Üretim Teknikleri ve Teknolojisi Üretim Metalurjisi Prensipleri 1 ÜRETDM METALURJDSD PRENSDPLERD Prof. Dr. Zeki ÇDZMECDOĞLU YILDIZ TEKNDK ÜNDVERSDTESD KDMYA METALURJD FAKÜLTESD METALURJD VE MALZEME MÜHENDDSLDĞD BÖLÜMÜ .YILDIZ TEKNDK ÜNDVERSDTESD METALÜRJD VE MALZEME MÜH ENDDSLDĞD BÖLÜMÜ 2007-2008 ÖĞRETDM YILI GÜZ YARIYILI DERS DÇE RDĞD HAFTALARA DAĞILIM TAKVDMDÖğretim Üyesi: Prof. Dr. Ze ki ÇDZMECDOĞLU Dersin Kodu-Adı: 5303001- Üretim Metalurjisi Prensipleri (Gr. 1veGr 2) Haftalar Konular • 1. Hafta Giriş ve Temel Kavramlar (28.09.2007) • 2. Hafta Cevher Hazırlama;Kırma, Öğütme, Eleme, Ayırma. (05.10.2007) • 3. Hafta Ramazan Bayramı Tatili(12.10.2007) • 4. Hafta Metalurjik Önişlemler;Kurutma, Kavurma, Kalsinasyon, (19.10.2007) • 5. Hafta Metalurjik Önişlemler;Topaklaştırma ,Briketleme,Sinterleme, Peletleme (26.10.2007) • 6. Hafta Teknik Gezi(02.11.2007) • 7. Hafta Nünerik Problem Çözümü (09.11.2007) • 7. Hafta Nünerik Problem Çözümü (09.11.2007) • 8. Hafta 1.VDZE SINAVI (16.11.2007) • 9. Hafta Pirometalurji; Dzabe(23.11.2007) • 10. Hafta Pirometalurji; Konverter Dşlemi , Ateşle Tas fiye(30.11.2007) • 11. Hafta Nünerik Problem Çözümü.(07.12.2007) • 12. Hafta Hidrometalurji; Çözünme ve Çözünme Reaksiyonları, Çözünmeyi Etkileyen Faktörler, Çözünme Termodinamiği, Çözünme Kinetiği Çözünme Teknikleri, Filtreleme, Çökeltme Teknikleri (14.12.2007) • 13. Hafta Kurban Bayramı Tatili(21.12.2007) • 14. Hafta 2.VDZE SINAVI(28.12.2007) • 15. Hafta Elektrometalurji; Elektrotermik (Direnç Endüksiyon ve Ark Fırınları) Elektroliz (Elektrolitik Çökeltme ve Elektrolitik Tasfiye) (04.01.2008) TEMEL KAVRAMLAR • CEVHER:Ekonomik olarak metal üretilen mineral karışımından ibaret kayaçtır. Cevher metal üretilen mineralojik bir hammaddedir. • MDNERAL:Belirli bir kimyasal formülü ve kristal yapısı olan çoğunlukla metal bileşiği şeklindeki homojen maddelerdir. homojen maddelerdir. • GANG: Cevher içerisinde mevcut olan ve metal üretiminde kullanılmayan kalker, silika v.b.atık minerallerdir. • REZERV : Bir hammaddenin yerkabuğunda bulunma miktarıdır. • TENÖR :Bir cevher içerisindeki metal yüzdesidir.METALURJD VE MALZEME MÜHENDDSLDĞD: Doğal hammaddelerden metal, plastik, seramik, komposit v.b. her türlü komposit v.b. her türlü malzeme üretimini gerçekleştiren ve malzemelerin içyapısını değiştirerek özelliklerini geliştiren mühendislik alanıdır.METALURJD VE MALZEME MÜHENDDSLDĞDNDN ÇALIŞMA ALANLARI • a)Üretim Metalurjisi (Kimyasal Metalurji, Ekstraktif Metalurji): Cevherden metal üretimi konularını kapsayan alandır. • b) Malzeme (Fiziksel Metalurji): Metallerin ve genellikle malzemelerin içyapı-özellik Proses Met. Metallerin ve genellikle malzemelerin içyapı-özellik ilişkileri araştıran, malzemelerin iç yapısını değiştirerek özelliklerini geliştiren alandır. • c) Proses Metalurjisi: Metalurji ve malzeme proseslerinin bağlı olduğu esasları araştıran alandır. Proses Metalurjisi termodinamik, kinetik, akışkanlar mekaniği ve ısı transferi gibi bilim dallarından yararlanarak proseslerin nasıl kontrol edilebileceğini araştırır. Üretim Met. Malzeme Met. ve Malz. Müh.ÜRETDM METALURJDSD TEKNDKLERD PD ROMETALURJD HD DROMETALURJD ELEKTROMETALURJD ÜRETD M METALURJD SDÜretim Metalurjisi Cevherden metal üretimi konularını kapsayan alandır. Üç tip üretim metalurjisi alanı vardır: • Pirometalurji • Pirometalurji Isı enerjisi ile üretim • Hidrometalurji Sulu ortamda üretim • Elektrometalurji Elektrik enerjisi ile üretimDOĞAL HAMMADDELER • Tabiatta bulunan metal, enerji ve her türlü endüstriyel maddenin elde edildiği mineral maddenin elde edildiği mineral esaslı inorganik ve hücresel dokuya sahip bitkisel ve hayvansal esaslı işlenmemiş doğal hammaddelerdir.DOĞAL HAMMADDELERE ÖRNEKLER HAMMADDE ÖRNEK a)Mineralojik Hammaddeler (Mineral esaslı hammaddelerdir) (Mineral esaslı hammaddelerdir) • Metalik Hammaddeler Demir cevheri • Enerji Hammaddeleri Kömür • Endüstriyel Hammaddeleri Kireç b)Hayvansal Hammaddeler Deri c)Bitkisel Hammaddeler KeresteDNSANLIK TARDHDNDE MALZEME KULLANIMI • Dnsanlık tarihindeki devirler hep insanın kullandığ ı malzeme ile tanımlanmıştır. Dnsanlık ilk çağlarda Yontma Taş Devr i’nde tabiatta bulduğu doğal hammadde olan taşı kullanmıştır. Bu bakımdan insanlığın ilk kullandığı malzeme olan taş, seramik türden bir malzemedir. • Daha sonra insanoğlu metalleri tanımış ve kullanmaya başlamıştır. M.Ö. 8000 yıllarında Bakır Devri başlamıştır. Dnsanlığın ilk kullandığı metal tabiatta serbest halde de bulunduğundan altın ve bakırdır. Bakır yumuşak olduğundan kolaylıkla şekillendirilebilmiş ve korozyona dayanıklı olduğundan uzun süre kullanılabilmiştir. Bakıra sertlik kazandırmak için tunç ve bronz gibi bakır alaşımları geliştirilmiştir. • M.Ö. 3000 yıllarında insanlık demiri kullanmış ve Demir Devri başlamıştır. • 21.yüzyıla girerken plastik ve kompozit kullanımında büyük bir gelişme ile demir kullanımının azalacağı beklentisi gerçekleşememiş olup, demir ve demir kullanımının azalacağı beklentisi gerçekleşememiş olup, demir ve çelik yılda yaklaşık 1 milyar ton tüketimi ile insanlığın kullandığı malzemenin ¾’ünü oluşturmaktadır. • Eğer insanlığın yaşadığı devir çoğunlukla kullandığı malzeme ile adlandırılacaksa günümüzde de Demir Devri devam etmektedir. Yakında yeni bir malzemenin demirin yerini alması ümidi görülmemektedir. • Ülkelerin teknolojik gelişmişliği kullandığı malzeme miktarı ile ölçülmektedir. Dnsanlığın son yüzyılda kullandığı mal zeme miktarının insanlık tarihi boyunca kullandığı malzeme miktarından fazla olduğu anlaşılmıştır.MALZEMELER VE ATOMLARARASI BAĞ TDPLERD Malzeme Türü Bağ Tipi 1. Metaller Metalik 2. Seramikler Dyonik 3. Plastikler Kovalent 4. Kompositler KompleksYERKABUĞUNDA ELEMENTLERDN YÜZDE OLARAK DAĞILIMIYERKABUĞUNDA MDNERALLERDN OLUŞUMUCEVHER HAZIRLAMA (ZENGDNLEŞTDRME) • Tabiatta bulunan düşük tenörlü cevherin içerisindeki ana metal mineralinin yüzdesinin yükseltilmesi işlemidir. • Ana metal minerali ile gang minerallerinin farklı özelliklerinden yararlanılarak farklı özelliklerinden yararlanılarak mineraller birbirinden kısmen ayrılarak cevher hazırlama veya zenginleştirme işlemi ile gerçekleştirilir. • Cevher hazırlama ekonomik ve teknolojik sebeplerden dolayı uygulanır. CEVHER HAZIRLAMA DŞLEMLERD • KIRMA : Kırıcılar yardımı ile yapılan kaba boyut küçültmedir. Kaba Kırma (ortalama 100 mm tane boyutu) ve Dnce Kırma(1-10 mm tane boyutu) olmak üzere iki aşamada uygulanır. • ÖĞÜTME : Öğütücüler yardımı ile yapılan • ÖĞÜTME : Öğütücüler yardımı ile yapılan ince boyut küçültmedir.(0,1 mm tane boyutu altı) • ELEME : Elekler yardımı ile yapılan boyut tasnifidir. • AYIRMA : Minerallerin yoğunluk, manyetik, elektriksel ve yüzey özelliklerinden yararlanılarak kısmen birbirinden ayrılmasıdır.EŞDT TANE BÜYÜKLÜKLÜ VE AYNI ORANDAKD ANAMETAL MDNERALD DLE GANG MDNERALDNDN DKD BOYUTLU GÖRÜNÜMÜEŞDT TANE BÜYÜKLÜKLÜ VE 1/3 ORANINDAKD ANAMETAL MDNERALDNDN GANG MDNERALD DLE ÜÇ BOYUTLU GÖRÜNÜMÜKIRMA DŞLEMD VE KIRICILAR Kırma Dşlemi , kaba boyut küçültmedir. Kırıcılar ile yapılır. Kırıcılar: Kırıcılar: • Çeneli Kırıcı • Dönel Kırıcı • Konik Kırıcı • Merdaneli KırıcıÇENELD KIRICIDÖNEL KIRICIKONDK KIRICIMERDANELD KIRICIÖĞÜTÜCÜLER (DEĞDRMENLER) Öğütücüler ince boyut küçültmedir. Değirmenler Değirmenler a) Çekiçli Değirmen b) Bilyalı DeğirmenÇEKDÇLD DEĞDRMENBDLYALI DEĞDRMENCEVHER HAZIRLAMA AKIM ŞEMASIÇAMUR TANKI AYIRICIYATAY SU AKIŞI DLE GELDŞTDRDLMDŞ ÇAMUR TANKI AYIRICISPDRAL AYIRICIKOYULAŞTIRICI AYIRICISDKLON AYIRICIJDG AYIRICISARSINTILI MASA KATI-SIVI-GAZ ARAYÜZEYDNDE TEMAS AÇISI VE YÜZEY GERDLDM DLDŞKDSDFLOTASYON HÜCRESDBASINÇLI HAVALI FLOTASYON HÜCRESDFLOTASYON HÜCRESD BATARYASIKURU MANYETDK AYIRICIYAŞ MANYETDK AYIRICIELEKTROSTATDK AYIRICIDÖNEL FDLTRELD AYIRICITORBALI FDLTRELD TOZ TUTUCUMETALURJDK ÖNDŞLEMLER Cevherin fiziksel ve kimyasal özelliklerini daha sonraki metalurjik işlemlere uygun hale getirmek için uygulanan işlemlerdir. METALURJDK ÖNDŞLEMLER a) Kurutma: Buharlaştırma yolu ile suyun cevherden uzaklaştırılmasıdır. a) Kurutma: Buharlaştırma yolu ile suyun cevherden uzaklaştırılmasıdır. b) Kavurma: Cevherin belirli bir gaz atmosferi içerisinde ergime olmaksızın yüksek sıcaklığa ısıtılmasıdır. c) Kalsinasyon (Parçalanma): Bir bileşiğin kendini meydana getiren alt bileşiklere parçalanmasıdır. d) Topaklaştırma: Cevherin iri kütleler haline getirilmesi işlemidir.(Briketleme, Sinterleme, Peletleme)KURUTMA NDÇDN GEREKLDDDR ? • EMNDYET : Kurutulmamış cevher yüksek sıcaklıktaki bir fırında ani buharlaşma ile ortaya çıkan hacımca genleşme sebebi ile ani patlamalara yol açabilir. • ISI VERDMD: Suyun buharlaşması sistemden ısı alarak gerçekleşir ve sistemin ısı ısı alarak gerçekleşir ve sistemin ısı verimini düşürür. • REAKSDYON VERDMD: Buharlaşan su, izole bir katman oluşturarak reaksiyon verimini düşürür. • EKONOMDKLDK: Islak cevheri taşımak ve işleme tabi tutmak ekonomik değildir.KURUTMANIN TANIMI: Buharlaştırma yolu ile suyun cevherden uzaklaştırılmasıdır Buharlaşma Reksiyonu: H 2 O (sıvı) = H 2 O (gaz) Termodinamik Bağıntı: Termodinamik Bağıntı: LogP = - A/T +B Semboller: P= Suyun Buhar Basıncı (mm.Hg) T= Sıcaklık (K) A, B= SabitlerKURUTMAYI ETKDLEYEN FAKTÖRLER • Sıcaklık • Toplam Dış Basınç • Suyun Buhar Basıncı • Suyun Buhar Basıncı • Atmosferdeki Su Buharının Kısmi Basıncı • Havanın Hareket HızıKAVURMA Cevherin içerisindeki bazı bileşikleri daha sonra uygulanacak üretim metalurjisi uygulanacak üretim metalurjisi işlemlerine uygun hale getirmek amacı ile cevherin belirli bir gaz atmosferi içerisinde ergime olmaksızın yüksek sıcaklığa ısıtılmasıdır.KAVURMA TDPLERD Kavurma tipleri, cevherin içerisinde bulunduğu gaz ortama göre dört değişik tiptir. • Oksitleyici Kavurma • Sülfatlayıcı Kavurma • Sülfatlayıcı Kavurma • Redükleyici Kavurma • Klorürleyici KavurmaOKSDTLEYDCD KAVURMA • Cevherin oksitleyici hava ortamı içerisinde yüksek sıcaklığa ısıtılmasıdır. Sülfür minerali içeren bir cevher, oksitleyici içeren bir cevher, oksitleyici ortamda ısıtıldığında metal sülfürler metal oksitlere dönüşür ve kükürt kısmen giderilir. • Oksitleyici kavurma reaksiyonu: MS + 3/2 O 2 = MO + SO 2SÜLFATLAYICI KAVURMA • Cevher içerisindeki sülfür bileşiklerini sülfat bileşiklerine dönüştürmek amacı ile yapılan kavurma tipidir. Oksitleyici kavurmanın özel bir durumunda yani ortamda SO 2 gazının artması , sıcaklığın düşmesi ve Fe O ‘ ün ortamda SO 2 gazının artması , sıcaklığın düşmesi ve Fe 2 O 3 ‘ ün katalitik etkisi sonucunda gerçekleşir.Hidrometalurji uygulaması öncesinde kolay çözünen sülfatları elde etmek için yapılır. • Sülfatlayıcı Kavurma Reaksiyonları: SO 2 + 1/2O 2 = SO 3 MO + SO 3 = MSO 4REDÜKLEYDCD KAVURMA • Metal oksit mineralleri içeren cevherin redükleyici bir madde veya redükleyici bir gaz veya redükleyici bir gaz ortamında yüksek sıcaklığa ergime olmaksızın ısıtılmasıdır. Örnek : Demir cevheri 900-1000 o C’ kömür veya redükleyici bir gaz ( CO veya H 2 ) ile ısıtılır ve sünger demir elde edilir.DEMDR CEVHERDNDEN SÜNGER DEMDR ÜRETDMD REDÜKLEYDCD KAVURMA REKSDYONLARI 3Fe 2 O 3 +CO(veya H 2 ) =2Fe 3 O 4 +CO 2 (veya H 2 O) Fe O + CO (veya H ) = 3FeO + CO (veya Fe 3 O 4 + CO (veya H 2 ) = 3FeO + CO 2 (veya H 2 O) FeO + CO (veya H 2 ) = Fe + CO 2 (veya H 2 O) KLORÜRLEYDCD KAVURMA KLORÜRLEYDCD KAVURMANIN TANIMI Cevherin klorürleyici bir madde (NaCl) veya Klorür gazı ortamında yüksek Cevherin klorürleyici bir madde (NaCl) veya Klorür gazı ortamında yüksek sıcaklığa ısıtılmasıdır. KLORÜRLEYDCD KAVURMA REAKSDYONU MS +2NaCl+ 2O 2 = MCl 2 +Na 2 SO 4KAVURMA FIRINLARI • Çok Katlı Kavurma Fırını • Püskürtmeli Kavurma Fırını • Akışkan Yataklı Kavurma Fırını • Akışkan Yataklı Kavurma Fırını • Yüksek Basınçlı Kavurma Fırını ( Sinter Makinası)ÇOK KATLI KAVURMA FIRINIPÜSKÜRTMELD KAVURMA FIRINIAKIŞKAN YATAKLI KAVURMA FIRINIYÜKSEK BASINÇLI KAVURMA FIRINI (SDNTER MAKDNESD)KALSDNASYON( PARÇALANMA) • Bir bileşiğin kendini meydana getiren alt bileşiklere parçalanmasıdır. Cevher kavurması sırasında ortaya çıkan reaksiyonlar olduğundan pratikde kavurma ile eş anlamlı olarak da kullanılır. • CaCO 3 = CaO + CO 2 • MSO 4 = MO + SO 3 • 2Al (OH) 3 = Al 2 O 3 + 3 H 2 OTOPAKLAŞTIRMA Yüksek fırında kullanılacak toz cevherin iri kütleler haline getirilmesi işlemidir. getirilmesi işlemidir. Topaklaştırma Yöntemleri: 1. Briketleme 2. Sinterleme 3. PeletlemeKALSDNASYON( PARÇALANMA) • Bir bileşiğin kendini meydana getiren alt bileşiklere parçalanmasıdır. Cevher kavurması sırasında ortaya çıkan reaksiyonlar olduğundan pratikde kavurma ile eş anlamlı olarak da kullanılır. ile eş anlamlı olarak da kullanılır. • CaCO 3 = CaO + CO 2 • MSO 4 = MO + SO 3 • 2Al (OH) 3 = Al 2 O 3 + 3 H 2 ODemir-Çelik Üretim Akım Şeması(Çelikhane)YÜKSEK FIRINTOPAKLAŞTIRMA Yüksek fırında kullanılacak toz cevherin iri kütleler haline getirilmesi işlemidir. getirilmesi işlemidir. Topaklaştırma Yöntemleri: 1. Briketleme 2. Sinterleme 3. PeletlemeBRDKETLEME Toz cevherin hidrolik pres yardımı ile yüksek basınç altında topaklaştırılmasıdır. Yüksek basınçlı hidrolik pres Yüksek basınçlı hidrolik pres gerektirdiğinden en eski olan bu yöntem ekonomik olmadığından terkedilmiştir. SDNTERLEME Toz halindeki cevherin yüksek sıcaklık ve basınç altında kısmi ergimeler yardımı ile sinter ergimeler yardımı ile sinter bandında topaklaştırılmasıdır. Sinterleme sırasında kavurma reaksiyonları da olduğundan sinterleme işlemine sinterleyici kavurma da denilmektedir.SDNTER MAKDNESDPELETLEME Küçük taneli demir cevherinin eğik bir eksen etrafında dönen dönel bir tabla veya kesik koni yüzeyinde su ve bağlayıcı(bentonit, illit, kireç taşı, sülfatlar, cam suyu, metal tuzları, organik maddeler v.b.) yardımı ile küresel olarak şekillendirildikten sonra 1200 o -1300 o C da pişirilerek kuru 1200 o -1300 o C da pişirilerek kuru mukavemet kazandırılmasına denir. Pelet büyüklüğü, tablanın eğimine, dönme hızına, su miktarına ve suyun tablaya verildiği yere bağlıdır. Peletin büyümesi basınç ve kılcal boru teorisi ile tıpkı kar topunun büyüme mekanizmasına benzer olarak açıklanmaktadır. Pelet büyüklüğü 3- 40 mm. arasındadır.PELETLEMEDE DKD TANECDĞD BDRLDKTE TUTAN KUVVETPELETLERDE ARANAN FDZDKSEL VE KDMYASAL ÖZELLDKLER Kimyasal Bileşim: Peletler maliyet açısından demir cevherleri ile kıyaslanabilmeleri için daha üstün özelliklere sahip olmalıdırlar. Bunun manası daha az empürite ve daha fazla manası daha az empürite ve daha fazla demir içeriğinin olmasıdır. Hava Etkilerine Dayanıklılık: Peletler üretimlerinden tüketimlerine kadar geçen sürede hava ile temas halindedirler. Bu nedenle peletlerin rutubet kapmaları ve donmaları kullanılma özelliklerinin bozulmasına neden olur.Redüklenebilirlik Peletler genellikle sinterden oldukça çabuk redüklenir. Ancak son yıllarda önem kazanan kendinden flakslı “self- fluxed” peletler; cürufun bir bağlayıcı olarak bulunması, pişirme sırasında boyutsal küçülme ve mikroporozitenin boyutsal küçülme ve mikroporozitenin azalmasına neden olduğundan normal asidik peletlerden daha yavaş redüklenir. Peletlerde redüklenebilirliği ölçmek için bir çok test geliştirilmiştir. Bunlardan en yaygın olarak kullanılanlardan biri olan Gakushin testinde yeterli kalitede peletler minimum %60 redüklenmelidirler.Pelet Boyutu • Günümüzde 9-16 mm aralığı tercih edilmektedir. -5 mm oranı % 5 i geçmemelidir. Bu boyut aralığının tercih ediliş nedenleri aşağıdaki gibi sıralanabilir. • Peletleme tambur ve konisinde daha küçük çaplı yaş peletlerin daha kolay elde edilişi. • Pişirme esnasındaki ısı yayılmasının daha düzgün olması. • Nakliye sırasında kırılma şanslarının az olması. • Boyut büyüklüğünün yanı sıra üniform boyut da en çok aranan özelliktir. Zira üniform boyut dağılımı, yüksek aranan özelliktir. Zira üniform boyut dağılımı, yüksek fırında daha fazla boşluk verecek bir durum meydana getirir ve bu nedenle gaz akışına minimum direnç gösteren bir şarj yığını sağlanır. Böylece basınç düşmelerine meydan vermeksizin daha yüksek hava üfleme hızlarının kullanılmasına imkan sağlanır. • Pelet boyutu ısı ve kütle transferini etkileyen faktörlerdendir. Pelet içerisindeki demir cevheri partiküllerinin sinterlenmesi pelet çapından etkilenir. Geniş çaplı peletlerde peletin merkez kısmına kadar tam olarak ve yeterince sinterlenmesi zordur. Çünkü pelet çapı oksijenin porlar vasıtasıyla difüzyonunu da engeller. Daha küçük çaplı peletlerde ise kuruma ve sinterlenme ve kimyasal reaksiyonlar daha hızlı gerçekleşir. Pelet Mukavemeti Gerek taşıma esnasında, gerekse daha önemli olarak yüksek fırına yükleme esnasında ve yüklendikten sonra peletler, kırılma ve ufalanmaya karşı dayanıklı ufalanmaya karşı dayanıklı olmalıdır. Peletlerin ortalama basma mukavemeti 11,05-12,66 mm’lik peletler için 155 - 360 kg arasında olmalıdır.Peletlerin Porozitesi • Redüklenebilirlik açısından porozite, peletlerin temel özelliklerinden birisidir. Ancak mukavemetin de göz önünde bulundurulması gerektiğinden porozite optimum değerde olmalıdır. Yüksek fırında kullanılacak peletlerde iyi bir redüklenme için istenen porozite % 22-30 dur. • Peletlerin porozitesi peletlerin yaş halde iken içerdikleri rutubet nem oranı ile orantılı olup ayrıca yüksek sıcaklıkta yapılan termal ısıl işlem ayrıca yüksek sıcaklıkta yapılan termal ısıl işlem geçmişi ile de yakından ilişkilidir. Peletler gerek su buharı gibi kurutma sırasında ortaya çıkan veya oksijen gibi sinterleme esnasında difüzyonuna ihtiyaç duyulan gazların peletin iç bölgelerine doğru yada dışarıya doğru hareketini sağlayacak miktarda optimize edilmelidir. Dstenenden düşük orandaki porozite peletin kurutma ve pişme kademelerinde pelet içinde su buharı birikmesine ve buhar basıncı artışı sonucunda peletin çatlayıp dağılmasına kadar varan olumsuzluklara neden olmaktadır.Yüksek Fırın Şartlarına Dayanıklılık • Demir cevheri peletlerinin mukavemeti, indirgenme esnasında cüruf fazının yumuşaması, bağlama fazının parçalanması, cüruf fazı üzerine redüksiyonun etkisi, indirgenmenin başlangıç kademesinde demir oksitlerin dağılması, wüstit ve demirin plastisitesi ve redüksiyonun son kademesinde aşırı şişmenin sebep olduğu ve demirin plastisitesi ve redüksiyonun son kademesinde aşırı şişmenin sebep olduğu dağılma gibi nedenlerle azalır. • Peletlerin yüksek fırında mukavemetlerinin azalmasını, yumuşamasını ve şişmesini ölçmek için geliştirilen testler vardır. Bunlardan Chiba düşük sıcaklık parçalanma testine -1 mm % 3 ten az olmalıdır. Burghaldt testinde % 80 indirgendiğinde basınç düşmesi 20 mm su basıncını aşmamalı ve şişme maksimum % 20 olmalıdır.Pelet Üretim Kademeleri Geleneksel pelet üretiminde, pişirme işlemi yaş pelet üretimini izler. Pişirme oksitleyici şartlar altında yapılır. Peletlerin pişirilmesinde pişirme kademeleri uygulanır. pişirme kademeleri uygulanır. Pişirme Kademeleri 1) kurutma, 2)ön ısıtma, 3)pişirme, 4)soğutma kademelerinden meydana gelir.Soğukta Sertleşen Kompozit Pelet Üretimi ve Kullanım Yerleri • Son yıllarda elektrik ark fırınlarında çelik yapımında hurdanın yerini direkt redüklenmiş demir (DRI veya sünger demir) cevherlerin alabileceği görülmüştür. DRI nın tüm dünyada kullanım kapasitesi ve üretimi gittikçe artmaktadır. Toplam DRI kapasitesi 2000’li artmaktadır. Toplam DRI kapasitesi 2000’li yılların sonlarında yıllık 60,599 milyon tona ulaşmıştır. Gelecekte kapasite ve üretim miktarlarının artacağı ümit edilmektedir. • Soğuk bağlı pelet (CBP) direkt redükleme prosesinin hem bir başlangıç hammaddesi olarak ve hem de DRI’ nin verimliliğinin artırılması ve enerji tüketimini azaltmak için dünyada pek çok ülkede geliştirilmiş ve endüstriyel bazda uygulamaya konulmuştur. PDROMETALURJD (Isı ve ateş yardımı ile cevherden metal üretimi)PDROMETALURJDK METAL ÜRETDM AKIM ŞEMASI D ZABE (ERGD TME) KONVERTER DŞ LEMD ATEŞLE TASFD YE (ARILAŞTIRMA)DZABE (ERGDTME) • Cevherin izabe fırınında yakıt ve yanma için gerekli hava yardımı ile ısıtılarak ergitilmesi, ilave edilen katkı malzemesinin edilen katkı malzemesinin etkisi ile cevher içerisindeki gang minerallerinin metalik fazdan ayrı bir curuf denilen atık camsı silikat fazında toplanması işlemidir. DZABE REAKSDYONLARI • Ergime (Sıvılaşma) Reaksiyonu • Yakıtın Yanması ve Diğer Oksitlenme Reaksiyonları Oksitlenme Reaksiyonları • Kalsinasyon (Parçalanma) Reaksiyonu • Dndirgenme Reaksiyonu • Curuf Oluşumu Reaksiyonu • Çözünme ReaksiyonuDEMDR-ÇELDK ÜRETDM AKIM ŞEMASIHADDEHANE AKIM ŞEMASIYÜKSEK FIRINYÜKSEK FIRIN BÖLÜMLERD Fırın dört bölümde incelenebilir: • Üst kısım: Fırının üstünde yer alan bu kısımda silo, çan ve çan kapağı bulunur. Ayrıca, yüksek fırın gazları borularla buradan dışarı atılır. Bu kısımda bulunan çan kapakları sayesinde dışarı gaz kaçırılmadan yüksek fırına şarj verilir. • Gövde: Fırının uzun ve aşağıya doğru genişleyen kısmıdır. Bu kısımda kok -cevher karışımı aşağı doğru hareket eder. Şarj yaklaşık 8 saatlik sürede fırın içerisine yayılır. • Karın: Fırının alt tarafında yeniden daralmaya başlayan kısımdır. Kısmi ergimenin sağlanması için bu kısımdaki fırın hacmi küçültülmüştür. • Hazne: Fırının alt tarafındaki silindirik kısım olup, içersine sıvı demir ve cüruf toplanır. Haznenin üst bölümüne bakırdan yapılmış 20-22 adet üfleme borusu yerleştirilmiştir. • Hazne: Fırının alt tarafındaki silindirik kısım olup, içersine sıvı demir ve cüruf toplanır. Haznenin üst bölümüne bakırdan yapılmış 20-22 adet üfleme borusu yerleştirilmiştir. Su ile soğutulan bu borular tüyerler yardımıyla fırına hava üflemeye yararlar. Biraz daha aşağıda, yine su soğutmalı bakır borulardan yapılmış cüruf akıtma delikleri bulunur. Haznenin en alt kısmında ise ham demirin boşaltılması için kullanılan bir delik vardır. Bu delik her boşaltma işleminden sonra ateşe dayanıklı malzeme ile tıkanır. Cevher, metal olmayan bileşikler ve diğer katkı maddelerinden oluşan karışıma fırın şarjı denir. Şarjın karışım oranı ergime sıcaklığı düşük olan bazik karakterli bir cüruf elde etmek için ayarlanır. Katkı maddesi olarak kireç taşı (CaC03) veya sönmemiş kireç (CaO) kullanılır. 600 ile 1000 0C arasındaki bir sıcaklığa kadar ısıtılan hava 1,5 atmosferden daha yüksek bir basınçla fırına üflenir. Üflenen havanın miktarı kullanılan kok miktarına bağlıdır. Üflenen hava miktarı en fazla 3000-3500 m3 /dk ‘dır. Yüksek fırına demir oksit halinde giren cevher, yüksek ısı kar-şısında oksijen ve demire ayrışır, oksijende karbonla birleşip CO ve CO2 gazı halinde yukarı yükselir. Demir de ergimiş olarak altta toplanır . YÜKSEK FIRIN DÇDNDEKD YÜKSEK FIRIN DÇDNDEKD REAKSDYON SAHALARIErgime Sahası Fırın alt hava püskürtme deliklerinden giren sıcak havanın yardımı ile yanan karbonun ısısı aşağı ininceye kadar redüksiyon ile (Fe) demir ve demir karbürü (Fe3C) haline geçen madeni ve cevherden ayrışarak katık malzeme ile birleşen kalsiyum silikatı (2CaO.Si02) ergiterek sıvı hale getirir. Sıvılaşmanın olduğu bu kısma, ergime sahası adı verilir. Fırının en sıcak bölgesi olan karın kısmına ergitme bölgesi adı verilir. Fırındaki kok kömürü, hava püskürtme tüyerlerinden giren sıcak ha-vanın oksijeni ile birleşerek bütün karbonu yakarak karbondioksit oluştu-rur. Biraz yükselen CO2 gazı tekrar kızgın koka rastlayacağından onun karbonunu alıp karbonmonoksit (CO) haline geçer. Alttan yukarı karbonunu alıp karbonmonoksit (CO) haline geçer. Alttan yukarı yükselmeye çalışan bu (CO) karbonmonoksit gazı demir cevheri içindeki demir oksidin redüksiyonunu sağlar. Bu kısmın sıcaklığı ortalama 1700°C' dır.Karbon Alma Sahası Redüksiyon sahasında cevherin ayrışması ile oluşan demirin bir kısmı bu safhada aşağıdan yukarı yükselen CO gazı ile birleşerek demir karbür (Fe3C) haline geçer ve birleşme denkleminde de görüldüğü gibi CO gazı ayrışır. Demirin karbon ile birleşmesinden dolayı bu sahaya da karbon alma sahası adı verilir. Karbon alma sahasının Demirin karbon ile birleşmesinden dolayı bu sahaya da karbon alma sahası adı verilir. Karbon alma sahasının ortalama sıcaklık derecesi 1200 °C'dir. 2CO+3Fe=Fe3C+CO2Redüksiyon Sahası Yukarıdan aşağı ısınarak redüksiyon sahasına giren cevher, kömür ve katık malzeme, aşağıdan yükselen CO veCO2 gazlarının etkisi ile reaksiyona geçer. Sıcaklık derecesi 500-900 0C olan bu bölgedeki reaksiyonu şu denklemler ile ifade etmek mümkündür: CO2 + C = 2CO CO + 3 Fe203 = 2Fe304 + CO 2 CO + Fe3O4 = 3FeO + CO2 CO + FeO = Fe + CO2 Redüksiyon sahasında cevherden CO vasıtası ile ayrışan demir, katı haldedir. Yukarıda bahsedildiği gibi, karbon alma Redüksiyon sahasında cevherden CO vasıtası ile ayrışan demir, katı haldedir. Yukarıda bahsedildiği gibi, karbon alma sahasından geçip ergime sahasına girdikten sonra oradaki yüksek sıcaklık derecesi ile sıvı hale gelir.Yukarıdaki denklemde ayrışan CO2 gazları, üst tabakadaki kömürle-rin arasından geçerken tekrar C alarak, karbonmonoksit gazı haline geçer. CO2 + C = 2 CO Ocağa verilen kireçtaşı da bu sahanın ısısı ile yanmış kireç (CaO) ve CO2 karbondioksit gazına ayrışır. Bununla birlikte cevherle beraber bulunan silis (SiO2 ), bu sahada ayrışan demirle beraber o da serbest kalıp CaO ile birleşerek aşağı iner.Isınma Sahası Sıcaklık derecesi 200-500 o C arasında olan bu sahada, aşağıdan sıcak halde yükselen aşağıdan sıcak halde yükselen CO, C02 ve havanın azot gazı ile ocağa doldurulan cevher, kömür ve katık malzeme ile birlikte ısınma devresi geçirir. YÜKSEK FIRINDA DEMDR CEVHERDNDN DZABE REAKSDYONLARIYÜKSEK FIRINLARA ŞARJ EDDLECEK MADDELERDE ARANAN ÖZELLDKLER VE VERDME OLAN ETKDLERD • Cevher alımları genelde parça cevher (1 cm2- 15 cm2 elek arası) toz cevherler (1 cm2 elek altı) ve kırılmış cevher olarak (0-15 cm) üç cins olmaktadır. Yurt içinden satın alınacak cins olmaktadır. Yurt içinden satın alınacak cevherlerde mineralojik özellikler aranmamakla birlikte yurt dışındaki alımlarda mineralojik yapı dikkate alınmaktadır. Ayrıca yurt içi cevher yataklarındaki cevherlerin kalitesi ocak bazında dikkate alınarak her yatak için ayrı ayrı alım şartları belirlenmekte olup, yurt içi üretimleri teşvik edilmektedir.CEVHERDN FDZDKSEL ÖZELLDKLERD TANE BÜYÜKLÜĞÜ • Yüksek fırın izabeciliğinde yüksek fırına şarj edilecek malzemelerin boyutları kok kullanım oranının düşürülmesinde ve verimin arttırılmasında önemli rol oynamaktadır. Şarj malzemesinin boyutlarının farklılığı ne kadar az olursa, bir başka değişle şarj malzemesi belirli boyutlarda ve homojen bir yapıda üretilirse fırın ısısının artmasında ve şarj malzemesinin içerisinde alttan yukarıya doğru yükselecek gaz geçirgenliğini hızlandırma-sında en yüksek verimi sağlar. Şarj malzemesinin içerisindeki ince boyutlu taneciklerin artması yük-sek fırın gaz geçirgenliğini düşürmekte, fırın baca gazlarına toz kayıplarını artırmakta ve üretimi olumsuz yönde etkilemektedir. Belirli limitler içerisinde kalmak kaydı ile parça demir cevherinin orta-lama boyutu içerisinde kalmak kaydı ile parça demir cevherinin orta-lama boyutu küçüldükçe, özgül yüzey alanı, dolayısı ile Katı/Gaz temas yü-zeyi artmakta ve indirgenmesi kolaylaşmaktadır. Bu bakımdan heri iki etke-nin optimal parça demir cevherleri için 20-50 mm üst sınır, 5-10 mm de alt sınır olarak kabul edilmektedir (Habashi 1997). • Dünyada bir çok ülkede yapılan deneyler sonucunda yüksek fırına şarj edilecek demir cevheri ebatları aşağıdaki Tablo 3.1’de. olduğu gibi saptan-mıştır. Yüksek Fırına Yüklenen Şarj Boyutları(Cm) PELET(0,476-1,9 cm) SDNTER(0,476-3,17 cm ) PARÇA CEVHER(0,95-3,17 cm)CEVHERLERDN KDMYASAL ÖZELLDKLERD VE SAFSIZLIKLARIN OLUMSUZ ETKDLERD 1. SDLDSYUM DDOKSDT • Yüksek fırında oluşan curuf, curuf yapıcı malzemenin belirli oranlarda karıştırılmasıyla demir cevherlerinden ayrılır. Cevher içindeki SiO2 nin fazlalığı ergitme sırasında fazla miktarda curufun oluşmasına yol açmaktadır. Silisi nötralize etmek için katılan kireçtaşı ilavesiyle cüruf oluşmasına yol açmaktadır. Silisi nötralize etmek için katılan kireçtaşı ilavesiyle cüruf hacmi artacaktır. Fazla cüruf, yakıt sarfiyatını arttırır. Ereğli Fabrikasının şartlarına göre demir cevheri içerisinde Si02 yüzdesinin % 10-17 arasında değişmesi halinde her % 1 silis için 52 Kg. CaCO3 ve 28 Kg. kok artışına sebep olan ilave şarj malzemesine neden olmaktadır.2. ALÜMDNYUM OKSDT (Al 2 O 3 ) • Fazla alümina içeren cevherler, ıslanması halinde yapışma özelliğine sahip olması nedeniyle yüklenmelerde, taşımalarda, boşaltma işlemlerinde kırma eleme işlemlerinde bir takım işletme güçlüklerine neden olmaktadır.Cevher içerisinde serbest halde olduğu için, yıkama işlemi ile çabucak giderilebilir özelliktedir. Yüksek fırın işletmeciliği esnasında alümina curufa geçer ve alüminanın anfoterik özelliğine bağlı olarak curufun asit veya bazik özellikte olmasına etki eder. Kok kullanan fırınlarda curuf içindeki alümina miktarı % 8-% 15 civarında olmalıdır.Bu takdirde olmasına etki eder. Kok kullanan fırınlarda curuf içindeki alümina miktarı % 8-% 15 civarında olmalıdır.Bu takdirde alümina bazik curufun akışkanlığını artıracağı için şarj içindeki kükürtün ayrılmasını sağlar. Genel olarak yüksek fırın işletmeciğinde curuf, önemli bir yer işgal ettiği ve verime etkisi olduğu için curuf bileşimi üçlü faz diyagramında en düşük ergime sıcaklığını veren bileşimler halinde seçilmelidir. 3. KÜKÜRT • Yüksek fırın işletmeciliği esnasında pik demirine geçecek (S) miktarının çok küçük miktarları bile çelik için çok zararlıdır. Kükürtlü cevherler, genelde cevher zenginleştirme yöntemleriyle kükürt giderildikten sonra yüksek fırına şarj edilmektedir.(Örneğin Divriği A Kafa Piritli manyetit cevherler konsantrasyon tesislerinden geçirilerek piritler cevherden ayrılmakta ve geriye kalan kükürtsüz cevher peltelenerek fabrikalara gönderilmektedir.Cevher zenginleştirme işlemi yapılmayan cevherler yüksek fırına direkt olarak şarj edilmezler. Sinterleme işlemi yapılarak (S) yakıldıktan yapılmayan cevherler yüksek fırına direkt olarak şarj edilmezler. Sinterleme işlemi yapılarak (S) yakıldıktan sonra yüksek fırın harmanına verilirler. Dnce taneli cevherlerin (toz cevherler) sinterlenmesi çok etkili bir kükürtten temizleme tekniğidir. Pirit, protin gibi fazla kükürtlü cevherlerin kükürt yüzdesi, bu teknikle % 1,01 in altına düşürülebilir. cevher içindeki (S) giderimi yapılmış olsa bile yüksek fırın içine şarj edilen malzemeden yine de bir miktar (S) girmektedir. Yüksek fırına giren (S)’ün şarj içine konan kalker, mangan cevherleri ile giderilmesine çalışılır. Bazik yüksek fırın curufundaki (S) miktarı, en fazla % 3 civarındadır.4. ÇDNKO(Zn) • Eğer demir cevherindeki çinko miktarı % 0,2 nin altında ise yüksek fırınlarda kolayca kullanılabilir.Yüksek fırın içinde gaz halinde uçuşan çinko parçacıkları fırının üst cidarlarında aşağıdaki reaksiyona göre kalın çinko oksit tabakaları oluştururlar. Zn+CO2? ZnO+CO Zn+CO2? ZnO+CO ZnO fırının üst cidarlarında tabakalaşma yapacağı gibi çinko buhar tozunda tuğlaların içine girebilir, fırındaki ateş tuğlası içindeki alümina ile (ZnO. Al203) halinde birleşerek tuğlaların şişmesine ve tuğlaların ayrışımına sebep olur.5. ALKALDLER • Alkaliler (Na2O,K2O) fırın içerisinde indirgenmezler ve demir üzerinde hiçbir etkileri olmaz ancak yüksek fırın işletmeciliğini önemli bir şekilde etkiler ve işletme problemlerinin olmasına neden olurlar. • Yüksek fırınlara şarj edilecek malzeme içindeki alkalilerin bulunması hallerinde; • Yüksek fırın tuğlalarına yapışarak duvar yapmakta, tuğlaları tahrip etmekte askılanmakta çekmelere neden olmakta, • Yüksek fırının 700-1200 O C sıcaklıktaki bölgelerinde alkali birikimi ol-makta ve bu bölgelerde kabuk bağlayarak yüksek birikimi ol-makta ve bu bölgelerde kabuk bağlayarak yüksek fırın hacmini küçültmekte ve dolayısıyla yüksek fırın veriminin düşmesine neden olmakta, • Düşük sıcaklıkta asidik yapıdaki peletleri parçalamakta, • Tuğlaların aralarına girerek yumuşama sıcaklıklarını düşürmekte ve tuğlaların tahrip olmasına neden olmakta, • Yüksek tepe sıcaklıklarının, düşmesine hazne soğumasına ve tüyerlerin çabuk yanmasına neden olmaktadırlar. • Alkalilerin fırının çalışmasına ve refrakter ömrüne yaptığı olumsuz etkinin yanısıra kok kulanım oranı ve üretime de olumsuz etkilerinin olduğu daha önce yapılan çalışmalarda ortaya çıkmıştır.6. KDREÇTAŞI (CaCO3) Kireç, bazik curufun ana bileşenidir.Cevher içerisinde % 15-20 civarında bulunması halinde izabe civarında bulunması halinde izabe esnasında ilave katkı (Kireçtaşı) vermeksizin kendi kendine ergime özelliğini verir. Cevher bünyesindeki kireç ergime esnasında curuf yaptığı için istenilen bir unsurdur.7.MAGNEZYUM OKSDT (MgO) Normalin üstünde alüminadan dolayı curuftaki artan viskozite, MgO ilavesi ile giderilebilir. Bu MgO ilavesi ile giderilebilir. Bu durum Al2O3 / SiO2 >1 olduğu durumlarda geçerlidir. Demir Cevherlerinde Bulunabilecek Empüritelerin Üst Sınırları Element % • Cu 0,01 • Ni 0,03 • Pb 0,05 • Sn 0,01 • Zn 0,02 • Zn 0,02 • V 0,006 • As 0,01 • S 0,05 • Cr 0,03 • TiO 2 0,10 • Na 2 O+K 2 O 0,30BOUDOUARD REAKSDYONUDEMDR OKSDTLERDN REDÜKLENMESDBAZI ELEMENTLERDN KÜKÜRT VE OKSDJENE DZAFD AFDNDTESDCu-S-O ve Fe-S-O SDSTEMD KESDT DDYAGRAMIMETAL SÜLFÜRLERDN OKSDTLENME REAKSDYONLARIREVERBER FIRINIELEKTRDK ARK OCAĞIPÜSKÜRTMELD ERGDTME FIRINIMETALURJDK REAKTÖRLER CURUF • Dzabe sırasında curuf yapıcı katkı malzemesi etkisi ile metalik fazın üzerinde gang minerallerinden oluşan ve oksit karışımından meydana gelen atık camsı silikat fazına denir. • Dzabecilikte curuf fazını başarılı olarak oluşturmak üretilen metalik fazın kalitesini • Dzabecilikte curuf fazını başarılı olarak oluşturmak üretilen metalik fazın kalitesini arttırır. Dyi bir curufun özellikleri nelerdir ? • düşük yoğunluk, • düşük ergime noktası, • düşük vizkozite, • düşük metal çözünürlüğü, • düşük refrakter tahribatı. CURUFUN YAPISIMETAL OKSDTLERDN YAPISISDLDKANIN YAPISI