HURDADAN MALZEME ÜRETİMİ Hazırlayan: Prof. Dr. Zeki ÇİZMECİOĞLU YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ KİMYA METALURJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ.
İNSANLIK TARİHİNDE MALZEME KULLANIMI İnsanlık tarihindeki devirler hep insanın kullandığı malzeme ile tanımlanmıştır. İnsanlık ilk çağlarda Yontma Taş Devri nde tabiatta bulduğu doğal hammadde olan taşı kullanmıştır. Bu bakımdan insanlığın ilk kullandığı malzeme olan taş, seramik türden bir malzemedir. Daha sonra insanoğlu metalleri tanımış ve kullanmaya başlamıştır. M.Ö. 8000 yıllarında Bakır Devri başlamıştır. İnsanlığın ilk kullandığı metal tabiatta serbest halde de bulunduğundan altın ve bakırdır. Bakır yumuşak olduğundan kolaylıkla şekillendirilebilmiş ve korozyona dayanıklı olduğundan uzun süre kullanılabilmiştir. Bakıra sertlik kazandırmak için tunç ve bronz gibi bakır alaşımları geliştirilmiştir. M.Ö. 3000 yıllarında insanlık demiri kullanmış ve Demir Devri başlamıştır. 21.yüzyıla girerken plastik ve kompozit kullanımında büyük bir gelişme ile demir kullanımının azalacağı beklentisi gerçekleşememiş olup, demir ve çelik yılda yaklaşık 1 milyar ton tüketimi ile insanlığın kullandığı malzemenin ¾ ünü oluşturmaktadır. Eğer insanlığın yaşadığı devir çoğunlukla kullandığı malzeme ile adlandırılacaksa günümüzde de Demir Devri devam etmektedir. Yakında yeni bir malzemenin demirin yerini alması ümidi görülmemektedir. Ülkelerin teknolojik gelişmişliği kullandığı malzeme miktarı ile ölçülmektedir. İnsanlığın son yüzyılda kullandığı malzeme miktarının insanlık tarihi boyunca kullandığı malzeme miktarından fazla olduğu anlaşılmıştır.
YERKABUĞUNDA ELEMENTLERİN YÜZDE OLARAK DAĞILIMI
PERİYODİK TABLODAKİ ELEMENTLERİN SINIFLANDIRILMASI 1)METALLER 1. 1.)ANA METALLER DEMİR ESASLI VEYA DEMİR DIŞI OLUŞLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA Demir Esaslı Metaller :Dökme Demir, Çelik Demir Dışı Metaller : Cu, Al YOĞUNLUKLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA Hafif Metaller (yoğunluğu 4,5 g/cm3 den küçük): Al, Mg, Be, Ti Ağır Metaller (yoğunluğu 4,5 g/cm3 den büyük):fe, Cu, Pb ERGİME SICAKLIKLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA Alçak Sıcaklıkta Ergiyen Metaller (TE.N.,900 o C dan küçük):pb, Zn, Sn, Cd Yüksek Sıcaklıkta Ergiyen Metaller (TE.N.,900 o C dan büyük):ni, Co, Cu AKTİF VEYA SOY OLUŞLARINA GÖRE SINIFLANDIRMA Aktif Metaller : K, Li, Na, Zn, Mg Soy Metaller : Au, Ag, Pt 1.2.) A (ALKALİ VE TOPRAK ALKALİ) METALLER:Li, Be, Mg (Be ve Mg hariç teknikte metalik malzeme olarak kullanılamazlar.) 1.3) T (GEÇİŞ) METALLERİ: Cr, Mn, V, W 1.4)SINIR ELEMENTLERİ : B, Si, As, Te (Metalik ve metalik olmayan özellik) 2) AMETALLER(Metalik Olmayan Elementler): Halojenler : F, Cl, Br, I, Metal Dışı Diğer Elementler : C, N, O, P, S, Se. 3) ASAL GAZLAR: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
DOĞAL HAMMADDELER VE SINIFLANDIRILMASI Tabiatta bulunan metal, enerji ve her türlü endüstriyel maddenin elde edildiği mineral esaslı inorganik ve hücresel dokuya sahip bitkisel ve hayvansal esaslı işlenmemiş doğal hammaddelerdir. Örnek a)mineralojik Hammaddeler (Mineral esaslı hammaddelerdir) Metalik Hammaddeler Demir cevheri Enerji Hammaddeleri Kömür Endüstriyel Hammaddeleri Kireç b)hayvansal Hammaddeler Deri c)bitkisel Hammaddeler Kereste
ÜLKEMİZİN HAMMADDE POTANSİYELİ VE DEĞERLENDİRİLMESİ Ülkemizde üretilen maden ürünleri sanayide ve inşaat sektöründe hammadde olarak tüketilmektedir. Bor, krom, mermer, pomza, sodyum feldspat genel olarak ihraç edilen madenlerimizdir. Ülkemizin maden varlığının 4350 Katrilyon TL (4350 Milyar YTL)değerinde olduğu ifade edilmektedir. Buna karşın yıllık maden üretimi 3,45 Katrilyon TL, ihracatı ise 0,75 Katrilyon TL kadardır.
DEMİR VE ÇELİK UZAYDAN GELEN METAL Yeryüzünün en kıymetli metali zannedilen altın yeryüzünde olmasa idi insan hayatında hiç bir anormallik olmazdı, ancak demir yeryüzünde olmasa idi insan hayatı altüst olurdu. Bu bakımdan demir yeryüzünün en kıymetli metalidir. Demir yeryüzü metali değildir.demirin yeryüzüne daha sonra yoğuşarak veya gök taşları ile uzaydan inerek geldiği sanılmaktadır. Aya ilk adımını atan Armstron a göre demir metalinde güneş enerjisinin 4-5 misli bir enerji yüklenmiş olduğundan çok sert ve dayanıklı bir metal davranışı göstermektedir.
EN MUKAVİM MALZEME: DEMİR-ÇELİK DEMİR KARBON İLE ALAŞIM OLUŞTURARAK ÜSTÜN MEKANİK ÖZELLİKLER KAZANMAKTA, ISIL İŞLEMLE YAPISI VE ÖZELLİKLERİ KOLAYCA DEĞİŞTİRİLEBİLMEKTEDİR OTURDUĞUMUZ BİNALARIN BETONUNDAKİ DONATILAR, BİNDİĞİMİZ ARAÇLARIN KAPORTA GÖVDELERİ, RAYLAR VE MUKAVİM OLMASI GEREKEN HERŞEY ÇELİKTENDİR.
VÜCUDUMUZDA OKSİJEN TAŞIYICI METAL: HER İNSANIN VÜCUDUNDA DEMİR 4-5 GRAM DEMİR BULUNMAKTADIR. DEMİR İNSAN VÜCUDUNDA KIRMIZI KAN HÜCRESİNDE HEMOGLOBİNE BAĞLI DEMİR OKSİJEN TAŞIYICI ROL OYNAMAKTADIR. AKCİĞERLERDEN DOKULARA HAVA BİR AN ULAŞAMASA DERHAL ÖLÜRÜZ. YERYÜZÜNÜN EN KIYMETLİ METALİ ZANNEDİLEN ALTIN YERYÜZÜNDE OLMASA İDİ İNSAN HAYATINDA HİÇ BİR ANORMALLİK OLMAZDI, ANCAK DEMİR YERYÜZÜNDE OLMASA İDİ İNSAN HAYATI ALTÜST OLURDU. BU BAKIMDAN DEMİR YERYÜZÜNÜN EN KIYMETLİ METALİDİR. 1. O 2 - + Fe 3+ = O 2 + Fe2+ ; 2. H 2 O 2 + Fe 2+ = Fe 3+ + OH - + OH
DEMİR ALTINDAN DEĞERLİDİR Doğal olarak bir şeye ihtiyaç ne kadar çoksa, o da o nispette çok yaratılmıştır. Tabiatta bulunması en zor olana ihtiyaç daha azdır. Akciğerlerden dokulara hava bir an ulaşmasa insan derhal ölür. İnsanın en fazla havaya, sırası ile suya, ekmeğe, yiyeceğe ve diğer şeylere ihtiyacı vardır. İnsan vücudunda kan hücrelerinde demir oksijen taşıyıcı rol oynamaktadır. Demirin insanlar için çok faydalı ve insanların demire ihtiyaçlarının altına olan ihtiyaçlarından daha fazla olmasından dolayı, demir altından çok ve kolay bulunabilir yaratılmıştır. Demir yerkabuğunun % 5,1 ini oluşturmakta olup, alüminyumdan sonra yerkabuğunda en çok bulunan ikinci metaldir. Arkeolojik araştırmalara göre demirin M.Ö. 3000 yıllarında kullanıldığı belirlenmektedir. İlk çağlardan beri en fazla kullanılan metaldir. İnsanlığın kullandığı malzemenin ¾ ü demir esaslıdır. Dünyada yılda yaklaşık 1 milyar ton demir ve çelik üretilmekte ve tüketilmektedir Demir karbon ile alaşım oluşturarak üstün mekanik özellikler kazanmakta, ısıl işlemle yapısı ve özellikleri kolayca değiştirilebilmektedir. Oturduğumuz binaların betonundaki donatılar, bindiğimiz araçların gövdeleri çeliktendir. 21. Yüz yıla girerken plastik ve kompozit malzemelerin demir ve çeliğin yerini alacağı beklentisi boşa çıkmış olup, demir-çelik endüstride saltanatını korumaktadır.
Dünya Ham Çelik Üretimi ve E.A.F. nın Payı. 1200 1000 Milyon Ton 800 600 400 200 0 1994 1999 Yıl 2004 Dünya Çelik Üretiminde E.A.F. Payı Dünya Pik De mir Üre timi Dünya Ham Çe lik Üre timi (Ne t M ilyon Ton)
DÜNYA DEMİR-ÇELİK ÜRETİMİ 1950 yılında dünya çelik üretimi 190 Mt civarındaydı. Bu 190 Mt çelik üretiminin %80 i Yüksek Fırın - Siemens Martin yöntemiyle, %10 u Yüksek Fırın - Thomas Konverter yöntemiyle, %10 u da E.A.F. ı ile üretilmekteydi. 1970 te 700 Mt a ulaşan sıvı çelik üretiminde E.A.F. nın payı %20 ye çıkmıştır. 1990 yılı itibariyle dünya ham çelik üretimi 770 Mt olarak gerçekleşmiş, 1994 te bu rakam 702 Mt na düşmüştür. 2004 yılı için verilen rakam ise 1030 Mt dur.
Türkiye Ham Çelik Üretiminin Yıllara Göre Değişimi ve E.A.F. nın 25 Payı. 20 Milyon Ton 15 10 5 0 1994 Yıl 1999 2004 Türkiye Pik Demir Üretimi Türkiye Çelik Üretiminde E.A.F. Payı Türkiye Ham Çelik Üretimi (Net M ilyon Ton)
Türkiye nin 2004 Yılı Ham Çelik Üretiminin Yöntemlere Göre Dağılımı. ERDEMİR 15% İSDEMİR 11% E.A.F. İLE ÜRETİM 70% KARDEMİR 4%
HURDANIN HAMMADDE OLARAK DEĞERLENDİRİLMESİNİN ÖNEMİ HAMMADDE TASARRUFU:Hurdanın ikincil bir hammadde olarak değerlendirilmesi, tabiatta bulunan birincil doğal hammadde kaynaklarının korunması açısından önemlidir.örnek olarak aluminyum ve demir hurdadan elde edildiğinde sırası ile 1/15 ve 1/3 oranında enerji gerekmektedir. ENERJİ TASARRUFU:Hurdadan malzeme üretimi doğal hammaddelerden malzeme üretimine göre daha az enerji gerektirdiğinden enerji tasarrufu elde edilir. ÇEVRE KİRLİLİĞİNİN ORTADAN KALDIRILMASI:Hurdanın değerlendirilmesi çevre kirliliğinin ortadan kaldırılması açısından önemlidir. EKONOMİK KAZANÇ:Hurdanın değerlendirilmesi ekonomik kazanç elde etmek bakımından önemlidir.
DEMİR-ÇELİK HURDASININ ÜSTÜNLÜKLERİ Demir cevheri kaynaklarının sınırlı ve düşük kaliteli olması, Hurdadan çelik üretiminin cevhere oranla daha az enerji gerektirmesi(1/3) ve enerji tasarrufu, Gelişen teknolojiye paralel olarak daha fazla metal tüketimi ve hurda oluşumu potansiyelinin artması, Hurda kullanımının çevre sorunlarını ortadan kaldırması yolu ile çevre kirliliğinin azaltılması, Hurdanın stoklama ve nakliye kolaylığı, Hurdanın yüksek ısı geçirgenliği sebebi ile ergitme kolaylığı, Yüksek ısı geçirgenliği, Daha az curuf ve refrakter problemi, Hurdanın değerlendirilmesinin ekonomik kazanç sağlaması.
POTA FIRINI
ÜÇ ELEKTROTLU ALTERNATİF AKIMLI ELEKTRİK ARK OCAĞI
TEK ELEKTROTLU DOĞRU AKIMLI ELEKTRİK ARK OCAĞI
E.A.O. DAKİ GELİŞMELER A)Ocak Dizaynı ve Kapasitesi ile İlgili Gelişmeler B)Ocak İşletme Şartları ile İlgili Gelişmeler
U.H.P. TİPİ OCAKLAR
E.A.O. DA SU SOĞUTMA SİSTEMİ
E.A.O. DA SU SOĞUTMA SİSTEMİ
SU SOĞUTMALI ELEKTROD
OKSİJEN-YAKIT BRÜLÖRLERİ
HURDA ÖN ISITMA SİSTEMİ
TOZ TUTUCU SİSTEM
E.A.O. BİLGİSAYARLI KONTROL SİSTEMİ
HURDADAN ÇELİK ÜRETİMİ
HMS HURDASI
KIYILMIŞ HURDA
DEMİR-ÇELİK HURDASININ AKIM ŞEMASI
HURDA KAYNAKLARI VE TÜRLERİ DÖNDÜ HURDA: Demir- Çelik fabrikasında sıvı çeliğin son ürüne dönüştürülmesi sırasında oluşan standart dışı üretim atıklarıdır. Demir- Çelik fabrikasında değerlendirilir.sürekli döküm ve haddeleme tekniği ve demir-çelik üretimindeki diğer gelişmeler, dönen hurda oranını azaltmıştır. İŞLEM HURDASI :Çeliği ara ürün olarak tüketen bir endüstride uygulanan presleme, kesim,talaşlı imalat v.b. işlem gereği oluşan atıklardır.çelik tüketen endüstrilerde kaydedilen verimlilik artışı, işlem hurdası oranını azaltmıştır. TOPLAMA(KARIŞIK, TİCARİ) HURDA: Kullanım ömrünü tamamlamış alet, vasıta v.b. maddelerin oluşturduğu hurda türüdür. Artan metal tüketimi toplama hurda oranını arttırmıştır.
HURDA HAZIRLAMA Hurdanın demir oranın ve yoğunluğunun yükseltilmesi, boyutlarının E.A.O. da kullanabilecek homojen boyutlara getirilmesi işlemidir.
HURDA HAZIRLAMA İŞLEMLERİ Tasnif (Ayırma), Kesme, Paketleme (Presleme), Kıyma, Manyetik Ayırma
PAKETLEME
PAKETLENMEMİŞ VE PAKETLENMİŞ HURDA KULLANIMININ KARŞILAŞTIRILMASI
ÇELİK MALİYET KALEMLERİ DAĞILIMI
PAKETLEMENİN HURDA MALİYETİNE ETKİSİ
HURDA HAZIRLAMA TESİSİ
HURDA HAZIRLAMA TESİSİ TEKNİK ÖZELLİKLERİ Cardboard Baler
HURDA PAKETLEYİCİ