METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ

Transkript

1 ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE İMALAT TEKNOLOJİLERİ Doç. Dr. Fehmi Nair Erciyes Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Afşın Alper Cerit Erciyes Üniversitesi Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Bölümü

2 Giriş Metaller reaktifliklerine bağlı olarak => oksijen, sülfür, karbondioksitle reaksiyona girer Altın-platin gibi metaller doğal ve metal formda bulunur Gümüş, bakır ve civa sülfat-karbonat-klorat formlarda bulunur. Mineraller: doğal olarak oluşmuş bileşikler (ZnS, PbS, SnO2, => ayrıştırılıp zenginleştirilir) Cevher: içerdiği minerallerden bir yada birkaçı ekonomik özellik taşıyan kaya Cevher zenginleştirme: doğadan elde edilen bir cevherdeki çeşitli mineralleri endüstrinin gereksinimine en uygun hammadde haline getirme ve ekonomik değer taşıyanları taşımayanlardan ayırmak için yapılan işlemler Doğal cevherlerin doğada bulunuş şekilleri Oksitler: Oksijen bileşikleri Sülfürler: Kükürt bileşikleridir Karbonatlar: Karbon oksiti bileşikleridir

3 Zenginleştirme Yönteminin Seçimi Cevherin İçerdiği Minerallerin Tanımı Tanımlanan Minerallerin Özelliklerinin Saptanması Zenginleştirmede Yararlanılacak Özellik Farklarının Belirlenmesi Tane Serbestleşme Boyutunun Saptanması Uygun Yöntem veya Yöntemlerin Belirlenmesi

4 Cevher Hazırlama ve Zenginleştirme Fiziksel Yöntemler Boyuta göre sınıflandırma ve zenginleştirme Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirme Manyetik ayırma ile zenginleştirme Elektrostatik ayırma ile zenginleştirme Kimyasal Zenginleştirme Farklı çözünürlük-liç yöntemi Isıl işlemlerle zenginleştirme Fiziko-Kimyasal Yöntemlerle Zenginleştirme Flotasyon (yüzdürme) ile zenginleştirme

5 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

6 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

7 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

8 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

9 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

10 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Radyoaktivite, atom çekirdeğinin, tanecikler veya elektromanyetik ışımalar yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır, bir enerji türüdür. Çekirdek tepkimesi sırasında ortaya çıkar. İnsan vücudunun da, birçok nesnenin de içinden geçebilir. Yalnızca toprağın, kayaların ve özellikle kurşunun içinden rahatça geçemez. Radyasyon yayan nesneler, radyoaktif olarak adlandırılır. Doğada kendiliğinden radyoaktif olan bazı elementler vardır, bunlar dört grupta ele alınır: Radyum grubu: Bu grup uranyum 238 ile başlar ve art arda parçalanmalarla kararlı kurşun 206'ya dönüşür. Aktinyum serisi: Bu seri uranyum 235 ile başlar ve kurşun 207'ye dönüşerek biter. Toryum serisi: Adını aldığı toryum 232 ile başlar ve kurşun 208 ile son bulur. Neptünyum serisi: Neptünyum 237 ile başlayıp, bizmut 209 ile biter Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

11 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

12 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

13 Fiziksel Özellikler Sertlik Gevreklik Yapı ve Kırılış şekli Renk ve Parlaklık Özgül ağırlık Manyetik duyarlılık Elektrik iletkenliği Flouresans,Fosforesans Radyoaktivite Fiziko-Kimyasal Özellikler Yüzey ve Ara yüzey Kimyasal Özellikler Isıl özellikler Farklı çözünürlük

14 Demir Cevherinden ham demirin üretimi Yer kabuğunda %5.4 Ergime sıcaklığı 1535 C Kaynama noktası 2750 C Yoğunluk 7.84 gr/cm 3 Demir Cevherinden ham demirin üretimi Öğütme Kavurma Eleme Peletleme Sinterleme

15

16 Yüksek Fırında Ham Demir Üretimi Demir Cevheri Ham demir (pik demir) Çelik

17

18 Kapasite 2000 ton ise Yükseklik 26 m Taban çapı 9 m Kalın çelik saclar Isıya dayanıklı refrakter tuğla Su soğutmalı Çelik dış kaplama Sıcak hava, yükleme gazı Fırın şarjı Demir cevheri Kok kömürü (indirgeyici ve yakıt) Kireç taşı (curuf yapıcı) CaCO3, CaO Sıcak ve basınçlı hava

19 Çelik Üretimi Fe, en fazla %2 C alaşımı Dökme demire göre Si (silisyum), P (fosfor), S (kükürt) oranı düşüktür Cr, Mn, V, Mo, W elementleri üretim esnasında ilave edilir Üretim Yöntemleri Oksijen üfleme Elektrik ark ocağı Potada arıtma (indirgeme) Bessemer-Thomas Siemens-Martin

20 Oksijen üfleme Yöntemi Güçlü-etkili yöntem Su soğutmalı borudan oksijen üflenir İlave yakıt gerekmez Si,C, Mn, P yakıt görevi görür Kapasite ton/dak

21 Oksijen üfleme Yöntemi Çelik hurda sarjı Yüksek fırından ergiyik ham demirin konvertöre dökülmesi Curuf yapıcı maddelerin sarjı Oksijen üfleme ( yaklaşık 20 dak) Numune alma ve sıcaklık ölçümü Çeliğin bir potaya alınması Curuf giderme işlemi

22 Elektrik ark ocağı Grafit elektrot Harici enerji (elektrik) kullanır %100 hurda çelik kullanılabilir Hurdalar yeniden yüksek kalite çeliğe dönüştürülebilir 3500 C sıcaklık elde edilebilir. Aşamalar Hurda metal, pik demir, kireç taşı sarj edilir Eletrot indirilir çalıştırılır Oksitleme ( ısı Si,Mn, P oksit curufları oluşturur Curuf giderme İndirgeme Metali dışarı alma Fırın astarı (refrakter) bakımı ve onarımı

23 Pota Arıtma İşlemleri Atmosfer basıncı altında yada vakum altında, ısıtma, gaz indirgeme, ısıtma ve karıştırma. Potada kükürt (sülfür) giderme işleminde, CaO, CaF2 vb flakslar ilave edilir, sıvı çelik ile kükürdü kendine bağlamış curuf karıştırılır. Yüksek kalite çelik üretiminde vakum kullanılır, reaksiyonları hızlandırır. RH (recirculation Degassing vacuum degasser), yeniden sirküleli gaz giderme, sıvı metale argon verilir, kükürt giderici flakslar ilave edilir, argon baloncukları kükürtle birlikte vakum yardımıyla yukarı hareket eder.

24 Çeliğin deoksidasyonu Oksijen konvertörü Oksitli veya yaş hurda şarjları Oksitleyici curuflar Döküm esnasında havadan Fırın ve pota içerisindeki oksitleyici refrakterler Çeliğin oksijen çözünürlüğü 1700 C de %0,23. Çeliğin katı durumda oksijen çözünürlüğü %0,003 Giderilmedikleri takdirde katılaşma sonrasında, çelik ingot bünyelerinde gaz boşluklarına ve metal olmayan safsızlıklara neden olmaktadır. çelik kalitesi bozulur. En çok kullanılan oksit giderme yöntemi, metalik oksit gidericilerle deoksidasyon işlemidir. Oksit giderme için genellikle alüminyum (Al), silisyum (Si), manganez (Mn), seryum (Ce) ve kalsiyum (Ca) elementleri kullanılmalıdır. Bu elementler serbest kalan oksijeni kendilerine bağlarlar Kaynar çelikler (U):sadece mangan verilir, kükürt MnS, oksijen MnO olarak bağlanır. İç kısımların kaynak kabiliyeti kötüdür. Durgun çelikler (R): mn ve si katılır, MnS, SiO2 oluşur. CO gaz çıkışı engellenmiş olur. İç yapısı ve kaynak kabiliyeti U ya göre iyidir. Özel durgun çelikler (RR): mn ve si ek olarak Al katılır. Kalan oksijen Al2O3, azot ise AlN e dönüşür. Akma gerilmeleri, çentik darbe dayanımı, kaynak kabiliyeti yüksek çelik elde edilir.