sakarya Ünİv rsİt sİ/mtalurjİ v malzm mÜhnİslİĞİ mİr...
TRANSCRIPT
-
SAKARYA NVERSTES/METALURJ VE MALZEME MHENDSL
DEMR ELK METALURJS Prof.Dr.Kenan YILDIZ
UBAT 2013
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 2
BLM 1 DEMR ELK RETMNN KISA TARHES
Demir-elik endstrisi, dnyann en nemli ve gelenek asndan en eski retim sektrdr. 3000 yl kadar nce
demir, insanln kltr ve medeniyetinde temel tekil etmekteydi ve cevherden demir elde etme almalar o
zaman bile gelitirilmiti. O zamandan bu yana, demir cevherini daha ekonomik olarak kullanlr hale getirmek
iin enerji kullanm ve eitli tekniklerin bir araya getirilmesi hedefi hep aynyd.
Demir ve eliin daha hacimli olarak retiminin balangc ok eski zamanlara kadar gitmektedir. Byk bir
ihtimalle demirin retimi, dnyann pek ok noktasnda (Bat Afrika, Gneydou Avrupa, Gney Hindistan, in)
1000 yldan daha nce e zamanl olarak kefedildi. Medeniyetler tarihi nem kazanabilmek iin, bu metali silah
veya alet haline dntrmeleri gerekiyordu. Bunun iin de ncelikle nasl elde edildiini ve ilenmesi
gerektiini bilmek zorundaydlar.
Tarihte demirin kullanmnn, bizim Demir a olarak adlandrdmz zamanlarda (M.. 8000) balad genel
olarak zerinde uzlalmtr. Bugnk bilgilere gre, demir retimi Anadoluda, bir ihtimal de Kafkaslarn
kuzeyinde balamtr. Almanyada yaplan aratrmalara gre, demir retiminin balama tarihi Edda,
Wielandsage ve Nibelungenlied gibi efsanevi hikayelere ve destanlara dayanmaktadr. Alman topraklarndaki
demirin tarihesi, eitli mzrak ve balta paralarnn bulunmasna dayanlarak M.. ilk bin yla kadar gittii
anlalmaktadr.
lk kullanlan demirin, dnyaya uzaydan den byk bir meteorun olduu ok aktr. ans, gzlem ve
yaratclk, yeterli miktarlarda redklenebilir cevherlerin olduu yerlerde demirin retim metotlarnn
gelimesine yol amtr. O zamanlar bolca bulunan aalar sayesinde bu cevherlerin mangal kmr ile birlikte
ergitilmesi de mmknd. Demir retiminin geliimi, farkl geliim dzeylerinde ama eitli blgelerde e
zamanl olarak meydana gelmitir. Metalin teknik zellikleri ve ekonomik nemi yznden, bilgi ve tecrbe
ou zaman gizli tutulduundan dolay, belirli retim yntemleri belli blgelerde kstl kalmtr. Ancak uzun
bir sre sonunda yaylmtr.
Demir retiminin geliimi, alar boyunca demir cevherinin farkl ocaklarda ergitilmesi temelinde aratrlabilir.
Tarihsel geliim, ksaca aadaki gibi sralanabilir:
Demir ocaklar (bloomery hearth)
Demir frnlar (bloomery furnaces)
Akkan ocaklar ve odun kmrl yksek frnlar (flowing furnaces and charcoal blast furnaces)
Kok kmrl yksek frnlar (coke blast furnaces)
Dorudan redksiyon tesisleri (direct reduction facilities)
zabe tesisleri (smelting reduction facilities)
Demirci ocaklar, kilden, ocak talarndan veya buzullarla tanm kayalardan yaplan alak kuyulard. Bu
ocaklarda temiz demir cevherleri odun kmryle redklenerek dvlebilir demir haline getirilirdi. Bu ilemde,
cevhere yapm olan gang, ergitilerek kartlrd. lk zamanlarda frnlar doal hava akmyla iletilirdi (ekil
1.1). Daha sonralar elle veya ayakla altrlan krkler yardmyla gerekli hava saland (ekil 1.2). Elde
edilen rn dvlebilir demir, cevher ve kmrden oluan curuf idi. Bu ham demirler, kk paralara ayrlarak
elle dvlp, kullanlabilen aletler haline dntrldler. Bu yntemde Orta aa kadar ok az bir deiiklik
olmutur.
ekil 1.1. 2500 yl nce
Almanyann Siegerland
blgesinde demirci ocanda
demir retimi
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 3
ekil 1.2. Yaklak 3500 yl nce
Msrdaki ergitme atei. Gerekli s,
ayakl krklerden salanan flelerle
oluturulmaktadr.
Kullandmz takvime gre, 10.Yzylda da su
deirmeninin gelitirilmesi, demir retimi teknolojisinde
yeni bir a yaratmtr. Suyun gc, cevherlerin yakn
veya uzak olmasn ortadan kaldrm, demir izabesi
vadilere doru yaylmtr. Su deirmenleri vastasyla
elde edilen yksek hava basnc sayesinde daha byk
frnlar yaplmtr. Hala ham demir retimi olarak bilinen
ve arl 100 kg bulan kleler dvme demir ve
curuflardan olumaktayd. Bu tesisler, demir ocaklar
olarak bilinmekteydi (ekil 1.3). Bu ham demirler, su
deirmenleri ile alan dvme ekileri yoluyla
dvlebiliyordu.
ekil 1.3. 16.Yzylda demirci ocanda
demir retimi
Is kullanm giderek daha fazla yaygnlat iin, yaklak olarak M.S. 12.Yzylda demir cevherini
ergitebilecek frnlar retilmesi mmkn olmaya balamtr. Bunlar yksek frnlarn ilk halleriydi. nceleri hi
istenmeyen ok sv rnler ortaya kmtr. Belki de bu yzden pik demiri (pig iron domuz demiri) olarak
adlandrld. Ama bu gelime, yani sv pik demirin elde edilmesi, bu alanda bir r aarak modern elik
retimine geite anahtar bir rol oynamtr.
Sv metal retilen tesislerin ismi nceleri akkan
frnlar idi. Byklkleri arttka yksek frn (blast
furnace) terimi iyice yerlemeye balamtr. Bu frnlar
18.yzyla kadar odun kmr ile altrlmtr.
Gemite kat olarak retildiinde dvlebilen demir,
svlam pik demir olarak yksek karbon ierii
nedeniyle dvlemiyordu.
Pik demir, ancak o zaman kullanlan terimlerle
saflatrldnda veya rafine edildiinde
kullanlabildi. Bugn hala rafine etme yolunu tercih
etmekteyiz. Sonralar, tpk gnmzde olduu gibi ilk
olarak karbon ve eser elementlerin fazla hava temini
yoluyla oksitlenerek yaklmas ile yaplabilmitir.
ekil 1.4. 15.yzyln sonlarna doru demir kap
(kap boyutlar 173x91 cm)
Sonu olarak, bitmi rn elde edebilmek iin iki operasyon gerekmekteydi. Birincisi demir cevherlerinin sv
metale redklenmesi, ikincisi de dvlebilir demire rafinasyonu Yaplan rafinasyon prosesi, rafinasyon veya
ham demir ateleri olarak adlandrlyordu.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 4
Pik demirin yksek frnlarda ticari retimi 14.yzyla kadar gitmektedir. Dvlm rnleri ve sanat eserleri
(ekil 1.4) imalatn bir kenara brakrsak, dkme demir yaklak 1500 l yllarda toplar, anlar, arlklar ve
frn donanmnda da (ekil 1.5) kullanlmaya balanmtr.
ekil 1.5. Demir retim motifleriyle sslenmi dkm plaka
Kereste kaynaklarnn hzla tketilmesi yksek frnlarda koka
dnlmesine yol at. Bu kmr ilk kez, 1709 ylnda A.Darby
tarafndan o zamann nde gelen sanayi lkesi olan ngilterede baarl
bir ekilde yksek frnda kullanlmtr. 1796da ilk kok kmr frn
Almanyada, Yukar Silezyaya bal Gleiwitzde ald (ekil 1.6).
Kok teknolojisi ve buhar motorlarnn kullanlmasyla yksek frnlarn
retkenlii artt. Ama sonralar eliin rafinasyon frnlarnda retimi ve
sonraki ekillendirme operasyonlarnda bir darboaz olutu. zm,
1784de ngilterede Henry Cort tarafndan haddehanelerle balantl
olarak tavlama kullanm ile bulunmutur (ekil 1.7). Bu yeni
teknoloji, demir ve elikte sadece retim akn hzlandrmad, ayn
zamanda zellikle demir retiminde odun kmrnden koka dnm
tamamlam oldu. Burada ncelik, kmr veya koktan gelen ve
istenmeyen kkrdn elie gemesini nlemekti. Eer nlenemezse
scak krlma veya yrtlmalar olumaktayd. Cort bu yzden demirin
sadece oksijen zengini yanc gazlarla temasa geebilecei bir yansmal
(reverbatory) frn tasarlamt. Rafinasyon srasnda sv metal,
alkalanp kat bir elik topuna dntrlp, daha sonra dorudan
haddelemeye gnderilerek ekillendiriliyordu. ekil 1.8, bu teknolojiye
dayal olarak alan tipik bir demir elik fabrikasn gstermektedir.
ekil 1.6. 1796da Gleiwitzda ina
edilmi ilk Alman kok yksek frn
ekil 1.7. Drrenberg Edelstahl elikhanesinin
kle tavclar
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 5
ekil 1.8. 1840larda Upper Silesiada Laurahtte
demir tesisleri
Sv elik ilk olarak 1740 da ngiliz B. Huntsman tarafndan bir pota prosesi olarak retildi. Bu retim,
Almanyada 19.yzyla kadar gereklemedi. Kitlesel elik retim a, 1856 ylnda baka bir ngiliz olan
Henry Bessemer tarafndan balatld. Bylelikle ilk defa kok kmr ile alan frnlardaki scak metal
retiminde salanm olan hzl art, ok verimli bir teknik ile desteklenebilmekteydi. Bessemer tarafndan
gerekletirilen bu proseste sv metale alttan hava enjekte ediliyordu. Bu yntem, eser elementlerin kolayca
oksitlenip egzotermik yanma srecine dnmesine imkan salyordu. lemin sonunda homojen bir sv elik
elde edilmekteydi. Bessemer prosesi, konverter olarak bilinen armut biimli bir baka tayc ile balantl idi
(ekil 1.9). Refrakter astar silisyumlu asit iermekteydi. Bu asidik astar, sadece olduka dk fosfor ieren sv
elik retmede uygundu.
ekil 1.9. elik retiminde kullanlan deney
amal Henry Bessemer konverterinin kesidi
ekil 1.10. Armut biimli ana Bessemer konverterinin
ematik gsterimi;
(sv metali rafine etmek iin ergiyie aadan hava
flenmektedir)
1879 da ngiliz Sidney Gilchrist Thomas, bazik dolomit astar denmi olan bir konverter ile yksek fosforlu
scak metali rafine etmeyi baarmtr (ekil 1.10). 1865 ylnda elik retiminde bir baka etkin yntem
gelitirildi. Yanm gazlarn ssndan faydalanarak stma salayan ve hazneli olan bu yntemde de cevher yine
sv elik veya hurda elie dntrlmekteydi. Bu teknik aslnda ngilizce konuulan lkelerde ak hazneli
(open hearth furnace) frn olarak bilinse de, onu gelitiren kiilerden dolay Almanyada Siemens-Martin olarak
biliniyordu. Elektrik enerjisinin yeterli miktarlarda ve ekonomik fiyatlarla kullanlmaya balanmasyla, elektrik
ile elde edilen s, elik yapmnda kullanlmaya baland. Bu ynde ilk admlar 1850 li yllara kadar gitmektedir.
Gnmzde elektrik ark frnlar elik retiminde salam bir zemin edinmitir.
Henry Bessemer yksek saflktaki oksijeni kullanarak rafinasyon prosesini hzlandracann farkndayd. Ancak
o zamanlarda yeterli saflkta oksijen retmek mmkn deildi. Bu yzden bu fikir gereki grnmyordu. Saf
oksijende makul fiyatlara ancak 1930 ylnda ulalabildi. Thomas veya Bessemer yntemlerindeki alttan
flemeli sistem, ikinci dnya savandan sonra stten flemeli oksijenle yer deitirdi ve Bazik Oksijen Frn
(BOF) elik retiminde birden yaygnlat. Gnmzde Almanyada elik retimi, BOF prosesi ile (ilk BOF
prosesi 1957 ylnda almaya balad) elektrikli elik fabrikalarnda yaplmaktadr. eliin scak metal aamas
olmadan retildii, orijinal dorudan elik yapm yntemi, eitli dorudan redkleme prosesleri ile tekrar
nem kazanmaya balad. nk sv metal yksek karbon iermekteydi ve retimi metalurjik anlamda
dolambal bir yol takip ediyordu.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 6
elik retiminin geliimi, haddehaneler ve dvme teknolojisiyle 19.yzylda hzl bir gelime gsterdi. Bu
yzyln ortalarndan itibaren ktlesel elik retiminin geliimi, genileyen sanayi toplumunun taleplerini
karlayabilmek iin kitle halinde elik ekillendirme ihtiyacn da ortaya koydu.
Almanya asndan bahsedilmesi gereken en nemli rneklerden biri ise 1861 ylnda yeni buharl gemiler iin
itici aft imal edilmesine imkan veren Fritz ahmerdannn gelitirilmesi idi. Ayn ekilde tp ve borularda
olduu kadar, geni yass saclardan zrh plakalarna, kebentlere, filmainlere ve lamalara dek tm bu rnlerin
retiminde haddehane teknolojisi anlamnda nemli gelimeler sergilendi. lk olarak teller, ubuklar ve yass
rnlerde kullanlmaya baland. Srekli bir ekilde scak levha reten ilk haddehane Almanyada 1937 de
retime balarken, ilk souk erit eken haddehane ise 1953 de iletmeye almtr.
Bu tarihi gelimeler doal olarak dier nemli teknolojik gelimeler kapsamnda deerlendirilmelidir. elik
retimindeki byk ilerleme, yaklak olarak 150 yl nce meydana gelen icatlar ve gelimelerin sonucu olarak
meydana gelmitir. Buhar makinesinin icad, demir sanayisine gl ve esnek tahrik sistemi salamtr. Bol
miktardaki kmrden retilen kok kmr ise metalurjik proseslerin azaltlmasnda ideal bir yakt olarak
grlmtr. Demiryollar ve buhar gemilerinin geliimi ise elik iin byk pazarlar oluturmutur.
Bu Blmde Kullanlan Kaynaklar
1) ELK REHBER (STEELMANUAL, VDEh elik Enstits), eviri: Hakan KOAK (Salam Metal),
Mays 2012
2) http://195.210.48.207/english/index.asp
http://195.210.48.207/english/index.asp -
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 7
BLM 2 DEMR ELK RETM RAKAMLARI
2.1. Dnya Demir Cevheri Rezervleri
Dnya demir cevherlerinin 2010 yl itibaryla dalm ekil 2.1 de verilmitir. ekilden grld zere demir
cevheri tm dnya genelinde dalm gstermektedir. En byk demir cevheri rezervleri Brezilya, Avustralya ve
Rusyada bulunmakta, bu lkeleri in ve Ukrayna takip etmektedir. Bununla birlikte bu rezervlerin karlp
deerlendirilmesi, dier bir ifadeyle cevherin retim paylar, lkelerin rezervleriyle orantl deildir. Dnyada en
ok demir cevheri madencilii yapan lke indir. Bu lkeyi srasyla Avustralya, Brezilya ve Hindistan takip
etmektedir. 2010 yl itibaryla dnya demir cevheri retim paylar ekil 2.2 de verilmitir.
ekil 2.1. Dnya demir cevheri rezervlerinin dalm (2010)
ekil 2.2. Dnya demir cevheri retim paylar (2010)
2.2. Dnya Demir elik retim Rakamlar
Dnya ham elik retimi, ekonomik byme tahminlerine paralel olarak 2011 ylnda bir nceki yln ayn
dnemine gre % 6.8lik art kaydederek 1527 milyar tona ulamtr. Bu retimin yarsndan fazlas Asyada
gerekletirilmitir. Asya yllk 988 milyon tonluk retimiyle 2010 ylna gre %7.9 art gstermitir. 2011
ylnda bu blgenin dnya retimindeki pay %64.7ye ulamtr. in 2011 ylnda 695 milyon tonluk retim
gerekletirmitir. Avrupa % 2.8lik bir artla 177.4 milyon tonluk retim kaydetmitir. 2011 ylnda Kuzey
Amerika 118.9 milyon ton retimiyle, retimini %6.8 artrmtr. Amerika bu dnemde retimini % 7 artrarak
86 milyon ton retim gerekletirmitir. BDT %4lk art gstererek 112.6 milyon ton retim gerekletirmi,
bunun 68.7 milyon tonunu Rusya, 35.3 milyon tonunu Ukrayna kaydetmitir.
Rusya 16%
Ukrayna 10%
Brezilya 18%
Avustralya 17%
in 8%
Hindistan 5%
ABD 3%
sve 3%
Kanada 2%
Dier 18%
0,00%5,00%
10,00%15,00%20,00%25,00%30,00%35,00%40,00%
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 8
Global ekonomideki bymenin yavalamas, hkmet harcamalarnn kstlanmas, mali sklatrma tedbirleri
ABnin d ticareti zerinde olumsuz etki yapmtr. 2011 ylnda in ekonomisi %9.5, ABD %2 Rusya ise %3.5
byme kaydetmitir. Gelimi lkelerin taleplerinde zayflama grlmekle beraber, Asya lkeleri ve gelimekte
olan lkelerin taleplerinde art grlmtr. Trkiyenin nemli bir pazar olan AB lkelerinde elik tketimi
%7.5 artmakla birlikte, ithal rnlerin elik piyasasndaki pay %21 seviyelerine ulamtr. Bu dnemde
Trkiye, ABye ynelik yass elik ihracatn ciddi bir oranda artrmtr. Ocak Temmuz dneminde Trkiye
ABye en fazla scak haddelenmi geni erit ihra eden lke konumuna gelmitir. Dnya ham elik retim
rakamlar ve grafii ekil 2.3 de verilmitir.
ekil 2.3. Ham elik retim rakamlar [www.worldsteel.org]
Tablo 2.1. Dnya ham elik retimindeki deiimler [www.sanayi.gov.tr]
Dnya elik ticareti 2011 ylnn ilk yarsnda artmakla beraber, dier yarsnda bir nceki yln ayn dnemine
gre kk bir azalma kaydetmitir. 2011 ylnda en byk ihracat in
gerekletirmitir. Blgesel olarak ticaret dengelerini incelediimizde NAFTA lkelerinin (Kuzey Amerika)
demir elik ticareti ann artm olduunu, Avrupann ticaret fazlasndan aa doru bir dnm
gerekletirdiini baz Asya lkelerinin ise demir elik ticaretlerinde fazla verdii gzlenmitir.
ekil 2.4 de lkelerin 2012 ylnda elik retim paylar verilmitir. ekilden grlecei zere elik retiminde en
byk pay inde retilene aittir. Trkiye ise dnya elik retiminin yaklak %2,3 lk ksmn karlamakta ve
dnyada 2012 yl itibar ile 8.srada bulunmaktadr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 9
ekil 2.4. Dnya elik retiminde kelerin paylar (2012 yl retim rakamlarna gre)
Tablo 2.2 de dnyada elik retiminde sz sahibi olan firmalar listelenmitir. Tablodan grlecei zere en fazla
elik retiminin yaplan blgesin Asya blgesi (in, Kore, Japonya ve Hindistan) olduu grlmektedir. Dnya
elik retim lideri ArcelorMittal olup bu firma elik retiminin %47 sini Avrupada, %35 ini Amerika ktasnda,
%18 ini ise dier lkelerde (Kazakistan, Ukrayna, Gney Afrika) gerekletirmektedir. Bu firma dnyada 20 den
fazla lkede elik retimi yapmaktadr.
Tablo 2.2. Dnya elik reticileri (milyon ton)
Sra 2011 2010 RKET lke
1 97.2 98.2 ArcelorMittal Lksemburg
2 44.4 52.9 Hebei Iron and Steel in
3 43.3 37.0 Baosteel Grubu in
4 39.1 35.4 POSCO G. Kore
5 37.7 36.6 Wuhan Iron and Steel in
6 33.4 35.0 Nippon Steel Japonya
7 31.9 30.1 Jiangsu Shagang in
8 30.0 25.8 Shougang in
9 29.9 31.1 JFE Japonya
10 29.8 22.1 Ansteel in
11 24.0 23.2 Shandong Iron and Steel Group in
12 23.8 23.5 Tata Steel Hindistan
13 22.0 22.3 United States Steel Corporation A.B.D.
14 20.5 21.6 Gerdau Brezilya
15 19.9 18.3 Nucor Corporation A. B.D
46,30%
6,90% 5,70% 4,90% 4,60% 4,50% 2,70% 2,30% 2,20% 2,10%
17,80%
0,00%
5,00%
10,00%
15,00%
20,00%
25,00%
30,00%
35,00%
40,00%
45,00%
50,00%
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/ArcelorMittal&usg=ALkJrhhm-XHyteaFz7pn5ENc_fXX8ZmtTwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Luxembourg&usg=ALkJrhiS6P1cmmIah7HdSVqIGgOsOdwSBwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Hebei_Iron_and_Steel&usg=ALkJrhhlAeEFd7_VO-USE2tnL44KO1sqzAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/People's_Republic_of_China&usg=ALkJrhgjCfqAy85MdrXT6RrEAUyMdtGF9whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Baosteel_Group&usg=ALkJrhjZQYXA__DX4LPW_m6DlXiMyfk6Vwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/POSCO&usg=ALkJrhhvOXuwUyBJP3YVZk9cXgkdQaHFVQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/South_Korea&usg=ALkJrhikXOqpLL4MKKgbfMTy3RWDNrMThQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Wuhan_Iron_and_Steel&usg=ALkJrhiBZAdNwcD3Oyhs6usjuB2icveNiQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Nippon_Steel&usg=ALkJrhgJ3yw7oLXi68L-ibXwwMoau6sVZQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Japan&usg=ALkJrhj5Tazjc6w5Xh658u_FG9yAgdG2AQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Shagang_Group&usg=ALkJrhgo_RA1_LYGq592VhK50RADV6rrbwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Shougang&usg=ALkJrhg7okmUom8-N2rt0PIwD6iqbzR0qghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/JFE_Holdings&usg=ALkJrhiuUNKiTYOrhVV5YtJZRTrqhy9LvAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Ansteel&usg=ALkJrhgmYc2eWgOxbbbWZ7dSK5k6sMNYughttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Shandong_Iron_and_Steel_Group&usg=ALkJrhiy58AtVTtezzEpr_sCqLeXL2EgMwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Tata_Steel&usg=ALkJrhgB6yyxhPjFfgAIYzcWsXk9krW6zghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/India&usg=ALkJrhghIk8qdhy4Gs7BIKF80qbSXqr7eghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/US_Steel&usg=ALkJrhj6hEziaQBYYYpmqYW5idRJNhdg7whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/United_States&usg=ALkJrhgBq03hpaE0xyc_mM6HIOgfZDeWQghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gerdau&usg=ALkJrhiMwrZWrmqCpNibeeQNR-H4GzDj8Qhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Brazil&usg=ALkJrhh9qL_XDw2RAU4OP7O1ftkDGEGz_whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&ei=0PYDUcTZB8SBtAbml4GoCg&hl=tr&langpair=en|tr&rurl=translate.google.com.tr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Nucor_Corporation&usg=ALkJrhjwt03_VZp1oxQOdTBvgArMOuXEwQ -
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 10
2.2. Trkiye Demir elik retim Rakamlar
2.2.1. Trkiye Demir Rezervleri
Trkiyede bu gne dein 900 kadar mntkada demir cevheri saptanm olup, ekonomik olabilecei dnlen
500 civarnda mntkada ett yaplmtr. Bu almalarda, Trkiye demir cevheri bakmndan, 10 blgeye
ayrlmtr:
1. Sivas-Malatya Blgesi,
2. Kayseri - Adana Blgesi,
3. el Blgesi,
4. Payas - Kilis Blgesi,
5. Giresun Blgesi,
6. Ankara - Krehir Blgesi,
7. Sakarya - amda Blgesi,
8. anakkale - Balkesir Blgesi,
9. Ktahya Blgesi,
10. Aydn - zmir Blgesi,
Ancak bu blgelerin demir tenr ve rezervleri deikenlik arz etmektedir. Bu nedenle daha salkl bir
blgelendirme aadaki ekilde yaplabilir.
Sivas Malatya Erzincan Blgesi: Bu blge, halen iletilmekte olan madenlerin byk ksmn ihtiva etmesi,
rezervlerinin bykl ve ileride deerlendirilebilecek dk tenrl rezervleri de iermesi nedeniyle,
Trkiyenin en byk demir cevheri blgesidir. Halen yksek tenrl, direk arjlk cevher retim merkezi
durumunda olan bu blgede; 1985 ylnda Divrii Konsantrasyon ve pelet tesisleri retime balamtr. Dk
tenrl Hekimhan-Deveci sideritlerini ilemek iin planlana kalsinasyon tesisleri ile yine dk tenrl
Hekimhan-Hasanelebi manyetit yataklarnn iletilmesi iin dnlen Konsantrasyon ve pelet tesislerinin de bu
blgede yer alacak olmas, blgenin uzun yllar Trkiye demir madencilik blgesi olacan gstermektedir. Bu
blgede son yllarda yaplan almalarla nemli rezerv artrc gelimeler kaydedilmi olup; Divrii A+B Kafa,
Dumluca, Bizmien, Kurudere, etinkaya, Otluklise, Deveci, Karakuz, Sivritepe, Hasanelebi bu blgenin
nemli cevher yataklardr.
ekil 2.5. Trkiye demir rezervlerinin dalm
Kayseri Adana Blgesi: Trkiyenin ikinci derecede nemli demir cevheri blgesi olup, daha ziyade yksek
tenrl, direk arjlk cevherler iermektedir. Attepe, Kzl Mente, Karaattepe, Marabeli (Koruyeri),
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 11
Elmadabeli, Aydelii, Kararnadaz ve Tacir demir yataklarnn bulunduu bu blgede, son yllarda (1989-
1993) MTA tarafndan yaplan etd ve sondajl aramalar sonucunda Mansurlu-Attepe civarnda nemli rezervler
ortaya karlm olup, yeni rezervlerin bulunmas beklenmektedir.
Ankara Kesikkpr Blgesi: Ankara-Bala, Krkkale-Keskin arasnda yer alan blgede; Madentepe,
Bykocak, Camiisar, ve Camiikebir yataklar bulunmakta olup, uzun yllardr Karabk Demir elik
Tesislerine sevkiyat yaplmaktadr
Bat Anadolu Blgesi: Bat Anadolu Blgesi demir cevheri yataklar, genellikle yksek tenrl, ancak
empriteli cevher ihtiva etmektedir. Bu cevherler ancak dier cevherler ile harmanlamak suretiyle empriteleri
tolere edilerek kullanlrlar. Blgede mevcut aml cevheri Cu, Eymir cevheri As ve Ayazmant cevheri Cu ve S
ynnden empritelidir. Ayazmant, Byk ve Kk Eymir, avdar, Hortuna sahalar bu blgede
bulunmaktadr.
Dier Blgeler: Yukarda sz edilen blgeler dnda kalan cevher yataklar, belirli bir blgede toplanamayacak
ekilde dank olup en nemlisi, Bingl - Gen - Avnik yatadr. Yatak nemli miktarda rezerv olmakla
beraber fosfat (P) empritesi ierdiinden teknolojik proses gerekmektedir. Ayrca; Sakarya - amda (karbonat
ve silisli), Payas (yksek alminal), el yresindeki (dk tenrl) yataklar, Bitlis - Meesrt, kzyata
(Fosfat empriteli), Adyaman - elikhan - Bulam (Fosfat empriteli), Kahramanmara - Beritda (dk
tenrl), yozgat - Sarkaya (dk tenrl) gibi sorunlu cevher yataklar da teknolojik proses gerektirmektedir.
Tablo 2.3. Trkiyedeki demir cevheri sahalar (www.mta.gov.tr)
2.2.2. Trkiyenin elik retim Rakamlar
2011 yl itibaryla, Trkiye 34.1 milyon tonluk retimiyle 2010 ylna kyasla ham elik retimini % 17
artmtr. Bu performansyla Trkiye Dnya Ham elik retim sralamasnda ilk 10 lke arasnda yer almtr.
2011 ylnda retimini % 17.2 orannda artran sektr, bu dnemde de dnya elik retiminde ilk 10 retici
arasna girmitir. Ktk retimi miktar baznda % 11 orannda artla, 22.1 milyon tona, slab retimi ise, % 36
orannda artla 8.9 milyon tona ykselmitir. Nihai mamul retiminde, 2011 ylnda, Trkiye retimini toplam
% 21.5 orannda artla, 2010 ylndaki 26.30 milyon tondan, 31.9 milyon tona ykseltmitir. Yeni kapasitelerin
de katksyla, en yksek retim art % 36.9 orannda artla, 6.63 milyon tondan, 9.08 milyon tona ulaan yass
rnlerde gzlenmitir. Ayn dnemde, uzun rn retimi ise, % 16.3 orannda artla, 19.67 milyon tondan,
22.87 milyon tona ulamtr. 2011 ylnda, 31.94 milyon tonluk toplam nihai elik rnleri retiminin % 71.6
oranndaki ksm uzun rnlerden, % 28.4 oranndaki ksm yass rnlerden olumutur. 2011 ylnda elde
edilen toplam 5.64 milyon tonluk retim artnn, % 57 oranndaki ksm uzun rnlerde, % 43 oranndaki ksm
yass rnlerde gzlenmektedir.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 12
Tablo 2.4. 2011 yl Trkiyenin rnlere gre ham elik retimi (1000 t) [www.sanayi.gov.tr]
Trkiyenin, 2015 ylna kadar, yass-uzun rn arz-talep dengesizliinden kaynaklanan sorunlar nemli lde
geride brakmas ve demir-elik sektrnn demeler dengesi an kapatma ynnde nemli katk salamas
beklenmektedir. Uzun vadede ise vasfl, paslanmaz ve yapsal elik gibi katma deeri yksek rnlerin, retim
ve tketim paylarn arttrmas ngrlmektedir. Ayrca, Trkiyenin deprem blgesinde olmas nedeniyle
yapsal elie ynelik tketim alkanlklarnn yerlemesi sonucunda ciddi retim kapasitelerine ulamas
beklenmektedir. Demir elik sektrnde, bata inaat ve otomotiv olmak zere, boru, profil, dayankl tketim
eyas, yakt ara ve gereleri imalat, tarm aralar imalat, teneke tketicileri ile gemi ina sektrne ynelik
retim yaplmaktadr.
2011 ylnda genellikle inaat sektr tarafndan tketilen uzun rnlerde, toplam tketim %17.7 orannda
artla, 11.66 milyon tondan, 13.72 milyon tona ykselirken, daha ok otomotiv, beyaz eya, makine sektrleri
tarafndan tketilmekte olan yass rnlerdeki tketim art ise % 10.6 seviyesinde kalm ve 13.2 milyon tona
ulamtr.
ekil 2.6. Trkiye Demir elik haritas [www.sanayi.gov.tr]
lkemizde ham elikten nihai mamul reten reticiler Marmara, Ege, Akdeniz, Karadeniz ve Anadolu
blgesinde faaliyet gstermekte olup, reticilerin ounluu Marmara, Ege, Akdeniz sahil eridinde yer
almaktadr. Demir elik sektrnde yaklak 150ye yakn firma faaliyet gstermektedir. Bunlarn ierisinde
kapasiteleri 50.000 ton ile 3.500.000 ton arasnda deien Elektrik Ark Ocakl tesis ile toplam kapasiteleri
8.500.000 ton olan entegre tesis bulunmaktadr. Dier tesisler ise sadece haddehane hviyetinde olup, dardan
satn alm olduklar ktk ile profil, filmain, nervrl ve yuvarlak inaat demiri reten tesislerdir.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 13
Tablo 2.5. EAO ve BOF baznda hurda ve cevher kullanm rakamlar
Demir elik sektrnde, arlkl olarak ithal girdi kullanlmaktadr. Elektrik Ark Ocakl (EAO) kurulularda
hammadde olarak kullanlan hurdann %70 civarndaki blm ithal edilmektedir. 2011 ylnda 9,8 milyar (21,5
milyon ton) dolarlk hurda ithal edilmi ve bu ithalatn byk bir ksm ABD, Rusya, Ukrayna ve AB (27)
lkelerinden yaplmtr. Entegre tesislerde ise, hammadde olarak 1,1 milyar dolar (4 milyon ton) ta kmr ve
1,2 milyar dolarlk demir cevheri ithal edilmitir.
Bu Blmde Kullanlan Kaynaklar
http://www.northernironcorp.com/canadian-iron-ore-market
http://www.dcud.org.tr/
http://www.worldsteel.org
http://www.sanayi.gov.tr/Files/Documents/demir-celik-raporu-2012-06042012151706.pdf
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_ore/mcs-2011-feore.pdf
http://www.mta.gov.tr
Erdemir Madencilik San. Tic. A..
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 14
BLM 3 HAMMADDELER VE N LEMLER
3.1. Demir elik retiminde Kullanlan Hammaddeler
Demir elik retimi iin gerekli hammadde ve balang malzemeleri aadaki ekilde gruplandrlabilir;
Demir esasl malzemeler (demir cevheri, hurda)
Yaktlar ve redkleyiciler (kok, kmr, gaz vb.)
Flakslar (curuf yapclar) ve ilaveler (alam yapclar)
3.1.1. Demir Cevherleri
Yerkabuundaki elementler arasnda demir %5.6 bulunma oran ile oksijen, silisyum ve aluminyumdan sonra
drdnc srada yer almaktadr.
Demir doada saf halde yer almayp kimyasal bileikler eklinde bulunmaktadr. En ok rastlanan demir
oksijen (demir oksitler) bileikleridir. Demir bileikleri daima gang olarak bilinen empriteler ile kark halde
bulunurlar. Bu demir oksit ve gang karm ekonomik retimin mmkn olduu demir cevherleri olarak
snflandrlrlar.
Gang bileimi demir cevherlerinin ilenmesinde nemli bir role sahiptir. Eer gang yksek oranda kire (CaCO3)
ieriyorsa cevher bazik, silika (SiO2) oran daha fazla ise asidik olarak nitelendirilir.
Demir elik sektrnn ana hammaddesi demir cevheridir. Bir madenin cevher olarak deerlendirilebilmesi iin
iletilmesi ve kullanlmasnn ekonomik olmas gerekmektedir. elik sanayiinde kullanlan demir cevherlerinin
harman tenrnn en az %57 Fe olmas arzu edilmektedir. Demir cevherleri doada;
Manyetit (Fe3O4),
Hematit (Fe2O3),
Limonit (FeO(OH).nH2O),
Gtit (Fe2O3.H2O),
Siderit (FeCO3) ve
Pirit (FeS2) mineralleri eklinde bulunmaktadr.
Manyetit (Fe3O4) (FeO.Fe2O3)
Yksek oranda demir ieren (%60-70) ve eser elementlerden geni
lde arndrlm bir demir cevheridir. Gang mineralleri
ounlukla silis (asidik) ieriklidir. Demir ve oksijen atomlarnn
manyetit yapsnda ok sk bal olmalar nedeniyle redklenmesi
zordur. sminden de anlalaca zere yksek manyetiklik zellii
gsterir. sve, Norve ve Rusyada geni manyetit yataklar
mevcuttur.
Hematit (Fe2O3)
Dk fosfor (P) ve kkrt (S) ierii, silisli (asidik) yapsyla
yksek demir ieriine sahiptir. Belirgin kzl rengi, demir ()
oksit ieriinden kaynaklanmaktadr. Demir-oksijen balar daha
zayf olduundan kolay redklenebilir. lenebilir maden yataklar
yerkrenin her yerinde bulunabilir.
Limonit (FeO(OH).nH2O)
Limonit sulu olup, demir oksitler su ile kararl bir ba
oluturmutur. Dk demir konsantrasyonu ile en yaygn bulunan
demir cevheridir. Maden iletmesi, maden yataklar ok geni
olduunda ekonomiklii vardr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 15
Siderit (FeCO3)
%30-40 Fe ierii ile siderit cevheri nispeten kolay redklenebilir.
ounlukla kire, mangan ve dk oranda fosfor ierir. En nl
cevher da olan Steiermark (Avusturya), bu tr cevherden
olumaktadr. Siderit madenleri gnmzde ekonomik olarak
nemini yitirmitir.
Gtit (Fe2O3.H2O) veya [FeO(OH)]
Sulu demir bileiklerinden biri olan gtit, genelde doada limonit
ve hematitle birlikte bulunmakta, nemli bir demir cevheri olarak
kabul edilmektedir.
Pirit (FeS2)
Pirit yaygn ve demir oran yksek iermesine ramen, nemli bir
demir kayna olarak hi kullanlmamtr. Hematit gibi birincil
demir cevheri deildir. Kkrt kazanm amacyla kullanlan bir
cevher olarak kabul edilmektedir.
Demir elik retim fabrikalarnn yksek frnlarnda kullanlan demir cevherlerine uygulanan en basit kalite
kriterleri aada sralanmtr;
demir orannn tipi ve miktar
metalurjik zellikler (sinterleme srasnda cevherin davran, tane paralanmas vb.)
redklenebilirlik
eser elementlerinin tipi ve miktar (Al, Mn, P, K, Na)
ok dar aralkta gang ve istenmeyen eser elementlerini tanmlayan demir cevheri kalite standartlarna artk daha
sk rastlanmaktadr. Demir cevherinin deerlendirilmesinde retim ve scak metale (sv pik demir) veya
dorudan redklenmi demire (DRI) dnmndeki maliyetler de nemlidir. lgili kriterler aada
zetlenmitir;
cevherlerin demir ierii
empritelerin varl (gang)
tane boyut dalm
maden yatann genilii
cevherin madenden karlma maliyetleri
maden yatandan retim tesislerine olan nakliye masraflar
Cevherler hem ak maden iletmesi (ekil 3.1) hem
de yer alt madenleri (ekil 3.2) eklinde
karlabilirler. allabilir demir cevheri
madenlerinin yzeye yakn olduu yerlerde, cevher
ak iletme eklinde karlabilir. Yer alt
iletmecilii demir cevheri karlmasnda pahalya
mal olmaktadr.
ekil 3.1. Ak demir maden iletmesi
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 16
Demir madenleri ok nadir olarak madenden dorudan
demir-elik fabrikalarnn stoklarna gnderilirler.
Rota genellikle birden fazla ykleme ve uzun tama
mesafeleri iermektedir. Tama ilemlerinden nce
gang minerallerinin ounluu giderilerek cevher
konsantre hale getirilir. Bu ilem, cevher
zenginletirme olarak bilinmektedir.
ekil 3.2. Kapal demir maden iletmesi
3.1.2. Curuf Yapclar (Flaks)
Cevherde bulunan gang mineralleri ve kokun klleri, bileen elementlerine bal olarak 1700 2000C gibi
yksek ergime scaklklarna sahiptir. Bu malzemeler yksek frnn alma scaklklarnda kolayca
ergitilemedikleri iin, flaks ad verilen curuf yapc malzemeler ilave edilmektedir. Bunlar gangn ergime
scaklklarn 1300 1400C ye drerek dk viskoziteli curuf oluturur.
Curuf yapc ilave maddeler ilavesinde metalin ergimesi sonrasnda kimyasal olarak birletii veya fiziksel
olarak kart yabanc maddelerden ayrt metalurjik ilemlere izabe ad verilmektedir. Demir izabesinde
yabanc maddeler bu her iki durum srekli mevcut olduundan ham demir retimi iki ilem gerektirir:
1) metalin bileik olarak bulunduu elemanlardan ayrlmas (redksiyon)
2) metalin karm halinde bulunduu ksmdan (gang) ayrlmas
Demir cevherlerinde bulunan ve curufa gemesi istenen gang mineralleri genelde refrakter zelliktedir, bir dier
ifadeyle kolay reaksiyona girmezler ve yksek scaklklarda ergirler. Bu gang minerallerinin tam olarak
ergimemesi izabe ilemini geciktirir. Bu durumda flakslarn birinci grevi, gang minerallerini daha kolay ergir
hale getirmek tir.
Cevher iindeki baz elemanlar, demir ile benzer tarzda redklenmekte, demir iinde ergimekte ve demir ile
bileik yapmaktadr. Hammadde ierisinde demir ile bileik yapm bu elemanlar, demir metali yerine tercih
edecekleri baka bir madde bulunmad srece demirden ayrlmayacaktr. Bu durumda flakslarn ikinci nemli
grevi, gang minerallerinin demir yerine tercih edecekleri bir maddeyi temin etmek ve metalin serbest hale
gemesini salamak tr.
zabe ilemine giren btn curuf yapc maddeler aralarnda bileikler yapmak iin birbirleri ile reaksiyon
gerekletirmeleri bakmndan asidik ve bazik olarak snflandrlrlar. zabe ilemlerinde yksek scaklklarda en
aktif asidik bileenler silis ve fosfor, en bazik bileenler ise kalsiyum, magnezyum ve sodyum bileikleridir.
Flakslarn grevlerinden biri, istenmeyen yabanc maddelerle kimyasal reaksiyona girerek kolay ergiyen curuf
yapmak olduundan, bazik karakterli yabanc maddeleri gidermek iin asidik flaks, asidik karakterli yabanc
maddeleri gidermek iin bazik flaks kullanlmaktadr. Genel olarak asidik ve bazik maddeler arasndaki
reaksiyonlar sonucu oluan curufun ergime scakl, curufu oluturan bileenlerin ergime scaklndan daha
dktr.
Birok cevherde asidik ve bazik karakterli yabanc maddeler bulunmasna karlk, asidik bileenler (SiO2 gibi)
daha fazladr. Cevherlerde CaO+MgO gibi bazik oksitler de bulunmakta, ancak asidik olan SiO2 yi balayacak
kadar bulunmamaktadr. Bu nedenle hem silisi hem de fosforu curufa atabilmek iin yksek frnda ham demir
retiminde flaks malzemesi olarak kireta (CaCO3) kullanlmaktadr. Kireta bazik karakterli flaks olup
dolomit de (MgCO3.CaCO3) dier bazik flakslara rnektir. Asidik flakslara rnek silika (SiO2) verilebilir. Bu
flaks malzemesi genelde elik retiminde kullanlmaktadr.
Bazik flaks olan kireta yksek frna para halinde arj edilebildii gibi cevherin sinterlenmesi esnasnda
tlerek sinter harmanna katlarak da ilave edilebilir. Bu durumda flaks yksek frna arj edilmeden nce
cevherdeki baz yabanc maddelerle birleir ve yksek frna gerekenden daha az kireta arj salanm olur.
Genel olarak sinterleme kullanlacak kiretann tane boyutunun 3 mmnin altnda, yksek frnda kullanlacak
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 17
para kiretann boyutunun 5-10 cm aralnda olmas istenir. Frnn normal almas esnasnda kireta
aadaki reaksiyona gre paralanr.
CaCO3 CaO + CO2
CO2 gaz frnn yukar ksmna doru giderken CaO frnn alt ksmlarnda curuf yapc olarak grev yapar.
Yksek frnda kullanlacak kiretann olabildiine az silika iermesine dikkat edilir. elik retimi esnasnda
ise kireta kalsine edilerek yani CaO halinde frna ilave edilir ki bu maddeye yanm kire ad verilir.
Alumina da (Al2O3) flaks malzemesi olarak nadiren kullanlr. artlara bal olarak asidik veya bazik karakterli
davranabilir. rnein yksek silisli curuflarda aluminyum silikat, yksek CaO bulunan ortamlarda kalsiyum
aluminat bileii oluturur.
Yksek frnda kullanlan ve ntr karakterli bir baka flaks malzemesi Flupat (CaF2) dr. Bu flaks malzemesinin
temel grevi curufu daha akkan yapmaktr. Flupatn genel bir kimyasal bileimi aada verilmitir.
Tablo 3.1. Flupatn tipik kimyasal bileimi
Bileen %
CaF2 81
SiO2 4.75
Al2O3+Fe2O3 1
S 1
CaCO3 kalan
Flaks malzemeleri kullanlmadan nce tlr ve kurutulurlar. Tane boyutlarnn kk olmas, tanelerin yzey
alannn artmasna neden olduundan daha kolay reaksiyona girmesini salarlar. Bu nedenle tane boyutu bu tr
reaksiyonlarda nemlidir.
3.1.3. Metalurjik Kok
Redkleyici malzemeler yksek frnda demir cevherinin ilenmesinde kullanlr. Em nemli redkleyici madde
kok kmrdr. Metalurjik kok retimi daha detayl olarak Blm 4de anlatlacaktr.
3.2. n lemler
Modern ve yksek performansl yksek frn retimleri, cevherin redklenebilirliinin arttrlmas ile
gereklemektedir. Bu n hazrlklar, yksek frn arj malzemelerinin aglomerasyonu olarak adlandrlan n
ilemlerdir. Genel olarak bu aglomerasyon ilemi sinterleme veya peletleme ile salanmaktadr. Bir baka
aglomerasyon ilemi ise briketlemedir. Aglomerasyon ileminin 2 temel amac vardr;
1) Boyut bytme
2) Mukavemet ve geirgenlii arttrma
ok kk cevher paracklarnn yksek frna arj edilmesi uygun deildir. Bunun nedeni, kk partikller
frn ierisinde reaksiyona girmeden baca gazna kararak uzaklaabilecek olmasdr. Bu yzden kk
partikller aglomerasyon ilemiyle daha byk boyutlu hale getirilirler. Ayrca aglomerasyon ilemiyle daha
boluklu (poroz) bir yap elde edilir. Bu sayede zellikle kat gaz reaksiyonlarnda reaksiyon temas alan artar,
redksiyon daha fazla gerekleir.
Aglomerasyon ilemleri sonrasnda elde edilen rnlerde (aglomeratlarda) aranan temel zellikler ise,
1) aglomerat tane irilii
2) paralanma zellii
3) salamlk
4) porozite
5) younluk
6) topaklanma zellii
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 18
zellikle dk tenrl cevherlerin, cevher zenginletirme yntemleriyle tenrlerinin ykseltilmesi, istenmeyen
safszlklarn giderilmesi gibi uygulamalar aglomerasyon ilemlerinin nemini her gn biraz daha arttrmaktadr.
Gnmzde demir cevherleri ve konsantrelerine uygulanan aglomerasyon ilemlerinden sinterleme ve peletleme,
ok byk boyutlara ulamtr.
Dnyada yksek frn arjnn %50 si sinter, geri kalan para cevher ve pelettir. Avrupada bu oran %70 sinter,
%16 pelet, %14 para cevherdir.
3.2.1. Sinterleme
Demir cevherlerinin sinterlenmesinde 3 temel ama vardr. Bunlar;
1) ok kk boyuttaki yani toz halindeki cevherin yksek frna arj edilebilir hale getirmek
2) Cevherde mevcut kkrd oksit haline dntrmek ve kkrt miktarn azaltmak
3) Yksek frn alma artlarnda kullanlabilecek ve indirgenme kabiliyeti yksek, mukavemetli,
ufalanmaya kar dayankl arj malzemesi elde etmek ve bu sayede retim verimini arttrp iletme arzalarn en
aza indirmek
ekil 3.3. Sinter prosesinin ematik gsterimi
Bir sinter prosesinde arj malzemesi;
Toz halindeki cevher
Katk malzemeleri (rn. Kireta)
Geri dnm demir bazl malzemeler (geri dndrlm sinter tozlar, toz tutma sistemlerinden gelen tozlar, haddelemeden gelen tufaller vb.)
Kok tozu (arjda yanma olaynn salanmas iin) Sinterleme ileminden nce arj malzemelerinin uygun ekilde kartrlmas gerekmektedir. Toz halindeki
cevhere kireta gibi katk malzemesi, geri dnm malzemeler ve yanma olaynn gereklemesi iin kok
tozu ilave edilir ve harman bir kartrcya yklenir. Burada iyi bir karm salanr, hatta bir miktar kk
peletler de oluabilmektedir.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 19
ekil 3.4. Sinter harmannn sinter frnna ilerlemesi ve yanma blgesi
Sinter nitesinde sya dayankl dkme demirden retilmi geni bir hareket eden zgara bulunmaktadr.
Sinterlenecek malzeme, 3-5 cm kalnlndaki geri dnm sinter malzemesinin zerine yerletirilmektedir.
Alttaki bu tabaka, hem sinter harmannn zgara boluklarndan aaya akmasn nler, hem de zgaray yanma
slarndan korur. Modern sinter nitelerinde sinterlenecek malzeme tabakasnn derinlii yaklak 40-60 cm
arasndadr. Eski tesislerde bu derinlik daha kktr.
Izgarada, sinterleme haznesinin banda, harmandaki koku ateleyecek, yani yanmasn salayacak bir
tututurma ksm bulunmaktadr. Tutuma salanan harmanlarn bulunduu zgaralarn alt ksmndaki hava
kanallarndan hava emii yaplarak karmdaki yanma ileminin (ve dolaysyla sinterleme ileminin) devam
etmesi salanr. 250 m2 hava emi alanna sahip veya 3 m genilikte zgaralar bulunan sinter tesisleri de
bulunmaktadr. Sinter karm zgara boyunca ilerlerken yanma blgesi karmda aaya doru ilerlemektedir.
Bu durum kk partiklleri sinterleyerek poroz yapl bir malzeme olmasna yetecek sy (1300 1480oC
scaklk aralnda) salamaktadr.
Sinterleme prosesi esnasnda birok kimyasal ve metalurjik reaksiyon gereklemektedir. Bu reaksiyonlar hem
sinterin kendisini, hem de toz ve gaz emisyonlarn (yayma, dar verme) retmektedir. Reaksiyonlar st ste
gelimekte, birbirlerini etkilemekte, sinterleme blgesinde bulunan kat partikller, gaz faz ve ergiyikler
arasnda kat hal ve heterojen reaksiyonlar meydana gelmektedir. Sinterleme esnasnda aadaki prosesler ve
reaksiyonlar gereklemektedir;
Harmandaki nemin buharlamas
Temel bileenlerin n snmas ve kalsinasyonu, kokun yanmas ve karbon, pirit, klorrl ve florrl bileiklerle ortamdaki oksijen arasndaki reaksiyonlarn gereklemesi,
Hidratlarn dekompozisyonu ve karbonatlarn ayrmas
Kalsiyum oksit ile hematit arasnda reaksiyon
Silikat faz, kalsiyum oksit ve demir oksit fazlar arasnda ergiyik bir faz oluturmak ve ergimi faz orann arttrmak iin gerekleen reaksiyon
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 20
Kalsiyum slfr bileikleri ile alkali klorr ve metal klorrlerle birlikte florr ieren bileiklerin oluumu
Yksek scaklk blgesinde demir oksitlerin metalik demire redksiyonu
Kokun yanmas ve nemin buharlamasnn etkileriyle boluk ve kanallarn oluumu
Sinter soumas esnasnda klme ve sertleme etkileriyle yeniden oksitlenme ve yeniden kristallenme reaksiyonlar
Sinter soumas esnasnda termal gerilmeler nedeniyle atlaklarn oluumu ve sinter yapsnda kusurlarn oluumu
Elde edilen sinter scak halde paralanr, eleme ilemi yaplr ve soutma ilemi yaplr. Soutma ilemi havayla
yaplr. Sinter soutmasnda kullanlan hava 300C ye kadar kabilir bu snm hava, sinterleme ileminde
kullanlmaktadr. Soutulmu sinterde 5 mm den daha kk paracklar sinter harmannda kullanlmak zere
geri gnderilmektedir.
ekil 3.5. Sinterleme sonras elde edilen rn
Sinterler Asidik sinter ve Flaksl sinter olmak zere iki trdedir. Asidik sinterler ierisine flaks malzemesi
katlmayan sinterlerdir. erisinde flaks bulunan ya da sonradan eklenen sinterlere ise flaksl sinter ad
verilmektedir.
Asit sinterde sinterlemenin avantajlar;
1) Tozlarn sert, kuvvetli ve dzgn sngerimsi paralar halinde toplanmas, iyi yatak geirgenlii
salar
2) Cevherde varsa kkrt ve arseniin %60-70 kadar sinterleme esnasnda uzaklatrlr
3) Rutubet ve dier uucu bileenler giderilir
4) Yumuama scakl artar, yumuama aral daralr.
Flaksl sinterlemedeki avantajlar ise;
1) Kireta sinterleme esnasnda kalsine olduundan yksek frnda enerji kaybna neden olmaz
2) Kire ilavesi viskoziteyi ve curuf ergime scakln dreceinden daha az kok kullanlr
3) Sinter iindeki kire, birincil curufun (FeO-Al2O3-SiO2) ergime scaklnn dengeli olmasn salar
4) Kire, sinter iindeki silikann indirgenmesini engeller
5) Kire, sinter iinde fayalit (FeO.SiO2) oluumunu engeller. Bu maddenin redksiyonu zordur.
6) Asidik sinterle oluan curufun viskozitesine gre daha dk viskozite salar
7) Sinterlenme hz daha yksektir
8) Frn retimini pelete gre daha ok arttrr, nk daha gzenekli yapya sahiptir
3.2.2. Peletleme
Tenrleri dk ve safszlk miktarlar yksek frnda kullanlamayacak kadar ok olan cevherler, cevher
zenginletirme ilemlerine tabi tutulurlar. zellikle tme ilemlerinde kan ve 0.05 mm den kk tozlar
ortaya kar. Zenginletirme sonras elde edilen bu konsantre rnlerin yksek frna arj edilmesi uygun
deildir. Ayrca sinterleme prosesinde sinter geirgenliini de dreceinden sinter yapmaya da uygun
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 21
deildirler. Byle durumlarda konsantre rnn ierisine katlan bir balayc ile, ayrca nem ve s ile belirli
boyutlara getirme ilemine peletleme ad verilmektedir.
Toz halindeki demir cevherini peletleme ileminin amac,
aglomerasyon ve sertletirme yoluyla demir ynnden
zengin ince mineralleri pelet olarak tanmlanan (ekil 3.6)
yksek frn arj malzemesi haline getirmektir. Peletler
sert ve genelde kresel maddeler olup yksek frnda
kullanlmalar iin belirli zellikleri tamalar
gerekmektedir.
ekil 3.6. Demir peletleri
Peletlerin sahip olmas gereken zellikleri;
1) Toz, krnt ve ince ksmdan arndrlm olmal
2) Tanma ve stoklanma srasnda meydana gelebilecek krlmalara kar fiziksel dayanklla sahip
olmal
3) Yksek frnda stlrken eitli reaksiyonlar srasnda meydana gelebilecek zamansz ufalanma kar
diren gsterecek yapya sahip olmal
Peletlenecek cevher ve kaynaklar, zenginletirilmi dk tenrl demir cevheri veya dorudan yksek frna
arj edilmeyen toz halinde bulunan yksek tenrl cevherler olabilir.
Peletleme harmannda bulunan demir cevheri fiziksel ve kimyasal adan birka zellik tamaldr. Yapsna
gre %60 demir ieren cevherler peletlenebilmektedir. Ancak dnya genelinde %65 den yksek demir ieren
cevherler peletleme ilemine tabi tutulmaktadr. Ham pelet eldesinde en nemli etkenlerden biri cevherin zgl
yzey alandr. Cevherin yapsna gre bu deer ortalama 1500 cm2/g veya daha dk olabilir. Ham pelet
eldesinde peletlenecek cevherin %5-10 nem iermesi istenir. Daha dk veya yksek nem ierii peletleme
olayna olumsuz etki etmektedir.
Ham peletlerin hazrlanmasnda kullanlan ikinci nemli madde balaycdr. Balayc maddelerin iki nemli
grevi vardr. Bunlar;
1) cevher konsantresi iindeki suyu tutmak
2) peletlerin sl ilemi esnasnda curuf balar olumadan n stma ilemleri esnasnda paralanp
dalmasn nlemek
Peletlemede balayc kullanm oranlar, filtre kekinin (zenginletirilmi cevher) nemi ile doru orantldr.
zellikle topaklarn byme hz, nem ile kontrol edilmektedir. Bu nedenle balayc olarak kullanlan maddeler,
suyun akkanln azaltacak nitelikte olmal, peletlenecek malzemenin yapsal zelliklerini bozmamal,
peletleme ilemindeki dier blmlere uyum salamaldr. Ayrca peletlemede kullanlacak malzeme yeterli
miktarda ve kolayca bulunabilmeli, ekonomik olmaldr.
Balayc maddeler 3 ana grupta toplanmaktadr.
norganik kimyasal maddeler
Organik maddeler
Bentonit
Peletlerde balayc olarak kullanlan katk maddeleri hem ham pelet retiminde serbest suyu kontrol eder hem
de kuru peletin dalmasn nler. norganik balayclarn tersine organik balayclar iinde bulunan baz
maddeler, peletleme ileminin sl ilem blmlerinde yok olmakta, rn peletlerin kimyasal yapsnda
bulunmamaktadr.
Dnyada gerek bulunabilirlii, gerekse ucuz olmas nedeniyle balayc olarak bentonit kullanm ok yaygndr.
Bentonitte genel olarak %58-65 SiO2, %18-25 Al2O3, maks.%6 Fe2O3, maks.%4 Na2O+K2O, maks.%5
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 22
CaO+MgO, maks.%6.5 ate kayb bulunmaktadr. Cevher yapsna bal olarak %0.5-1 orannda cevher ierisine
balayc katlr. Bentonit, hacminin %10-15 katna kadar su emme zelliine sahip olup ok ince tane boyutuna
sahiptir. Kurutulduklar zaman d cidarlarnda dayankl bir film oluur. Bentonitin bu zellii, ham peletteki
serbest suyu kontrolde ve n stma ilemleri srasnda ham peletin dalmasn nlemede nemli rol oynar.
Bununla birlikte cevher bnyesine katlan bentonit, yksek frnlar iin arzu edilmeyen bir katk malzemesidir.
Bu nedenle cevher ierisine katlan miktar kadar cevherin kalitesini drd gibi bnyesinde bulunan silika,
alumina ve alkalilerden dolay cevherdeki emprite miktarn arttrarak yksek frn veriminin dmesine neden
olurlar. Her %1 bentonit ilavesi, cevher konsantresindeki demir tenrn %0.6 orannda dmesine neden olur.
Yksek frnlarda rn peletin daha iyi kullanmn salamak amacyla peletleme ilemi srasnda ham pelet elde
edilirken, filtre kekine baz katk maddeleri katlabilir. Kullanlan bu katk maddeleri yksek frn verimliliini
arttrmaktadr. Bu katk maddeleri,
Olivin
Kire + kireta
Dolomit olabilir. Olivinin kimyasal yapsnda %48-50 MgO, %41-43 SiO2, %6.1-6.6 FeO bulunmaktadr. %5
dolaylarnda katlan bu katk malzemesinin miktarnn belirlenmesinde peletleme ilemi, rn peletin fiziksel ve
kimyasal zellikleri ve yksek frndaki deikenler etki etmektedir. Kireta ve dolomitin de nemli yeri
vardr.
Yksek frna arj edilecek cevherin kontrol edilmesi gereken nemli deikenlerden biri, arjn asitlik veya
baziklik derecesidir. Cevherde bulunan SiO2 asidik, CaO ve MgO bazik karakterlidir.
Peletleme ilemi iki ana blmden oluur:
1) Ham (ya) pelet retimi: zenginletirilmi cevherin balayclar ile kartrlmas ve topaklanmas
2) rn pelet retimi: ham peletin nce ssal daha sonra soutma ilemine tabi tutulmas
ekil 3.7. Peletlemede aglomerasyon olay
Ham pelet retimi prosesin en nemli aamasdr ve bu aamada mukavemet, boyut, arpma mukavemeti ve
dier pelet zellikleri tayin edilir. lem tambur, koni ve diskler gibi dner cihazlar kullanlarak gerekletirilir.
Peletlerin topaklanp bilya eklini almas, suyun yzey gerilimi ve paralarn birbirine arpmas sonucu
gerekleir. Balangta su eklenerek ufak bir pelet ekirdei oluturulur, daha ekirdek byyerek pelet halini
alr. Ham peletleme olaynda gerekleen aglomerasyon olay ematik olarak ekil 3.7 de gsterilmitir. nce
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 23
partikller bir balayc ile peletleme haznesine yklendikten sonra kartrma ilemi gerekletirilir. Belirli bir
ada dnen pelet haznesinde tozlarn topaklanmas, akabinde belirli bir boyutta gelien peletlerin ortamdan
tamas prensibine dayanmaktadr. ekil 3.8 de disk eklinde peletleme hazneleri, ekil 3.9 da ise drum (davul)
tipi peletleme haznesi gsterilmitir.
ekil 3.8. Disk eklinde peletleme hazneleri
ekil 3.9. Drum (davul) tipi peletleme hazneleri
Ham pelet retimi esnasnda nem miktar %5-10 aralndadr. Ortalama nem miktar ok nemlidir. Az
miktardaki su boluklara hava girmesine, ok fazla su ise yaptrc zelliin tahrip olmasna neden olmaktadr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 24
ekil 3.10. Demir cevherinin peletleme akm emas
ekil 3.11. Ham peletlerin piirildii frn
ekil 3.12. Ham peletten rn pelet retim emas
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 25
rn pelet retiminde, dier bir ifadeyle ham peletlerin piirilmesi ileminde, dner frnlar kullanlmaktadr. Bu
frnlarn ap yaklak 5.2 m, uzunluklar yaklak 34.5 m, eimleri ise 3 dir. letme tonajna bal olarak 0.5-
1.5 devir/dakika hzla dnen frnda yakt olarak fuel oil kullanlmaktadr.
Ham peletlerin arj edildii ilk blge kurutma blgesidir. Bu blge yaklak 350C olup burada peletlerdeki nem
ve yapsal su giderilmektedir. n stma blgesinde ise scaklk 970 1130C civarndadr. Bu blmde de
yapsal su atlmaktadr. Ayrca hidratlar, karbonatlar ve slfatlar paralanarak ayrmaktadr. Curuf balar
olumaya balar, cevherdeki manyetit (Fe3O4) hematite (Fe2O3) dnmeye balar. Ayn zamanda 50-60 kg/pelet
mertebesinde mukavamete ularlar. Dner frndaki scaklk ise 1250 1320C aralnda olup bu blgede curuf
balar ve kristal bymesi tamamlanr.
ekil 3.13. Pelet stok sahas
Bu Blmde Kullanlan Kaynaklar
http://www.sinomgroup.com/be22.html http://dx.doi.org/10.1016/j.mineng.2007.09.005
http://ferrocom.com.tr/tr/ueruenler/item/28-demir-cevheri.html http://www.mta.gov.tr/v2.0/madenler/mineraller/index.php?id=pirit
Demir elik retimi ders notlar U.en/.Ylmaz, 2012
http://www.wstyler.ca/pdf/analysis_processing/Pelletizing_Discs.pdf
http://www.bulk-solids-handling.com/imgserver/bdb/458600/458642/4.jpg
http://i00.i.aliimg.com/photo/246207081/balling_disc.jpg
http://www.metso.com/miningandconstruction/MaTobox7.nsf/DocsByID/FD649B46389D826E42256B9500317
622/$File/Great_Kiln.pdf
http://www.k-utec.com/Processing-of-Mineral-Raw-Materials.200.0.html
http://feeco.com/wp-content/gallery/rotary-drum/rotary-drum-8.jpg
http://www.alibaba.com/product-free/106610155/IRON_ORE_PELLETS/showimage.html
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 26
BLM 4 YAKITLAR VE METALURJK KOK
4.1. Giri
Demir-elik endstrisinde kmrn en ok tketildii alan yksek frndr. Kok yksek frnda kullanlan
evrensel bir yakttr. ndirgeyici ve s salayc olarak grev alr. Ayn zamanda retim maliyeti iin nemli bir
yer kaplar. Kmr, kok olarak ve enjeksiyon halinde toz kmrn yksek frna yakt olarak yklenmesi eklinde
tketilmektedir. Bunun yannda kmrn ok daha az tketildii buhar ve elektrik retimi iin de kullanm
mevcuttur. Yine elikhanede elik retimi srasnda karbon ilavesinde ve demir elik prosesinde dorudan
ergitme (Kupol Oca) ilemlerinde de kullanlmaktadr. Kok retimi iin satn alnan kmrlerden beklenen
zellikler, dier proseslerde beklenen zelliklerden ok farkldr. Sadece belirli bir snf kmr, yksek frnda
pik retimi iin ok spesifik zellikleri salayacak ekilde kaliteli kok retimine imkan salar.
Kokun yksek frnda be fonksiyonu vardr.
1. Termal ihtiyalar salamak iin bir yakt olarak kullanlr. Reaksiyonu,
2C+O2 2CO H= - 2300 k.cal / kg
2CO+O2 2CO2 H= - 8150 k.cal / kg
2. Demir oksitlerin indirgenmesi iin CO salar.
3. Metal ve metaloit oksitleri, Mn, Si, P gibi indirger.
4. Demiri karbrize ederek erime noktasn drr.
5. Kuru ve slak blgelerde geirgenlii salar ve mekanik destek olur. Kokun geirgenlii cevher, sinter ve pelete gre % 60-100 orannda daha fazladr. Tyer seviyesine ininceye kadar erimez ve burada hava
tarafndan indirgenir.
Demir oksitten ekonomik olarak metalik demir retmek iin en uygun indirgen karbondur. nceleri bu nedenden
dolay erimeye elverili karbon iermesi ve uygun zelliklerinden dolay odunun damtlmasyla elde edilen odun
kmr kullanlmtr. Fakat bugn yksek frnlarda demir eldesinde kok kullanlmaktadr. Kok, antrasit ve
veya ta kmrn (bitml kmr) kuru damtlmasyla elde edilir. Kok gzeneklidir. Kokun kimyasal bileimi
gibi fiziksel zellikleri de kullanlan kmre ve damtma scaklna baldr. Metalurjik kokun stn fiziksel
zelliklere sahip olmas iin yksek scaklklarda (11001250 C) elde edilmesi gerekir.
4.2. Kok ve koklamaya uygun kmrler
Btn bitml kmrlerin kok imaline uygun olmamas gibi, kok imalatna uygun olan btn bitml kmrler
de metalurjik olarak kullanmaya uygun ayn salamlkta gzenekli metalurjik kok vermezler (r. S, P ierii
yksek ise). Yani, her kmrden kok olmaz. Her kok olan kmrden de metalurjik kok olmaz. Baz kmrler
dierleri ile kartrlmakszn kendi balarna olduka iyi kok imaline uygundur (rnein Sibirya ve Gney
Afrika kmrleri). Bazlar ise yalnzca kartrlarak kullanlabilir (rnein Zonguldak takmrleri). Kok
retim tip ve metodu da yksek frnda kullanlacak kokun kalite ve randmanna fazlasyla tesir eder.
Kok Cinsleri
Kok kmrleri imal edildikleri metoda gre balca cinse ayrlr: Dk-Orta-Yksek scaklk koklar.
Metalurjik kok stn fiziksel zelliklere sahip olmas iin yksek scaklklarda retilir. Koklamaya uygun
stn vasfl bir kmr bile dk scaklklarda (500-900C) koklatrlrsa metalurjik maksatlar iin uygun
deildir. Genel olarak, en iyi yksek frn koku pulverize edilmi ve harman yaplm, fazla uucu madde ve az
uucu madde ihtiva eden kmrlerin karmndan yksek scaklklarda niform bir stma ile elde edilir. Bugn
ok az iletme kok imali iin tek bir kmr kullanmaktadr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 27
ekil 4.1. Metalurjik kok
4.3. Metalurjik kokun zellikleri
Metalurjik kokta aranan genel zellikler;
Yksek frnlarda kullanlacak kok sevkiyatta paralanmayacak ve yksek frnn ar atlarnn basnc altnda ezilmeyecek kadar salam ve dayankl olmaldr.
Toz ve ince paralar ihtiva etmemeli ve istenilen yanma hz ile yanmas iin kok paralara fazla iri olmamaldr.
Bu fiziksel zellikler koklamaya uygun iyi bir kmrde koklama metodu ile kontrol edilir.
Kmr frna arj edilip stldnda 315-475C de plastik hale gelir.
Bitml kmr (ta kmr) bu scaklk aralna stldnda uucu maddeler nce hzl olarak sonra 950C a kadar daha yava olarak kmrden karlar.
Plastik snrdan sonra yava stma kokun sertliini biraz arttrr.
Kok paralarnn ebatlar byk lde arj edilen kmrn ebadna baldr.
yi bir metalurjik kokun kimyasal bileiminde ok az uucu madde ve % 85-90 karbon bulunur.
Koktaki uucu madde miktar % 2yi amaz.
Geri kalan kl, kkrt ve fosfordur.
Yksek frnda izabe esnasnda fosforun hemen hepsi ve kkrdn bir ksm pik demirine geer.
Kl ise crufa geer.
Kokun yksek fosfor ve kkrt iermesi arzu edilmez.
Genel olarak koktaki fosfor miktar yksek deildir ve hemen daima % 0.05in altndadr.
Kkrt ise yzde 0.6 dan 2 ye kadar olabilir.
Fakat pik demirine gemesi bakmndan mmkn olduu kadar dk olmas arzu edilir.
Koktaki kl miktar ok iyi kalitelerde % 6 civarnda, dk kalite koklarda % 14- 16 ve genelde % 8-12
arasndadr. Koktaki kl miktar kmr koklamadan nce ykamaya tabi tutularak azaltlabilir. Metalurjik
frnlarn ekonomik olarak iletilmesinde dk kl miktarnn byk nemi vardr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 28
Tablo 4.1. Metalurjik kokun zellikleri
Sabit karbon En az %87
Kl En ok %11
Kkrt En ok %1
Uucu maddeler En ok %2
Su En ok %5
Ufalanma ve toz En ok %6
zgl arl 1.5-1.9 kg/dm3
Basnca dayanm 100 kg/cm2
Yanma ss 7000-8000 kcal/kg
Para bykl 40 mm elek st
4.4. Metalurjik Kok retimi
Metalurjik kok retiminde kullanlan iki metod bulunmaktadr. Bunlar;
1) Kovan Metodu
2) Yan rn Metodu
4.4.1. Kovan Metodu
Bu yntem bugn iin nemini kaybetmitir. Kok retiminde kullanlan en eski yntemdir. Bu yntemde kovan
eklinde frnlar kullanlr. Frna yukar ksmndan yaklak olarak 8 ton kmr yklenir. Kmr seviyesi
dzeltildikten sonra frn kapa 3 cm kadar aralk kalacak ekilde kapatlr. Bu aralk koklama iin yetecek
havann frna girmesini salar. Frn scak olduu iin uucu maddelerin damtlmas hemen balar. Kmr
ktlesi sndka scaklk damtma gazlarnn yanma noktasnn stne kar ve bu gazlar kmr ktlesinin
zerindeki bolukta yanar. Bu gazlarn yanmas frnn ssn ykseltir ve koklama tamamlanana kadar damtma
sten alta doru ilerler. Damtma sresi (stte gazn yanmas) 3,5 saat kadardr. Kokun frnda kalma sresi 48-
72 saat arasnda deimektedir. Zaman uzadka daha sert ve daha az uucu maddeler ieren kok elde
edilmektedir. Frnn kaps zerinde braklan boluktan giren havann damtma gazlarnn yanmasna yetecek
kadar olmas gerekir. Fazla hava kok verimini drr. Yanan gazlar frnn st ksmnda bulunan delikten
atmosfere braklr. Bu yntemle kok eldesinde verim %60 kadardr ve ortalama olarak frn bana 5-5,5 ton kok
elde edilir. Koklama tamamlandktan sonra kapnn tulalar sklr ve kok frndan ekildikten sonra su ile
sndrlr. Kullanm iin depolanr. Bu yntem yerini yan rn metoduna brakmtr.
ekil 4.2. Kovan metoduyla kok retim frnlar
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 29
Bu yntemin en nemli avantaj, retilen kokun sertliinin ve basma mukavemetinin yksek olmasdr.
Dezavantajlar ise aada verilmitir:
1) Bu frnlar yan yana ina edilir ve bazen bunlarn kaplad sahann uzunluu 400 metreyi bulur 2) retilen koktaki kl miktar fazladr. 3) Verim daha dktr. 4) ok uzun srede kok elde edilir. 5) Fazla iilik ve ustalk gerektirir. 6) Frnlar birbiri ile uyum ierisinde almaldr. Yksek frna yeterince kok salamak iin bu gereklidir. 7) kan gazlarn tamam yanar.
4.4.2. Yan rn Metodu
Bu yntemde koklamann gerekletii frnlarda hava yoktur. Damtma iin gerekli s frnn dardan
stlmasyla salanr. Koklama sonucu elde edilen gazlar frnn bitiiindeki blmlerde yanar ve frn strlar.
Koklama srasnda aa kan uucu maddeler deiik ilemler uygulanarak gaz ve yan rn olarak elde edilir.
retilen gazn %40 tekrar kok frnlarn stmada kullanlr.
Genel olarak kok frnlarnda blm bulunmaktadr.
Koklama kamaralar
Istma kamaralar
Rejeneratif kamaralar
ekil 4.3. Yan rn metoduyla kok retiminde kullanlan kok frn
Sistem batarya eklinde dikdrtgen ekilli odacklardan olumutur. Odacklarn says 100-200 arasnda
deimektedir. Bataryalarda sras ile bir koklama odac bir stma odac bulunmaktadr. Bylece her
koklama kamarasnn iki yannda birer stma kamaras bulunmaktadr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 30
ekil 4.4. Kok bataryalar
Tablo 4.2. Bataryalar oluturan her bir kok frnnn dizayn lleri
Istma kamaralarna gaz ile beraber rejeneratif kamaralardan geerek snm hava verilmektedir. Rejeneratif
kamaralar stma ve koklama kamaralarnn altnda olup, stma kamaralarnda gazla karp yanmay salayan
havann stlmas iin kullanlrlar. Kmrlerin koklaabilmesi iin gerekli s, stma kamaralardan geldii iin
koklama yan duvarlardan balar ve kmr yatann ortasna doru ilerler. Koklama ilemi tamamlandktan
sonra kok itici makine ile itilerek frnn dier tarafndan vagona alnr. Frnn kok taraf kokun kolayca
boalabilmesi iin itici tarafndan 5-10 cm. daha genitir. Vagona alnan scak kok zerine su pskrtlerek
sndrlmektedir. Koklama sresince frnn her iki az refrakter astarl kaplarla skca kapatlr. Uucu
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 31
gazlarn kmas iin frn tavannda bir uta veya her iki uta delikler vardr. Bu deliklerden dar alnan gazlar
bir boru vastasyla bataryann gaz toplama ana borusuna gider. Bu gazlara daha sonra deiik ilemler
uygulanarak deiik yan rnler elde edilmektedir.
Yanma Kamaralarnda Yakt Gazlarnn Yaklmas
a) Zengin Gaz ile Istma
Yksek frnlardan gelen yksek frn gaz gazometreye gelir. Gazometreden bataryalara geli hattnda hemen
gazometre knda zel bir vana tertibat ile yksek frn gazna kok gaz katlarak zengin gaz karm elde
edilmitir. Bu ekilde yksek frn gaznn kalorisi 870 Kcal/m3 den 1100-1150 Kcal/m
3e ykseltilerek daha iyi
bir kalori deeri elde edilir. Zengin gaz rejeneratre (rejeneratif kamaralar), oradan da yanma kamaralarna
(stma kamaralar) iletilmektedir.
Yksek Frn gaz (870 kcal/m3)
%22.6 CO, %20 CO2, %4 H2, %1 CH4, %52.4 N2
Zengin gaz sisteminin devreye girmesi ile bataryalarda eski sisteme nazaran daha yksek scaklklar elde edilmi
olup, daha yksek kapasitede alma imknn vermitir. Ayrca baca ekilerinde de daha iyi netice elde
edilmitir.
b) Kok Gaz ile Istma
Batarya altnda mevcut kok gaz borusundan kan kok gaz bir emniyet vanas ile yanma kamaralarna gaz
datan kok gaz datm borusuna gelir. Buradan spiral borular vastas ile ayrlan gaz, kok gaz nozulundan
geerek dikey silindirik bir kanaldan ykselir. Nozulun bulunduu yerde mevcut olan dolam kanallarndan bir
miktar yanm gaz jet prensibine gre ekilerek kok gaz iine ilave edilir. Bunun sebebi yksek difzyon
katsaysna sahip olan kok gaznn difzyon katsaysn drerek yanma kamaralar iindeki alev boyunu
ykseltmektir. Bu ekilde yanma kamarasna gelen kok gaz, yksek frn gaznda olduu gibi gelen hava ile
yanma kamaras iinde birleerek yanar. Kok gaz ile stmada ana kok gaz borusuna gelen gaz bir stcdan
geirilerek scakl 60C ykselir. Ayrca rejeneratrlerde dikey kanal iinde ykselirken yksek frn gaznda olduu gibi rejeneratr ssnn da bir miktarn bnyesine alr ve snr. Bu n snma sayesinde daha kolay
yanmas salanr. Kok gaznda alrken yksek frn gaz kutularndan gaz gemez, bunlar deierek hava ve
yanm gaza (bacaya) dnr.
Kok gaz
(4300 kcal/m3)
%7.8 CO, %2.6 CO2, %60 H2, %21 CH4, %4.6 N2, %0.2 O2, %1.2 C2H6, %2.6 CnHm
c) Kark Gaz le Istma
Bu yntemde kark gaz, 8 inlik kok gaz borusundan gelen kok gaz ve 10 inlik yksek frn gaz borusundan
gelen yksek frn gaznn stc (eanjr) giriinde kartrlmas ile olumaktadr. Ayrca yksek frn gaz ile
stmada anlatlan tm olaylar yani yksek frn gaz haznesinden yksek frn gaznn kutular ve rejeneratrler
yolu ile ykselmesi, bu tip stmada da aynen geerlidir. zetle kok gaz hattndan (yksek frn gaz + kok gaz)
yani kark gaz, yksek frn gaz hattndan da yksek frn gaz geirilerek yanma kamaras tabannda hava ile
birletirilir ve yanma salanm olur.
Yanm Gazlarn Bataryalardan Uzaklatrlmas
Yakt gazlarnn havann O2 ile reaksiyona girmesi ile oluan yanma olay sonucunda aa kan yanm gazlar
(CO2,N2, H2O) yanma kamaralar stndeki bir kanaldan (cross over) geerek frn st tavanndan rejeneratrlere
gelir. Buradan, nce gaz ve hava kutularna sonra da yanm gaz kanal yolu ile bacadan atmosfere atlr. Yksek
frn gaz ile stmada baca gazndaki O2 deeri % 1.5-2, kok gaz ile stmada % 4-5, kark gaz stmada ise %
2-2.5 arasnda olmaldr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 32
4.5. Koklatrma lemi
Ta kmrnn damtlarak koklatrlmasn blmde toplamak mmkndr.
1.Ta kmrnn hazrlanmas ve kamaralara doldurulmas.
2. Kamarada kmrn koklamas.
3. Koklarn karlmas ve sndrlmesi.
Ta Kmrnn Hazrlanmas ve Kamaralara Doldurulmas
Kmr yatandan karlan ta kmrleri ykanp yabanc maddeleri uzaklatrlr. Hafif nemli olan bu kmrler
kurutulur ve sonra para byklkleri 0-10 mm olacak ekilde deirmenlerde tlr. Toz kmr yine hafife
nemlendirilir ve kamaralarn stndeki depolara doldurulur. Istma kamaralarnda gaz ve hava yaklarak kok
kamaralarnn scakl 1200-1300Cye karlr. Toz kmr bu kamaralara yklenir.
Kamaralarda Kmrn Koklamas
Scak kamaraya doldurulan kmr dtan ie
doru yava yava snr. Koklama annda ilk
200C ile 400C arasnda kmr tanecikleri
tarafndan absorbe edilmi su buhar, CO2 ve
CH4 (metan) gazlar aa kar. Koklama
scakl arttka metan, etan gibi doymu, etilen
gibi doymam hidrokarbonlar paralanmaktadr.
Buna karlk H2 miktar artmaktadr. Ayn
ekilde scaklk arttka CO2, CO 'e dnmekte
ve CO miktar artmaktadr. Kmrn
koklamas frnn yanma kamaralarnn
duvarndan balar, kmr ynnn ortasna
doru ilerler. Koklaabilir kmr havasz
ortamda scakl 400C civarnda yumuayarak
ier. Scaklk arttka kmr plastik veya yar
plastik hale gelir. Plastik kitle iindeki gazlar,
scakln tesiri ile genileyerek kmr iirir.
Kmrn scakl 500Cye ulatnda kmr
bzlerek katlar, gzenekli kok eklini
almaya balar. 600C civarnda koklama balar.
Scaklk 1000-1100Cye kadar kartlr ve bu
scaklkta 18-22 saat bekletilen kmr, gaz ve
buharlaan maddelerini vererek akkor halinde
bir ktle oluturur. Koklama hz maksimum
kapasitede 1 in/saat'tir. Koklamann sonunda
frn iindeki kzgn kok ktlesinin ortasnda
yukardan aaya bir izgi oluur, buna
koklama izgisi denir. Bu izginin belirginlii
ve devamll incelenerek kokun kalitesi
hakknda yorum yaplr. yi bir koklamada elde
edilen kok ktlesinde bu izginin belirgin ve
devaml olmas gerekmektedir.
ekil 4.5. Batarya kesidi ve kmr arj
Koklarn karlmas ve Sndrlmesi
Koklama ilemi bittikten sonra kamaralarnn yan kaplar alr. zel bir iletme makinesi ile koklar
kamaralardan kartlr. karlan kokun scakl ok yksek olduundan havann oksijeni ile birleerek yanar.
Bunu nlemek iin kok zerine bol miktarda su pskrtlerek sndrlr. lem verimi %80dir.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 33
ekil 4.6. Kokun darya alnmas
4.6. Kmr Enjeksiyon Sistemi
Ebad 200 mesh'in (0,05 mm) altnda ve rutubeti % 1'den az kmrlerin yksek frnlara enjekte edilmesi
ilemine Pulverize Kmr Enjeksiyonu (PCI) denir. Sistemde kullanlan ham kmr, kmr stok sahasndan PCI
tesisi kmr hazrlama blmne konveyr vastas ile getirilir. Kmr, ham kmr silolarna nakledildikten
sonra kmr besleyicisi ile pulverizre gelir ve burada tlr. Daha sonra, yksek frn soba bacas atk gaz
ve yksek frn gaz kullanan scak gaz jeneratrnden elde edilen scak gaz vastas ile kurutulur ve
snflandrlr. Pulverizrden torba filtrelere gelen pulverize kmr (PC), PC silosuna, buradan ara tank ve sonra
enjeksiyon tankna gnderilir.
Enjeksiyon tankndan kan kmr, lanslar vastas ile yksek frnlara enjekte edilir. Enjeksiyon srasnda
enjeksiyon tankndaki PC azald zaman enjeksiyona ara vermeden ara tankdan enjeksiyon tankna PC
beslemesi yaplr. Yksek frnlarda kmr enjeksiyonuna gei sebepleri 1979 ylnda yaanan 2. petrol
krizinden bu yana dnya demir elik endstrisinde nemli yer tutan lkelerdeki irketler yksek frnlarda
uyguladklar sv yakt enjeksiyonuna alternatif bir sistem gelitirmek iin aba sarf etmilerdir. nk sv yakt
enjeksiyonu, yksek maliyeti nedeni ile terk edildikten sonra yksek frn prosesinde aadaki olumsuzluklar
meydana gelmitir;
1) Alev scaklnda art,
2) Kenar blgelerdeki s aknda art,
3) Kok orannda art,
4) Ask ve kayma saysnda art ve frn almasn bozulmas,
5) Gaz geirgenliindeki azalmalar sonucu frn almasnn bozulmas.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 34
ekil 4.7. Kmr enjeksiyon sistemi
Frn almasnda meydana gelen bu dzensizlikler bir takm nlemler alnarak dzeltilmeye allmsa da
(rnein, hava scakl azaltlp rutubet miktar artrlarak alev scaklnn kontrol, cevher/kok orannn
azaltlarak gaz geirgenliinin artrlmas gibi), bu nlemler kok tketiminin artmas, yksek frn veriminin
dmesi ile sonulanmtr. Bunun zerine 1860 yllarnda Avrupa'da uygulanan, fakat bu tarihi takip eden
yllarda petrol fiyatlarndaki d nedeni ile zerinde fazla aratrma yaplmayan kmr enjeksiyon sistemi
yeniden gndeme gelmitir. Bylece uzun yllar sonra ksa aralklarla yaanan petrol bunalmlar sonucu kmr
enjeksiyon sistemi zerinde almalar younlaarak bu sistemi kullanan frnlarn says artmtr
Niin kmr enjeksiyonu ?
a) Kmr enjeksiyon sisteminde enjekte edilen kmrn 1 tonunun enjeksiyon maliyeti $80 civarndayken
yeni yaplacak bir kok fabrikasndan retilen kokun 1 tonunun maliyeti $250 civarndadr (yatrm maliyetleri
dahil). Kmr fiyatlarnn ucuz olmas nedeni ile sistemin geri deme sresi olduka ksadr (1.5 - 2 yl gibi).
b) Scak hava sobalarndaki yanma havas ve yksek frn gaznn n stlmas iin gerekli olan s kazanm
sisteminin nemli olduu 80'li yllarda hava scakl 1200 oC'ye kadar ykseltilebiliyordu. Sonu olarak iyi bir
frn almasn garanti etmek amac ile alev scakln kontrol etmenin ekonomik yollar bulunmalyd. Bu
yllarda kmr/kok/fuel-oil fiyatlarna baklnca en ekonomiinin kmr olduu grlmtr.
c) Kmr enjeksiyon sistemlerinin oalmasnn ana sebeplerinden biride evre etkileridir. Kok fabrikalarndan
evreye yaylan atklar kontrol etmek zordur ve yatrm gerektirir. Kmr enjeksiyon sistemlerinde ise evre
kirlilii kok fabrikalarna kyasla daha azdr.
4.6.1. Kmr Enjeksiyonu Kok Karlatrlmas
Tamamen kok ile alld durumla kyaslannca:
1) Kok oranndan % 25 tasarruf elde edilir.
2) Enerji maliyeti azalr.
3) Alev scakl daha iyi kontrol edilir.
4) 210 kg/TSM enjeksiyon yaplabilen bir tesiste hava rutubetinde 16 gr/m3 d, hava scaklnda 200
oC
art, oksijen zenginletirilmesinde % 3 art elde edilir.
5) Ayn yakt orannda yksek frn arj kapasitesi artrlarak retim art elde edilir.
6) Dnyann bir ok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan kmr kullanlabilir.
Antrasit'den linyite kadar, kl miktar % 3'den % 18'e kadar kmr eitleri kullanlabilir. Kullanlan
kmrn karbon miktar yksekse enjeksiyon oran da artar.
7) Yksek frn daha dzenli alr (scak maden kalitesi artar).
Fuel oil ve doal gaz enjeksiyonu ile alld durumla kyaslannca: 1) Dnyann bir ok yerinde mevcut olan metalurjik olmayan kmr kullanlabilir.
2) Politik bamll olmayan bir enerji kaynadr.
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 35
3) Kmrn alev scaklna etkisi fuel-oil ve doal gazdan daha az olduu iin alev scakln kontrol asndan
yksek enjeksiyon oran elde edilebilir.
4) Daha az deerli bir enerji kaynadr.
5) Kmrdeki karbon/hidrojen oran fuel-oil'inkinden daha byktr. Bu nedenle hidrokarbon yaktlara kyasla
daha fazla kmr yaklabilir.
4.6.2. Sistemde kullanlan kmrler
Tane ebat dalm, kl miktar, uucu, kkrt ve alkali miktar, kalorifik deeri, pnamatik tanma davran,
gazlama ve yanma karakterleri enjekte edilen kmrn gz nnde bulundurulmas gereken zellikleridir.
Kmrn pnamatik tanma srasndaki davran nemlidir. nk sadece kesintisiz ak salayan kmr
tipleri tyerlerde eit dalm salarlar. Tyerler frn gvdesindeki scak hava girileridir. Saylar frn hazne
apna gre deimektedir. Kmrn karbon, rutubet, uucu, kl, azot ve oksijen miktarlarnn deimesi ksa
sreli s dalgalanmalarna sebep olur. Eer kmr birden fazla kaynaktan elde ediliyorsa bu dalgalanmalar daha
da fazlalar. Bu nedenle kmr karbonu dier nemli bir faktrdr. Yksek frnlar enjekte edilen kmr
aadaki zelliklerde olmaldr.
Uucu madde >%20
Kl erime scakl >1400C
Kl miktar
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 36
BLM 5 YKSEK FIRINDA HAM DEMR (PK) RETM
5.1. Yksek Frn (Blast Furnace)
Demir ierikli hammaddelerin kok ve kire ta ile bir arada ergitilmesinde kullanlan ve kapasitelerine gre
ykseklikleri 30-90 m arasnda deien frnlara yksek frn denir. Dnya elik retimi her yl 700 milyon ton
civarnda gereklemektedir. Bu retimin yaklak % 60 yksek frnlar ve elikhane vastas ile geriye kalan %
40 hurdalarn eritilmesi ile elde edilmektedir. Hurda kaynann da yksek frn olduu gz nne alnrsa elik
retiminin % 99'u yksek frnlardan elde edilmektedir.
Yksek frnlarda sv pik elde etmek amac ile demir ierikli hammaddeler (cevher, pelet, sinter gibi), cruf elde
etmek ve oluacak crufun zelliklerini ayarlamak iin oksit ierikli hammaddeler (flux malzemeleri; kire ta,
dolomit gibi), s elde etmek amac ile karbon ierikli hammaddeler (kok, kmr, katran, fuel oil gibi)
kullanlmaktadr.
Yksek frnn i hacmi 250-850 m3 kadardr. Ortalama 1m
3 frn hacmi iin 24 saatte 0,5 ila 1,4 ton aras ham
demir elde edilir. 1 ton ham demir elde etmek iin kmrn kalitesine cevherin kompozisyonuna bal olarak
450-800 kg kok tketilir. Bir yksek frndan elde edilen rn pik demir adn alr.
Yksek frn doldurulup yakldktan 10-15 saat kadar sonra eriyik ham demir alnmaya balanr. Gnde 4-6 kere
eriyik alnr. Yksek frnda kullanlan hammaddeler yaklak olarak %5560 orannda sinter, %30-35 orannda
cevher ,%10-15 pelettir. Pik demirde %92-93 demir vardr. Geri kalan ise C, Si, Mn, P, S gibi elementlerdir.
Yksek frn d gvdesi bulunduu blgeye gre
kalnlklar deien (30 50 mm) elik sacdan imal
edilmitir. Frn ierisindeki reaksiyonlar sonucu oluan
snn gvde sacna zarar vermemesi iin gvde sac, frn
i ksmndan eitli kalitelerde refrakter tulalar ile
korunmaktadr. Yksek frn (ekil 5.1) u ksmlardan
olumaktadr;
1) Boaz (Throat)
2) Gvde (Shaft)
3) Bel (Belly)
4) Karn (Bosh)
5) Hazne (Hearth)
ekil 5.1. Yksek frnn ematik gsterimi
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 37
Frn st blgesinde an sistemi veya daha modern bir
sistem olan ansz tepe sistemi bulunmaktadr.
Hammaddeler frn st blgesinden bu sistemler vastas
ile ieriye gnderilmektedir. Malzemelerin ve gazn
snmas sonucu hacimlerinin artmas nedeni ile rahat bir
ekilde hareket edebilmeleri iin gvde ap aaya doru
genilemektedir. Gvdenin bittii yerde balayan ve dikey
eksende ap sabit olan bel (Belly) blgesi frnn en geni
blgesidir. Curufun ve metalin erimesi ve sonu olarak
hacimlerinin azalmas bu blgede balar. Karn (Bosh)
blgesi ters koni eklindedir. st ksm bel, alt ksm
hazne ile birlemektedir. Karn blgesinde erime ilemi ve
son curuf oluma ilemi tamamlanr. Eriyen metal ve
curuf, karn blgesinin altnda bulunan ve dikey eksende
ap sabit olan hazne blgesinde birikir. Frn ekil ve
blmlerinin lleri; alma metodu, hava scakl ve
kullanlacak malzeme cinsine gre deimektedir.
Malzemenin rahat hareketi ve yukarya kan gazn (ekil
5.2) malzeme ile frn ap boyunca temasnn ok iyi ve
dzenli olabilmesi iin bu llerin dikkatli belirlenmesi
gerekmektedir.
ekil 5.2. Yksek frnda arj ve scak hava
hareketi ile scaklk blgeleri
ekil 5.3. Yksek frn kesidi
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 38
5.2. Yksek Frn Yardmc Birimleri
Bir yksek frnda bulunan yardmc birimler;
1- Hammadde besleme sistemi
2- Frn st arj sistemi
3- Kmr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
5- Dkmhane
6- Kontrol odas
7- Soutma sistemi ve refrakterler
ekil 5.4. Yksek frn ve yardmc birimler
(1-sinter, 2-kok, 3-asansr, 4-besleme girii, 5-kok tabakas, 6-cevher ve flaks sinter/pelet tabakas, 7-scak hava
-curuf alm, 9-pik demir alm, 10-curuf arabas, 11-pik demir iin torpido arabas, 12-toz tutucu
(siklon), 13-scak hava frnlar, 14-baca, 15-frnlara hava besleyici, 16-toz kmr, 17-kok frn, 18-kok, 19-
yksek frn baca gaz borusu)
1- Hammadde besleme sistemi
Frnda kullanlacak hammaddelerin stokland, hazrland ve frna gnderildii nitedir. Bu nitede;
a- Hammadde silolar
b- Besleyiciler
c- Tayc bantlar
d- Tart hazneleri
e- Malzeme kovalar bulunmaktadr.
Kullanlan malzemelerin cinsine ve yksek frn retim kapasitesine gre hammadde silolarnn adet ve hacimleri
deiir. Her cins malzeme iin en az 1 adet silo bulunmaldr.
2- Frn st arj sistemi
an Sistemi :
Frnn st ksmnda ift an tertibat (byk an, kk an) vardr (ekil 5.5). Bu tertibat sayesinde arj frn
iine verilebilmektedir. Fakat bu arada gazlarn frndan darya ka nlenmektedir. Sistemin alma prensibi
basite u ekildedir:
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 39
Frna arj edilecek malzeme frn stne getirilerek
kk an zerine dklr ve malzeme kk an
zerine homojen bir ekilde yaylr. Bu arada teki
(byk an) kapal olur. Kk ann almas ile
birlikte malzemeler byk ann zerine dklr ve
kk an kapanr. ki an arasndaki basn frn i
basncna eitlendikten sonra byk an alr ve
malzeme frn ierisine dklr. Bu nceden
belirlenmi arj programna gre olur. Dkme ilemi
bittikten sonra byk an kapanr. Kk ann
tekrar alabilmesi iin anlar aras basncn tahliye
edilmesi gerekmektedir. arj edilen malzeme dzgn
bir ekilde dalmaldr. Bu ykselen gazlarn
dzgn dalm iin gereklidir.
Dalm modeli; kullanlan malzemenin byklne
ve dier fiziksel zelliklerine, frnn apna ve
asna ve arj yksekliine baldr.
ekil 5.5. kili an sistemi
Malzeme frn iine arj edildikten sonra yn oluturulduundan malzemenin dzgn arj edilmesi verimlilik,
yakt tasarrufu ve frnn dzgn almas ynnden ok nemlidir.
ansz tepe (Paul Wurth) sistemi :
Bu sistem dnyada kullanlmakta olan en son arj sistemidir.
Frn st silolar (1-3 adet), szdrmaz vafleri (alt-st), eitleme
ve tahliye valfleri, dili kutusu, malzeme kaps ve dner oluk bu
sistemin nemli blmlerini olutururlar. Frn zerine tanan
malzemeler uygulanacak arj programna gre sra ile silolara
boaltlr. Hazr olan silo ierisindeki malzeme frn ierisine
boaltlmadan nce st szdrmazlk valfi kapanr ve silo i
basnc frn i basncna eitlenir. Eitleme ilemi bittikten sonra
alt szdrmazlk valfi ve malzeme kaps sra ile alrlar. Silo
ierisindeki malzeme dner oluk vastas ile frn ierisine
dklr.
Malzemenin silodan dkl esnasnda dner oluk kendi ekseni
etrafnda dnd iin malzeme frn ierisine epeevre
yaylmaktadr. Ayrca dner oluk dikey ile 13 eit a
yapabilmektedir. Bylece malzeme frn duvarndan frn
merkezine doru istenilen miktarda datlabilmektedir.
Silo ierisindeki malzeme tamamen boaldktan sonra malzeme
kaps ve alt szdrmazlk valf sra ile kapanrlar. Silonun yeniden
malzeme alabilmesi iin i basncn atmosfer basncna eit
olmas gerekir. Bu nedenle arj ilemi bittikten sonra tahliye valf
aarak silo ierisindeki basn tahliye edilir.
ekil 5.6. ansz arj sistemi
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 40
3- Kmr enjeksiyon sistemi
Pulverize kmr enjeksiyonu (PCI), byk
hacimlerde ve toz halindeki kmr yksek
frna fleme yoluyla besleyen bir prosestir.
Bu proses, demir indirgenme ve metalik
demir retimini hzlandrr, ilave olarak
frnda kok tketimini azaltr. Her bir ton
kmr enjeksiyonu sayesinde 0.85-0.9 ton
metalurjik kok retiminden tasarruf
edilebilmektedir. Bylece ton scak metal
retimi bana 16-33$ maliyetler azalmakta,
bu da metal retim maliyetlerini yaklak
%4.6 orannda drmektedir.
ekil 5.7. Kmr enjeksiyon sistemi
4- Sobalar
Sobalar, yksek frnlarda kokun yanmasn salayan scak havann elde edilmesinde kullanlr. Kapasitelerine ve
imalat firmalarna gre tipleri deiik olan sobalar genel olarak iki blmden oluurlar:
Yanma hcresi Isnma hcresi
a) Yanma Hcresi
Yanma hcresi; gaz ve hava girii, seramik burner ve scak hava knn bulunduu bo bir hcreden oluur.
Ayr kanallardan geerek gelen gaz ve yakma havas bu blmde karr ve yanmaya balar. Sobalarda, yakt
olarak yksek frnlarn ve kok fabrikalarnn yan rn olan gazlar kullanlr. Yksek frn gaz kalorisinin
dk olmas nedeniyle verimli bir yanma elde etmek iin istenilen hava scaklk deerine bal olarak bu gazn
ierisine maksimum % 10 mertebesinde kok gaz kartrlr. Elde edilen bu gaz "karm gaz" olarak
adlandrlr. Sobalardaki karm gazn yakmak iin kullanlan hava yakma havas fanlarndan elde edilir.
b) Isnma Hcresi
Sobann bu blm checker tular olarak adlandrlan gzenekli tulalar, baca klar (2 adet) ve souk hava
giriinden oluur.
5- Dkmhane
Dkmhaneler sv pik ve crufun frndan alnd yerlerdir. Yksek frn retim kapasitesine gre saylar 1 ila
4 arasnda deiir. Dkmhanelerde bulunan ana sistem ve ekipmanlar unlardr.
a) Dkm ve curuf delikleri
b) Pik ve cruf kanallar
c) Dkmhane vinci
d) Dkm ama matkab
e) Dkm kapatma amur topu
a) Dkm ve curuf delikleri
-
PROF.DR.KENAN YILDIZ | DEMR ELK METALURJS 41
Yksek frnda oluan ve haznede biriken sv pik ve curufun frndan tahliye edildikleri yerlerdir. Curuf
younluunun pik younluundan dk olmas sonucu haznedeki curufun pikin zerinde birikmesi nedeni ile
curuf delikleri yer olarak pik deliklerinin daha stnde bir blgede bulunurlar. Curuf delikleri ihtiya duyulduu
zaman alrken pik delikleri belirli periyotlarda alarak haznedeki sv pik ve curuf birlikte tahliye edilirler. Bu
nedenle pik delikleri Dkm Delii olarak adlandrlr. Haznede biriken pik ve curuf tahliye edildikten sonra
yeniden birikmesi amac ile dkm delii kapatlr. retim kapasitesi yksek olan (gnlk 10.000 ton gibi)
frnlarda 4 adet dkm delii bulunur ve srekli en az bir dkm delii ak bulunur.
b) Pik ve Curuf kanallar
Pik Kanal: Pik frndan tahliye edildikten sonra tayc aralar olan pota veya torpido arabalarna belirli bir
kanaldan geerek birikir. Bu kanallar scaklk ve anmaya dayankl refrakter malzemelerden hazrlanmtr.
Dkm deliinden curuf kanalna kadar olan belirli bir mesafede pik ve curuf birlikte akt iin pik kanal
dkm kanal olarak adlandrlr.
Curuf Kanal: Curufun younluunun pike gre daha dk olmas ve kimyasal yaps nedeni ile curufun