Elektrik ark ocaklı demir çelik tesisleri için met kılavuzu

3ÜRETİM SÜREÇLERİ VE TEKNİKLERİ

3.1HAMMADDELERİN TAŞINMASI VE DEPOLANMASI

Hurda metal genelde geniş, üzeri kapatılmamış ve çoğunlukla da kaplamasız zeminde depolanır. Demirli hurda metal, kıskaçlar (polipler) veya mıknatıslar aracılığıyla sepetlere yüklenir. Hurdanın satın alınması, metal harici parçaların en aza indirgenmesini öngören uluslararası şartnamelere dayanarak yapılır. Bu şekilde taşınma sayesinde, manyetik olmayan taş ve odun parçaları ile demir dışı metallerin işleme girmesi engellenmiş olur. Bazı türdeki ve kalitedeki hurdalarda, metalin depolanması ile taşınması sırasında zemin üzerine kalıntı materyaller ile ağır metaller ve hidrokarbonlar birikebilir.

İşlemden geçen hurdanın türüne ve kalitesine bağlı olarak taşıma işlemleri, belirli hava koşulları altında inorganik (toz) ve organik emisyonlara neden olabilir. Bazı hurda türleri, taşıma esnasında aynı zamanda gürültü emisyonlarına da neden olabilir. Tehlikeli kirleticilerin bulaşmasını engellemek amacıyla belirli düzeyde hurda tasnifi yapılmaktadır. Hurda, oksijen üfleme borusu kullanılarak, daha kolay ele alınabilecek büyüklüklerde kesilebilir. Hurda, yükleme sepetlerine hurda sahasında doldurulabilir veya çelikhane içerisindeki geçici hurda hollerine aktarılabilir. Kimi durumlarda, hurda, bir şaftta ya da bir taşıyıcı bantta önceden ısıtılır.

Tek şaftlı fırınlarda, hurdanın sadece % 50'si ön ısıtmaya tabi tutulabilir. Diğer bir değişiklik ise, birbirine özdeş iki şaft fırınından oluşan çift şaft fırınıdır ve birbirine bitişik olarak duran gövdelerin üzerine bir set elektrot kol donanımı monte edilmiştir. Hurda kısmen baca gazıyla ve kısmen de gövde brulörleri yardımıyla ısıtılmaktadır. Çok verimli diğer bir şaftlı fırın tasarımı da parmak şaftlı fırındır. Parmak şaftlı fırın tasarımında, hurda miktarının % 100'ünün ön ısıtmaya tabi tutulmasını sağlayan, benzersiz bir parmaklı hurda taşıyıcı sistemi kullanılmaktadır. Birinci sepet bir önceki dökümün arıtılması sırasında, ikinci sepet ise, birinci şarjın ergitilmesi sırasında ısıtılmaktadır. Isı döngüsü sırasında fırın baca gazının kullanılması sayesinde, fırın teknesindeki son ergitmeden önce hurda yaklaşık 800 °C'ye kadar ısıtılabilmektedir. Bu da, enerji ve maliyet tasarrufu sağlamakta; döküm alma süresinde de önemli miktarda azalma anlamına gelmektedir.

Hurda ön ısıtma sürecindeki en son gelişmelerden birisi de, şaft sistemlerinin hurdanın yüksek sıcaklıkta ön ısıtmaya tabi tutulması yönündeki faydalarıyla, CONSTEEL prosesinin sürekli hurda besleme gibi faydalarını birleştiren COSS teknolojisidir (Bu teknolojilere ve ulaşılan çevresel peformansa dair ayrıntılı açıklama için lütfen 4.4.1’e bakınız.)

Gelen hurdada mevcut bulunan radyoaktivite, kimi durumlarda soruna neden olabilir.

Kireç ve karbon tozu, alaşım eklentileri, oksijen gidericiler ve refrakter malzemeler gibi diğer parça veya toz halindeki hammadde akışları genelde kapalı alanda depolanmaktadır. Sevkiyatın ardından, taşımanın asgari derecede yapılmasına dikkat edilir ve uygun görüldüğünde, toz giderme ekipmanı kullanılır.

Toz halindeki maddeler, sızdırmaz ambarlarda depolanabilmekte (kireç kuru olarak muhafaza edilmelidir) ve havalı sistemlerle ya da sızdırmaz çuvallarda taşınabilmektedir.

3.2HURDA ŞARJ ETME

Hurda, genellikle, cüruf oluşturmak amacıyla eklenen kireç veya dolomitik kireç ile birlikte sepetlere doldurulur. Karbon içeren malzemeler de, çelik üretim prosesini iyileştirmek amacıyla, şarj edilebilmektedir. Şimdiye kadar, emisyon ölçümleri ile teyit edilmemiş olmasına rağmen, bazı tesislerde parça kömür kullanımı, benzol (toluen ve ksilen dâhil) emisyonlarına neden olmaktadır. Elektrotlar kaldırılarak üst pozisyona alınır ve hurda şarjı için fırın kapağı açılır. Birinci hurda sepetiyle hurdanın % 50 – 60‘ının şarj edilmesi normaldir. Sonrasında fırın kapağı kapatılarak enerji verilir ve elektrotlar hurdayı ergitmek için alçaltılır. Hurda yükünün 200 – 30 mm üzerinden elektrot ucundan ark oluşur. Birinci şarjın ergitilmesinden sonra kalan hurda ikinci ve ya üçüncü sepetler ile ocağa şarj edilir.

Elektrik Ark Ocağına şarj edilen hurdanın miktarı, fırının ebadıyla doğru orantılıdır. Örneğin, 6,7 metrelik çapı bulunan bir Elektrik Ark Ocağı, yaklaşık 60 ton hurda şarj edebilir.

Ticari bir sistem olarak bilinen şaft ocağı ön ısıtılmış hurdayı ocak kapağına entegre edilmiş dikey şaft boyunca ocağa şarj eder (hurda ön ısıtma bölümüne bakınız). [VODs-Spilker, 1996]. Adı Consteel Prosesi olarak adlandırılan yeni bir şarj sistemi geliştirilmiştir. Bu proseste hurda yatay taşıyıcı sistemiyle Elektrik Ark Ocağına beslenmektedir. Bu şekilde, hurda karşı akımda akan fırın baca gazı ile ön ısıtılabilir.

3.3ARK OCAĞI ERGİTME VE ARITMA

Ergitmenin ilk aşamasında, elektrotlar hurda yükünü delmeye çalışırken, ocak kapağı ve gövdesini ark ışımalarından korumak amacıyla uygulanan güç, düşük tutulur. Ark hurda yükünü deldikten hemen sonra etrafında hurda ile çevrelenmiş bir kalkan olması sebebiyle, tam ergitme yapabilmek için güç artırılır. Oksijen lansı ve/veya oksijen-yakıt brülörleri ergitmenin ilk aşamalarında, yoğun bir şekilde kullanılır. Yakıtlar doğalgaz veya fuel-oil olabilir. Ayrıca oksijen üfleme, özel nozullar vasıtasıyla cüruf kapısından veya ocak duvarlarından yapılabilir.

Elektrik ark ocağı ile çelik üretiminde oksijen kullanımı, sadece metalürjik açıdan değil, aynı zamanda üretkenlik ve enerji verimliliği gereksinimden dolayı, son 30 yıldır artan bir öneme sahiptir. Oksijen kullanımı birçok amaca hizmet etmektedir:

• 
  Oksijen ve toz (0-3mm) karbonun birlikte enjeksiyonu ile, CO baloncukları sayesinde köpüklü cüruf üretimi mümkün olmaktadır. Karbon çelik yapımında artık yaygın olarak kullanılmakta olan bu 'köpüklü cüruf' tekniği, fırın duvarlarının arktan kaynaklanan radyasyondan korunmasını arttırır ve ark enerjisinin çeliğe aktarım verimini arttırır.
  
• 
  Oksijen, karbonsuzlaştırmade ve fosfor, silisyum gibi istenmeyen elementlerin alınması amacıyla metalürjik sebeplerle kullanılmaktadır.
  
• 
  Sonradan yakma (post-combustion) için, EAO gövdesinden çelik banyosunun üstüne oksijen enjekte edilir ve böylece yanma gazları fırını terk etmeden önce, oksijen CO ile reaksiyona girerek fırın içerisindeki ekzotermik reaksiyonlardan ortaya çıkan ısının mümkün olduğu kadar çoğunu tutmaya yarar.
  

Oksijen enjeksiyonu sonucunda, fırındaki gaz ve duman oluşumu çoğalır. CO ve CO2 ile beraber, oldukça ince demir oksit parçacıkları başka ürünlerin dumanları oluşturulur. Birincil yanmadaki CO içeriği hacmi %0,5'in altındadır.

Azot veya diğer inert gazlar, çelik banyosunun karıştırılması ve sıcaklığın eşdağılımı için ergimiş metale enjekte edilebilir. Cüruf-metal arası kimyasal tepkimelerin kinetiği de bu teknik sayesinde daha iyi hale getirilmektedir. Ergitme işleminden ortaya çıkan dumanlar ve gazlar, bir baca gazı arıtma tesisinde işlenir ve bu tesiste kirletici emisyonlarının da azaltılmasını hedefleyen toplama ve arıtma donanımları bulunmaktadır.

Cüruf, döküm alma işleminden önce ısıtma ve oksitleme esnasında alınır. Bu amaçla ocağın cüruf kapısına doğru belirli bir açıda devrilmesi ve yere veya fırın aşağısındaki cüruf potasına akıtılması sonrasında, toz ve duman meydana gelmektedir. Özel çelik türlerinde ve de özellikle alaşımlı çelikte, metalürjik nedenlerden dolayı, cüruf, potaya sıvı çelikle beraber dökülür. Cürufun çoğu, cürufsuzlaştırma istasyonunda çelikten ayrıştırılarak bir cüruf potasına alınır. Oluşacak dumanlar, bir egzoz sistemi tarafından toplanacaktır.