#Kimyasaldönüşümler

[dokumtek]

Çelik Üretiminde Oksidasyon ve Rafinasyon Nasıl Olmalıdır?

Çelik üretiminde, oksidasyon ve rafinasyon önemli adımlardır ve çelik üretim sürecinin farklı aşamalarını içerirler. Oksidasyon: Çelik üretiminde demir cevherinden başlayarak, demirin oksidasyonuyla başlar. Bu aşama genellikle yüksek sıcaklıkta gerçekleşir ve demir cevheri, oksijenle reaksiyona girerek demir oksit (Fe2O3) veya demir (III) oksit oluşturur. Bu, demirin metalik formundan oksit formuna dönüşümüdür. Rafinasyon: Daha sonra, demir oksitlerin veya diğer demir kaynaklarının saflaştırılması ve çeliğin istenilen özelliklerini kazanması için rafinasyon işlemi gerçekleştirilir. Rafinasyon süreci çelik üretiminde çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilebilir: Oksijen Konvertörleri (Basic Oxygen Furnaces - BOF): Bu sistemde, eritilmiş demir cevherine oksijen üfleyerek karbon ve diğer katkı maddelerini gidermek için yüksek sıcaklıkta bir reaksiyon gerçekleştirilir. Bu, yüksek kaliteli çelik üretmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Elektrik Ark Fırınları (Electric Arc Furnaces - EAF): EAF, demir hurdasını veya demir cevherini eritmek için elektrik arkı kullanır. Bu yöntem, geri dönüşüm için hurda demir kullanımını sağlar ve çeşitli çelik kaliteleri üretebilir. Hazne Rafinasyon Fırını(Ladle Refining Furnace-LF) : Bu süreç, eritilmiş çeliği bir tavada alıp rafine etmek için kullanılır. Bu, alaşım bileşimini ayarlamak, gaz ve kükürt gidermek, homojenleştirmek ve sıvı çelikteki diğer istenmeyen maddeleri azaltmak için kullanılır. Bu süreçlerin her biri, çelik üretiminde istenilen kalite, maliyet ve verimlilik gereksinimlerine bağlı olarak tercih edilir. çelik üretiminde oksidasyon ve rafinasyon işlemi, son üründe istenilen özelliklere ulaşmak için önemlidir ve çelik endüstrisinde büyük öneme sahiptir. Kaynatmalı Ocak Ergitmesi İle Çelik Döküm İmali Prensipleri: Oksidasyon ve Rafinasyon Karbon: Oksidasyon periyodundaki en önemli reaksiyon karbon ve oksijen arasındaki CO gazını oluşturan reaksiyondur. C + O CO Bu reaksiyon banyoyu karıştırır ve maden içinde çözünmüş Hidrojen ve Nitrojen gazlarını dışarı taşır. Ayrıca diğer oksidasyon ürünlerini de cüruf-metal ara yüzeyine taşır. Reaksiyon gerçekte ocağın ergime bölgesinde ya da banyoya ilave edilen hurda katı malzemelerin yüzeylerinde başlar. Yüzey düzensizlikleri ve girinti çıkıntıları CO habbeciklerin oluşumuna imkân tanır. Silis: Silis daha önce bahsedildiği gibi ergitme meydana gelirken oldukça düşük değerlere iner. Sıcaklık yükseldikçe cüruftaki SiO_2 ile banyodaki karbon arasındaki reaksiyon 2C + SiO2 Si + 2CO oluşturur. Bu oluşum beklenmeyen bir reaksiyon değildir. Zira sıcaklık yükseldikçe karbonun oksitlenme eğilimi artmakta, silisyum ise azalmaktadır. Silisyumun bu redüklenmesine yüksek manganez miktarı da yardımcı olur. Bu etki; ya cüruf içinde yüksek konsantrasyonda MnO bulunması ve böylece FeO miktarını azaltmasıyla veya SiO_2 ‘in Mangan tarafından kütle etkisiyle redüklenmesiyle oluşur. Mangan: Cüruf ve metal arasındaki Mangan dağılımı aşağıdaki sebeplere bağlıdır. - Şarjdaki Mangan miktarına - Cevher ilavesi yapılmışsa ilave edilen cevher Mangan miktarına - Cüruf hacmi ve kompozisyonuna (içeriğine) - Metalin Karbon miktarına - Cürufun oksitleyebilme karakterine - Sıcaklığa bağlıdır. Şarjdaki ve ilave edilmişse cevherdeki Mangan miktarı, metal ve cüruftaki toplam Manganı tayin eder. Cürufla metal arasındaki mangan dağılımı kimyasal dengeye çok yaklaşır. Açıktır ki cüruf hacmi büyüdükçe manganın büyük bir kısmı cürufa gidecektir. Bu dağılımın genişliği cüruf kompozisyonu (muhteviyatı) tarafından belirlenir. Cürufta hem yüksek hem de düşük bazik/asidik oranı, metalde kalıcı (REZİDÜ) mangan miktarını azaltır. Karbon miktarı önemlidir. Zira karbon yeteri kadar yüksekse, metal içindeki manganın cürufa gitmesini önler. Cürufta FeO miktarı yüksekse mangan, cüruftaki ve metaldeki mangan arasında yeni bir denge oluşana kadar oksitlenerek MnO oluşur. Dolayısı ile cüruftaki yüksek MnO-FeO oranı nedeniyle metalde yüksek miktarda kalıntı rezidü mangan oluşur. Çelikteki oksitlenebilir diğer elementlerin çoğu gibi sıcaklıktaki artış, dengeyi metal içinde daha çok kalıntı rezidü mangana doğru yükseltir. Bu durum, Rafinasyon işlemi süresince karbon düşerken artan sıcaklık, karbon ve mangan kalıntılarını sabit tutarak veya hafifçe arttırarak telafi edebilir. İyi mangan kazanımı istenen bir şeydir. Ancak cürufta büyük miktarda mangan bulunmasıyla oluşacak yararlar yanında, oluşabilecek yan etkiler de göz ardı edilmemelidir. Zira mangan FeO ile reaksiyona girerek cürufun karakterini bozmadan cüruftaki FeO ile yer değiştirir. Mangan oksidasyon kademelerini kontrol etmek için yararlıdır. Rafinasyon işlemi sırasında banyoya ilave edilen mangan FeO ‘i redükleyerek konsantrasyonu azaltır. Böylece cürufun oksitleme karakterini düşürür. Cüruf içindeki bir kısım FeO ’in MnO ile yer değiştirmesi, cürufun akışkanlığını değiştirmeden cürufun oksitleyebilme kabiliyetini azaltır. Fosfor: Ergimiş metalden bazı elementlerin giderilmesi için cürufun durumunu değerlendirmek gereklidir. Bu bilgi silis ve manganın cürufla metal arasındaki dağılımına referans olması açısından faydalıdır. Fakat fosfor ve kükürt giderimi için özellikle yararlıdır. Fosforun düşmesini etkileyen faktörler: - Cüruf akışkanlığı: Koyu cüruf, reaksiyon hızını düşürür ve fosfor azaltılmasına engel olur. Fosfor azalması eğer cürufun bazikliği yüksekse, fazlalaşır. - Aktif banyo etkisi: Şiddetli kaynama, karıştırma etkisi yaratır ve bu da metalle cürufun temas alanını büyütür. - Zaman - Cüruftaki MnO miktarı: Yüksek MnO miktarı cürufun FeO miktarını ve madenin oksijen seviyesini düşürür. Kükürt: Ortalama oksitleyici bazik cüruf şartları, madenden özellikle kükürt azaltmak için tercih edilen şartlar değildir. S + CaO CaS + O Reaksiyon hızı, FLOURSPAR ( %5 CaO, %5 SiO_2 , CaF_2, %5 (〖 Fe〗_2 O_3 + Al_2 O_3) ) ilavesi ile daha akışkan hale getirilmiş cürufla; cüruf-metal temasını arttıran karıştırma ile artar. Alaşımlar: Bakır ve Nikel ergimiş metalde tümü ile kazanılabilir. Zira bu elementler daha güçlü oksitlenen diğer elementlerden Demir, Silis ve Mangan ‘ın varlığında oksitlenmezler. Krom ve Molibden de kısmen oksitlenirler. Oksijen: Ergitme sırasında oksijen dağılımın anlaşılması çelik dökümcüler için çok önemlidir. Zira döküm sırasındaki yüksek oksijen miktarı çeliğin kalitesini düşürür. Bunun ötesinde çelik döküm parçalarda diğer istenen kalite özelliklerinin sağlanabilmesi için metal ve cürufa dağılmış olan oksijenin kontrolü gerekmektedir.   Read the full article