ÇELİK NEDİR? Çelik bir demir karbon alaşımıdır. Çelikler %1,7 e kadar karbon içerebilir. Çeliğin karbon içeriği arttıkça plastikliği azalır ve bunun neticesinde kırılganlığı artar. Bu bakımdan pratikte %1,40 tan fazla karbon içeren çelik yapılmaz ve çeliklerin büyük bir kısmı %0,6 dan az karbon içerir. Karbon miktarı arttıkça çekme mukavemetinde, akma sınırında ve sertlikte önemli bir artış meydana gelir. Çelikler genel olarak karbonlu çelikler ve alaşımlı çelikler olmak üzere ikiye ayrılır. Bütün çelikler karbon içermesine rağmen ayrıca nikel, krom, tungsten gibi özel alaşım elemanlarını içeren çeliklere alaşımlı çelikler denir. ÇELİĞİN İÇİNDEKİ DİĞER ELEMANLAR; -Manganez : Normal çeliklerde %0,30- %0,80 Mn bulunur. Manganez çelikte kükürtle birleşerek MnS yapar ve böylece kükürdün demirle birleşmesini önler. Manganezin fazlası karbonla birleşerek mangankarbür(mn 2 C) oluşturur ve çeliğin sertliğini, mukavemetini arttırır, plastikliğini azaltır. -Silisyum: karbonlu çeliklerde %0,01 den %0,30 a kadar Si bulunur. Çeliğin imali esnasında içinde meydana gelen gaz boşluklarını önlemek ve çeliği deokside etmek için kullanılır. -Kükürt: Normal çeliklerde %0,05 den az kükürt bulunur. Çeliğin içindeki bütün kükürdün manganezle birleşmesi istenir. -Fosfor: İyi çeliklerde iz halinden %0,05 e kadar fosfor bulunur. Fosfor çeliğin tane boyutunun büyümesine sebep olur. Bundan dolayı fazlası çeliği kırılgan yapar. -Oksitler: Çelikte ayrıca demiroksit(feo), manganoksit(mno), silis(sio 2 ) ve alumin(al 2 O 3 ) gibi oksitler vardır. Bu maddeler çelikte zararlıdır ve çeliğin zayıf noktalarını oluşturduklarından çatlama ve kırılmalara sebep olur. ÇELİK ÜRETİM YÖNTEMLERİ Bütün çelik üretim yöntemlerinde pik demirini çeliğe dönüştürmede oksitleme prensibi kullanılır. Herhangi bir araç ile metale verilen havanın oksijeni veya özel olarak hazırlanmış saf oksijen C, Mn, P gibi istenmeyen elemanlarla (S hariç) birleşir ve bu arada bir miktar da Fe oksitlenir. Kükürt is yeterli derecede bazik bir curufla ve yüksek temperatürde giderilebilir. Meydana gelen oksitlerden gaz halinde olanlar banyodan uzaklaşır ve bacaya gider; sıvı halde olanlar ise ilave edilen katık maddeleri ile birleşerek curufu oluşturur. Pik demirin tasfiyesi ilerledikçe banyonun erime noktası da yükselir. Tasfiye sonunda çeliğin içinde kalan demiroksitin redüklenmesi gerekir. Bunun için erimiş çeliğin aluminyum, terro-silisyum gibi deoksidasyon maddeleri ilave edilir. -BESSEMER PROSESİ Bessemer metodu hemen aynı senelerde İngiliz Henry Bessemer ve Amerikalı William Kelly tarafında bulunmuştur. Henry Bessemer 1850-1855 seneleri arası sıvı pik demiri üzerine hava üfleyerek çelik elde etmeye çalışmış ve 1855 senesinde armut şeklinde bir konverter kullanarak alttan hava üflemek suretiyle çelik istihsali patentini almıştır. Amerikalı William Kelly de uzun çalışmaları neticesi 1856 senesinde Bessemer in patentine benzeyen bir patent almıştır. Bu metot en büyük keşiflerden biri olarak kabul edilmiştir. Bessemer metodu yüksek karbonlu pik 1
demirinden düşük maliyetle alçak karbonlu demir alaşımları istihsalini sağlayan ilk metottur. Keşfi sanayi ve medeniyette bir dönüm noktası olmuş ve hakiki çelik devri Bessemer metodunun keşfi ile başlamıştır. BESSEMER KONVERTERİ Bessemer konverteri üstü kesik koni biçiminde silindirik bir kap olup içi refrakter malzeme ile astarlanmıştır ve genel olarak 10-25 ton erimiş metal alacak büyüklüktedir. Konverterin tabanında metal banyosuna basıçla hava üflemek için delikler(tüyerler) vardır; tabanın altında ise hava kutusu bulunur. Konverter yatay bir eksen etrafında 180 0 dönebilecek şekilde iki yatak üzerine oturtulmuştur. Bu yataklardan birine bağlanmış otomatik bir vana vasıtasıyla basınçlı havanın fırına verilmesi sağlanır. Konverter yatay durumda iken hava otomatik olarak kesilir, tekrar dikey duruma geldiğinde hava derhal açılır. Asit Bessemer konverterleri kuvarsit(sio 2 ) veya bunda yapılan tuğlalar ile astarlanır. Bazik konverterler yanmış dolamit veya magnesit ile astarlanır. Bunlara Thomas Konverteri denir. Thomas prosesi pik demir yüksek fosfor içerdiği takdirde kullanılır. İzabe esnasında çok bazik bir curuf yapılır, bu curuf fosfor oksidi bileşimine alınır. Üfleme esnasında Mn, Si, C tamamen oksitleninceye kadar P oksitlenmez. Karbon alevi azaldığı zaman kısa bir müddet fosforun yanması için üfleme yapılır. 4P+5O 2 2P 2 O 5 Teşekkül eden fosforoksit ilave edilen kireç ile birleşerek kalsiyumfosfat halinde curufa geçer. Curufun yeteri derecede bazik olması için şarj edilen pik demirin %15-20 si kadar kireç ilave edilir. Elde edilen curuf su ile soğutulup öğütüldükten sonra gübre olarak kullanılır ve Thomas prosesinin kıymetli bir yan ürününü oluşturur. ŞARJ Yüksek fırından veya karıştırıcıdan alına sıcak metal pota ile konverterin ağzından boşaltılır. Yüksek fırından alınan fazla miktardaki sıcak metali konverterde kullanılmak üzere sıcak olarak muhafaza etmek için yapılmış içi astarlı büyük silindirik tanklara karıştırıcı denir. Genel olarak temperatürü kontrol etmek için konvertere bir miktar hurda ilave edilir. ÜFLEME İzabenin ilk kademesinde fırının ağzında hiç alev görünmez. Bu sürede erimiş pik demiri ile temas eden soğuk hava demiri FeO şeklinde oksitlenir ve FeO de banyo içinde dağılarak hızlı bir şekilde Si ve Mn i oksitler. 2Fe+O 2 2FeO 2FeO+Si2Fe+SiO 2 FeO+MnFe+MnO İkinci kademede manganez ve silisyumun büyük bir kısmı oksitlendikten sonra karbon yanmaya başlar. 2C+O 2 2CO CO konverterin ağzına geldiğinde yanarak CO 2 meydana getirir ve uzun bir alev görünür. Bu alev azaldığı zaman konverter devrilir, hava kesilir ve metal potaya alınır. Bütün üfleme süresi 15 dakika kadardır ve bu zaman sonunda bütün karbon, manganez ve silisyum oksitlenerek giderilir. Üflemenin kesileceği an konverterin ağzından çıkan alevin görünüşü ile tespit edilir, fakat bugün bu işlem daha modern cihazlar kullanılarak yapılır. DEOKSİDASYON Üflenen metalde geri kalan oksijeni gidermek için içine ferromanganez, ferrosilisyum, aluminyum gibi deoksidasyon maddeleri ilave edilir. Çeliğin istenen yüzdede karbon içermesi için gerkli miktarda karbon ilave edilir. Bessemer metodu genel olarak alçak karbonlu çeliklerin imalinde kullanılmaktadır. 2
-SIEMENS-MARTIN PROSESİ Bessemer metodunun keşfinden hemen sonra fırın temperatürünü arttıran rejaneratifi bulmuş ve 1860-70 seneleri arasında bu sistemi çelik fırınlarına uygulamıştır. Rejaneratif sistemde gaz yakıt ve hava fırında birleşip önce içi refrakter tuğlalarla örtülü kameralarda ısınmakta ve fırında yanan gazlar bacaya gitmeden önce fırının diğer tarafındaki kamaralardan geçerek bunları ısıtmaktadır. Siemens çelik yapmak için fırında önceleri çelik hurdaları eritmiştir. Daha sonra pik demiri ve demir cevheri kullanarak çelik üretmiştir. Martin adında bir Fransız pik demiri ve çelik hurdası kullanmak suretiyle Siemens prosesini değiştirmiştir. Fırının ocak kısmının yapıldığı refraktörün cinsine bağlı olarak asit ve bazik olmak üzere ikiye ayrılır. BAZİK SIEMENS-MARTIN PROSESİ Demir cevherleri ve bundan dolayı pik demiri yüksek fosfor içerdiği zaman bu metot kullanılmaktadır. Yavaş bir proses olmakla birlikte, tam istenilen bileşime tamperatüre erişilinceye kadar çeliğin fırında tutabilmesi bakımından daha iyi kalite çelik yapılabilmesi imkanı sağlar. Ayrıca istenildiği kadar hurda kullanılabilmesi bakımından avantajlı bir metottur. BAZİK SIEMENS-MARTIN FIRINI Refraktör tuğlalardan örülmüş bir reverber fırınıdır. Fırının dış kısmında dört bir tarafında çelik kontsrüksyon vardır. 15 tondan 350 tona kadar muhtelif büyüklükte inşa edilmektedir, fakat en fazla 100-125 tonluk fırınlar kullanılmaktadır. Fırının ocak kısmı tabandan itibaren sırasıyla izolasyon tuğlası, magnesit veya krom tuğlası ve dövülmüş magnesitten yapılır, ayrıca curufla temas eden her yer magnesit veya krom refraktörle örülür. Fırının tavanı kemer şeklindedir ve genellikle askı sistemine göre magnesit veya silika tuğlalardan yapılır. Tavan duvarları sık sık tamir edilir. Şarj platformu seviyesinin altında havayı ve gaz yakıtı ısıtan ve kamara denilen rejenaratörler bulunur. Bunların içi petek şeklinde refraktör tuğlalarla örülmüştür. Fırının her iki tarafında iki kamara vardır, bunlardan biri gaz diğeri havayı ısıtmak için kullanılır. Fırının bir tarafındaki kamaralardan verilen gaz ve hava bu kamaralardan geçerken sıcak refraktörlerle temas eder ve 1200 0 C a kadar ısınır. Isınına gaz ve hava fırına geldiğinde birleşerek yanar. Bu yanma sonucunda 1700 0 C civarında bir ısı elde edilir. Sıcak yanma gazları banyo yüzeyini yalayarak diğer taraftaki kamaralardan geçer ve bunları ısıttıktan sonra bacaya gider. Bir müddet sonra hava ve gazın geçtiği kamaralar soğuyup yanma gazlarının geçtiği kamaralar ısınacağından gaz ve hava akımının yönü değiştirilir ve kamaralar böylece sıra ile kullanılır. Fırının ön cephesinde şarj kapıları bulunur. Bu kapıların adedi fırının büyüklüğüne göre değişir, modern fırınlarda genel olarak beş kapı vardır. Hidrolik veya mekanik olarak kaldırılıp indirilebilen bu kapılar ateş tuğlasından örülür ve su ile soğutulur, orta kısımlarında bir gözetleme deliği vardır. Döküm deliği ise fırının arka tarafında bulunur. Sıcak metal bir yolluk yardımıyla potadan fırına aktarılır. Bu fırınlarda yakıt olarak tabii gaz, kok gazı, yüksek fırın gazı, suni gaz, pülverize kömür, fuel-oil ve katran kullanılabilir. Kullanılan gazın mümkün olduğu kadar temiz olması ve az miktarda kükürt içermesi istenir. Yakıt sarfiyatı elde edilen çeliğin maliyetinin %4 ü kadardır. 3
ŞARJ *Tamamen sıcak metal şarjı: Ender kullanılan bir tiptir. Sıcak metal ve sıvı çelik şarjında %100 sıcak metal yerine sıcak metalin bir kısmı Bessemer konverterinde üflendikten sonra Siemens-Martin fırınında kullanılır. Çelik hurdası ve sıcak metal şarjı en fazla kullanılan şarj tipidir. Ayrıca şarja bir miktar katı pik demiri de ilave edilebilir. Çelik hurdası ve sıcak metal şarjı başlıca iki türlü uygulanmaktadır. a.elli Elli Şarjı: %50 sıcak metal, %50 hurdadan meydana gelir. b.fazla Sıcak Metal Şarjı: Şarjda %55-80 arasında sıcak metal vardır. Hurda az kullanılır. Hurdanın büyük bir kısmı yerine demir cevheri şarj edilir. Bu bakımdan cevherin fiziksel özelliği ve kimyasal bileşimi önemlidir. *Çelik hurdası ve katı pik demiri şarjı: yüksek fırın olmayan yerlerde ve hurda ucuz olduğu zaman kullanılan bir şarj tipidir. Pik demiri bulunmadığı veya kullanılamayacak kadar pahalı olduğu zaman Siemens-Martin fırını %100 hurda ile çalıştırılabilir. *Çelik hurdası ve sıcak metal şarjı: En çok kullanılan şarj tipidir. Fırına önce katı maddeler yüklenir ve sıcak metal şarj edilmeden önce yeterli bir süre ısıtılır. Genellikle fırına önce curuf yapıcı olarak kireçtaşı ve bunun üzerine de hurda şarj edilir. Kullanıla kireçtaşı miktarı genel olarak toplam metalik şarjın %5-6 sı kadar olup cevherdeki silisyum oksit miktarına bağlıdır. ASİT SIEMENS-MARTINPROSESİ Fırını yapılış ve işletme bakımında bazik fırına çok benzer, yalnız asit fırının ocak kısmı silis kumu gibi asit bir refraktörle astarlanır. Ocak kısmını asit karakterde olması bazik bir curuf yapılmasını önler. Asit curufta fosfor ve kükürt giderilmediğinden asit metotta çelik üretiminde şarjın fosfor ve kükürt yüzdesinin düşük olması gerekir. Bu bakımdan daha yüksek kaliteli ham maddeler kullanılır. Curufta FeO ile SiO 2 nin birleşmesinden dolayı asit bir curuf, içinde eşit miktar demiroksit bulunan bazik bir curufa göre daha az oksitleyicidir. Bundan dolayı, banyoda bazik prosese göre daha az oksijen bulunur ve dökümün sonunda daha az deoksidasyon maddesi kullanılır. Bu sebepten asit proseste daha temiz çelik üretildiği kabul edilmektedir. -POTA PROSESİ Yüksek kaliteli takım çeliklerini ve alaşımlı çeliklerin üretiminde kullanılan en eski metottur. Dövme demir veya iki kaliteli çelik hurdası ferromanganez ve gerekli alaşım metalleri curuf yapıcı maddelerle birlikte kil veya kilgrafit potalara şarj edilir. Her potaya şarj edilecek maddeler ayrı ayrı tartılır. Potaların üstü eski pota dipleriyle kapatılır ve potalar gaz veya kokla ateşlenen bir fırında ısıtılır. Şarjın erimesi 3-4 saat sürer. Şarj tamamen eridikten sonra gazların ve yabancı maddelerin yüzeye çıkması için yeterli süre beklenir. Pota fırından alınır ve curuf soğuk bir demir çubuk ile atılır. Geride kalan 25-50 kg çelik küçük ingot kalıplarına havanın oksijeninin banyonun yüzeyi ile temas etmesi neticesi oluşan oksitler metal banyosuna küçük bir parça aluminyum atarak redüklenir. Bu metotta hemen hemen hiçbir tasfiye olmamaktadır. Bu bakımdan üretilen çeliğin kalitesi tamamen şarj edilen maddelerin safiyetine bağlıdır. Bundan başka pota sarfiyatı, ısıtma randımanının düşük ve bir defada üretilen çelik miktarının az olması pota metodu ile üretilen çeliğin maliyetini arttırmaktadır. -ELEKTRİK FIRINLARI *Ark Fırınları Elektrik ark fırınları direkt ve indirek ark olmak üzere ikiye ayrılır. Direkt ark tipi fırınlarda ark, metal banyosu üzerinde asılı bulunan elektrotlar ile metal arasında, indirek ark tipi fırınlarda elektrotlar arasında meydana gelir. Direkt ark fırınları çelik sanayinde çok daha fazla kullanılmaktadır. Direk ark tipi fırın ilk defa Heroult tarafından kullanıldığından bu isimle de anılmaktadır. 4
Fırın asit ya da bazik olarak astarlanabilir. Bazik metotla çalışıldığında fırının taban kısmı ve curufla temas eden yerler magnesit veya yanmış dolomitle astarlanır. Asit metotta silika tuğla kullanılır. Fırının kemer şeklindeki tavan kısmı asit ve bazik moda genellikle silika tuğladan örülür. Heroult fırınları dişli bir devirme tertibatı üzerinde iki tarafa devrilebilecek tipte inşa edilir. Bir taraftan çelik, diğer taraftan curuf alınır. Genellikle fırınlarda üç elektrot kullanılır. Bundan dolayı fırının tavanında üç delik bulunur. Elektrotlar oldukça iyi iletken ve çok iyi bir reaktör olan karbon veya grafitten yapılır. Grafit olanlar karbon olanlardan daha pahalıdır, ama elektrik iletkenlikleri dört kat fazladır. Ayrıca grafit elektrotlar çok daha yavaş oksitlenir. Elektrotların her biri üç fazlı bir akımın bir fazına bağlanır ve her elektrot, elektrotla banyo arasında bir ark oluşturacak şekilde bir motor yardımıyla banyo üzerine indirilir. Elektrik akımı bir elektrottan girer, bir ark ile metalik şarja geçer, katı veya sıvı şarjı katettikten sonra tekrar bir ark ile diğer elektrottan döner. Modern elektrik ark fırınları üstten şarj edilmektedir. Bu fırınlarda tavan ve elektrotları taşıyan tartibat bir motor veya hidrolik bir cihaz yardımıyla kaldırılır ve yan tarafa döndürülür. Fırın böylece kolaylıkla üstten şarj edilebilecek duruma gelir. Genel olarak, elektrik fırınları pik demirinden çelik üretmek için kullanılmaz. Elektrik fırınında çelik üretimi; çelik hurdaları eritmek, tasfiye etmek ve bileşimini ayarlamak, sıvı halde elektrik fırınına şarj edilen Siemens-Martin çeliğini tasfiye etmek ve bileşimini ayarlamak için yapılır. Hurdadan çelik elde edileceği zaman uygun kimyasal bileşimdeki çelik hurdaları fırına şarj edilir, elektrotlar şarja yakın bir mesafeye kadar indirilir. Hurda ile elektrot arasında arkın meydana gelmesiyle erime başlar, ilk şarj tamamen eridikten sonra fırında istenilen miktar kadar malzeme oluncaya kadar yeniden katı veya sıvı maddeler eklenir. Bazik astarlı fırında büyük şarj eridikten sonra curuf yapmak için bir miktar fluşpatla beraber yanmış kireç ilave edilir. Oluşan bu curuf çok bazik olduğu gibi hurdalar üzerinde bulunan ve erime esnasında oluşan demir oksiti de bileşimine aldığından çok oksitleyicidir. C, Mn, P kolaylıkla oksitlenir, manganez ve fosfor curufa geçer. Bu ikinci curuf banyoyu deokside eder ve kükürdün CaS halinde curufa geçmesini sağlar. İlave edilen kok tozu ve kireç elektrik arkının etkisiyle curuft bir miktar kalsiyum karbür oluşturur, bu da kükürdün CaS halinde bağlanmasını kolaylaştırır. Bu son tasfiye aşamasında fırında redükleyici bir curuf olması fırına ilave edilen alaşım maddelerinin veriminin yüksek olmasını sağlar. Banyo istenilen bileşime getirildikten ve deokside edildikten sonra curuf alınır ve çelik döküm temperatürüne getirilerek döküm potasına alınır. Sıvı haldeki Siemens-Martin çeliğinin bazik elektrik fırınında tasfiyesi yapılacağı zaman tasfiye işlemi genellikle redükleyici curuf safhasından başlar. Asit astarlı Herault fırınları esas olarak çelik dökümler ve nadiren ingot üretimi için kullanılır. Bütün aist metotlarda olduğu gibi asit astarlı elektrik fırınları ile de fosfor ve kükürt giderilmez. Bu bakımdan fırına şarj edilen hammaddelerin dikkatli olarak seçilmesi gerekir. Elektrikle eritmenin en büyük dezavantajı elektriğin verdiği ısının yakıtın ısısından daha pahalı olmasıdır. Bunun için şarjın fırın içinde kalma süresini kısaltmak ve şarj eriyip istenilen temperatüre gelir gelemz dökmek için fırına şarj edilen hurdaların istenilen çelik bileşimlerine uygun olarak seçilmesi gerekir. Ayrıca son zamanlarda karbon giderme işlemini hızlandırmak için, banyoya verilen tufal veya demir oksitler yerine, saf oksijenin kullanılması yoluna gidilmektedir. Oksijen su ile soğutulan bir boru ile basınçlı banyoya verilmektedir. Elektrik metodu ile elde edilen çelik Siemens-Martin, bazik oksijen ve Bessemer metoduyla elde edilen çelikten daha üstün kalitededir. Bundan dolayı eletrik fırınlarında yüksek alaşımlı çelikler, takım çelikleri, paslanmaz çelikler ve diğer özel çelikler yapılmaktadır. 5
*İndüksiyon Fırınları Bir indüksiyon fırını esas olarak bir transformatör olup üzeri primer bir bobin ile sarılı olan pota içindeki metalik şarj sekonder bobin rolü oynar. Primer bobinden alternatif bir akım geçirildiği zaman sekonder bobine çok daha şiddetli bir akım indüklenir. Sekonder olan metalik şarjın şiddetli akıma karşı direnci sonucunda bir ısı meydana gelir. Bu sebepten ısınma hızı şarjın direncine bağlıdır. Örneğin indüksiyon yolu ile bakırı ısıtmak demiri ısıtmaktan daha güçtür, çünkü bakırın iletkenliği fazla, direnci azdır. Diğer taraftan ısıtılacak maddenin içine bir akım indüklenebilmesi için mutlaka iletken olması gerekir. Bir indüksiyon fırınında iletken olmayan maddenin eritilmesi istenirse, şarjı içeren potanın grafit gibi iletken bir maddeden yapılmış olması gerekir. Ancak bu şekilde pota sekonderbobin rolü oynar. Primer bobin genellikle potayı saran ve su ile soğutulan bakır borulardan meydana gelir. Çelik eldesinde en fazla kullanılan indüksiyon fırını yüksek frekanslı indüksiyon fırınıdır. Bu fırın asit veya bazik bir refraktörden yapılmış silindirik bir pota ile bu potanın etrafını saran ve su ile soğutulan bakır borulu primer bir bobinden ibarettir. Pota içinde şarj sekonder rolü oynar. Fırının en dışında çelik bir zarf ve devirme mekanizması vardır. Şarj hurda, ferromanganez, ferrosilisyum ve diğer alaşımlardan meydana gelir. Pota şarj edildikten sonra yüksek frekanslı akım verilmesi ile şarja şiddetli bir sekonder akım indüklenir. Şarjın direncinden dolayı bu akım hızlı ısınmaya sebep olur. 334KW lık bir güç sarfiyatı ile ir saatten az bir zamanda 50 kg metal eritilebilmektedir. Şarj eridikten sonra akımın karıştırma etkisi ile meydana gelen anaforlar banyonun mükemmel bir şekilde karışmasını ve homojen olmasını sağlar. İndüksiyon fırınlarında eritme sırasında curuf yapılmaz. Bu fırınlar tasfiyeden ziyade, dikkatli olarak seçilmiş maddeleri, birleşimlerinde bir değişiklik yapılmaksızın eritmek için kullanılır. Bu bakımdan indüksiyon fırınında çelik eldesi pota metoduna benzemektedir. İndüksiyon fırınları ark fırınları gibi büyük değildir, kapasiteleri sınırlıdır ve genellikle 100kg- 1000kg arasındaki kapasitelerde inşa edilmektedir. Kuruluş masrafları gerekli elektrik cihazlarından dolayı fazladır, ama elektrot sarfiyatının olmaması ve ısının doğrudan doğruya şarjın içinde meydana gelmesinden dolayı elektrik verimlerinin yüksek olması sebebiyle indüksiyon fırınları, ark tipi fırınlardan daha ekonomiktir. İndüksiyon fırınlarında yüksek-devir takım çelikleri, çok düşük karbonlu alaşımlar ve diğer özel çelikler elde edilmektedir. -BAZİK OKSİJEN KONVERTÖRÜ Oksijenin ticari olarak büyük miktarda ve düşük fiyatla üretilmesinden sonra, çelik üretiminde hava yerine oksijenin kullanılması mümkün olmuş ve çelik üretim yöntemleri ticari uygulamaya girmiştir. Bazik oksijen yöntemi ilk defa 1952-1953 senelerinde Avusturya nın Linz ve Donawitz işletmelerinde kullanılmaya başlanmıştır. Bu sebepten bu yönteme Linz-Donawitz veya LD yöntemi denir. Bu çelik üretim yönteminde Bessemer e benzeyen sabit tabanlı bir konvertörün alt kısmından içeri sokulan dikey bir boru vasıtasıyla sıcak metale yüksek saflıkta oksijen üfleyerek çelik üretilir. 6
Alttan üflemeli konvertörlerde taban tüyer refrakterlerinin ulaşılan yüksek sıcaklıklarda çabuk bozulması nedeniyle bu yönteme gerek duyulmuştur. Bazik oksijen konvertörü ile çelik üretimi çeşitli üstünlükler ve kolaylıklar nedeniyle büyük bir uygulama alanı bulmuştur. Kütle çelik üretiminde tekno-ekonomik açıdan rakipsizdir. Konvertör kapasitesi 300-400 tondur. Bu yöntemle oksijen tabandan değil, su ile soğutulan bakır bir boru vasıtası ile doğrudan sıvı metal içine üflenir. Eriyik potası kapalı bir kap olmakla birlikte, son zamanlarda tabanı kolaylıkla sökülüp değiştirilebilir şekilde yapılmaktadır. LD yöntemi ile alaşımsız ve alaşımlı çelikler üretilebilir. Bu yöntemde demir hurdası ve demir cevheri soğutucu olarak kullanılır ve şarjın %30unu oluşturur. Böylece elde edilen çeliğin maliyeti düşük olacaktır. Bazik oksijen konvertörünün üstünlükleri; S ve Pkolaylıkla atılır. Siemens-Martin yönteminin mahzurlu taraflarını ortadan kaldırır(bazı alaşım elementlerinin yanması gibi) Saf oksijen kullanıldığı için ayrıca ısı vermeye gerek yoktur. Yüksek miktarda üreti yapılabilir. Saf oksijen kullanıldığı için konvertör içinceki sıcaklık artar. Böylece yüksek miktarda (%20-30) hurda kullanılmasına imkan sağlar. Maliyet bakımından avantajlıdır. Bakım ve inşa masrafları düşüktür. Saf oksijen üflendiğinden konvertörden çıkan gazların hacmi azalmakta ve bu suretle ısı kayıpları düşmektedir. Düşük N ve p lu çelik üretilir. Refrakter tüketimi daha azdır. İşlem sırasında ortaya çıkan duman ve gazların kontrolü daha kolaydır. Bazik oksijen konvertörlerinde kullanılan şarj malzemeleri; Şarj malzemelerini iki kısımda toplamak mümkündür. -Metalik malzemeler : sıvı ham demir, hurda -Metalik olmayan malzemeler : yanmış kireçtaşı (CaO), cevher, fluşpat (CaF 2 ). Bazik oksijen konvertörünün çalışma aşamaları; 1. Fırına önce hurda şarj edilir. Hurda hidrolik bir sistemle fırının içine sevk edilir (2-2.5 dk sürer) 2. Hurda şarjından sonra vinçle getirilen sıvı metal(sıcak maden) konvertörün ağzından şarj edilir.(1.5-2.5 dk sürer) 3. Daha sonra oksijen borusundan(lansdan) gelen O 2 akımı le oksijen üflemesi başlayarak çelik yapımı başlatılır. Oksijen borusunu aşağıya indirmek ve oksijen üflemeye başlamak 1-1.5 dk sürer. 4. Oksijen üflemeye başladıktan sonra şarj içindeki empüritelerle reaksiyon başlar. 7
5. Buarada oksijen verilmeye başladığı zaman önceden hazırlanmış flux malzemeleri (yanmış kireç, oksit(tufal)) baca içindeki bölmeden gerekli miktarda ilave edilir. 6. Oksijen üflemesi 17-23 dk sürer. 7. Tozlar baca içinde yüksek bir hızla bir fan tarafından çekilir. 8. Oksijen üflemesi tamamlandığı zaman lans hızla çekilir. Çelikten ve cüruftan numune alınarak analiz yapılır. Banyo sıcaklığı kontrol edilir tüm işlemler 3-5 dk sürer. 9. Eğer fırındaki metal sıcaklığı çok yüksekse soğutucu hurda veya cevher ilave edilir. Şayet çelik çok soğuksa lans tekrar indirilerek kısa bir müddet oksijen üflemesi yapılır. 4-7 dk sürer. 10. Daha sonra konvertör çevrilerek sıvı çelik döküm potasına alınır. 1.5-2.5 dk sürer. 11. Buarada potaya alaşım elementleri ilave edilir. Konvertörde kalan cüruf da cüruf potasına alınır. KAYNAKLAR: http://www.yarbis.yildiz.edu.tr/web/usercoursematerials/saridede_e866f317980f4cfaf7 e9c4a7e81e70a3.pdf Prof. Dr. Uğur ŞEN/Demir Çelik Üretimi Dersi ders notları SAKARYA ÜNİVERSİTESİ http://www.nuveforum.net/1186-terimler-sozlugu-c-c/173309-celigin-elde-edilisi/ 8