşme ve karbuumlr oluşum
reaksiyonları
FeO + H2 = Fe + H2O
FeO + CO = Fe + CO2
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
3Fe + H2 + CO = Fe3C + H2O
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 83
3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O
Fe3O4 + 2H2 + CH4 = Fe3C + 4H2O
94 Doumlner Fırın Prosesleri
Doumlner fırın iccedili refrakter astarlı yatay silindirik bir fırındır Fırın boşaltma ucuna doğru yatayla 3-4o lik accedilı yapar
yuumlksek olan uccediltan yuumlklenen harman boşaltma ucuna doğru doumlnmenin ve yoğunluğun etkisiyle hareket eder
Koumlmuumlr flaks ve demir oksit fırının besleme ucundan girer ve ısıtma boumllgesinden geccedilerken koumlmuumlr uccedilucularını
kaybeder flaks kalsine olur ve şarj reduumlksiyon sıcaklığına ısınır Demir oksit reduumlksiyon boumllgesinde CO ile
reduumlklenir Yuumlksek sıcaklıkta CO2 in bir kısmı Boudouard reaksiyonuna goumlre karbonla reaksiyona girer Proses
ısısının bir kısmı fırının boşaltma ucundaki bruumlloumlrlerden sağlanır Fırındaki reduumlkleyici atmosferi korumak iccedilin
bruumlloumlr havasız ccedilalıştırılır İlave proses ısısı koumlmuumlrdeki uccedilucuların ve yataktan ccedilıkan COrsquoin yanmasıyla sağlanır
Yakma havası fırın boyunca yerleştirilmiş portlardan verilir Fırın gazları katı ile ters youmlnde hareket eder
Doumlner fırın kullanan koumlmuumlr esaslı ticari prosesler iki farklı başlık altında toplanabilir Bunlar eksenel hava prosesi
ve radyal hava prosesidir Bu iki proses arasındaki fark reaktoumlre giren havanın giriş sistemidir Her iki proses de
kendine oumlzguuml avantajlara sahiptir Fırına beslenen demir oksit (parccedila cevher veya pelet) kimyasal kompozisyon
boyut dağılımı ve reduumlkleyici şartlardaki davranışı accedilısından belirli oumlzellikleri taşımalıdır Demir iccedileriği yuumlksek
olmalı S ve P ise duumlşuumlk olmalıdır En az 5 mm boyutunda olmalıdır Reduumlkleyici şartlarda cevherin davranışı
oumlnemlidir şişme ve sonradan ufalanma oumlzellikle dikkate alınmalıdır
Doumlner fırından boşaltılan katı uumlruumlnler soğutulur elenir ve manyetik olarak ayrılır Ccedilok kuumlccediluumlk boyuttaki DRIrsquolar
briketlenir ve ccedilelik yapımında kullanılır Ccedilıkan gazlar da yoğunluğuna goumlre ayırma işlemine tabi tutulur atmosfere
bırakılmadan oumlnce soğutulur ve temizlenir
941 SLRN Prosesi
Stelco-LurgiRepublic Steel (SLRN) olarak bilinen proses doumlner fırın kullanan koumlmuumlr bazlı direkt reduumlklenmiş
demir uumlretim proseslerinden biridir Duumlnyada koumlmuumlr kullanan teknolojiler iccedilinde SLRN prosesi en fazla uumlretim
kapasitesine sahip olan prosestir Proses parccedila cevher ve pelet kullanır Suumlnger demirin suumllfuumlrizasyonunu oumlnlemek
iccedilin kireccedil kireccediltaşı ve dolomit gibi bazik maddeler flaks olarak kullanılır Ccedilok ccedileşitli yakıt kullanmak muumlmkuumlnduumlr
Koumlmuumlr kok char (yanarak koumlmuumlr haline gelmiş madde) linyit ve antrasit kullanılabilir
Şekil 97 SLRN prosesi akım şeması
SLRN prosesinin belirgin oumlzellikleri
a) proses enerjisi olarak 100 koklaşmayan koumlmuumlruumln kullanılabilmesi petrol ya da gaz gerektirmemesi
b) geniş aralıkta koumlmuumlr tuumlrlerinin kullanılabilmesi
c) yuumlksek metalizasyon derecesi ve şarj malzemelerinde en kısa oumln ısıtma suumlresi sağlayan yatakaltı hava
enjeksiyonuyla yuumlksek ccedilıktı miktarı
d) fırından ccedilıkan malzemeyi sıcak olarak ergitme uumlnitesine besleme imkanı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 84
e) oumlzel dizayn edilmiş hava tuumlpleri yatak altı hava enjeksiyonu ve hızlı sıcaklık kaydetme imkanları ile emniyetli
proses ve sıcaklık kontroluuml
f) ccedileşitli atık gaz temizleme sistemlerine uyum ve atık ısıyı geri kazanma imkanı Atık ısı geri kazanımı ile toplam
enerjinin 30-50 kadarı buhar veya elektrik guumlcuuml uumlretiminde kullanılabilir
g) kanıtlanmış DRI teknolojisi ve ekonomik DRI uumlretimi
95 Doumlner Hazneli Fırın Prosesleri
951 FASTMET Prosesi
Bu proseste demir oksit tozları reduumlkleyici olarak toz koumlmuumlr veya katı C taşıyan diğer maddeler kullanılarak
(kompozit pelet formunda) metalik demire doumlnuumlştuumlruumlluumlr Uumlruumln direkt reduumlklenmiş demirdir ve EAF yuumlksek fırın
ve diğer ccedilelik yapım proseslerinde kullanılabilir Hammaddelerin hazırlanmasında demir cevheri konsantresi toz
reduumlkleyici (koumlmuumlr kok ya da odun koumlmuumlruuml) birlikte karıştırılır ve peletlenir Daha sonra peletler nemlerinin
alınması iccedilin yaklaşık 120oC de kurutulurlar ve bir-iki pelet derinliğinde bir tabaka halinde doumlner hazneli fırına
(RHF ndash Rotary Hearth Furnace) beslenirler RHF doumlnduumlkccedile peletler RHF boumllgesindeki radyasyonla 1250-1350oC
ye ısıtılırlar (gaz petrol ya da koumlmuumlr yakan yakıcılar kullanılarak) ve demir cevheri metalik demire reduumlklenir
Fastmet prosesinde yuumlksek reduumlksiyon oranı ve hızlı ısıtma muumlmkuumlnduumlr Radyasyonla ısıtma sayesinde
aglomeratların oksidasyonu oumlnlenmiş olur
Şekil 98 Fastmet prosesi akım şeması
Şekil 99 Doumlner hazneli fırında reduumlksiyon mekanizmasının şematik goumlsterimi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 85
Şekil 910 Doumlner hazneli fırında besleme ndash reduumlksiyon ndash deşarj sistemi
Şekil 911 Doumlner hazneli DRI uumlretim tesisi
Fastmet prosesinin genel olarak avantajları
1) Fastmet enduumlstrileşmiş uumllkeler dahil duumlnya ccedilapında kurulu birccedilok demir yapım prosesi iccedilinde en duumlşuumlk maliyete
sahip olanlardan biridir
2) uumlretim maliyetleri duumlnyanın birccedilok boumllgesinde rekabet fiyatlarıyla bulunabilen toz demir cevherleri koumlmuumlr
kok ya da odun koumlmuumlruuml kullanılarak en aza indirilmektedir
3) hızlı reduumlksiyon proses ayarlamasının ccedilabuk ve ccedilalıştırmasının kolay yapılmasına imkan sağlar Bu işlem
esnekliği operatoumlrlere uumlruumln kalitesini sıkı kontrol etme ve uumlretim planındaki değişiklikleri karşılama imkanı sağlar
4) Fastmet tek bir doumlner hazneli fırında 150000 ndash 450000 ton DRIrsquonın ekonomik uumlretimini sağlar Proseste
yatırım maliyeti duumlşuumlktuumlr
5) Fastmet tesisi yerel ve ulusal ccedilevre standartlarını karşılayacak şekilde dizayn edilebilir Ccedilıkan gaz klasik
temizleme sisteminde işlenir
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
DoccedilDrMN Sarıdede Alternatif Demir Ccedilelik Uumlretim Youmlntemleri Ders Notları Yıldız Teknik Uumlniv 2011
httpwwwmidrexcomuploadsdocumentsMidrexStats2011-6712pdf
httpietdiipnetworkorgcontentmidrexC2A9-process
httpwwwkobelcocojpp108driedri05htm
httpwwwindustrialcostanalysiscomHYL20IIIpdf
httpietdiipnetworkorgcontentfinmet
httpwwwslidesharenetkomalvaishfinmet-process
httpietdiipnetworkorgcontentslrn-process
httpwwwkobelcocojpenglishktrpdfktr_29085-092pdf
httpwwwmidrexcomhandlercfmcat_id179sectionglobal
httpwwwcorefurnacecomheattreat_08html
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 86
BOumlLUumlM 10 CcedilELİK DOumlKUumlM PROSESLERİ
101 Giriş
Ccedilelik işletmelerindeki ikincil metalurji işlemlerinden gelen sıvı metal belli şekil oumllccediluuml ve ağırlıklara goumlre doumlkuumlluumlr
Demir ccedilelik fabrikalarının uumlretim ve malzeme akışı iccedilerisinde doumlkuumlm işlemi ikincil metalurji proseslerinin
sonrasında ve birincil şekillendirme olarak adlandırılan sıcak haddelemenin ise oumlncesinde konumlandırılmıştır
1970lere kadar ccedilelik kokil kalıplarda ingot halinde doumlkuumlluumlrduuml Buguumln ise sıvı ccedilelik sonraki haddeleme aşamaları
iccedilin genellikle suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilir Sıvı metalin suumlrekli doumlkuumlm fikri 100 yıl oumlnce geliştirilmiştir
1970lerin sonlarında geniş oumllccedilekli olarak tanındıktan sonra Almanyadaki suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilen
ccedileliğin miktarı 96 oranına kadar yuumlkselmiştir Duumlnya genelinde ise suumlrekli doumlkuumlm yoluyla uumlretilen ccedileliğin oranı
90a kadar yuumlkselmiştir Bu verilere goumlre ingot doumlkuumlmuuml buumlyuumlk oumllccediluumlde oumlnemini yitirmiştir Ama bu youmlntem ccedilok
ağır parccedila doumlkuumlmleri ve doumlvme olması gereken parccedilalarda yine kullanılmakta olan bir youmlntemdir
Şekil 101 İki hatlı suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml
Suumlrekli doumlkuumlm teknolojisinin gelişi geleneksel ingot doumlkuumlmuumlnuumln yanı sıra ingotu yassı kuumltuumlk haline getirme ve
aşağı akışlı haddehanelerdeki yarı mamul taşınması işine son vermiştir Sıvı metalin ton başına hadde uumlruumlnuuml verimi
suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile sağlanan malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte 10 oranında artmıştır Guumlnuumlmuumlzde
ccedilelik uumlretiminde verimlilik 95 seviyelerine ccedilıkmıştır Dahası suumlrekli doumlkuumlm havasız ortamda yapıldığı iccedilin ingot
doumlkme goumlre daha temiz uumlruumln alınabilmektedir Hızlı katılaşma ile az bir miktarda segregasyon oluşmasına rağmen
homojen bir yapı sağlanmaktadır Buna ek olarak suumlrekli doumlkuumlm otomasyon iccedilin geniş bir imkan yelpazesi
gelişmiş bir kontrol edilebilirlik ve uumlretim prosesinde istikrar sağlar
102 Suumlrekli Doumlkuumlm
Ccedilelikhanelerde kısa aralıklara yuumlksek miktarda ccedilelik uumlretilir (200-500 tonsaat) Bu miktarlar verimli doumlkuumllmek
zorundadır Suumlrekli doumlkuumlm prosesi bu miktarları ingot doumlkuumlme goumlre daha ccedilabuk uumlretme yeteneğinden dolayı oumln
plana ccedilıkmıştır Ccedileliğin suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmesini geliştirmenin amacı ingot doumlkuumlm sonucu oluşan
ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları gibi muhtemel hataları yok etmektir
1021 Suumlrekli Doumlkuumlm Prosesi
Suumlrekli doumlkuumlm sırasında sıvı ccedilelik havasız ortamda doumlkuumlm potasından nozul iccedilerisinden doumlkuumllerek tandişe
aktarılır Akış hızı doumlkuumlm potasının altına yerleştirilmiş olan piston valfi vasıtası ile ayarlanır Tandiş refrakter
bazlı olup kapasitesi 15-40 ton arasında değişmektedir Ccedilelik tandişten doumlkuumllerek oumln ısıtılmış nozulllardan doumlkuumlm
hattının suyla ile soğutulmuş bakır kalıplarına iletilir Bu akış bir tapa mekanizması ile kontrol edilir Tapa ya
elektrikli bir motor ya da hidrolik sistem ile ccedilalışır ve nozulların uumlzerindeki tandişin ağzını ya kısmen ya da
tamamen kapatır Ccedilalıştığı yer sıvı ccedileliğin kalıba akış hızını kontrol edebilecek noktadadır Uumlretim sırasında
tapanın ayarı ccedilok hassas bir konumlandırma ile kapalı devre kontrol sistemi kullanılarak yapılmalı ve kalıp
banyosu seviyesinin yeterli dengesi sağlanmalıdır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 87
Şekil 102 Kontinuuml slab doumlkuumlmuuml
Şekil 103 Suumlrekli doumlkuumlmdeki tandiş ve katılaşma başlangıccedil boumllgesi
Kalıbın şekli suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml olan kuumltuumlğuumln şeklini de beliler Doumlkuumlm işleminden oumlnce kalıp tabanı tampon
goumlrevi yapması iccedilin sabit bir ccedilubuk ile kapatılır Kalıptaki sıvı metal seviyesi istenilen duumlzeye gelir gelmez kalıp
dikey doğrultuda sallanır ve boumlylece katılaşan kabuk kısmı kalıp duvarlarına yapışmaz Sadece kalıp yuumlzeyinde
yeni yeni katılaşmaya başlamış akkor halindeki kuumltuumlk tampon ccedilubuklar yardımıyla ve ardından hadde merdaneleri
ile kalıptan ccedilekilir Ccedilekirdeği hala sıvı halde bulunduğundan kuumltuumlk dikkatlice su veveya hava puumlskuumlrtuumllerek
soğutulur ve tamamen katılaşana dek tuumlm kenarlarından merdaneler ile desteklenir Bu destek kuumltuumlğuumln yeni
oluşmaya başlayan ince kabuğunun parccedilalanmasını oumlnler Aşırı yoğun soğutma ile kuumltuumlğe uumlniform bir katılaşma
yapısı ve daha iyi mekanikteknolojik oumlzellikler kazandırılır Guumlnuumlmuumlzde suumlrekli doumlkuumlm ile yuumlksek doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 88
hızlarına ulaşılmıştır Uumlretilen kuumltuumlğuumln oumllccediluumlsuumlne ve sayısına bağlı olarak hızlar yaklaşıl 06-2mdk arasında
değişmektedir Tamamen katılaştığında kuumltuumlk uccedilar makaslar ile istenilen boylara kesilir ve ardından damgalama
veya renkli markalama ile sınıflandırılır
Kontinuuml doumlkuumlmuumln guumlnuumlmuumlzdeki durumu aşağıdaki oumlzellikler ve sistemler ile karakterize edilir
Doumlner kuleler yardımı ile ardışık doumlkuumlm ve kuumltuumlk birleştirmesi iki pota olmasını zorunlu kılar Ayrıca
hızla aşınan tandişler iccedilin anahtar goumlrevi goumlren doumlnduumlrme araccedilları vardır bunlar ayrıca ccedileşitli ccedilelik
alaşımlarının ardı ardına doumlkuumllmesine olanak sağlar
İleri derecede temiz bir yapı sağlamak (yeniden oksidasyondan kaccedilınma) iccedilin pota ile tandiş ve tandiş ile
kalıp arasındaki doumlkuumlm akışına bir kalkan veya inert gaz yardımı ile perdeleme yapılabilir
Kuumltuumlğuumln yapışmasını engellemek iccedilin rezonans kalıp ve hidrolik salınım yapılabilir
Toz ve granuumll haldeki doumlkuumlm flaksları kuumltuumlğuumln yuumlzeyini geliştirmek amacı ile otomatik olarak
eklenebilir
Otomatik genişlik ayarlı kalıp kullanılabilir
Otomatik kalıp seviyesi kontroluuml ve tahmini kaccedilık sistemi olan donanımlı kalıp kullanılabilir
Sabit doumlkuumlm sıcaklığı sağlanabilir
Yuumlksek hassasiyetli veveya ayrı merdanelerin eşleştirilmesi ile hassas hat akışı ve sabit kuumltuumlk kesiti
sağlanır
Kuumltuumlğuumln genişliğine bağlı puumlskuumlrtme sistemi ile birlikte tekrar ikili soğutma (su hava) imkanı olabilir
Kuumltuumlk yuumlzey kalitesini geliştirmek iccedilin kalıp iccedilerisinde elektromanyetik karıştırma (yuumlzeydeki doumlkuumlm
boşlukları ve inkluumlzyonların ayıklanması) yapılabilir
Kısmen katılaşmış kuumltuumlkte elektromanyetik karıştırma kuumltuumlk merkezinde segregasyon boumllgeleri olmayan
youmlnlendirmesiz katılaşma mikro yapısı yaratır
Duumlzguumln bir şekilde ccedilıkan kuumltuumlk oluşturmak iccedilin ayrıca yuumlzey gerilmesi yuumlzeysel ve iccedilte meydana
gelebilecek ccedilatlamaları engellemek iccedilin uygun tasarımlı tutma ve doğrultma merdaneleri vasıtası ile sıcak
kuumltuumlğuumln desteklenmesi olabilir
Hidrolik segment ayarı ve dinamik sıcak reduumlksiyon soumlz konusudur
Şekil 104 Suumlrekli doumlkuumlm uumlnitesi
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 89
Şekil 105 Katılaşmış suumlrekli doumlkuumlm uumlruumlnuuml
Dinamik sıcak reduumlksiyon oumlrneği mevcut
teknolojilerin doğasında olan suumlrekli gelişim
potansiyelinin oumlnemini vurgular Kuumltuumlkteki ccedilekirdek
boumllgesinin oluşumu sonraki haddeleme işleminin
belirleyicisidir Yuumlksek dereceli ccedilekirdek
sıkıştırması dinamik sıcak reduumlksiyon ile sağlanır
Bu işlemde segmentlerin hidrolik ayarı ile iki
katılaşma cephesi birlikte preslenir Ccedilelik oumlzellikleri
dikkate alınarak katı-sıvı ara yuumlzeyi olarak
hesaplanan alanda segment uumlst ccedilevresi belli bir kama
accedilısı ile sabitlenir Boumlylelikle hattın kılavuz
merdaneleri katı-sıvı ara yuumlzeyini sıkıştırmak ve
kuumltuumlğuumln porozitesini azaltmak iccedilin katılaşma
cephelerini birlikte presler Bu durum segregasyona
meyilli ccedilelik tuumlrleri iccedilin uumlruumln iccedil kalitesini geliştirmek
accedilısından oumlzel bir oumlneme sahiptir
Guumlnuumlmuumlzde neredeyse tuumlm haddelenecek ccedilelik kalitelerini ikincil metalurji aşamasından oumlnce gerekli tuumlm işlem
prosesleri ile birlikte doumlkmek muumlmkuumlnduumlr Oumlrneğin deoksidasyon ve gaz uzaklaştırma suumlrekli doumlkuumlm oumlncesinde
yapılabilir
1022 Suumlrekli Doumlkuumlm Tuumlrleri
Suumlrekli doumlkuumlm tesisisin tuumlrleri genel hatlarıyla dikey dikey buumlkuumlmluuml dairesel ark ve oval eğimli suumlrekli doumlkuumlm
makineleri başlıkları altında toplanabilir Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm tuumlrleri makine boylarını oumlnemli
oumllccediluumlde kısaltmak adına geliştirilmiştir Guumlnuumlmuumlzde bu tuumlr kontinuuml doumlkuumlm makinelerinin boyları 6 metre
civarındadır Dairesel ark ve oval eğimli doumlkuumlm makinelerinde kuumltuumlk kalıptan dikey olarak değil kıvrılmış şekilde
ccedilıkar Kuumltuumlk daha sonra duumlzleştirilerek yatay hale gelir Guumlnuumlmuumlzde yapılan suumlrekli doumlkuumlm makineleri ccediloğunlukla
dikey eğim tasarımına sahiptir Dikey boyların 25-3 metre arasında değiştiği bu tip doumlkuumlm makineleri hattın sıvı
metal boumllgesinde toplanmış inkluumlzyon ccediloumlkeltisi avantajı sunarlar
Şekil 106 Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemleri
Suumlrekli doumlkuumlm ile uumlretilebilen karşılıklı kesitler dikdoumlrtgen kare ve yuvarlak kesitleri iccedilerir Buumlyuumlk kesitli profiller
iccedilin kuumltuumlğuumln son şekli dikkate alınarak kaba şekilli olarak (kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde olduğu gibi) doumlkuumlluumlr Kuumltuumlk doumlkuumlm
makinelerinde hattın oumllccediluumlleri 100100 mm den yaklaşık 370490 mmye kadar değişir Yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml yapan
tesislerde en buumlyuumlk oumllccediluuml ise 4002500 mm şeklindedir Jumbo doumlkuumlmcuumller olarak adlandırılan doumlkuumlmcuumller ise
genişlikte 3250 mmyi bulan genişlikte yassı doumlkuumlmler yapabilirler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 90
Hatların kesitleri ingot doumlkuumlme goumlre ccedilok daha kuumlccediluumlktuumlr Bu sayede hazırlık hadde setlerine gerek kalmadan nihai
uumlruumln şekli verilebilir Yarı mamuller daha sonraki sıcak şekillendirme aşamaları iccedilin uumlretilir Boumlylece soğutma
fırını ve hadde grubu gibi işletmelere ihtiyaccedil kalmaz Kuumlccediluumlk kesitli kuumltuumlk uumlreten doumlkuumlm makinelerinde kuumlccediluumlk
kesitlerde toplam da 8 adete kadar hatta aynı anda suumlrekli doumlkuumlm yapılabilir Suumlrekli yassı kuumltuumlk doumlkuumlm makineleri
genellikle ikiz hatlı olarak tasarlanır
Suumlrekli doumlkuumlm prosesinde proses izleme ve kontrol sistemlerine yuumlksek duumlzeyde gereksinim vardır
Suumlrekli doumlkuumlm işlemlerinde karşılaşılan bazı zorluklar aşağıda sıralanmıştır
Daldırılmış nozulların tıkanması ve işleme mekanizmasının aksaması
Sıcak kuumltuumlğuumln kalıba yapışması
Sıcak kuumltuumlğuumln kabuğunun ilk doumlkuumlm aşamasında yırtılması
Destek merdaneleri arasındaki kuumltuumlğuumln yırtılması
Kalıp seviyesindeki periyodik dalgalanma
Kuumltuumlk yuumlzeyinde salınım lekeleri
Yuumlzey hataları inkluumlzyonların sebep olduğu kabuklar
Kuumltuumlk yuumlzeyinde veya iccedilerisinde ccedilatlaklar ccedilekinti boşlukları ve doumlkuumlm boşlukları
Sıvı ccedilelik katılaştığında karşılaşılan ccediloumlzuumlnme ve ayrışmalar sonucu goumlruumllen segregasyonlar
İnkluumlzyonlar
Kural olarak bu gibi problemler ccedilok iyi bir şekilde kontrol altında tutulmalıdır Bu sebeple suumlrekli doumlkuumlm
işletmelerinin ccediloğunda proses sırasını belirleyen gerekli parametreler otomatik olarak izlenebilir ve kontrol
edilebilir
Şekil 107 Suumlrekli kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde istenen kalite oumlzelliklerini gerccedilekleştirebilmek iccedilin gerekli
kontrol verileri
Kuumltuumlğuumln kalitesini etkileyen proses ve kontrol parametreleri aşağıda sıralanmıştır
Tandiş iccedilerisindeki sıvı metal sıcaklığı
Doumlkuumlm flaksı (kompozisyon ve oumlzellikler)
Kalıbın soğutulması
Kalıbın inceltilmesi ve kaplanması
Kalıp salınımı (frekansı vuruş modeli)
Doumlkuumlm hızı
Manyetik karıştırma işleminin veya elektromanyetik frenin yoğunluğu
İkincil soğutma ve puumlskuumlrtme sistemi
Segment ayarı ve destek merdane uzaklığı
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 91
Kısmen oumlnemli olanlar ise ccedilelik sıcaklığı kuumltuumlk ccedilıkarma hızı kalıp seviyesi kontrol sistemi ve kuumltuumlk soğutma
sistemi arasındaki karşılıklı ilişkilerdir Kontinuuml doumlkuumlm sistemini izlemek ve kontrol etmek iccedilin zorunlu oumllccediluumlmler
uumlst duumlzey bir proses kontrol sisteminin parccedilasıdır Guumlnuumlmuumlzde gelişmiş proses kontrolleri uumlruumln kalitesini
arttırmak iccedilin proses parametrelerinin dinamik kapalı devre iccedilinde yapılabilmesine olanak tanır
1023 Nete Yakın Biccedilimde Doumlkuumlm (Near-net shape casting)
1980lerin sonundan itibaren doumlrtgen kesitli uumlruumlnlerin uumlretiminde 3 farklı proses geliştirilmiştir Bunlar genel
olarak nete yakın biccedilimde doumlkuumlm başlığı altında incelenir Ayrıca doumlkuumlm-haddeleme olarak da bilinir
İnce yassı doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 50-90 mm)
Nete yakın biccedilimde şerit doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 10-15 mm)
İnce bant doumlkuumlm (kuumltuumlk kalınlığı 1-5 mm)
Bu youmlntemlerin geleneksel suumlrekli doumlkuumlm ile karşılaştırılmasını goumlsterir Goumlruumlleceği uumlzere doumlrtgen kesitli doumlkuumlm
uumlruumlnleri bitmiş oumllccediluumllerine ne kadar yakın olursa proses zinciri o kadar kısalmaktadır
Şekil 108 Ham ccedilelikten sıcak haddelenmiş şeritlere kadar olan proses zinciri
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuuml dikey akan sıcak akan haddeleme fabrikalarına doğrudan bağlantılı (doumlkuumlm
haddeleme ISP veya dahili şerit uumlretimi olarak bilinir) yerleşik bir teknoloji olarak yerini almıştır 50 mm
kalınlığındaki yassı kuumltuumlklerin doumlkuumlmuuml sıvı metali veren daldırılmış nozulları da iccediline alan huni şeklindeki
kalıpların geliştirilmesi ile sağlanmıştır Makine ile ilgili veriler olsun doumlkuumlm parametreleri olsun yuumlzey hataları
ve iccedil kusurları oumlnlemek accedilısından geleneksel suumlrekli doumlkuumlmde olduğu gibi bu tuumlr doumlkuumlmde de ccedilok dikkatli izlenir
ve korunur Guumlnuumlmuumlzde bu proses yuumlksek kalitede ve yenilikccedili malzemelerin duumlşuumlk maliyetli uumlretimine olanak
sağlar Oumlrneğin otomotiv sanayi iccedilin istenen ccedilok yuumlksek yuumlzey kalitesine sahip yassı uumlruumlnler (kaporta sacı olarak
kullanılan ccedilelikler) bile bu youmlntemle uumlretilebilir
İnce yassı kuumltuumlk doumlkuumlm teknolojisi başlangıccedilta sadece hurda temelli ccedilalışan kuumlccediluumlk işletmelerde kullanılmıştır Bu
işletmeler boumlylelikle oumlnceleri sadece buumlyuumlk ccedilelik fabrikalarının tek uumlretici olduğu yassı uumlruumln aralığına girmişlerdir
Guumlnuumlmuumlzde ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmcuumller buumlyuumlk fabrikalardaki malzeme akışının tamamlayıcı bir parccedilası
olmuştur Yuumlksek fırın sistemi duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde boumlyle bir duumlzen goumlrece yuumlksek duumlzeylerdeki eser elementi iccedileren
ve saf olmayan hurda kullanımından kaynaklanan sıvı metal kalitesindeki problemlerin oumlnlenmesini sağlar
Dahası doumlkuumlm-haddelemenin ilave ile entegre ccedilelik fabrikaları direkt hat uumlzerine 08-1 mm kalınlıkta sıcak şerit
uumlretebilir Sıcak bant ise soğuk şerit uygulamalarının ccediloğunda kullanılabilir Artık ince sıcak şerit uumlretiminde
geleneksel geniş şerit sıcak hadde fabrikalarına gerek duyulmamaktadır
Avrupadaki entegre demir ccedilelik fabrikalarındaki suumlrekli doumlkuumlm şerit uumlretim ince yassı kuumltuumlk uumlretim
uygulamalarına oumlrnek olarak Almanyadaki Duisburg - Bruckhausende yerleşik ThyssenKrupp Steel tarafından
işletilen ccedilift yollu CSP (kompakt bant fabrikası) ve Hollandadaki ljmuidende yerleşik Corus Strip productsa ait
tek yollu DSP (direkt şerit fabrikası) verilebilir Son zamanlarda kurulan CSPDSP fabrikaları elektrik sac boru
ve tuumlp gibi yuumlksek kalitedeki ccedilelikler ve otomotiv enduumlstrisi iccedilin ccedilift fazlı ccedileliklerin uumlretimine uygun olarak
tasarlanmıştır Elektrik sac uumlretiminde doumlkuumlm işleminde sırasında hızlı katılaşma yuumlksek sıcaklıkta fırına
doğrudan yuumlkleme ve uumlniform haddeleme ccedilelik kalitesinde kritik oumlneme sahiptir Modern ccedilift yollu fabrikalar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 92
900-1600 mm genişlik ve 08-13 mm kalınlıkta 25 milyon ton yıllık uumlretim kapasitesi ile ccedilalışır Ccedilelik tuumlruuml doumlkuumlm
hızı ve haddeden sonraki kalınlığa goumlre ince yassı kuumltuumlk kalınlığı 55-90 mm arasında değişir
İnce yassı kuumltuumlk uumlretimi iccedilin seccedililen bu proses durağan bir şekilde ccedilalışmakta iken albeit sarsarak kalıplar genelde
5 ile 6 mdk hızla doumlkuumlm yaparlar Dolaşan kalıplar olarak da adlandırılan bu kalıplar net şekle yakın şerit ve ince
şerit doumlkuumlmuumlnde kullanılırlar Bunlar daha yuumlksek doumlkuumlm hızlarını muumlmkuumln kılarlar Ve daha yuumlksek doumlkuumlm
hızları yuumlzuumlnden de daha hızlı katılaşma hızı meydana gelir ve ilk mikro yapıları oluşturur
Dikey ccedilelik besleme sisteminin eşlik ettiği ccedilift merdaneli işlem ince yassı kuumltuumlk doumlkuumlmuumlnde koumlkleşmiştir Bu tuumlr
doumlkuumlm makineleri ccedileşitleri laboratuar oumllccedileğinden tam teccedilhizatlı fabrika oumllccedileklerine kadar geniş bir aralıktadır
Oumlrneğin ticari ve yarı ticari fabrikalar bunu paslanmaz ccedilelik doumlkuumlmuumlnde kullanır ABD de bu sistem ayrıca karbon
ccedileliklerinde de kullanılır DSC youmlntemi ile nete yakın oumllccediluumlde 10-12 mm kalınlık şerit (bant) doumlkuumlmuuml henuumlz deneme
aşamasındadır Bununla birlikte ileri şerit doumlkuumlm prosesleri tuumlm duumlnyaya yayılmaktadır
1024 Yatay Suumlrekli Doumlkuumlm
Yatay suumlrekli doumlkuumlm prosesi (Şekil 106) toplam yuumlksekliğin indirildiği ileri suumlrekli doumlkuumlm teknolojisidir Yatay
suumlrekli sistemler normal suumlrekli proseslerinde eğilip duumlzeltilemeyen oumlzel ccedileliklerin uumlretiminde kullanılır
Yatay suumlrekli doumlkuumlmde yine sadece dış kabuğu katılaşan kuumltuumlk fiziken kalıp iccedilerisinde ccedilekilir Kalıp kuumltuumlk ile
birlikte belirli bir miktar gidip tekrar ilk pozisyona gelecek şekilde salınım goumlsterebilir Yatay suumlrekli doumlkuumlm
makineleri kuumltuumlk ve yuvarlak malzeme uumlretiminde goumlrece az miktarlarda uumlretim kapasitesinde kullanılır Doumlkuumlm
hızları geleneksel suumlrekli doumlkuumlm hatlarına goumlre daha yavaştır
103 Ingot Doumlkuumlm
İngot doumlkuumlm terimi ccedilelik doumlkuumlmuumlnuumln kare dikdoumlrtgen yuvarlak oval veya poligonal gibi basit geometrik
şekillerdeki yukarı doğru incelen (konik) kalıplara yapılmasıdır Katılaşan ccedilelik ingot veya kuumltuumlk olarak
adlandırılır Kuumltuumlklerin genişliği kalınlığının en az iki katıdır Daha verimli suumlrekli doumlkuumlm prosesi ccediloğu yerde ingot
doumlkuumlmuumln yerini almıştır bununla birlikte bazı oumllccediluumller ccedilelik tuumlrleri ve son uumlruumlnler iccedilin ingot doumlkuumlm tek alternatif
olarak durmaktadır İngotlar ccediloğunlukla doumlvme uygulamaları iccedilin uumlretilirler Yuumlksek saflıkta olanlar elektrik
santrallerinde (tuumlrbin şaftları gibi) ve hava uzay uygulamalarında kullanılır Ultra yuumlksek saflıkta talepler iccedilin
ingotlar elektro-curuf ergitme (ESR prosesi) işlemine tabi tutulur
Şekil 109 Ingot doumlkuumlm
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 93
Doğrudan doumlkuumlm olarak da bilinen uumlstten doumlkuumlm youmlntemi ile 300 tona kadar doumlkuumlm yapılabilir Ccedilelik doumlkuumlm
potasından doğrudan kalıba akar Doumlkuumlm yuumlzeyi kalıp ccedileperinde hızla katılaşan metalin sıccedilramasından oumltuumlruuml kaba
ve değişken oumllccediluumlluuml olabilir Alttan doumlkuumlm veya grup doumlkuumlmde birkaccedil ingot kalıbı aynı anda sıvı ccedilelik ile
doldurulur Ccedilelik ilk olarak merkezdeki refrakter kaplı besleyici kanalları ile kalıplara bağlı doumlkuumlm ağzına akar
Sıvı ccedilelik kalıp iccedilerisinde yavaşccedila yuumlkselerek (yukarı doğru doumlkuumlm) daha iyi bir yuumlzey kalitesi ortaya ccedilıkarır
Normalde bir grup doumlkuumlmde 2 ile 8 adet kalıp kullanılır
Katılaşma sırasında ingot veya kuumltuumlğuumln tepe noktası buumlzuumllerek boşluklar oluşturur Bu sebeple bu boumllge bir
sonraki şekillendirme iccedilin uygun değildir Bu boumllge eğer sıcak başlık kullanımı flaks ilavesi oumlzel ısıtma
cihazları uygulaması veya doğru egzotermal malzemeler kullanımı ile sıcak tutulabilirse sıvı ccedilelik katılaşma
tamamlanana dek yukarı doğru akmaya devam edebilmektedir Boumlylece herhangi bir ccedilekinti boşluğu oluşumu tepe
boumllgesi ile sınırlandırılmış olur Katılaşma aşaması tamamlandıktan sonra kalıplar vince asılı maşa benzeri bir
aletle veya yatay pozisyondaki oumlzel itici aletler yardımı ile ingot veya kuumltuumlkten soyulur Bunlar daha sonra ileriki
işlemler veya ara depolama iccedilin sevk edilir Almanyada ingot doumlkuumlm tuumlm ham ccedilelik uumlretiminin yaklaşık 4uumlnuuml
teşkil etmektedir
104 Puumlskuumlrtme ile Şekillendirme
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme (puumlskuumlrtme ile sıkıştırmada denir) geleneksel şekillendirme ile toz metalurjisi arasında
yer alan yeni bir şekillendirme işlemidir Sıvı metaller (sıvı ccedilelik de dahil) puumlskuumlrtme (atomizasyon) veya uygun
şekilli tabakalar hainde puumlskuumlrtme ile şekillendirilir
Bu proses ccedilubuk tuumlp ve lama gibi yarı mamullerin
yanı sıra kompozit malzemeler (yuumlzeyi koruyucu
aşınma tabakalı borular gibi) uumlretiminde de
kullanılır Bu proses ile malzeme oumlzelliklerini
oumlnemli oumllccediluumlde geliştiren değişik oumlneme sahip şu
avantajlar elde edilir
Minimum ya da sıfır segregasyon
Kuumlccediluumlk tane boyutlu iyi bir mikro yapısı
olan malzeme uumlretimi
En alt seviyede oksijen iccedileriği
Ccedilok iyi homojenlik
En alt seviyede porozite
Oumlzelliklerdeki iyileşmeler uumlretim sırasında metal
damlacıklarının ccedilok hızlı soğutulması ile sağlanır
Puumlskuumlrtme ile şekillendirme Belli malzemelerin
kuumlccediluumlk tonajlarda enduumlstriyel oumllccedilekli uumlretiminde
kullanılmaktadır Diğer malzemeler ise oumlzel
uygulamalar iccedilin gerekli farklı proses değişkenleri
sebebiyle gelişme aşamasındadır Neredeyse tuumlm
oumlnemli malzemeler artık puumlskuumlrtme ile şekillendirme
youmlntemi ile uumlretilebilir (oumlrneğin Fe Cu Al Ti Ni
Mg)
Şekil 1010 Puumlskuumlrtme ile şekillendirme
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Hakan KOCcedilAK Ccedilelik Rehberi Sağlam Metal 2012
httpcccillinoiseduintroductionoverviewhtmltechniques
httpwwwdoralcomauviewproductswhat-we-produce
httpwwwsms-siemagcomensteel_continuous_casting_technologyhtml
httpwwwssabcomGlobalSSABBrochuresenImages_steelbokContinuous_castingjpg
httpwwwpmp-industriescomcontinuous-castinghtml
httpwwwaccesssciencecomloadBinaryaspxfilename=YB040575FG0010gif
httpwwwthefabricatorcomarticlemetalsmaterialsthe-science-of-steel
httpwwwkalyanicarpentercomimagesingot-castjpg
httpwwwdiamond-engcojpenimagesproducts3113_001jpg
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 94
BOumlLUumlM 11 DOumlKME DEMİR ndash CcedilELİK TUumlRLERİ
VE STANDARTLAR
111 Doumlkme Demirler
Doumlkme demir 21rsquoden fazla C iccedileren Fe-C-Si-X alaşımlarıdır Doumlkme demirlerin oumlzelliklerini en fazla etkileyen
bileşen karbonrsquodur Yapıdaki karbon ya bileşik halde (sementit Fe3C) ya da serbest halde (grafit) olarak bulunur
İccedilindeki karbonun grafit şeklinde olanlarına gri doumlkme demir sementit şeklinde olanlara ise beyaz doumlkme demir
denir 1150 degC derece ile eridiği sıcaklık ccedileliğin erime sıcaklığından duumlşuumlktuumlr
Şekil 111 Fe-C faz diyagramı
Yuumlksek fırından elde edilen pik demirin kupol ocakları veya induumlksiyon ergitme ocaklarında yapılarındaki
karbonun 4 uumln altına duumlşuumlruumllmesi ve suumllfuumlr fosfor gibi istenmeyen empuumlritelerin giderilmesinin ardından doumlkme
demir elde edilir
Pik demirdeki manganın fazla olması demirin karbonla Fe3C şeklinde bileşik yapmasını kolaylaştırır ve elde edilen
pik demirdeki sementit fazından dolayı beyaz renktedir Bu tuumlr pik demir ccedilelik uumlretiminde kullanılır Pik demirde
silisyum daha fazla bulunuyorsa silisyum pik demirin soğumasını yavaşlatacak ve pik demirdeki karbonun serbest
halde yani grafit halde bulunmasını sağlayacaktır Bu tuumlr pik demir daha ccedilok doumlkme demir imalinde kullanılır
Grafitli doumlkme demirler grafitin yapısına goumlre başlıca 4 gruba ayrılır
bull Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
bull Kuumlresel (sfero) grafitli doumlkme demir
bull Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
bull Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir)
Tablo 111 Doumlkme demirlerin kimyasal kompozisyonları ()
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 95
Grafitlerin yapıdaki şekli sayısı ve buumlyuumlkluumlğuuml malzemenin mukavemetini oumlnemli oumllccediluumlde etkiler Grafitlerin ince
tabakalı ve keskin koumlşeli olması iccedil gerilmelere sebep olur ve bu boumllgelerde kırılma ve ccedilatlamalar meydana gelir
Lamel grafitli doumlkme demir (gri doumlkme demirkır doumlkme demir)
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonun buumlyuumlk kısmı serbest halde veya başka deyimle grafit lamelleri halinde
bulunacak şekilde bir bileşime sahip doumlkme demir tipidir Gri doumlkme demirin kırık yuumlzeyi isli gri renktedir
Gri doumlkme demir kodlamaları (DIN 1691)
GG 15 GG 20 GG 25 GG 30 GG 35 GG 40
Kullanım yerleri İyi işlenebilir ve yuumlksek zorlanmalara dayanıklı doumlkuumlm parccedilaları
Şekil 112 Gri doumlkme demirlerin mikroyapıları (soldaki ferrit yapılı sağdaki perlit yapılı)
Kuumlresel grafitli doumlkme demir (Sfero doumlkme demir)
Kuumlresel grafitli doumlkme demirler lamel
grafitlerinin kuumlreleştirilmesiyle elde edilir
Bu işlem iccedilin sıvı metale belli oranlarda ve
youmlntemlerle Mg ve Ce ilave edilir
Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da
ihtiyacı karşılamaktadır Kuumlresel grafitli
doumlkme demirler diğer doumlkme demirlere
goumlre daha yuumlksek mukavemetlidir Ancak
kuumlreleştirmenin başarılı olması iccedilin ham
malzemenin kuumlkuumlrt miktarı 002 civarına
duumlşuumlruumllmesi gerekir Kuumlresel grafitli doumlkme
demirler bu oumlnemli oumlzellikleri nedeniyle
otomotiv sanayinde en ccedilok kullanılan
doumlkme demir ccedileşididir
Tablo 112 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin bileşimi ve
oumlzellikleri
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 96
Şekil 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin mikroyapısı
Kuumlresel grafitli doumlkme demir kodlamaları (DIN 1693)
GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80
Tablo 113 Kuumlresel grafitli doumlkme demirin kullanıldığı alanlar
Şekil 114 Kuumlresel grafitli doumlkme demirden uumlretilmiş bazı malzemeler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 97
Beyaz doumlkme demir (sert doumlkme demir )
Katılaşmadan sonra iccedilerdiği karbonu karbuumlr şeklinde kimyasal olarak birleşmiş olacak bir bileşime sahip doumlkme
demirdir Beyaz doumlkme demir kırıldığında beyaz kristalli bir yuumlzey goumlsterir
Şekil 115 Beyaz doumlkme demirin mikroyapıları
Temper doumlkme demir (Rozet grafitli)
Temper doumlkme demir tamamen grafitsiz sert ve kırılgan beyaz doumlkme demirin temperleme tabir edilen ısıl işlem
ile karbuumlrlerinin parccedilalanması sonucu oluşan yuumlksek mukavemetli suumlnek iyi işlenebilme oumlzelliğine sahip
mikroyapısı ferrit ve temper karbonundan meydana gelen doumlkme demir tipidir
Temper doumlkme demir kodlamaları (DIN 1692)
GGW 35 GGW 40 GGW 45 GGW 55
Kullanım yerleri Temper doumlkme demirler flanslarda borularda bağlantılarda ve valf parccedilalarında kullanılır
Birccedilok otomobil parccedilası kompresoumlr krank mili ve goumlbeği transmisyon ve diferansiyel parccedilaları bağlantı ccedilubukları
ve uumlniversal bağlantılar temper doumlkme demirden uumlretilirler
Şekil 116 Temper doumlkme demirin mikroyapısı
112 Ccedileliklerin Sınıflandırılması
Guumlnuumlmuumlzde ccedilelikler genellikle bileşime standardizasyon oumlzelliklerine ve kullanım yerlerine goumlre
sınıflandırılmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 98
Bileşime goumlre ccedileliklerin sınıflandırılması
1) SADE KARBONLU CcedilELİKLER
Demirden başka ana alaşım elementi olarak sadece C iccedileren fakat 02 Si 06 Mn 01 Al 01 Ti ve
025 lsquoe kadar iccedilerisinde alaşım elementlerini de bulundurabilen ccedileliklerdir Sade karbonlu ccedilelikler karbon iccedileriğine
goumlre 3rsquoe ayrılmaktadır
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler
0 - 020 arasında C iccedileren ccedileliklerdir Mekanik oumlzellikleri goumlz oumlnuumlnde bulundurularak yumuşak ccedilelikler olarak
da isimlendirilirler Duumlnya ccedilelik uumlretiminin buumlyuumlk kısmı duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerdir Oumlzellikle yassı uumlruumlnlerin
kullanıldığı otomobil kaportaları ve boru hatları ile inşaat sektoumlruuml ve temel yapılarda kullanılan ccedilelik ccedilubuk ve
profiller duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler sınıfında yer almaktadır
Şekil 117 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı
mamuumlller
Duumlşuumlk karbonlu ccedilelikler ısıl işlem ile yeterince sertleştirilemezler Ancak soğuk deformasyon ile kısmen
sertleştirilebilirken suumlneklik oumlzellikleri bozulur Yuumlzey sertleştirme işlemleri ile (sementasyon nitruumlrleme vb)
yuumlzeyleri sert iccedil tarafları yumuşak kalabilen parccedilaların uumlretiminde kullanılırlar Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kaynak
ve talaşlı imalat iccedilin işlenebilme kabiliyetleri ccedilok iyidir Bu yuumlzden haddeleme doumlvme preste şekil verme ve derin
ccedilekme işlerinde tercih edilen ccedileliklerdir
Tablo 114 Duumlşuumlk karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 0 ndash 020
Mn 030 ndash 060
Si 010 ndash 020
P 004 max
S 005 max
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 99
Orta karbonlu ccedilelikler
Bu gruptaki ccedilelikler 020 ndash 050 karbon iccedileren ccedileliklerdir Karbon miktarına bağlı olarak orta derecede mekanik
oumlzelliklere sahiptirler Bu gruptaki ccedileliklerin en buumlyuumlk oumlzellikleri ısıl işlemle yeterli derecede
sertleştirilebilmeleridir Bu yuumlzden genellikle makine imalat sanayinin tercih ettiği ccedileliklerdir İşlenebilme ve şekil
alabilme kabiliyetleri duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre daha azdır Benzer şekilde duumlşuumlk karbonlu ccedileliklere goumlre
kaynak kabiliyetleri de daha duumlşuumlktuumlr Ccediluumlnkuuml kaynak sırasında meydana gelen ısı ccedileliğin yapısal değişiminin de
kontrolsuumlz olmasına neden olarak malzemede hatalara sebep olabilir Bundan dolayı orta karbonlu ccedileliklerin
(oumlzellikle alaşım elementi iccedilerenlerinin) kaynak işlemlerinde dikkatli olmak gerekir Genellikle makine parccedilaları
cıvata somun dingil gemi şaftı uskur mili dişli ccedilark transmisyon mili frezeli mil yuumlk kancası manivela kolu
ray kazma kuumlrek gibi araccedil gereccedillerin yapımında kullanılırlar
Tablo 115 Orta karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 020 ndash 050
Mn 060 ndash 090
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Şekil 118 Orta karbonlu ccedileliklerden uumlretilen bazı mamuumlller
Yuumlksek karbonlu ccedilelikler
050rsquoden daha fazla karbon iccedileren ccedileliklerdir Yuumlksek mukavemetli ve suumlnekliği az olan ccedileliklerdir Isıl işlemle
sertleştirilmeleri sonucunda oldukccedila yuumlksek sertlik kazanırlar En sert ve dayanıklı fakat en az uzama goumlsteren
ccedileliklerdir Oumlzellikle yuumlksek aşınma dayanımına sahiplerdir ve boumlylece kesici oumlzelliği kazanırlar İşlenme ve şekil
alma kabiliyetleri duumlşuumlktuumlr Kaynak kabiliyetleri de duumlşuumlk olup oumlzel youmlntemler ile kaynakları yapılabilir Bu
gruptaki ccedileliklerin ısıl işlemleri de oumlzel itina isteyen işlemlerdir Sert olup işlenmeleri zordur ve genellikle yuumlksek
mukavemet ve aşınma direnci gerektiren yerlerde kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 100
Kullanım alanlarına oumlrnek olarak oumlzellikle
takım ve kalıp uumlretiminin yanı sıra kesme
aparatları bıccedilak jilet testere yay yuumlksek
dayanımlı kablolar mil şaft cıvata
somun spiral ve yaprak yaylar makaslar
kesici basit takımlar zımba kepccedile dişlisi
greyder bıccedilağı yuumlksek mukavemetli
makine parccedilaları eğe keser ağaccedil testeresi
gibi araccedil gereccediller goumlsterilebilir Yuumlksek
karbonlu ccedileliklerin bileşiminde bulunan C
miktarının sınırı Fe-C denge diyagramı
gereğince 21rsquoe kadar ccedilıkabilirse de
gerccedilekte bu değer (ccedilok oumlzel durumlar
haricinde ancak) 12 ndash 14 sınıra kadar
kullanılır
Tablo 116 Yuumlksek karbonlu ccedileliklerin kimyasal bileşimi
Element
C 050rsquoden fazla
Mn 070 ndash 100
Si 015 ndash 030
P 004 max
S 005 max
Tablo 117 Karbon oranına bağlı olarak ccedileliklerdeki oumlzelliklerin değişimi
Şekil 119 Karbon miktarına bağlı olarak ccedileliklerin oumlrnek kullanım alanları
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
0
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 101
2) ALAŞIMLI CcedilELİKLER
İccedilerisinde C ile beraber ve sade karbonlu ccedileliklerde belirli limitlere kadar olabilen alaşım elementlerinin bu sınırlar
oumltesinde olabildiği ayrıca diğer alaşım elementlerini de iccedilerebilen ccedileliklerdir Bu grupta yer alan ccedilelikler 2rsquoye
ayrılır
Duumlşuumlk alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi ve elementlerinin toplamı 5rsquo ten az olan ccedileliklerdir Genellikle yuumlksek mukavemetli yapı ccedileliği
ve makine parccedilaları uumlretiminde elverişlidirler Kare dikdoumlrtgen veya yuvarlak ccedilubuklar halinde bulunabilir AISI
4140 8620 4340 9260 vs
Yuumlksek dayanımlı duumlşuumlk alaşımlı (HSLA) ccedilelikler C oranı 01 den az olup alaşım elementi miktarı da 1 den
azdır Alaşım elementleri kuvvetli karbuumlr yapıcı Ti Nb vs dir Ccedilok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve
suumlneklikleri yuumlksektir Saccedil ve levha şeklinde imal edilir ve otomotiv sektoumlruumlnde yaygın kaporta malzemesidir
Yuumlksek alaşımlı ccedilelikler
Alaşım elementi veya elementlerinin toplamı 5rsquo ten yuumlksek olan ccedileliklerdir Oumlzel amaccedillarda kullanılır
18 Cr 8 Ni reg Paslanmaz ccedilelik
13 Mn (Hadfield ccedileliği) reg Yuumlksek aşınma direnci
Şekil 1110 Hadfield ccedileliği
Tablo 118 Karbon ccedileliklerinin ve alaşım ccedileliklerinin karşılaştırması
Karbon Ccedilelikleri Alaşım Ccedilelikleri
Duumlşuumlk maliyet Yuumlksek dayanım
Kolay elde edilebilirlik Yuumlksek aşınma dayanımı
Tokluk
Yuumlksek sıcaklık dayanımı
Daha iyi korozyon dayanımı
Oumlzel elektriksel oumlzellikler
Alaşım ccedilelikleri karbon ccedileliklerinden daha pahalıdır Bu yuumlzden sadece oumlzel durumlarda kullanılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 102
113 Ccedilelik Standartları
Ccedileliklerle ilgili Tuumlrk Standartlarırsquonın hazırlanmasında DIN ndash Alman Standartları esas alınmıştır Bu nedenle
Alman Standartları iccedilinde yer alan oumlrnekler Tuumlrk Standartları iccedilin de geccedilerlidir
ALMAN STANDARTLARI (DIN)
Alman Standartları malzeme tanımlaması iccedilin 3 değişik sistem kullanmaktadır Bunlar
1 Malzeme Numarası
2 Ccedileliğin ccedilekme dayanımına goumlre kısa işareti
3 Ccedileliğin kimyasal analizine goumlre kısa işareti
Oumlrnek
14000 Korozyona dayanıklı 007 C ve 13 Cr iccedileren ccedilelik
Ccedilok haneli isimlendirme şekli ısmarlama ve depolama gibi işlemlerde kullanılır Fakat oumlğrenen birisi iccedilin
malzemenin ccedileşidi ve bileşimi hakkında hiccedilbir şey soumlylemez
1131 Ccedileliğin Ccedilekme Dayanımına Goumlre Kısa İşareti
Ccedileliğin minimum ccedilekme dayanımı (Kgmm2) esas alınarak goumlsterilir
Oumlrn St 37
En az 37 Kgmm2 veya 370 Nmm2 ccedilekme dayanımına sahip olan ccedileliği tanımlar
St 33 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 33 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip alaşımsız kuumltle ccedileliğidir
St 37-2 Uumlretici firmanın garanti etmiş olduğu 37 kgmm2 değerindeki minimum ccedilekme mukavemetine
sahip kalite grubu 2 olan alaşımsız kuumltle ccedileliğidir (Kaynak işlemi iccedilin daha uygun olduğunu belirtiyor)
1132 Ccedileliğin Kimyasal Analizine Goumlre Kısa İşareti
Karbon Ccedilelikleri
ldquoCrdquo oumln harfi ile tanımlanır ve ldquoCrdquo harfinden sonra gelen sayı yuumlzde C miktarının 100 katını goumlsterir
C35 035 oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen alaşımsız kalite ccedileliğidir
Ayrıca diğer oumlzellikler ldquoCrdquo harfinden sonra k m q ve f harfleri konularak tanımlanmaktadır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 103
Ck10 01oranında karbon iccedileren ısıl işlem uygulanabilen iccedilerisinde duumlşuumlk fosfor kuumlkuumlrt ve metalik olmayan
kalıntılar bulunan alaşımsız ccedileliktir
Duumlşuumlk Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elemanlarının ağırlık olarak toplam miktarı 5 veya 5rsquo ten az ccedileliklerdir Bu ccedileliklerin kısa işaretindeki
ilk rakam Karbon miktarının 100 katı olup bu sayıdan sonra alaşım elementi veya elementlerinin sembolleri ile
daha sonraki sayı ve sayılarla da alaşım elementinin yuumlzde olarak ağırlıkları verilmektedir Bu sayılar aşağıdaki
alaşım elementi ccedilarpanına boumlluumlnerek o elementin yuumlzde ağırlığı bulunur
Cr Mn Si Ni Co W iccedilin ldquo4rdquo
Al Cu Pb Mo V Ti Zr Ti T iccedilin ldquo10rdquo
C S P N iccedilin ldquo100rdquo
B iccedilin ldquo1000rdquo
41Cr4 41 sayısı 41100 = 041 ortalama C miktarını 4 sayısı 44 = 1 ortalama Cr miktarını ifade eder
021 oranında karbon
(54) = 125 oranında krom
(1110) = 11 oranında molibden ve ccedilarpım faktoumlruuml sonucu 1rsquoin altında kalacak şekilde az miktarda
vanadyum iccedileren duumlşuumlk alaşımlı ccedileliktir
Yuumlksek Alaşımlı Ccedilelikler
Alaşım elementlerinin ağırlık olarak toplam miktarı 5rsquoten fazla olan ccedileliklerdir
Yuumlksek alaşımı belirlemek iccedilin tuumlm ifadenin başına bir ldquoXrdquo işareti konulmuştur
ldquoXrdquo harfinden sonra gelen sayı ortalama C miktarının 100 katıdır
Bu sayıdan sonra alaşım elementlerinin sembolleri ile bunların yuumlzde olarak ağırlıklarının miktarları verilir Tuumlm
alaşım elementlerinin ccedilarpanları ldquo1rdquo olarak kabul edilir
Oumlrnek X20Cr13
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 104
20 sayısı 20100 = 020 ortalama C miktarını
13 sayısı 131 = 13 ortalama Cr miktarını ifade eder
005 oranında karbon
18 oranında krom
9 oranında nikel iccedileren
yuumlksek alaşımlı ccedileliktir
SAE AISI ndash AMERİKAN STANDARTLARI
SAE ve AISI sistemlerinde malzemenin kısa işareti 4 veya 5 haneli sayı sistemi kullanılarak yapılır 5 haneli sayı
sistemi C miktarı 1rsquoin uumlzerinde olduğu zaman yapılır İlk 2 rakam ccedilelik tuumlruumlnuuml diğer 2 veya 3 rakam ise C
miktarının 100 katıdır
AISI 2340 ccedileliği
3 Ni ( 325 ndash375 Ni)
040 C (038 ndash043 C)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 105
Tablo 119 Ccedilelik kodları ve ana alaşım elementleri
Tablo 1110 Amerikan standartlarına goumlre sınıflandırma
ISO (International Organization for Standardization)
Bu sistemde ccedilelikler ccedilekme dayanımı karbon oranı ya da alaşım elementlerinin oranına goumlre sınıflandırılırlar
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 106
MKE Kurumu Standartları
Makine ve Kimya Enduumlstrisi Kurumu Amerikan standartlarına goumlre (Ccedil) işareti ile ccedilelikleri goumlstermiştir MKErsquode
ccedilelik standartlarının sembollerle ve renklerle goumlsterimleri şoumlyledir
Ccedil 1 0 1 6 Ccedil Ccedilelik
1 Alaşım elementi (sade karbonlu)
0 Alaşım elementinin lsquode mik (alaşımsız)
16 Karbon miktarı (016)
Ccedil 5 8 3 6 Ccedil Ccedilelik
5 Kromlu ccedilelik
36 Karbon miktarı(036)
1133 Yuumlksek alaşımlı bazı ccedilelikler ve standartları
Paslanmaz ccedilelikler
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 107
Bu ccedileliklerde ccedileliği korozyona karşı koruyan yegane
element kromrsquodur İlave olarak Ni katılır Krom oksijenle
Cr2O3 yapar bu tabaka metali korozyondan korur
X 10Cr 13 ( 010 karbon 13 Cr)
X 5CrNi 18 9 (005 C 18 Cr 9 Ni)
Yay Ccedilelikleri
Yaya esneklik kazandırmak iccedilin iccedilerisine Si katılan
ccedileliklerdir
55 Si 7 H
055 C Si (74=175) ve H Hidrojeni
alınmış anlamındadır
Rulman Ccedileliği
100 Cr 6 1 C
Cr (64=15)
Takım ccedilelikleri
Takım ccedileliğinin ana kuralı iyi bir ısıl işlem geccedilirmeyen hiccedilbir ccedilelik takım ccedileliği olarak kullanılamaz Takım
Ccedilelikleri 4 ana gruba ayrılır
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 108
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
3-Plastik Takım Ccedilelikleri
4-Yuumlksek hız Ccedilelikleri
1-Soğuk iş Takım Ccedilelikleri
X 210Cr 12
( 21 C 12 Cr)
2-Sıcak iş Takım Ccedilelikleri
X 30 WCrV 9 3
( 030 C 9 W 3V)
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 109
3- Plastik takım ccedilelikleri
40 Cr MnMo 8 5
( 040 C 2 Cr 125 Mn)
4-Yuumlksek hız ccedilelikleri
Bu ccedilelikler oumlnlerine sadece HS ibaresi getirilerek kullanılırlar wolfram ve kobalt iccedilerirler Yuumlksek hızlarda parccedila
işlemelerde kullanılırlar HS0-4-1 Bu ibarenin karşısına kimyasal kompozisyon yazılır HS1-4-2 hellip gibi
HS 6-5-2 uumlniversal kullanım iccedilin standart takım malzemesidir
HS 6-5-2-5 yuumlksek ısıya karşı sertliği koruma yetersiz soğutma veya yuumlksek sıcaklıklarda oumlzellikle uygundur
PROFDRKENAN YILDIZ | DEMİR CcedilELİK METALURJİSİ 110
Bu Boumlluumlmde Kullanılan Kaynaklar
Demir Ccedilelik Uumlretimi Ders Notları UŞen ŞYılmaz 2012
httpmetalurjikocaeliedutrfilesDersNotlarimmt422-02pdf