ÇELİK ÜRETİMİ

ÇELİK ÜRETİMİ
Bazik Oksijen Fırını (BOF)
• Çelik
üretimindeki
ilk
modern
anlamdaki uygulamalar 1850’lerdeki
Bessemer uygulamaları ile başlamıştır.
• İlk başta bu uygulamalarda kullanılan
konvertörlerin iç kısımlarında silika
refrakter tuğlalar kullanılmıştır.
• 1879’larda Thomas fırın içerisini
dolomitik tuğlalarla astarlayarak bazik
cüruf oluşumunu sağlamıştır.
• 1970’li
yıllarda
konvertörün
tabanından sıvı pik metale oksijen
üflenmesi bu uygulamada önemli bir
yenilik veya gelişme olarak tarihteki
yerini almıştır.
• Konvertörün alt kısmındaki birden
fazla tüyerden üflenen saf ve
basınçlı oksijenle konvertördeki sıvı
metalin etkili bir şekilde karışımı
ve buna bağlı olarakta homojen bir
dönüşümü sağlanabilmiştir.
• Yine1970’li
yıllarda
konvertörün
tabanında sıvı pik metal içerisine
karışım gaz gönderilmesi bu yöndeki
gelişmelerin en son aşamasıdır.
• Oksijenle
birlikte
konvertör
tabanından ortama sınırlı miktarda
azot veya argon gibi inert gazların
gönderilmesi
konvertör
içerisinde
etkili bir karıştırma sağlamıştır.
• Günümüzde konvertörün tabanından
oksijen üflenmesi 14-22 adet tüyerle
yapılmaktadır. Konvertöre
girişte
tüyerlerin dış kısımları hidrokarbon
sıvı ile soğutulmaktadır.
• Üflenen gazla birlikte toz halde
cüruf
yapıcı
CaO
de üflemesi
yapılabilmektedir.
• Bazik oksijen fırınlarının kapasiteleri tipik
olarak 250 ton kadardır. Bazik oksijen
fırınlarında çelik üretimi yaklaşık 15-20
dakikada gerçekleştirilmektedir.
Bazik Oksijen Fırınında (BOF) Çelik
Üretimi
• 1) Konverterin Şarjı
Bazik oksijen metodunda konverterin şarj
edilmesinde başlıca dört tip şarj kullanılır:
1) değişik hurda - değişik sıvı pik şarjı
2) değişik cevher - değişik sıvı pik
3) sabit hurda - sabit sıvı pik - değişik cevher
4) Sabit hurda - değişik sıvı pik - değişik
cevher.
• Bununla birlikte bazik oksijen fırınlarında, genellikle % 70-80
oranında yüksek fırından gelen sıvı metal (sıvı pik) ile kalan kısmını
çelik hurdası, kireçtaşı, dolomit ve deoksidantların oluşturduğu şarj
kullanılır.
2) İşletme Methodu
 Bazik oksijen fırını yaklaşık
olarak 45 derece eğimli iken
içerisine
doğru
hesaplanan
miktar
kadar hurda malzeme
yüklenir.
 Daha sonra hemen üzerine sıvı
pik metal ilavesi yapılır.
 Konverter dikey duruma getirilir
ve oksijen borusu sıvı şarjın
üzerine
daha
önce
tespit
edilmiş bir mesafeye kadar
indirilir.
 Banyo ile oksijen borusu
arasındaki mesafe 150 cm. dan
250 cm. ye kadar değişebilir.
• Oksijen verilmeye başlandıktan hemen
sonra üst kattaki bir silo sisteminden
belirli miktarlarda kireç (CaO),
fuluşpat (CaF2), dolamit, kolemanit ve
tufal (FeO) gibi cüruf yapıcı katkı
maddeleri fırına ilave edilir.
• Kireç sıcak pik demir içindeki Si ve P
gibi istenmeyen elemanlarla birleşerek
cürufu meydana getirir.
• Oksijenin
kısmen
kimyasal
ve
kısmen banyoyu karıştırıcı etkisi
vardır.
• Basınçlı oksijen banyoyu şiddetle
karıştırdığından tasfiye reaksiyonları
hızlanır.
• Oksijen sıvı şarjın yüzeyine çarpar
çarpmaz demir oksidin oluşumuna
sebep olan reaksiyonları başlatır.
Önemi en fazla olan reaksiyonlar C, Si, Mn, P, S ve oksijenin reaksiyonlarıdır.
3) Cürufun kontrolü
 Bazik oksijen fırınlarında kireç miktarı hesaplanır, çeliğin içinde
kalan S ve P miktarının kabul sınırlarının altında olması için yeterli
kireç ilâvesi yapılır.
 İstenilen döküm sıcaklığına ve karbon yüzdesine erişildiğinde fırın
döküm tarafına eğilir ve metal, döküm deliğinden potaya alınır.
 Yapılacak çelik cinsine göre hesaplanan ilâve maddeleri, alaşımlar
(ferro manganez, ferro-silisyum, alüminyum v.s.) ve kok potaya, bakır,
nikel ve molibden ise fırına ilâve edilir.
 Döküm bittikten sonra fırın ters tarafa döndürülerek cüruf alınır.
4) Şekillendirme
• Bazik oksijen fırını ürünü olan
çeliğin 1537-1650 °C kimyasal
analizi yapıldıktan sonra ya ikinci
bir
arıtma
işlemine
yada
doğrudan sürekli döküm ünitelerine
gönderilmektedirler.
• Burada,
yani
sürekli
döküm
ünitelerinde katılaşan çelik, yarı
bitmiş halde kare, dikdörtgen veya
plaka seklindeki kütükler haline
getirilirler.
• Tipik olarak bir BOF’a yüklenen sıvı metal (pik demir)
ve fırından alınan çeliğin kimyasal kompozisyonu ve
sıcaklık değerleri tabloda görülmektedir.
Bazik Oksijen Fırınına Yüklenen Hammaddeler
1) Sıvı Pik Demir : Sıvı haldeki pik demir yüksek fırından bazik oksijen
fırınlarına torpidolarla taşınır yaklaşık % 4,3 oranında karbon, %1 veya
daha az Si içerir.
2) Hurda: Bazik oksijen fırınına katılan hammaddenin yaklaşık % 25-30' nu
hurda malzeme oluşturmaktadır. Hurdalarda % Cu, Sn, Ni, Cr, ve Mo
oranlarının toplamının % 0,13 değerini geçmemesi gerekmektedir. Aksi
halde bu elementler oksitlenerek ortamdan atılamazlar.
3) Cüruf Yapıcı : Cüruf yapıcıların iki önemli amacı vardır. (Kireç ve
dolomit)
• İlk olarak sıvı pik metalden oksitlenerek ortaya çıkan SiO 'i bağlarlar.
• Oluşan cüruf sıcak sıvı metaldeki kükürt ve fosforu absorbe eder.
4) Alaşım Elementi : Alaşım elementi ihtiyacı için kullanılırlar. Oksitlenip
zarara uğramamaları için direkt olarak metal şeklinde ilave edilmezler.
Kütle halinde içerisinde sıvı çelik bulunan potalara eklenir.
Elektrik ark ocaklarında çelik üretimi
• Bazik oksijen fırınlarından farklı olarak, Elektrik ark ocaklarında sıvı pik metal yerine hurda kullanılır.
• Hurda çelik elektrik ark ocağına üstten vinçle boşaltılır, ardından ocağın kapağı örtülür.
Bu kapak ark ocağına indirilen üç tane elektrot için boşluk içerir.Bu kapak üzerinde bulunan sistemde fırın içerisine
inip kalkabilen grafit elektrotlar bulunmaktadır.
Vincin hurdayı Ark Ocağı’na şarj etmesi sırasında çekilen fotoğraflar
Hurda şarjı
Ergitme
Döküm Alma
Pota Fırını
Sürekli Döküm
Kesme
Şarj
Tekrar Isıtma
Paketleme
Haddeleme
Soğutma
Bağlama
Elektrotlar
Çatı (kaldırılabilir)
Dökme ağzı
Refrakter kaplama
Çeliği
dökmek
için eğme
Metali
dökmek
içinyönü
eğme
Cüruf deliği
Erimiş çelik
Devirme mekanizması
Çelik üretimi için elektrik ark ocağı
yönü
• Elektrotlara verilen akım ile geçen
elektrik bir ark oluşturur ve açığa çıkan
ısı hurdayı eritir.
• Metal ergimiş durumdayken bazik
oksijen fırınlarında olduğu gibi çeliği
saflaştırmak için fırın içerisine oksijen
üflenebilir.
Bu işlemde kullanılan
elektrik miktarı 100.000 kişilik bir şehrin
ihtiyacını
karşılayacak
miktarı
aşabilmektedir.
• Hemen sonra ark ocağı diğer yana
yatırılıp (45°) erimiş çelik bir potaya
aktarılır.
• Buradan çelik ya pota metalurjisi
işlemine tabii tutulur yada sürekli döküm
ünitesine gönderilir.
• Bazik Oksijen Fırını (BOF) da oksijen metalin içine enjekte edilir ve orada çözünür.
• EAO’da, oksitleyici şartlar cüruf fazıyla sağlanır.
• Oksitleyici bir cüruf yapılır (yüksek oranda demir oksit içerir) ve oksijen metale
cüruf-metal ara yüzeyinden transfer olur.
• Elektrik arkı kullanılarak yüksek sıcaklıklar elde edilir ve bu da metal katılaşması
olmaksızın önemli miktarlarda alaşım elementleri ilavesini mümkün kılar.
• Kükürt giderilmesi ise redükleyici şartlarda sağlanır.
• Ergitme işlemi esnasında elde edilecek çelikte gerekli kimyasal kompozisyonu
sağlayacak şekilde diğer demir esaslı metaller (ferro-alaşımlar) ilave edilir.
• Ayrıca yapıdaki demir dışı atıkları bağlayarak cüruf oluşturacak katkı maddeleri
(flakslar) ilave edilir.
• Kimyasal kompozisyonun kontrolü için örnekler alındıktan sonra ark ocağı yana
yatırılıp (18°) erimiş çeliğin üzerinde yüzen cüruf dökülür.
• Hemen sonra ark ocağı diğer yana yatırılıp (45°) erimiş çelik bir potaya aktarılır.
• Buradan çelik ya pota metalurjisi işlemine tabii tutulur yada sürekli döküm ünitesine
gönderilir.
• Bu gün modern elektrik ark ocaklarında her ergitmede 200 tonlara varan çelik
üretilebilirken bu işlem için gerekli süre yaklaşık 40-55 dakika kadardır.
• Bu metot elektriğin ucuz ve bol olduğu ülkelerde daha fazla tercih edilen bir
metottur.
• Ülkemizde elektrik pahalı olmasına rağmen, çelik üretimimizin %70’i ark
ocaklarında gerçekleştirilmektedir.
• Çeliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş ise sıvı çelik banyosundaki
oksitleri almak ve oksijen seviyesini minimuma indirmek için
banyoya, deoksidanlar ilave edilerek deoksidasyon yapılır. Al en
ucuz ve bol olduğu için tercih edilir.
• Son olarak sıcaklık ve bileşim kontrolü yapıldıktan sonra güç
düşürülür ve gerekirse bazı ilaveler yapıldıktan sonra, yeterli
sıcaklığa ulaşılmışsa döküm alınır. Genel kural olarak çeliğin
ergime sıcaklığının 100oC üzerinde bir sıcaklıkta döküm alınır.
İndüksiyon Ocakları
• İndüksiyon ocaklarında, metal
içinde manyetik alan oluşturmak
için bir bobinden geçen
alternatif akım kullanır.
• İndüklenen akım, hızlı ısıtma ve
eritme sağlar.
• Elektromanyetik kuvvet alanı,
ayrıca sıvı metalde karıştırma
etkisi oluşturur.
• Metal, ısıtıcı elemanlarla temas
halinde olmadığından, yüksek
kalitede ve saflıkta erimiş
metaller üretmek için ortam iyi
bir şekilde kontrol edilebilir.
İKİNCİ AŞAMA ÇELİK ÜRETİM İŞLEMLERİ
(Sekonder Metalurji, Pota Metalurjisi)
• Çelik üretimi ile döküm arasında yer alan kritik bir aşamadır ve ayrı bir
istasyonda uygulanan son çelik yapım işlemlerini kapsar.
• Fırında yapılan normal alaşımlama veya döküm alma sırasında potada
yapılan alaşımlama işlemleri pota metalurjisi kapsamında sayılmaz.
• Arzu edilen çelikteki kimyasal kompozisyonu sağlamak ve müşteri taleplerini
karşılamak üzere çelikteki bazı elementlerin giderilmesi bazılarının ise
ortama ilave edilmesi gerekmektedir.
• Çelik içinde bulunan zararlı empüriteler kükürt, fosfor, oksijen, hidrojen ve
azottur.
• Bunlar (S ,P ,O, N ve H) demir kafesi içinde ara yerlere
yerleştiğinden arayer atomları adı ile de bilinir.
• Bu empüritelerin çelik üzerindeki en önemli etkileri süneklik,
darbe dayanımı ve korozyon direncini düşürmeleridir.
• Oksijen ve kükürt ayrıca çelik içinde bulunan ve inklüzyon
olarak bilinen metalik olmayan taneciklerin de kaynağıdır.
• Bu kalıntılar (inklüzyonlar) da çelik özellikleri üzerinde zararlı
olduğundan mümkün olduğunca çelik içinden uzaklaştırılması
gerekir.
Pota Metalurjisinde Yapılan İşlemler
•
•
•
•
Deoksidasyon (oksijen giderme)
Dekarbürizasyon (karbon giderme)
Desülfürizasyon (kükürt giderme)
Azot Giderme
SÜREKLİ DÖKÜM