6. Zeinz, Michael (2010): Optimierung eines schlierenoptischen Versuchsstandes und Beurteilung der Aussagekraft der Messungen. Diplomarbeit. Fachhochschule Regensburg, Regensburg. ALÜMİNYUM GERİ DÖNÜŞÜMÜNDE VERİMLİLİK VE AKIŞKANLIĞIN İNCELENMESİ Damla Pulat 1, Mehmet Altubay 1, Eray Erzi 1, Caglar Yuksel 2, Derya Dispinar 1 1 İstanbul Üniversitesi / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği damlapulat48@gmail.com mehmet_altubay@hotmail.com eerzi@istanbul.edu.tr deryad@istanbul.edu.tr 2 Yildiz Teknik Universitesi, Metalurji ve Malzeme Muhendisligi cyuksel@yildiz.edu.tr ÖZET Bu çalışmanın amacı geri dönüştürülebilen alüminyum hurdalarının akışkanlığını incelemektir. Tezimizde hurda olarak kullanılmış içecek kutuları kullanılmıştır. Bu hurdalar boyası alınmış ve alınmamış olarak ayrılmıştır.daha sonra bu hurdalar indüksiyon ve rezistans fırınlarında ergitilerek kum kalıp ve kokil kalıpta hazırlanmış spiral akışkanlık testlerine tabi tutulmuştur. Aynı zamanda, şarj edilen madde miktarından curuf alınmış ve dökülen malzeme arasındaki oran hesaplanarak verimlilik ölçümü yapılmıştır. Anahtar kelimeler: Alüminyum, Akışkanlık, Geri Dönüşüm, Spiral Test 1. GİRİŞ Alüminyum üretimi; boksitten başlanarak ve kullanım ömrü dolmuş alüminyum hurdaları ergitip, işlemek olmak üzere 2 yolla yapılır. Fakat boksit cevherinin topraktan çıkarılıp işlenmesi ve hayatımızda kullandığımız şekilde üretimine kadar geçen proseslerde harcanan enerji çok fazla olduğundan, günümüzde daha çok ikincil üretim kullanılmaktadır. İkincil üretimde harcanan enerji, birincil üretimde harcanan enerjinin sadece %5 i kadardır. Bu yüzden sonsuz geri dönüşüm avantajı olan alüminyumu ikincil üretim ile üretmek hem ekonomik hem de çevre sağlığı açısından çok önemlidir. Teknolojik gelişmelerin büyük bir hızla devam ettiği günümüzde, çevre teknoloji uyumunu sağlamak,yaşanılabilir bir dünya için, son derece önem arz etmektedir. Bu nedenle katı atıklar içinde değerlendirilebilir olanların, ayrı toplanması, cinslerine göre ayrılması, fiziksel, kimyasal yada biyolojik işlemlerle ikincil hammaddeye veya tarım girdisine dönüştürülmesi gerekmekte olup bu şekildeki faaliyetlerin tümü geri dönüşüm olarak adlandırılmaktadır. Bu çalışmada alüminyumun kullanım alanları, alüminyum üretimi; birincil ve ikincil üretim, ikincil üretimin yani geri kazanımın önemi,geri kazanım sırasında uygulanan işlemler,indüksiyon ve rezistans fırınındaki ergitmeler sonucu geri dönüştürülen alüminyumun verimi ve akışkanlığa etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA Deneylerde sırasıyla şu işlemler yapılmıştır: - Alüminyum teneke kutuların preslenmesi - 200 gr olarak ayrılması - 450 ⁰C derece sıcaklıkta rezistans fırında boya giderimi Proceedings of IMSP 2014 905
- 725⁰C derece sıcaklıktaki ergitme - Kum kalıptan spiral test düzeneği hazırlama - Ergimiş metali spirale dökme - Elde edilen katılaşmış metalin ağılık ve verim ölçümü Aynı işlemler hem rezistans fırında hem de indüksiyon fırında denenmiştir. 3. BULGULAR A) Boyası giderilmemiş metal 200 gr lık metal ergitildiğinde 57 gr sıvı metal katılaşmıştır.doğal olarak Spiral de çok ilerleyememiştir. Verime bakılacak olunursa : 100 = %28.5 B) Boyası giderilmiş metal Burada ise boyası giderilmiş(fırında ısıtılarak uçurulmuş) 200 gr metalden ise 67 gr sıvı metal katılaşmıştır. Verim ise : 100 = % 33.5 Verim : % 58.5 Tablo 1:Boyası giderilmiş ve boyası giderilmemiş ergiyiklerin verim tablosu Boyası giderilmiş Boyası giderilmemiş AĞIRLIKLAR 1. 2. 1. döküm 2.döküm döküm döküm Toplam metal önce 295 154 295 269 Kalan metal metal sonra 163 91 97 117 Çıkan curuf oranı 44,7 40,9 67,1 56,5 Elde edilen metal oranı % verim 55,3 59,1 32,9 43,5 Akışkanlık (mm) 22 41 21 40 Verim : ( Elde kalan metal ağırlığı / Toplam metal ) 100 Proceedings of IMSP 2014 906
1.Döküm rezistans fırınında, 2.döküm ise indüksiyon fırınında yapılmıştır. 1.Döküm kalıp ısıtılmadan yapılmış,2.döküm ise önceden ısıtılmış kalıba yapılmıştır. Şekil 1: (a) geri dönüşüm oranlarının resistans ve indüksiyon fırına göre kıyaslanması(b) kokil kalıba yapılan spiral test sonuçları KUM KALIP KOKİL KALIP Proceedings of IMSP 2014 907
TGA ANALİZİ Şekil 2:Kutularüzerindekiboyalarınuzaklaşmasıcaklığınıtespitetmeküzereyapılan TGA analizi TGA da, teneke kutuları üzerinde çalışılmıştır ve 600 ⁰C ye kadar ısıtma yapılmıştır. Yapılan incelemeler sonucu ise malzemeden % 3.8 lik bir kayıp meydana geldiğini tespit edilmiştir.meydana gelen bu ağırlık kaybının büyük bir kısmını ise üzerindeki boya maddeleri oluşturmaktadır. 4. SONUÇLAR Geri dönüşümün önemi; 1. Tabii kaynaklarımızın korunmasını sağlar. 2. Enerji tasarrufu sağlamamıza yardım eder. 3. Atık miktarını azaltarak çöp işlemlerinde kolaylık sağlar. 4. Geri dönüşüm geleceğe ve ekonomiye yatırım yapmamıza yardımcı olur. Örneğin kullanılmış kağıdın tekrar kağıt imalatında kullanılması hava kirliliğini %74-94, su kirliliğini%35, su kullanımını %45 azalttığı ve bir ton atık kağıdın kağıt hamuruna katılmasıyla 8 ağacın kesilmesi önlenebilmektedir. Kum kalıpta ; 200 gr olarak ayrılan Al hurdaları önce rezistans fırınında boyası giderilmiş ve giderilmemiş olarak ergitilmiştir.daha sonra indüksiyon fırınında boyası giderilmiş olarak ergitilmiştir. Bu işlemin amacı boyası giderilmiş hurdaların farklı fırınlarda ergitilerek veriminin incelenerek akışkanlığının karşılaştırılmasıdır.görüldüğü üzere indüksiyonda verim daha iyidir.ayrıca boyası giderilen hurdalarda boya gibi katkı maddeleri azaltıldığı için oksitlenme oranı azalmıştır ve verim artmıştır. Kokil kalıpla yapılan deneyde tek fırın kullanılmıştır.amaç, sadece soğuk ve sıcak kalıplardaki boyası giderilmiş ve giderilmemiş numunelerin akışkanlık ve geri dönüşüm oranlarının karşılaştırılmasıdır. Proceedings of IMSP 2014 908
Görüldüğü üzere öncelikle boyası giderilen hurdalar daha verimli olmuştur ve geri dönüşüm oranı daha fazladır.ayrıca bu deneyde kalıbın soğuk ya da sıcak olmasının akışkanlık ve geri dönüşüm üzerine etkileri araştırılmıştır ve görülmüştür ki sıcak kalıpta verim ve geri dönüşüm oranı daha yüksektir.çünkü sıvı metal ve sıcak kalıp arasındaki sıcaklık farkı en aza indirgenmiştir ve böylece akışkanlık maksimum olmuştur. Boyası giderilmiş hurdalarda sıcak ve soğuk kalıp arası %verim farkı : % 10.6 Boyası giderilmemiş hurdalarda sıcak ve soğuk kalıp arası %verim farkı : % 3.8 Yapılandeneyler ve veriler göz önüne alındığında sekonder alüminyum üretiminde en verimli sistem: Hurdaların indüksiyon fırınında ergitilip, boyası giderilmiş numunelerin sıcak kokil kalıba dökülmesidir.bu sayede geri dönüşüm oranı ve verim (akışkanlık) en üst seviyeye ulaşmaktadır. 5. KAYNAKLAR A. K. Dahle, S. Karlsen, L. Arnberg, 1996, Int. J. of Cast Metals Res. 9 103-112. A. J. McParland, 1987, Proceedings 1987 Solidification Processing Conference, Sheffield UK (Sept.) 323-326. Campbell J., 1991, Castings, Butterworth-Heimann Ltd., Oxford Campbell J., 2003, Castings, 2nd Ed., Butterworth-Heimann Ltd., Oxford Dahle A.K., Bæckerund L. and Arnberg L., 1997, Castability of Aluminim foundry alloys, Final report for AFS D. E. Groteke, 1985, AFS Trans. 953-960 Flemings M.C., Mollard F.R. and Taylor H.F., 1961, Mould variables influence on fluidity of aluminium Doublingcasting ductility by fluidity control,modern Casting, pp.100-110 G. Lang, 1972, Aluminium 48 664-672. Kayama N., Murai K., Kiguchi S. and Satoh H., 1976, Effect of formation of primary crystals on fluidity and viscosity in nearly stages of solidification, Report of the casting research laboratory, Waseda Univ., n. 27, pp. 1-8 Kayama N., 1978, Viscosity and fluidity in the early stages of the solidification of metals, Quality control of engineering alloys and role of metals science, Delft Univ. of Tech., pp.103-119 M. C. Flemings, 1974, Solidification Processing, McGraw-Hill Inc., London BİYOGRAFİ Damla Pulat Konak, İzmir de 17 Mart 1992 de doğdu. 2014 yılında İstanbul Üniversitesi - Metalurji ve Malzeme Mühendisliğinden mezun oldu. Bitirme projesinde Doç. Dr. Derya Dışpınar la alüminyumun geri dönüşümü ve akışkanlığı üzerine çalıştı. Mehmet Altubay Manisa, Sarıgöl de 11 Şubat 1991 de doğdu. 2014 yılında İstanbul Üniversitesi - Metalurji ve Malzeme Mühendisliğinden mezun oldu. Bitirme projesinde Doç. Dr. Derya Dışpınar la alüminyumun geri dönüşümü ve akışkanlığı üzerine çalıştı. Proceedings of IMSP 2014 909