DEMİR CEVHERLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

DEMİR CEVHERLERİ Demir ve çelik yapımı için kullanılan birçok tabii ham madde içerisinde tonaj ve değer itibariyle en önemlisi demir cevheridir. Yer kabuğunun yaklaşık % 5 ini oluşturan demir, çok geniş sahalara yayılmış ve bol miktarda bulunan metallerden biridir. Demire saf halde ancak gök taşlarında rastlanır. Bunun haricinde demir tabiatta mineral halinde bulunur. Birçok demir minerali olmasına rağmen, ticari değeri olup demir üretim kaynağı olarak kullanılan birkaç demir minerali vardır. Demir ve demir ürünlerinin elde edildiği önemli miktarda demir içeren bu mineraller, demir cevherleri olarak sınıflandırılır. 1 2 DEMİR CEVHERLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Demir cevherlerinin sınıflandırılmasında kullanılan birçok metot vardır. Bu metotlardan en fazla kullanılanı demir minerallerini kimyasal bileşimlerine göre oksitler, karbonatlar ve sülfürler olarak sınıflandırmaktır. Tablo 1 de çeşitli demir minerallerinin kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırılmaları, isimleri, kimyasal formülleri, renkleri ve beyaz porselen üzerinde bıraktıkları çizgi renkleri bulunmaktadır. 3 4 Oksit mineralleri en önemli demir üretim kaynaklarıdır. Bunları sırasıyla karbonat ve sülfür mineralleri takip eder. Tablo 1 de bulunan önemli demir cevheri mineralleri sırasıyla incelenecek olursa; verilen kimyasal bileşimler saf mineraller içindir. Genel olarak ticari cevherlerin veya konsantrelerin demir içeriği gang veya diğer yabancı maddelerden dolayı daha düşüktür. 5 6 1

7 8 Türkiye de Demir Cevherleri SİVAS DİVRİĞİ: Türkiye nin en büyük demir yatağıdır. Manyetit ve Hematitten oluşmuştur. Derine inildikçe Pirit içermektedir. Dünyanın en az fosfor içeren iyi kaliteli demir yataklarından olmasına rağmen kükürt oluşmuştur. EYMİR EDREMİT : Hematitten oluşmuştur. Fakat arsenik miktarının yüksek oluşu değerlendirilmesini güçleştirmektedir. AYAZMANT BALIKESİR : Manyetitten oluşan bu yatak pirit ve kalkopirit içermektedir. Manyetit Kimyasal formülü Fe 3 0 4 olan manyetit % 72.4 demir ve % 27.6 oksijen içermektedir. Özgül ağırlığı 4.9-5.2 gr/cm 3 arasında değişir. 9 10 Mıknatıs tarafından kuvvetle çekilir. Bu nedenle manyetik ayırıcı veya manyetik separatörlerle manyetit gangdan ayrılır ve yüksek kaliteli konsantre elde edilir. Rengi koyu griden siyaha kadar değişir. 11 12 2

Hematit Kimyasal formülü Fe 2 0 3 olan hematit % 69.94 demir ve%30.06 oksijen içerir. Özgül ağırlığı 4.5 5.3 gr/cm 3 arasında değişir. Dünya demir üretiminde en fazla kullanılan demircevheridir. Rengi kırmızıdır. 13 14 Limonit Kimyasalbileşimigenelolarak Fe 2 0 3.xH 2 O olarak gösterilen limonit, manyetit ve hematit den daha düşük kalitelidir. Özgülağırlığı3.6ile4.0gr/cm 3 arasındadeğişir. Rengi sarıdan kahverengiye kadar değişebilir. 15 16 İlmenit KimyasalbileşimFeTiO 3 dür. Yoğunluğu4.72gr/cm 3 dür. % 31.56 Ti, %36.81 Fe ve %31.63 O içerir. Koyu kahve - pembemsi kahve rengi vardır. 17 18 3

Siderit KimyasalformülüFeCO 3 %51.8CO 2 içermektedir. olan siderit % 48.2 demir, Bu cevher kullanıldığı zaman kireçtaşı kullanımı azalmaktadır. Özgülağırlığı3.7 3.9gr/cm 3 arasındadeğişmektedir. Rengi beyazdan yeşilimsi griye kadar değişebilir. Siderit genellikle değişik miktarlarda kalsiyum, magnezyum ve manganez ihtiva eder. Siderit genellikle yüksek fırına verilmeden önce kalsine işlemine tabii tutulur. 19 20 Pirit Demir birçok sülfür minerallerinde bulunur, fakat esas demir sülfür minerali Pirittir. Rengi beyazdan yeşilimsi griye kadar değişebilir. Kimyasal bileşimi FeS 2 olan pirit % 46.6 demir ve 53.4 kükürt ihtiva eder. Yoğunluğu4.8-5.1gr/cm 3 arasındadır. 21 22 Demir sülfür mineralleri daha çok bir kükürt üretim kaynağı olduklarından önemlidir. Bu mineraller ayrıca bakır, gümüş, altın ve nikel gibi kıymetli metalleri ihtiva eder. Kıymetli metaller ve kükürt alındıktan sonra, demir yan ürün olarak elde edilir. Rengi pirinç sarısıdır. 23 24 4

Pirotit Kimyasal bileşimi Fe(1-x)S(x=0-0.17) dir. %62.33Fe,%37.67Siçerir. Yoğunluğu4.58-4.65gr/cm 3 aralığındadır. Demir Cevherlerinin Değerlendirilmeleri Demir cevherlerinin değerlendirilmelerinde değişik faktörler rol oynar. Bu cevherin yüksek fırında kullanılmadan önce geniş bir şekilde incelenmesi ve üretiminin avantaj ve dezavantajlarının değerlendirmeye tabi tutulması gerekmektedir. Bronz, bronz kırmızısı koyu kahve renklerindedir. 25 26 Cevherlerin fiziki durumu, bileşimleri, zenginliği, çıkarılabilme olanakları ve ekonomik faktörlerin değerlendirme sırasında göz önünde bulundurulması gerekir. 27 1. Demir Cevherlerinin Bileşim Durumu: Demir cevherinde bulunan yabancı maddeler (gang) yüksek konsantrasyonlu bir demir cevherinin kıymetini düşürdüğü gibi, bazen de daha düşük konsantrasyonlu bir demir cevherinin kıymetini arttırabilir. İstenmeyen maddeler (gang) üç grupta toplanabilir. 28 a) Yüksek fırında ergitme sırasında hiçbir şekilde pik demirin bileşimine girmeyen maddeler Bunlar alüminyum oksit, kireç ve magnezyum oksittir. Bazı durumlarda alüminyum oksit cüruf oluşumuna zorluk çıkarır. Kireç ve magnezyum oksit silis ile birleşerek cürufu oluşturur. Bazen kireçli cevher kullanmak daha faydalı olabilir. Çünkü kireçli cevher gerekli miktarda silisli cevherle karıştırılıp yüksek fırına şarj edildiğinde ayrıca fırına cüruf yapıcı olarak kireç taşı ilave edilmesine gerek kalmaz. Buna kendinden flakslı(self fluxing) denir. 29 30 5

b) Yüksek fırında ergitme sırasında kısmen pik demirin bileşimine giren maddeler Bunlar silisyum, manganez ve kükürt tür. Bu elementlerin pik demire ne miktarda geçeceği fırına ilave edilen maddelerin miktarına ve işletme şartlarına bağlıdır. c) Yüksek fırında ergitme sırasında tamamen pik demirin bileşimine giren elementler Bunlar fosfor ve arsenik tir. Demir cevherinde bulunan bütün fosfor ve arsenik pik demire geçer. Demir cevherlerinde en fazla rastlanan yabancı maddeler silis ve fosfordur. Bunların miktarı ne kadar az olursa cevherde o denli kıymetli olur. Cevherde fazla silis bulunması istenmez. 31 32 Fazla silis cüruf oluşumu için fırına fazla flaks şarjını gerektirir. Fosfor ve kükürt ise demir ve çelik özellikleri üzerine kötü tesir yapar. İsveç cevherleri hemen hemen hiç fosfor ve kükürt ihtiva etmez. Bu sebepten yüksek safiyetteki İsveç demir ve çelik mamulleri çok ünlüdür. 33 2. Cevherin Fiziki Durumu: a) Demir cevherlerinin sert veya yumuşak oluşu, ince taneli veya iri taneli olmasına yol açar. Yumuşak cevherler topraktan çıkarılma sırasında ufalanır ve toz haline dönüşür. Bu nedenle yüksek fırına gönderilmeden önce sinterleme veya peletleme gibi aglomerasyon işlemlerinin yapılması gerekir. Aksi takdirde fırını tıkar ve yanma işlemini güçleştirir. 34 b) Cevherler sert ise büyük parçalar halinde bulunur ve kırılmaları gerekir. İri parçalar halinde kullanılırsa redüklenme zorlaşır. Bu da enerji tüketimini arttırmaktadır. c) Cevherlerin zenginliği Demir cevherleri birim hacimde bulundurdukları demir yüzdesine bağlı olarak değerlendirilirler. Demir yüzdesi fazla olan cevherler daha ekonomik üretime olanak verirler. 35 36 6

d) Cevherin Çıkarılabilme İmkanı Cevherin yerkabuğuna yakın olması veya derinde bulunması, cevherin çıkarılması ve yüksek fırına taşınabilme özellikleri göz önünde bulundurulması gerekir. e) Ekonomik Faktörler Birim miktarındaki cevher içerisinde bulunan demir için yapılan harcamalar, demir üretiminde maliyeti ifade eder. Üretim birim faaliyete göre değerlendirilir. Cevherin topraktan çıkarılabilme kolaylığı, zenginliği, zenginleştirilmesi, taşıma, arıtma ve ergitme ile diğer bütün yan masraflar maliyeti ifade eder. 37 38 Bunlara ilaveten bir demir cevherinin değeri madenden çıkartma fiyatının yanı sıra; koklaşabilen kömür ve kireç taşı gibi diğer esas hammaddelere, bulunduğu yerine, demir ve çelik ürünlerin satıldığı merkeze hammaddelerin ve ürünlerin taşıma kolaylıklarına bağlıdır. Bu sebeplerden, fiziksel ve kimyasal bakımdan istenilen özelliklerde olan bir demir cevheri yeri bakımından karlı olarak işletmeye uygun olmayabilir. 39 40 Diğer taraftan, daha düşük tenörlü bir cevher, uygun yeri bakımından yüksek tenörlü cevherlerle karıştırılarak izabede kullanılabilirler. 41 Yukarıdaki açıklamadan anlaşılacağı gibi bir demir cevherinin değeri başlıca; 1. yerine, 2. tenörüne, 3. gangın bileşimi ne bağlıdır. Bu üç önemli faktöre ilave olarak, demir cevherinin değerine etki eden diğer önemli bir faktör demir cevherini izabeye hazırlama işlemleridir. 42 7

TÜRKİYE DEMİR CEVHERİ REZERVİ Ülkemizde bugüne kadar yaklaşık 900 adet demir oluşumu belirlenmiş, bunlardan ekonomik olabileceği düşünülen 500 kadarının etüdü yapılmıştır. Ülkemizde, entegre demir-çelik tesislerinde kullanılabilecek özellikte demir cevheri rezervleri Sivas-Erzincan-Adana-Malatya-Kırşehir-Ankara ve Balıkesir bölgelerinde yer almaktadır. 43 Ülkemizin toplam yıllık demir cevheri üretim miktarı ortalama 4,5 5 milyon ton olup, mevcut çelik üretim rakamlarıyla ihtiyaç duyulan 10 milyon ton demir cevherinin ancak % 50 si karşılanmaktadır. Kalan kısım yurtdışından ithal edilmektedir. 44 Günümüzde, entegre demir-çelik tesislerinde kullanılabilir ve ortalama demir tenörü % 55 civarında olan yataklardan yapılan üretimin yaklaşık % 50 si, ülkemizin demir cevheri ihtiyacının yaklaşık %20 si ERDEMİR E ait olan ve Sivas Diğriği de bulunan ERMADEN tesislerinden karşılanmaktadır. ERMADEN de dünya standartları ile Erdemir, İsdemir ve Kardemir in üretim yelpazesine uygun, gerek parça cevher ve gerekse pelet üretimi yapılmaktadır. ERMADEN, demir çelik sektörünün hammadde ihtiyacını karşılayan tek pelet tesisidir. 45 46 47 48 8

DEKAPAJ EKAPAJ: Açık işletme projesine göre maden yatağının üzerindeki örtü tabakasının gevşetilmesi, kazılması, yüklenmesi, taşınması, toprak harmanına dökülmesi, serilmesi, harman sahasının düzeltilmesi, toprak harmanı ve kademe yollarının yapımı ve bakımı gibi muhtelif ameliyeleri kapsayan işlemlerin tümü. 49 50 Demir Cevherinin Özellikleri 1. İndirgenebilirlik (Redüklenme özelliği) İndirgenebilirlik özelliği demir cevherinden alınabilecek maksimum verimi ifade eder. Cevherde bulunan ve istenmeyen minerallerin varlığı indirgenebilirlik özelliğini azaltır ve reaksiyonların daha uzun sürede ve düşük verimde olmasını sağlar. Metalizasyon Derecesi; indirgenebilirliğin ölçeklerinden biridir ve ne kadar fazla ise o kadar indirgenebilir. 51 2. Boyut ve Boyut Dağılımı Boyuttan kasıt yüksek fırında kullanılacak cevherin boyutudur. Kural olarak; minimum cevher boyutunun 2 veya 3 katı kadar, maksimum cevher boyutunda cevherin yüklenecek şarj içinde bulunması gerekir. Demir cevheri boyutu minimum 8-10 mm, maksimum 70-80 mm aralarında olması istenir. 52 Eğer 8-10 mm den daha az boyutta cevher kullanılırsa bu tüyerlerin tıkanmasına, yukarılarda bir yerlerde yüksek sıcaklık etkisiyle sinterlenerek gaz geçirimini engellemeye, çok küçük taneler olmasından dolayı baca gazıyla sistemi terk etmelerine neden olmaktadır. Eğer 70-80 mm den daha büyük boyutta cevher kullanılırsa; iri ve aşındırıcı olduklarından aşağı iniş sırasında refrakter tuğlanın aşınmasını, indirgenme reaksiyonunu çok yavaş gerçekleştirme gibi etkilere neden olurlar. Eğer şarjda 200 kg 10 mm lik parça cevher varsa kural gereği, 200x3=600 kg 80 mm lik cevher de olmalıdır. İnce 10 30mm Orta 30 50mm Kaba 50 80mm 53 54 9

Maden çıkarımı ve iyileştirme işlemleri sırasında çok önemli miktara (% 40-50) ufak boyutta malzeme üretilir. Bunlar direkt olarak yüksek fırına şarj edilmeyeceğinden sinterleme ve peletleme gibi işlemlerden geçirilerek boyutları büyütülür. Sinterde ve pelette bulunması gereken en önemli özellikler indirgenebilirlik, çarpma, sürtünme ve sıkıştırma mukavemetinin iyi olmasıdır. 3. Yüksek fırın içinde redüktan olarak kullanılan gaz akımlarının (CO veya H 2 )geçişineizinvermeli: Redükleyici, indirgen veya vb reaksiyonlar için gerekli gaz geçişi sağlanmalıdır. Bunun için gerekli tane boyutu uygun seçilmelidir. 55 56 4. Mukavemet: Taşıma sırasında sürekli ufalanma veya tozlaşma sonucu cevher gerekli boyutun altına düşebilir. Ufalanan boyut gaz geçişini engeller ve indirgenme reaksiyonuna izin vermez. 5. Sıcaklık ve Yumuşama Aralığı: Yüksek fırında cevherler önce genleşmeye daha sonra yumuşamaya başlarlar. Yumuşama: malzemenin şekil değiştirmeye hazır hale gelmesidir. Bu yumuşama sonucunda malzeme boyutu değişir, genleşir ve bulunduğu yerde yayılmaya başlar. Ergimenin bir önceki kademesi olarak adlandırılabilir. Bu aralığın dar ve yüksek sıcaklıkta olması istenir 57 58 Eğer cevherde düşük sıcaklıklarda yayılma gözlenirse gaz çıkışlarını bloke eder ve redüklenme reaksiyonlarının gerçekleşmesi zorlaşır. İstenen aralık: 1000-1350ºC FeO+CO=Fe+CO 2 Reaksiyonunun mümkün olduğunca ilerlemesi gereklidir. Bu, ilk etapta ara yüzeylerden başlar. Sonra çekirdeklenme denilen son etapta olay biter. Bu ise reaksiyon hızı olup kinetik ile hesaplanır. 59 6. Rutubet İçeriği : Fe cevherlerinde rutubet için istenen oran minimum % 2-3, maksimum % 8 dir. Yüksek fırında kullanılan demir cevherinin nemi belli bir oranda tutulmalıdır. Aksi taktirde, toplam ısı balansını bozar ve en başta enerji kaybına neden olur. 100.000toncevher %5su=5.000tonsu. Bu hem ısı enerjisi kaybına hem de taşımada nakliye pahalılığına neden olur. 60 10

7.Gangİçeriği: Cevher içerisinde bulunan ve istenmeyen maddelere gang, empürite veya safsızlık denir. Gangı, çeşitli cevher hazırlama yöntemleriyle büyük oranda ortamdan uzaklaştırmak mümkün iken bu uygulama bazı hallerde ekonomik olmayabilir. Bu nedenle demir-çelik üreticileri her zaman yüksek tenörlü (demir içerikli) ve safsızlığı az olan cevherleri kullanmayı ve faydalı safsızlıkları gerektiğinde kontrollü bir şekilde ortama katmayı tercih etmektedirler. Cevher hazırlama metotlarıyla safsızlıkların çoğunu ortamdan uzaklaştırmak mümkündür. Cevher içerisinde bulunan silis, kil ve diğer bazı saflığı bozan maddeler sadece yıkama veya biraz daha ileri zenginleştirme teknikleri kullanılarak (cevheri ağır sıvılarda yıkamak, flotasyon veya manyetik ayırma gibi) ortamdan uzaklaştırılabilir. 61 62 Bazı Safsızlıkların Yüksek Fırındaki Etkileri SiO 2 : Cevher içindeki SiO 2 fazlalığı metalurjik proses sırasında fazla miktarda cüruf oluşumuna sebep olur. Bu silisi nötralize etmek için ilave edilen kireç taşı sıvı demir verimliliğini düşürür. Yüksek fırında cüruf miktarını ve yakıt tüketimi artırır. 63 Eğer cevherden ton sıcak maden başına 40-50 kg. silika atılırsa, flaks yapmak için gerekli olan kireç taşı da 100-130 kg. azalır. Bunun sonucunda da cüruf miktarı 100 kg, kalsinasyon reaksiyonu neticesinde çıkan CO 2 gazıda50kg.azalır. Bu iki faktörde kok miktarının 40-50 kg düşmesine sebep olur. Üretiminde %5-10 arasında arttığı görülür. 64 Al 2 O 3 : Alüminanın % 0,8-% 1,5 arasında olması istenir. Alümina yüzdesinin fazla olduğu durumlarda gerekli sıvı demirin akışkanlığını sağlamak için, yüksek fırın ısısının artırılması gerekir. Bu da yakıt tüketiminin artmasına neden olur. 65 Kükürt (S) : Yüksek fırın işletmeciliğinde pik demirin bünyesine giren çok küçük oranlardaki S bile çeliğin kırılganlığını artırır. Cevher, kömür ve manganez bu kükürdün kaynağı olabilir. Kükürt yüzdesini düşürmek için yüksek fırın harmanına CaCO 3 vesio 2 ilaveedilmesigerekir. Bu da yüksek fırın verimliliğini olumsuz yönde etkiler. 66 11

Alkaliler : Yüksek fırına şarj malzemesi ile giren alkaliler, fırın cidarlarına yapışarak kabuk oluşturup yüksek fırın hacmini azaltır. Bu arada yapıştıkları yüksek fırın tuğlalarının içine doğru nüfus ederek bu tuğlaların refrakterlik özelliklerini olumsuz yönde etkiler. Çinko : ZnO, fırın üst cidarlarında tabakalaşma yapmasının yanı sıra, fırın tuğlası içindeki alümina ile reaksiyona girerek tuğlanın şişmesine neden olur. Çinkonun varlığı, yüksek fırında indirgenmesi zor ve üretim kayıpları meydana getiren fayalit (Fe 2 SiO 4 )gibibileşiklerinoluşmasınanedenolur. Cevher içinde çinkonun % 0,2'den az olması istenir. 67 68 Kurşun: Kurşun demir cevherlerinde nadir olarak bulunur. Pik demire geçmez, fakat refrakter tuğlaya olumsuz yönde etki eder. Titanyum : Titanyum, demir cevherinde ilmenit FeTiO 3 verutil(tio 2 )olarakbulunur. Cevherde ortalama Ti0 2 % 1den azise bucevher yüksek fırında herhangi bir problem oluşturmadan kullanılabilir. 69 Arsenik : Arsenik oranının fazlalığı çeliğin soğukta kırılganlığını artırırken kaynak yapılabilme özelliğini azaltır. Normal çelikte % 0,15-0,25 arası ve su vermede % 0,05-0,10 arsenik kabul edilebilir sınırlardır. Bakır : Bakır oranının % 0,3-0,4 'ün üzerine çıkması durumunda çeliğin haddelenmesi ve şekil verilmesi sırasında, çeliğin yüzeyinde bakırca zengin, ergime derecesi düşük bir alaşım oluşur ve bu alaşım hadde sınırlarından geçerek yüzeyde küçük çatlaklar meydana getirir. 70 8. Şişme ve Hacim Değişikliği: Bu, sıcaklıkla genleşmenin bir sonucudur. Katı-gaz reaksiyonlarını engelleyecek şekilde olmamalıdır. Yüksek fırında cevherin indirgenmesi esnasında bazı cevherlerde şişme bazılarında ise büzülme görülmektedir. Her iki durumunda belirli sınırlar üzerinde olması fırının çalışma performansını olumsuz etkilemektedir. Cevherin şişme problemi daha çok fırına yüklenen pelet halindeki cevherlerde görülmektedir. Peletin şişme endeksi % 20 nin altında olursa önemli bir sorun oluşturmadığı, bu değerin % 20-40 arası olduğunda fırına şarj edilen cevherin ancak % 65 nin pelet olabileceği ön görülmektedir. 71 72 12

Demir Cevherlerini Hazırlama Cevher hazırlama, cevherin madenden çıkarıldıktan sonra fırında kullanılabilir hale gelinceye kadar yapılan bütün işlemleri kapsar. Bunlar kırma, öğütme, eleme, yıkama, harmanlama, konsantrasyon, topaklama ve benzeri gibi işlemlerdir. Madenden gelen cevherlerin büyük bir kısmı bir ön hazırlama işleminden geçmeden yüksek fırında kullanılabilecek haldedir. 73 Bununla birlikte birçok cevher izabeye daha uygun hale getirilmesi için bazı cevher hazırlama işlemlerini gerektirir. Cevher hazırlama işlemlerinin amacı, hammadde şartlarının iyileştirilmesi bunun sonucunda da yüksek fırın verimini arttıracak daha ucuza sıvı demir üretmek tir. 74 Bu işlemlerin cevherlerin değeri üzerine önemli etkileri vardır. İri parça halindeki cevherleri şarj etmeden önce kırmak, ince cevherleri ise sinterlemek, pelet veya briket haline getirmek gerekir. Karbonatlı cevherler yüksek fırına şarj edilmeden önce kalsine edilir ve genellikle kullanılmadan önce kırılır ve sinterlenir. Bazı düşük tenörlü cevherler öğütülür, kavrulur ve bundan sonra manyetik olarak konsantre edilir. Kolayca parçalanan yumuşak cevherler yüksek fırında zorluk çıkartır. Bunlar genellikle kullanılmadan önce öğütülür ve sinterlenir. 75 76 Demir Cevherinin Zenginleştirme Sebepleri a) Yüksek mukavemetli olmayan demir cevherlerinin mukavemetli ve kullanılabilir nitelikte hammaddeye dönüştürülmesi, b)tane boyutunun yüksek fırın için istenilen boyutlara getirilmesi (10-80 mm), c) 10 mm ve daha altındaki toz haline gelen demir cevherini sinterleme, peletleme v.b işlemleriyle istenilen boyut aralığına getirilmesi, d) % 50 tenörden daha aşağı tenöre sahip cevherlerin zenginleştirme işlemleri ile istenilen cevher niteliğine getirilmesi ve gang içeriğinin azaltılması. e) Rutubet miktarının ayarlanması (düşük olmalı, %2-8) 77 78 13

Demir Cevherlerinin Aglomerasyonu Toz haldeki demir cevherlerini ve çeşitli cevher hazırlama yöntemleriyle zenginleştirilmiş demir cevheri konsantrelerini yüksek fırınlarda kullanılabilecek hale getirme işlemlerine genel olarak aglomerasyon adı verilmektedir. Aglomerasyon iki amaç için yapılır; 1. Boyut büyütme 2. Mukavemet ve geçirgenliği arttırma (poröz yapı elde edilerek katı gaz reaksiyonuna izin vermesi için) Aglomerasyon genellikle toz cevherlerin ve konsantrelerin boyut büyütme işlemleri olarak görülse de boyutla beraber yüksek fırına yüklenecek demir cevherlerinde aranan diğer bazı özellikleri de (sertlik, mukavemet, indirgenebilirlik, gözeneklilik v.b.) yakından ilgilendirmektedir. 79 80 Bilhassa düşük tenörlü cevherlerin, cevher zenginleştirme yöntemleri ile tenörlerinin yükseltilmesi, istenmeyen zararlı safsızlıkların giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon işlemlerinin önemini her gün biraz daha artırmaktadır. Günümüzde, demir cevheri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon yöntemlerinden sinterleme ve peletleme çok büyük boyutlara ulaşmıştır. 81 82 Aglomeratlarda aranan genel özellikler aşağıda verilmiştir: Aglomerat tane iriliği, Parçalanma özelliği, Sağlamlık, Porozite Yoğunluk, Topaklanma Özelliği 83 Aglomerasyon Yöntemleri Sinterleme Sinterleme, toz halindeki malzemenin erime sıcaklığı altındaki bir sıcaklığa belli bir süre maruz bırakılarak tozların birbirlerine değdikleri noktalardan başlayarak kaynaşmasına denir. 84 14

Sanayide uzun bir süreden beri metal ve seramik tozlarıyla yapılan sinterleme işleminde önce geçici bir yapıştırıcı ile (bağlayıcı) karıştırılıp bir kalıpta sıkıştırılarak birbirine bağlanan toz malzeme sonradan sinterleme fırınlarında yüksek sıcaklıklarda bekletilerek sinterlemenin gerçekleşmesi sağlanır. Aşağıdaki resimler bu teknolojiye aittir. 85 86 İnşaat sanayinde de tuğla fayans vs seramik mamullerin imalatı sırasında fırında ısı ile tanelerin birleşmesi de aynı fiziksel temele dayanır ve bu sinterleşmeye"seramik bağ" denir. 87 88 Demir-çelik üretiminde sinterleme esas olarak, rutubetlendirilmiş demir cevheri tozları ve diğer toz haldeki malzemelerin katı yakıt (kok tozu) ile beraber karışım halde geçirgen bir taban üzerine yüklenerek daha sonra karışımın üst yüzeyindeki elde edilen yüksek sıcaklıkla ve geçirgen tabandan devamlı hava emilerek sağlanan bir ortamda yapılmaktadır. Sinterleme sonunda toz demir cevheri ısı ve oksidasyon etkisiyle ısıl sertleşmeye uğrar ve blok parça duruma getirilmiş olur. Demir cevherlerinin sinterlenmesinde başlıca üç amaç vardır. 89 90 15

1. Fazla tozlu cevherlerin tozlarının aglomera edilerek yüksek fırında kullanılabilir hale getirmek, 2. Demir cevherinde mevcut olan kükürdü oksit hale dönüştürmek ve kükürt miktarını azaltmak, 3. Yüksek fırın çalışma şartlarında kullanılabilecek ve indirgenme kabiliyeti yüksek, mukavemetli, ufalanmaya dayanıklı şarj malzemesi elde etmek suretiyle üretim verimini artırmak ve işletme arızalarını en aza indirmek. Dünya da yüksek fırın şarjının % 50 si sinter, kalanı ise parça cevher ve pelet olarak yüklenir. Avrupa da bu oran % 70 sinter, % 16 pelet % 14 parça cevher şeklindedir. 91 92 ERDEMİR de 93 94 Sinterleme sonrası yüksek fırında kullanılan şarj malzemesinin sağladığı faydaları şu şekilde sıralayabiliriz: a. Toz cevherler ve kükürt oranı yüksek olan cevherler yüksek fırında kullanılmaya uygun hale getirilmiş olurlar, b. Yüksek fırında pik demir üretimi için kullanılan kok kömürünün miktarı azalır, c. Üretim sırasında ortaya çıkan cüruf miktarı azalır, d. Yüksek fırının üretim verimi artar. 95 96 16

97 98 Sinterleme işlemi ile yapılan topaklama sonucunda büyük sert gözenekli parçalar elde edilir. Sinterleme; kısmi ergime metodu ile ufak parçaların temas yüzeylerinden birbirine yapışmaları, Yeniden kristalleşme ile difüzyon bağlarının oluşması ve parçaların erimeden birbirine yapışmalarını sağlayan hematit ve magnetit kristalinin büyümesi işlemidir. 99 100 Bütün bu işlemler toz cevherlerle karıştırılmış olan kok tozunun yanması sırasında meydana gelir. Karbonun tamamıyla yanmasından dolayı 1300 1450 ºC sıcaklık kolaylıkla elde edilir. Bu süreç sabit yâda hareketli sinter makinelerinde uygulanabilir. Karışımı şarj etmeden önce ızgaraların üzerine 5 cm kalınlığında 10/+8 mm boyutlarında sinter serilir. Bunun amacı sinter karışımının ızgara açıklıklarından dökülmesinin önlenmesidir. 101 102 17

Kok tozunun yanması, karışımın üst yüzeyinde başlar. Sinter karışımı yüksek fırın baca tozu, elek altı malzemeler, kireçtaşı, dolomit gibi malzemeleri de ihtiva eder. Ortalama bir geçirgenlik sağlayabilmek için sinter karışımının ihtiva ettiği su miktarının % 5-20 arasında olması gerekmektedir. Çok yüksek su miktarı, yeniden çökelme sonucu topaklanmayı artırarak boşlukların dolmasıyla geçirgenliğin düşmesine sebep olur. 103 104 Uygun geçirgenlik ve ısı transferini sağlayabilmek için cevher boyutunun 10 mm yi, kok ve kireçtaşı boyutunun 3 mm'yi geçmemesi gerekir. Sabit yakıt oranında eğer kok boyutu çok büyükse bölgesel aşırı ısınma nedeniyle çok fazla sıvı oluşmasından dolayı yüksek fırında çok zor indirgenebilen fayalit oluşur. Aynı zamanda diğer bölgelerde uygun olmayan ısınmadan dolayı sinter bağ mukavemeti olumsuz yönde etkilenir, kireçtaşının kalsinasyonu tamamlanmaz. 105 106 Bu da, sinter mukavemetini ters yönde etkiler. Sinter, kimyasal ve fiziksel özelliklerinin ve kalitesinin düzgün olması açısından şarjı yapılmadan önce kireçtaşı ve kok, cevher ile düzgün olarak karıştırılmalıdır. Elde edilen sinterin % 65-70 i 12 mm lik boyutun üzerinde olabilmesi için ortalama kok oranı% 4 ile 8 arasında değişmelidir. Eklenen kireçtaşı miktarı istenen baziklik değerine göre değişir. Kireçtaşının sinterleme sırasındaki kalsinasyonu yüksek fırındaki kalsinasyon una göre daha az enerji sarfına neden olur. Kireç sinterin indirgenebilirliğini de büyük miktarda artırır. 107 108 18

Kireç, SiO 2 yi bağlayıp fayalit (FeO SiO 2 ) oluşumunu önlemektedir. Yüksek fırınlarda kullanılmaya elverişli bir sinter şu özelliklerde olmalıdır; Kimyasal kompozisyon Fayalit redüksiyonu zordur ve indirgenme verimini azaltır. 109 110 Elek analizi +50 mm max.%0-50mm+9.52mm max%70-9.52mm+6.35mm max%20-6.35mm max%10 Sinter Türleri 1. Asit sinterler: İçerisinde flaks malzemesi bulunmayan yada eklenmeyen sinterlerdir. 2. Flakslı sinterler: İçerisinde flaks bulunan yada sonradan flaks eklenen sinterlerdir. Tambur testi İki gruba ayrılırlar. +6.35mm max%75 111 112 Süper flakslı sinter: Bu tip sinterlerde istenen B / A yı sağlıyabilmek amacıyla karışıma ve cevherin asitliği dikkate alınarak ilave flaks eklenir. Kendinden flakslı sinter: Eğer cevherin içinde tabii olarak flaks mevcutsa bu tip cevherlere kendinden flakslı cevherler denir. Sinterlemenin Avantajları 1. Asit Sinter 1. Tozların sert, kuvvetli ve düzgün süngerimsi parçalar halinde toplanması iyi bir yatak geçirgenliği sağlar. Gerçekte gaz akışı, aynı boyutlarda olmasına rağmen büyük boşluklardan dolayı sinter yatağında, pelet yatağına göre daha fazladır. 2. Cevherdeki kükürt ve arseniğin (eğer mevcutsa) % 60-70 kadarı sinterleme boyunca atılır. 113 114 19

3. Rutubet ve diğer uçucular sinterleme hattında ucuz yakıt kullanılarak atılır. 4. Yumumuşama sıcaklığı artar ve yumuşama aralığı daralır. 2. Flakslı Sinter Yukardakilere ilaveten flakslı sinter şu avantajlara sahiptir. 1.Kireçtaşının fırın içindeki kalsinasyonu kok tüketimi açısından pahalıya mal olur. Kalsinasyon işleminin sinter hattında yapılması kok tasarrufu sağlar. 115 116 2. Kireç ilavesi viskoziteyi ve cüruf sıcaklığını düşüreceğinden dolayı daha az kok kullanılabilir. 3. Kireç, silikatın içindeki FeO nun aktivite katsayısını ve sinter indirgenebilirliğini arttırır. 4. Süper flakslanmış sinter fırın içinde çok fazla kok tasarrufu sağlar. 5. Sinterin içerisindeki kireç birincil (FeO-Al 2 O 3 -SiO 2 ) cürufunun erime sıcaklığının dengeli olmasını sağlar. Diğer durumda FeO ın indirgenmesi sırasında cürufun erime sıcaklığı artacaktır. 117 118 6. Flakslanmış sinterden oluşan birincil cürufun viskositesi, hem cevhere, hem de asit sinter yada peletlere göre daha düşüktür. Ayrıca cüruf daha düzgün erime sıcaklığı ve kompozisyona sahiptir. 7. Sinterleme hızı asit sinterlere göre daha fazladır. 8. Fırın üretimini pelet e göre daha çok artırır. İdeal yüksek fırın şarj malzemesidir. Çünkü en iyi yüksek sıcaklık, gaz geçirgenliğine sahiptir. 119 120 20