Entegre Demir Çelik Tesisleri ve Proses Akışları Part 4

Çelikhane

Yüksek fırının ürettiği pik demirin çelik yapıldığı tesistir. Üretilen pik demir torpidolara şarj edildikten sonra çelikhaneye getirilir. Yüksek fırında üretilen pik demirin içerdiği C miktarı %4 civarlarındadır. Çelikhanede bu C miktarının düşüşü sağlanır. Ayrıca yapının içerisine çeşitli empüriteler de katılır ki nihai yapının mekanik özellikleri artmış olsun. Tüm bunlar içinde pik demire çeşitli katkı elemanları katılır. (Oksijen, hurda vs.)

Torpido

Fakat daha önce yüksek fırından çıkan pik demirin S (kükürt) miktarına bağlı olarak S giderme tesisinde S giderme işlemi yapılmalıdır. Bildiğiniz gibi S çelikte kırılganlığa yol açmakta ve bu sebeple çok küçük yüzdelerde istenmektedir. Bunun için torpidoya, kireç, Mg gibi ilaveler azot yardımıyla enjekte edilir ve S giderme işlemi tamamlanır.

S giderilme işlemi biten pik demir torpidolardan konvertöre (BOF) şarj edilir ve üst kısımda biriken cüruftan arındırılır. Aslında hurda konvertöre ilk şarj edilen malzemedir. Ardından pik demir şarj edilir. Hurdanın pik demirle karıştırılması 2 nedenden ötürüdür:

-Maliyet

-Sıcaklık dengesini ayarlamak.

Hafif olanlar, hurda potasında öne, ağır olanlar ise arkaya koyulur ki şarj yaparken hafif hurda fırına girdiğinde fırın içindeki refraktere zarar vermesin.

Pik demir şarjından sonra oksijen üflemesi yapılır. Oksijen üflemesi ile C miktarı düşürülür ve çeşitli reaksiyonlarda meydana gelir. Bu işlem C bitene kadar devam eder ve 13 ile 25 dk. arasındadır. Üflenen oksijenin saflığı da önem arz eder. Genellikle %100’e yakın oksijen, %0.3-0.5 oranlarında Ar içeriklidir. Bu süre içerisinde meydana gelen reaksiyonlar ekzotermik yani ısı veren reaksiyonlardır. Buna sebep olan en güçlü elementler Si ve C’dur. Bu nedenle pik demirde Si oranı yüksekse konvertöre daha fazla hurda şarjı yapılmalıdır ki sıcaklık dengesi sağlansın.

BOF prosesi

Bu işlemlerden sonra konvertörden alınan çelik artık sürekli dökümlere gitmeye hazır hale gelmiştir. (C, Mn, P, S, Si miktarları ayarlanmış ve cüruf alınmıştır.) (Bir başka yazımda da bu saydığım elementler ve V, W, Co, Cr gibi çeşitli elementlerin çeliğe etkilerinden bahsedeceğim.)

Entegre Demir Çelik Tesisleri ve Proses Akışları Part 3

Yüksek Fırın (Blast Furnace)

Yüksek fırın temel olarak, sinterlenmiş ham demirle koklaştırılmış taş kömürünü sıcak hava yardımıyla reaksiyona sokarak, çelikhane için gerekli olan sıvı ham demiri (pik demir) üretir. Tabii ki cevher olarak sadece sinterlenmiş ham demir kullanılmadığı gibi (pelet, parça cevher) yakıt olarak sadece koklaştırılmış taş kömürü kullanılmaz (katran, fuel-oil vs.). Bunun en temel nedeni maliyeti düşürmektir. Bir önceki yazımda da söylediğim gibi kok kömürünün maliyeti oldukça yüksektir.

Yüksek fırın dış gövdesi bulunduğu bölgeye göre kalınlıkları değişen (30 – 50 mm) çelik sacdan imal edilmiştir. Fırın içerisindeki reaksiyonlar sonucu oluşan ısının gövde sacına zarar vermemesi için gövde sacı, fırın iç kısmından çeşitli kalitelerde refrakter tuğlalar ile korunmaktadır. 

Yüksek fırın şu kısımlardan oluşmaktadır:

a- Bogaz - Throat

b- Gövde - Stack

c- Bel - Belly

d- Karın - Bosh

e- Hazne -Hearth

Fırın üst bölgesinde çan sistemi veya daha modern bir sistem olan çansız tepe sistemi bulunmaktadır. Hammaddeler fırının üst bölgesinden bu sistemler vasıtasıyla içeriye gönderilmektedir. Bu bölgeden itibaren dikey eksende aşağı doğru bir kaç metre uzunluğunda boğaz kısmı bulunur. Boğazdan itibaren fırının toplam uzunluğunun yaklaşık 3/5’lik kısmında gövde bulunmaktadır. Malzemelerin ve gazın ısınması sonucu hacimlerinin artması nedeni ile rahat bir şekilde hareket edebilmeleri için gövde çapı aşağıya doğru genişlemektedir. Gövdenin bittiği yerde başlayan ve dikey eksende çapı sabit olan bel (Belly) bölgesi fırının en geniş bölgesidir. Cürufun ve metalin erimesi ve sonuç olarak hacimlerinin azalması bu bölgede başlar. Karın (Bosh) bölgesi ters koni şeklindedir. Üst kısmı bel, alt kısmı hazne ile birleşmektedir. Karın bölgesinde erime işlemi ve son curuf oluşma işlemi tamamlanır. Eriyen metal ve curuf, karın bölgesinin altında bulunan ve dikey eksende çapı sabit olan hazne bölgesinde birikir.

Yüksek fırına, şarj işlemi bittikten sonra sobalar yardımıyla sıcak hava kokun yanmasını sağlamak amacıyla gönderilir. Sobaları ısıtmak içinse yine yüksek fırından yararlanılır. Reaksiyon sonucu oluşan yüksek fırın gazı (%90) ile kok gazı (%10) sobaların ısınmasını sağlar. Kok gazının ilavesi, yüksek fırın gazının kalorisinin düşük olması sonucu yanmanın veriminin düşüklüğünden kaynaklanmaktadır. Yüksek fırın gazının kalorisi 870 Kcal/m3 iken kok gazının 4300 Kcal/m3’tür.  

Kokun ve diğer yakıt elemanlarının yanması ile reaksiyon başlar. Hematit olarak fırına şar edilen demir cevheri sırasıyla manyetit ve wüstit olacak, ardından demir’e indirgenecektir. Teorik olarak fırının üst bölgesinde bulunan gazların indirgenme potansiyeli wüstit oluşumu için yeterli olduğundan cevher şarj edilir edilmez hematit ve manyetit indirgenmeye başlar. Yüksek fırında silisin, fosforun, manganın indirgenme reaksiyonları da söz konusudur fakat ben bugün bu kadar derine girmeyeceğim.

Yüksek fırınlarda tüyer bölgesi önünde sıcaklık yaklaşık 2200-2400^oC, fırın tepesinde ise 200^oC civarındadır. Üflenen sıcak hava sıcaklığı da 1100^oC civarındadır. Fırın çelik zırhını ve soğutma sistemini yüksek sıcaklıklardan korumak amacıyla refrakterler yüksek fırınlarda çok önemlidir.

Fırın bölgelerindeki aşınma ve sıcaklık farklılıklarına göre kullanılan refrakterler değişmektedir.

Yüksek fırınlarda genel olarak; Karbon tuğlalar,

Grafit tuğlalar,

SiC tuğlalar,

Alümina tuğlalar kullanılır.

Döküm Holü

Pik demiri curüfüyla birlikte fırından almak amacıyla dizayn edilmiş ekipmanlar topluluğudur. Döküm holü, yüksek fırın ürünü olan sıvı ham demir ve curufun potalara ya da torpidolara (çelikhane için) yönlendirildiği yerdir. Döküm holünde;

Döküm ve curuf deliği,

Pik ve curuf kanalları,

Beşik oluk,

Köprü Vinci,

Döküm açma matkabı ve çamur topu gibi ekipmanlar bulunur.

Döküm Deliği: yüksek fırında ergimiş halde elde edilen ve fırın tabanındaki hazne bölgesinde bulunan sıvı ham demiri fırından almak için döküm delikleri bulunur.

Pik ve Cüruf Kanalları: Açılan dökümün potalara ulaşmasına yardımcı olan refrakter malzemelerden yapılmış kanallardır. Bu bölgede pik altta cüruf üstte olmak üzere birlikte akarlar ve yoğunluk farkı sayesinde birbirinden ayrılır ve ayrı kanalardan pik pik potasına, cüruf cüruf potasına alınır ya da cüruf granüle edilir.

Köprü Vinci: Döküm holünde malzemelerin taşınmasına yardımcı olur.

Döküm Açma Matkabı: Refrakter çamurlarla kapatılmış ve ısıyla sertleşmiş döküm değinin açılmasında kullanılır. 42-45 mm’lik matkap çubukları ile dairesel ve darbeli hareket yardımıyla döküm deliğini 2-2, 5-3, 5 m’lik mesafe de açarlar.

Çamur Topu: Hazne bölgesinde biriken pik ve cüruf alındıktan sonra çamur topu açık olan döküm deliğine, delik boyu ve çapına bağlı olarak çamur basar. Belli bir süre top delik üzerinde bekletilir, malzeme kalitesine bağlı olarak 2-7 dk. sonra döküm kapatılmış olur.

Sonuç olarak yüksek fırının amacı çelikhane için gerekli olan sıvı ham demiri cevher ve çeşitli yakıtlarla reaksiyona sokarak üretmek, ardından da ürettiği bu pik demiri cürufundan ayırıp torpidolara yüklemektir ki çelikhaneye, C miktarı azaltılıp çelik olabilsin. Üretilen cüruf ise atılmaz, çimento sanayisi için satılır. Görüldüğü gibi entegre tesisler ürettiği hiçbir malzemeyi boşa harcamıyor. Tıpkı Y.F. gazının sobaları ısıtmak için kullanılması gibi.