İKİZ MERDANELİ SÜREKLİ DÖKÜM TEKNİĞİNDE DİKEY ÇİFT FİLTRE PRATİĞİNİN İNCELENMESİ Melih UMAR Teknik Alüminyum San. A.Ş., İstanbul melih.umar@teknikaluminyum.com.tr ÖZET Alüminyum sıvı metalin filtrelenmesinde yaygın olarak yatay şekilde yolluk üzerindeki bir filtre kutusunda bulunan seramik köpük filtreler kullanılmaktadır. Bu çalışma seramik köpük filtrenin uygulanma şekline yönelik yapılmıştır. Teknik Alüminyum A.Ş. nin Avcılar fabrikasında ikiz merdaneli sürekli levha döküm hatları tutma fırınlarından sonra bulunan düşey ikili filtre kullanılarak yapılan filtrasyon işlemi ve işlemin sonuçları anlatılmıştır. Anahtar Kelimeler: İkiz Merdaneli Sürekli Döküm, Seramik Köpük Filtre, Dikey filtreleme, Alüminyum INVESTIGATION OF VERTICAL DOUBLE FILTER PRACTICE IN TWINN ROLL CASTING ABSTRACT In the filtration of liquid aluminum, ceramic foam filters with horizontal positioning in the fitler box is widely used compared to the vertical positioningof the filters. In this study vertical filter application after the holding furnaces of on twin roll casters in Teknik Aluminyum s Avcılar plant are investigated according to their ease of change during the casting operation and their filtration efficiency. Keywords: Twinn roll Casting, Ceramic Foam Filter, Vertical Filtration, Aluminium 1.GİRİŞ Alüminyum levha üretiminde iki ana yöntem mevcuttur. Bu yöntemlerden birincisi DC döküm yöntemi ile üretilen slabları önce sıcak hadde sonrasında da soğuk hadde prosesleri ile levha üretimidir. Diğer yöntem ise Teknik Alüminyum A.Ş. nin de levha üretiminde kullandığı İkiz Merdaneli Sürekli Döküm yöntemidir. İkiz merdaneli sürekli döküm yöntemin müşteri taleplerine uygun şekilde daha küçük miktarlarında üretime imkan sağlamaktadır. İkiz Merdaneli Sürekli Döküm yöntemi ile üretilen Alüminyum levhaların önemi giderek artmaktadır. İkiz Merdaneli Sürekli Döküm teknolojisinde yapılan filtrasyon işleminin amacı sıvı metal içindeki istenmeyen emprütelerin uzaklaştırılarak katılaşacak metalin homojen alaşım yapısını korumaktır. Çünkü sıvı metal içindeki safsızlıklar katılaşma sırasında metalin tane boyutunda belirli bölgelerde birikmeler yaparak dökümden sonraki üretim proseslerinde istenmeyen yüzey hatalarına dolayısı ile kalite problemlerine neden olabilecektir. Sürekli döküm
teknolojisinde seramik köpük filtre kullanılarak filtrasyon işlemi uygulanmaktadır. Kullanılan seramik köpük filtre tıkanıncaya kadar değiştirilmemektedir. Seramik köpük filtre tıkandığı zaman döküm prosesi durdurularak tıkanan filtre değiştirilmek zorundadır. Tıkanan filtrenin değiştirilmesi sonrasında yeniden döküm işlemine başlanması sırasındaki maliyetler ve prosesteki verim kayıpları göz önüne alındığı zaman seramik köpük filtre değişiminden kaynaklanan ek maliyetlerin ilk olarak azaltılması sonrasında da ortadan kaldırılması, filtre değişim işleminin operasyonel olarak geliştirilmesi gerektiğine karar verilmiştir. 2. FİLTRELEME SİSTEMLERİ Seramik köpük filtreler boyutlarına göre ve sahip oldukları geçirgenlik derecelerine göre sınıflandırılmaktadırlar. Sıvı metal içindeki safsızlıkların tamamen ortadan kaldırılması için çeşitli tasarımlarda seramik köpük filtreler kullanılmaktadır. Şekil 1 de sıvı metal filtrasyon işleminde kullanılan bir seramik köpük filtre, Şekil 2 de ise seramik köpük filtrenin (Şekil 1 de ki seramik köpük filtre) yatay olarak konumlandırılarak, sıvı metal altından filtrasyon işlemi için dizayn edilen filtre kutusu sisteminin resimleri verilmiştir. Şekil 1. Seramik köpük filtre. Şekil 2. Sıvı metal altı filtreleme. Şekil 2 deki tasarımda seramik köpük filtre haznenin alt kısmına yerleştirildikten sonra döküm işlemi başlatılabilmektedir. Bu tasarımda üretime geçildikten sonra seramik köpük filtrenin tıkanması durumunda; iki çözüm yöntemi uygulanmaktadır. Birinci durumda, hattı kapatarak gerekli filtre değişiminin yapılıp döküm işlemine yeniden başlanmasıdır. İkinci durum ise; uygun bir aparat ile seramik köpük filtrenin delinerek sıvı metal akışının sağlanmasıdır. Birinci durum düşünüldüğü zaman; filtreleme ömrü verimsiz periyotlarda yeni döküm alınması gerektiği için bu durum operasyonel maliyetler göz önüne
alındığında tercih edilen bir yöntem olmayacaktır. İkinci durum düşünüldüğü zaman ise; kırılan filtre sonrası üretilen malzeme döküm prosesi sonrasındaki proseslerde ortaya çıkacak birçok soruna neden olabilecektir. Bu problemleri ortadan kaldırmak için çift filtreleme sistemleri kullanılmaktadır. Şekil 3 te bir çift filtreleme sisteminin resmi verilmiştir. Şekil 3. Çift filtreleme sistemi. Şekil 3 teki sistemde bir taraftan yapılan besleme sonrası filtre tıkandığı zaman, ikinci yolluk devreye alınabilmekte ve kesintisiz şeklide döküm işlemine devam edilebilmektedir. Ancak bu yönteminde kullanım ve bakım zorlukları olmasından dolayı filtreleme işlemini daha etkili hale getirmek, yukarıda anlatılan zorlukları ortadan kaldırabilmek ve operasyonel maliyetleri düşürebilmek için çeşitli tasarım çalışmaları yapılmıştır. 3. DİKEY ÇİFT FİLTRELEME SİSTEMİ Teknik Alüminyum da filtreleme sistemleri hakkında yapılan araştırmalar ve tasarım çalışmalarından sonra iki adet seramik köpük filtrenin belli bir açıda dikey olarak konumlandırıldığı filtre kutusu ve filtreleme sisteminin tasarımı ortaya çıkmıştır. Şekil 4 te Teknik Alüminyum da tasarımı ve imalatı yapılmış dikey çift seramik köpük filtreye sahip filtre kutusunun resmi verilmiştir. Şekil 4. Dikey çift filtre sistemi Dikey çift filtreleme sisteminde seramik köpük filtreler yapılan çalışmalar sonucunda yukarıdaki şekildeki gibi konumlandırılmıştır. Şekil 5 te tasarımı tamamlanmış ve imalatı
yapılmış, yolluk hattı üzerine montajı yapılmış dikey çift filtre sisteminin resmi verilmiştir. Şekil 5. Teknik Alüminyum da kullanılan dikey çift filtreleme sistemi Yapılan tasarımla birkaç avantajı aynı anda elde edilmiştir. Bunlardan birincisi; zahmetsizce filtre değişimi yapılabilmektedir. İkincisi; kullanılan bu tasarım sonucu seramik köpük filtre değişimi operasyonel hiçbir ek maliyet getirmemektedir. Üçüncüsü; bu üretim yöntemlerinde sıklıkla görülen delik, empürite topaklanması olarak adlandırılan yüzey hataları ortadan kaldırılmıştır. 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Dikey filtreleme sisteminin yaptığı filtrasyon işleminin ölçülebilmesi için AA1060 alaşımı malzemenin döküm üretimi sırasında dikey filtre sisteminin filtre kutusundan AluSpeed cihazı ile numuneler alınmıştır. AluSpeed cihazı ile sıvı ile 0 atmosfer basınç altında numune içinde hidrojen gazının miktarı, numune içindeki metalik olmayan kirlilikler ve ölçüm yapılan numunenin yoğunluğunu da belirlemek için kullanılmaktadır. numuneler üzerinde cüruf adı verilen bir yapı oluşturulmaktadır. AluSpeed ile yapılan testte; cihazın haznesine konulan sıvı metal 0 atmosfer basınçta soğumaya bırakılır iken soğuma esnasında sıvı metalin içerdiği kirlilik oranına bağlı olarak üst kısımda mantar şeklinde cüruf oluşturulmaktadır. Dikey filtre sisteminin girişinde (filtre öncesi), 1. Filtre sonrası ve 2. Filtre sonrasından numuneler alınmıştır. Alınan numunelerin resimleri sırası ile Şekil 6, 7 ve 8 de verilmiştir.
Şekil 6. Dikey filtre sistemi girişinden (filtre öncesi) alınan numuneler Şekil 7. 1.fitre sonrasından alınan numuneler Şekil 8. 2. filtre sonrasından alınan numuneler Sonrasında alınan numunelerin tabanından yukarıya doğru (Şekil 9) 30 mm işaretlenerek kesilmiştir. Kesilen üst kısımlar tekrar ergitilerek içerdiği Alüminyum miktarının belirlenebilmesi için spektral cihazında test edilmiştir. Şekil 10 da kesilmek için hazırlanan numunelerin resimleri verilmiştir.
Şekil 9. Numune ölçülendirme Şekil 10. Kesilmek için hazırlanmış numuneler Yapılan testte; AA1060 alaşımı için yapılan kirlilik testinde mantar şeklinin oluştuğu bölge daha az Alüminyum içeriğine sahip olduğu için belirli ölçülerde kesilen üst kısımların tekrar ergitilip spektral analiz numuneleri alınıp iki kez yapılan filtreleme sonrasında ne kadar temiz, filtre edilmiş bir metal elde edildiğinin belirlenmesidir. Spectro marka cihazda yapılan spektral analiz test sonuçları Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. Numunelerin kesilen bölümlerinin içerdikleri % Alüminyum miktarları NUMUNE % Al İÇERİĞİ Filtre öncesi 99,605 1. Filtre sonrası 99,621 2. Filtre sonrası 99,635 Spektral analiz test sonuçları da göstermiştir ki; dikey çift filtre uygulaması, sıvı Alüminyum un filtre edilmesinde oldukça homojen ve emprütelerden mümkün olabilecek en üst sınırlarda arındırılmış bir sıvı metal elde etmemizi sağlamaktadır.
5. SONUÇLAR Teknik Alüminyum da tasarlanan ve imal edilen Dikey çift filtreleme sistemi ile seramik köpük filtre tıkanmasından kaynaklanan; kalite problemlerinin önüne geçilmiş, üretim verimliliği arttırılmıştır. KAYNAKLAR 1. Method for In Line Degassing and Filtration Molten Metal, John C. Yarwood, James E. Dore, K. Preuss, U.S. Patent Agent, Patent Number: 4,052,198 2. Measurement of Filtration Performance, Filtration Theory and Practical Applications of Ceramic Foam, Steven Ray, Brian Milligan, Neil Keegan, Aluminium Cast House Technology 2005. 3. Improving Performance in Continuous Casting, Pyrotek Inc. 4. Dual Stage Ceramic Foam Filtration System and Method, Leonard S Aubrey, Clifton L. Oliver, Bruce T. Macphail, U.S. Patent Agent, Patent Number: 5,673,902