Çelik Üretim Metotları Elektrik ark ocaklarında çelik üretimi Ark Tipine Göre Sınıflandırma B ...

19 Pages·2016·3.27 MB·Turkish

4/22/2016
Çelik Üretim Metotları Elektrik ark ocaklarında çelik üretimi
(cid:1) Günümüzde çelik üretiminde kullanılmakta olan iki farklı
modernyöntemdenbirientegredemirçeliktesislerinde
-Bessemer–Thomas çelik üretim metodu BOF’larında ve diğeri yarı entegre demir çelik üretimi
olanelektrikarkocaklarındaçeliküretimidir.
- Siemens-Martin çelik üretim metodu
(cid:1) Elektrikarkocağıdemirçeliküretimindebiralternatiftir.
Bazik oksijen konvertörlerinde çelik
-
(cid:1) Elektrik ark ocakları özel kalite çeliklerin (alaşımlı) ve
üretimi
sade karbonlu (örneğin inşaat sanayiinde kullanılan
yapısalürünler)çeliklerinüretimindekullanılmaktadır.
Elektrik ark ocaklarında çelik üretimi
-
(cid:1) Bazik oksijen fırınlarından farklı olarak, Elektrik ark
ocaklarındasıvıpikmetalyerinehurdakullanılır.
11 22
Çelik üretiminde Elektrik ark fırını
Elektrotlar
kullanımını sağlayan faktörler:
Çatı (kaldırılabilir)
(cid:1) –Elektrik enerjisi üretim ve temininin artması,
–Elektrot üretim ve kalitelerinin geliştirilmesi,
Dökme ağzı
–Elektrik kontrol sistemlerindeki gelişmeler, Refrakter kaplama ÇMeeliğtai dliö dkmöekkm içeink
Cüruf deliği eiçğimne e yğömnüe yönü
–Refrakter malzeme cinsi ve kalitesindeki Erimiş çelik
gelişmeler Devirme mekanizması
–Mekanik, hidrolik, elektronikdeki gelişmeler
olarak sıralanabilir.
Çelik üretimi için elektrik ark ocağı
3 44
EAF’DA ÇELİK ÜRETİMİNİN Ark Tipine Göre Sınıflandırma
PRENSİPLERİ
A)Direkt Ark
•Gelenekselelektrikarkfırınları (cid:1) (Endüstride en yaygın
kullanılanlar, hızlı ergitme, yüksek
(cid:1)Alternatif akımlı, direkt arklı, 3 elektrodlu, kapasite).
daireselkesitligövdevekapaktanoluşur.
• Elektrodlar ile haznedeki metal arasında B)Endirekt Ark
yüksek akım yoğunluğu ile ark meydana
gelir ve yüksek sıcaklık elde edilir (ark (cid:1) (Küçük boyutlu,demirdışı metal
bölgesinde3200⁰C) ergitme)
5 6
1
4/22/2016
(cid:1) Hurdaçelikelektrikarkocağınaüsttenvinçleboşaltılır,ardındanocağın
kapağıörtülür.
(cid:1) Bukapakarkocağınaindirilenüçtaneelektrotiçinboşlukiçerir.
(cid:1)Bu kapak
üzerinde
bulunan
sistemde fırın
içerisine inip
kalkabilen
grafit elektrotlar
bulunmaktadır.
Vincin hurdayı Ark Ocağı’na şarj etmesi sırasında çekilen fotoğraflar
77 88
Kullanılan hurda dışındaki diğer
hammaddeler, hurda şarjından sonra
gerekli kademelerde ve belli oranlarda ilave
edilirler.
99 10
(cid:1) Metal ergimiş durumdayken bazik
(cid:1)Ocağa gerekli ilaveler genellikle oksijen fırınlarında olduğu gibi çeliği
cüruf kapısından yapılır.
saflaştırmak için fırın içerisine oksijen
üflenebilir.
(cid:1)Elektrotlara verilen akım ile geçen
elektrik bir ark oluşturur ve açığa
çıkan ısı hurdayı eritir. (cid:1) Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı
100.000 kişilik bir şehrin ihtiyacını
karşılayacak miktarı aşabilmektedir.
1111 1122
2
4/22/2016
(cid:1) Bazik Oksijen Fırını (BOF)’da oksijen (cid:1) Ergitme işlemi esnasında elde edilecek çelikte
metalin içine enjekte edilir ve orada gerekli kimyasal kompozisyonu sağlayacak
çözünür. şekilde diğer demir esaslı metaller (ferro-
alaşımlar)ilaveedilir.
(cid:1) EAO’da, oksitleyici şartlar cüruf fazıyla
sağlanır. (cid:1) Ayrıca yapıdaki demir dışı atıkları bağlayarak
cüruf oluşturacak katkı maddeleri (flakslar) ilave
(cid:1) Oksitleyici bir cüruf yapılır (yüksek oranda edilir.
demir oksit içerir) ve oksijen metale cüruf-
metal arayüzeyinden transfer olur.
(cid:1) Kimyasal kompozisyonun kontrolü için
örnekler alındıktan sonra ark ocağı yana
(cid:1) Kükürt giderilmesi ise redükleyici yatırılıp (18°) erimiş çeliğin üzerinde yüzen
şartlarda sağlanır. cürufdökülür.
1133 1144
Hemen sonra ark ocağı diğer yana yatırılıp (cid:1) Buradan çelik ya pota metalurjisi işlemine
tabii tutulur yada sürekli döküm ünitesine
(45°)erimişçelikbirpotayaaktarılır. gönderilir.
15 1166
(cid:1) Bu gün modern elektrik ark ocaklarında her
ergitmede 200 tonlara varan çelik üretilebilirken
bu işlem için gerekli süre yaklaşık 40-55 dakika
kadardır.
(cid:1) Bumetot elektriğinucuzvebololduğuülkelerde
dahafazlatercihedilenbirmetottur.
(cid:1) Ülkemizde elektrik pahalı olmasına rağmen,
çeliküretimimizinyaklaşık%70’iarkocaklarında
gerçekleştirilmektedir.
17 1188
3
4/22/2016
(cid:1) Özel Kalite Çelikler: Pek çok alaşımlı ve ASİDİK VE BAZİK
özel kalite çelik alaşım elementlerinin çeliğe
ELEKTRİK ARK OCAKLARI
ilave edilmesiyle elektrik ark ocaklarında
üretilmektedir.
(cid:1) Elektrik ark fırınları geleneksel astarlama pratiğine
göreasitvebazikolmaküzereikiyeayrılabilir.
(cid:1) Bu çeliklerin en yaygın olarak bilinenleri
(cid:1) Asidik elektrik ark fırınlarında asit cürufla
paslanmazçeliklervetakımçelikleridir. çalışılarak tam ve kısmi oksidasyon yöntemleri ile
çeliküretimiyapılabilir.
(cid:1) Örneğin paslanmaz çeliklerde korozyon (cid:1) Bu tip fırınlarda cüruf tipi dolayısı ile fosfor ve
direnci oluşturmak için çelik içerisine belli kükürt gidermek mümkün olmadığından
oranlardakromvenikelilavesiyapılmaktadır. hammaddelerin seçilmiş olarak kullanılması
zorunluluğuvardır.
1199 2200
(cid:1)Bazik astarlanmış fırınlarda (cid:1) Çift cüruf yönteminde ergitme ve
bazik cüruflarla çalışıldığından, arıtma olarak iki kademe vardır.
özellikle elektrik ark fırınlarında
oksitleyici ve redükleyici çift (cid:2)Ergitme kademesinde şarjı kolayca
ergitebilmek için şarja oksijen üflenir.
cüruf uygulaması rahatlıkla
yapılabilir.
(cid:1) Bu kademede yüksek güçle çalışılır.
(cid:1)Böylece P ve S giderilmesi (cid:1) Ergitmenin tamamlanmasıyla güç
mümkündür. düşürülür.
2211 22
(cid:2)Arıtma kademesinde ise iki ayrı (cid:1)Bu arada silisyum, mangan,
periyot vardır: oksidasyon ve
fosfor ve demir gibi bazı
redüksiyon periyotları.
elementlerde kısmen oksidasyona
uğrarlar ve banyodaki karbonda
(cid:1) Oksidasyon periyodunda çelik biraz azalır.
banyosu içinde istenmeyen bazı
elementler oksit halinde cürufa (cid:1)Sıvı metal banyosu oluşur oluşmaz
geçirilerek banyo arıtılır. cüruf çekilerek fosfor tasfiyesi
yapılır.
2233 2244
4
4/22/2016
(cid:1) Redüksiyon periyodunda ise metal banyo (cid:1) Böylece cürufta kükürtlü bileşikler halinde
sıcaklığıartırılırvekükürttasfiyesiyapılarak, toplanan kükürt, periyot sonunda cüruf
gerekli ilavelerle (yanmış kireç, CaO) çelik
çekmeişlemiilebanyodanuzaklaştırılır.
istenenbileşime getirilir.
(cid:1) Bu kademede sıksıksıcaklıkölçümü yapılır
(cid:1) En iyi kükürt tasfiyesi ve cürufun
ve ocaktan numune alınarak bileşim kontrol
akışkanlığının maksimum olabilmesi için
baziklikoranı(CaO/SiO )2,5olmalıdır. altındatutulur.
2
(cid:1) Bu nedenle bu periyotta bol miktarda kireç (cid:1) Eksik olan element ilave edilir, fazla olan
kullanılarak hem baziklik oranı arttırılır, hem elementlerinisetasfiyesineçalışır.
dedahaiyikükürttasfiyesisağlanır.
2255 2266
(cid:1) Bazik astarlanmış ocaklarda; kapakta EAO’da Hammaddeler
krom-magnezit veya silika tuğla (son
Hurda
yıllarda yüksek alüminalı tuğlada
kullanılmaya başlanmıştır), tabanda ise (cid:1) Temelhammaddedir.
yüksek kaliteli şamot tuğla ve magnezit
tuğla döşenir, üstüne ise dolomitle (cid:1) Kirden,pastanveyağdanarındırılmışolmalıdır.
astarlamayapılır.
(cid:1) Yanıcıvepatlayıcımalzemebulundurmamalıdır.
(cid:1) Cüruf seviyesinin üzerinde ise krom (cid:1) Kimyasalbileşimiüretilecekçeliğeuygunolmalıdır.
-magnezitveyasilikatuğladöşenir.
(cid:1) Mümkünsehurdasınıflandırılmalıdır.
2277 2288
(cid:1) Dönen hurda; kimyasal analizi çok iyi (cid:1) Diğerhammaddelerise;
bilinen çelikhane, dökümhane,
–Cüruflaştırıcı: kireçtaşı ve fluşpat
haddehane gibi birimlerden gelen
–Tamir malzemesi: Dolomit ve magnezit,
yüksek kaliteli hurdalardır. –Alaşımlama ve deoksidasyon: Fe-Mn,
Fe-Si, Fe-Cr, Al, Ca-Si vb.
(cid:1) Piyasa hurdası ise; çok az kükürt – İlave malzemeler: Karbon vermek için kok
ve fosfor içeriği olan ve özellikle kömür tozu, ergitmeyi hızlandırmak için sıvı
oksijen, ayrıca karbon tasfiyesi için demir
otomobil kaportalarından gelen
cevheri(hematit)kullanılır.
hurdalardır.
2299 3300
5
4/22/2016
(cid:1) Çeliğin bileşimi istenen sınırlara gelmiş (cid:1) Son olarak sıcaklık ve bileşim kontrolü
yapıldıktan sonra güç düşürülür ve
ise sıvı çelik banyosundaki oksitleri
gerekirse bazı ilaveler yapıldıktan sonra,
almak ve oksijen seviyesini minimuma yeterli sıcaklığaulaşılmışsadökümalınır.
indirmek için banyoya deoksidanlar
ilave edilerek deoksidasyon yapılır. (cid:1) Döküm alma sıcaklığı çelik kalitesine ve
karbonmiktarınabağlıdır.
(cid:1) Al en ucuz ve bol olduğu için tercih (cid:1) Genel kural olarak çeliğin ergime
edilir. sıcaklığının 100oC üzerinde bir sıcaklıkta
dökümalınır.
3311 3322
BAZİK EAO PROSESİ (cid:2) BazikOksitleyiciCüruflar
(cid:1)Bazik EAO prosesinde, kireç (cid:1)Ergime sırasında sıvı banyo içine oksijen
atılarak kalsiyum silikat esaslı enjekte edilmekte ve bu sırada silisyum,
mangangibielementlerinyanındabirmiktar
cüruf oluşturulur.
demir’deoksitlenmektedir.
(cid:1)CaO/ SiO2 oranı genellikle 2,5- (cid:1) Eğer bazik cüruf içinde %FeO > %10 ise bu
4,5 arasındadır.
cürufaoksitleyicicürufdenilmektedir.
(cid:1) Bu cüruflar alüminyum ve ferro alaşımları
oksitlediğiiçinoksitleyicicürufdenilmektedir.
3333 3344
(cid:2)Bazik İndirgeyici Cüruflar EAO’ndaFosfor rafinasyonu
(cid:1) Çelik içinde bulunan fosfor, çeliğin
(cid:1) Bazik cüruf içinde uzama, darbe mukavemeti gibi fiziksel
özelliklerini olumsuz yönde etkiler, soğuk
% FeO + % MnO < %5 çekilebilirliğiazaltır.
ise bu tür cüruflara indirgeyici
(cid:1) Bu nedenle istenmeyen bir elementtir ve
çelik içindeki miktarı çeşitli çelik
cüruf denilmektedir.
cinslerinde değişmekle birlikte % 0,05 ile
sınırlanmıştır.
3355 3366
6
4/22/2016
(cid:1) Ancak hurda içinde daha fazla fosfor (cid:1) Ancakcürufabağlanabilmesiiçinkireceihtiyaç
bulunmaktadır.
vardırvegerçekrafinasyonreaksiyonu;
(cid:1)P, ergitme sırasında oksijen ile rafine edilir
vekireçiledecürufabağlanır. 2P+(5FeO)+3(CaO)=3CaO.P2O5+5Fe+ısı
(cid:1) Temel olarak fosfor rafinasyonu; şeklindedir.
2P + 5O = (P O ) + ısı T< 1570 oC
2 5 (cid:1) Cüruf içinde bol miktarda FeO ve CaO
eşitliği ile sağlanır. bulunmasıreaksiyonuhızlandırmaktadır.
3377 3388
Fosfor rafinasyonu için gerekli şartlar
özetlenecek olursa
(cid:2)Bazik cüruf (CaO/SiO >2,5)
2
gereklidir.
(cid:2)Oksitleyici cüruf (% FeO > 10)
gereklidir.
(cid:2)Bu şart oksijen enjeksiyonu ile
sağlanır ve banyo karbonu düşürülür.
3399 4400
Lance prior to slag formation and Foamy
slag formations during charcoal
injection (Courtesy of Sydney steel mill).
Schematic of slag foaming phenomenon
4411 4422
7
4/22/2016
Cürufu köpürtmenin faydaları;
(cid:2)Yan duvarlar boyunca ısı kaybını azaltır,
(cid:2)Ark dan metale ısı transferini artırır ve daha hızlı
ısı girişine imkan tanır,
(cid:2)Güç ve voltaj akışını azaltır,
(cid:2)Elektriksel ve duyulabilir gürültüyü azaltır,
(cid:2)%100’e kadar ark boyunu ısıl kayıp olmaksızın
artırabilir,
(cid:2)Elektrot ve refrakter aşınmasını azaltır.
(cid:2)Daha uzun süreli ark işlemine imkan tanır, elektrik
enerjisini artırmaya yardımcı olur.
4433 44
EAO’nda Kükürt Rafinasyonu
(cid:1) Kükürt çeliğin mekanik özelliklerini olumsuz yönde
etkileyen ve darbe mukavemetini azaltan zararlı bir
elementtir.
(cid:1) Bu nedenle çelik içinde istenmemektedir ve miktarı
sınırlanmıştır.
(cid:1) Kükürttasfiyesiaşağıdakieşitliklegerçekleşir:
(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)
4455 4466
(cid:1) Ancak sıvı banyo içinde FeO miktarının
yüksekliği S giderimini yavaşlatacak veya Elektrik ark ocaklarında genel
durduracaktır.
olarak çelik üretim maliyetleri
140–200 $/ton arasında
(cid:1) Bu nedenle banyodaki FeO’in C, Al, Si, Ca
gibi deoksidan maddelerle deokside edilmesi değişirken, entegre demir çelik
gerekmektedir.
tesislerinde çelik üretim
(cid:1) Belirtilen deoksidasyon ile birlikte S giderimi maliyeti (BOF) yaklaşık olarak
reaksiyonuşuşekildedir:
1000 $/ton civarındadır.
(FeS)+(CaO)+C+ısı=(CaS)+Fe+CO
4477 4488
8
4/22/2016
Yüksek FeO aşağıda belirtilen nedenler ile çelik yapım Dökümden döküme işlem adımları;
proseslerinde en fazla dikkat edilmesi gereken
konulardandır.
(cid:2)Fırına şarj yapmak
a)Düşükmetalikverim,
b)Yüksekrefrakteraşınması, (cid:2)Ergitmek
c)CxOsabitinindengekonumundançokuzakolması,
d) EAO’da ve eğer EAO’dan potaya curuf kaçırılıyor ise (cid:2)Rafinasyon
potada,yüksekyenidenoksitlemepotansiyeli,
e) EAO’ da ve potada Si, Mn, Al ve Ca verimliliğinde (cid:2)Cüruf alma
düşüklük,
f)Alaşımvekimyasalkompozisyonkontrolündegüçlük, (cid:2)Sıvı metalin alınması
g)Düşükkükürtgidermehızı,
h)Dahakirlibirçeliküretimi, (cid:2)Fırının dik konuma getirilmesi
i) Yüksek yeniden oksitleme potansiyeli nedeni ile çelikte
gazboşluğuolasılığı,
49 5500
5511 52
İndüksiyon Ocakları’nda çelik
üretimi
(cid:1) Son yıllarda dünyada indüksiyon ocaklarıyla çelik
üretim teknolojisi oldukça yaygın bir hale
gelmektedir.
(cid:1) İndüksiyon ocaklarıyla çelik üretim teknoloji
sistemiyle çelik üretimi ilk önce Hindistan’da
başlamıştır.
(cid:1) Hindistan çelik üretiminin % 30’u indüksiyon
ocaklarıylaçeliküretimteknolojisiyle yapılmaktadır.
53 5544
9
4/22/2016
(cid:1) İndüksiyon ocaklarında, metal içinde Endüksiyon Fırını Çeşitleri
manyetik alan oluşturmak için bir
bobinden geçen alternatif akım
(cid:1) A) Çekirdeksiz Tip Endüksiyon Fırınları (Nüvesiz)
kullanır.
(cid:1) Ergitme,
(cid:1) Aşırı Isıtma
(cid:1) İndüklenen akım, hızlı ısıtma ve eritme (cid:1) Alaşımlama
sağlar.
(cid:1) B) Çekirdekli Tip Endüksiyon Fırınları (Nüveli)
(cid:1) Elektromanyetik kuvvet alanı, ayrıca (cid:1) Aşırı Isıtma
sıvımetaldekarıştırmaetkisioluşturur. (cid:1) Bekletme
(cid:1) Demirdışı Metal Ergitme
5555 56
Kapak
Bakırdan mamul
endüksiyon bobinleri
Erimiş metal
(Oklar karıştırma
etkisini
göstermektedir)
Refrakter malzeme
5577 58
57
59 6600
10