Elektrik ark ocaklı demir çelik tesisleri için met kılavuzu

3.4İKİNCİL METALURJİ UYGULAMALARI

Karbon çeliği

İkincil metalürji, ana çelik yapım ocağından potaya alınan sıvı çeliğin, döküm makinasına gönderilmesinden önce yapılır. İşlem pota ocağında yapılır. Bu işlem istasyonları, genelde bir ark-ısıtma biriminden (pota ocağı) oluşmuştur ve bu birimler de sıvı çeliğin döküm işlemi için son sıcaklığın ayarlanmasına imkân tanır. Deoksidant malzemeler ile alaşım elementleri, çeliğin son kimyasal kompozisyonunu ayarlamak amacıyla katılır. Bazı durumlarda, vakum işlem birimleri kimi özel gereksinimleri karşılamak amacıyla kullanılmaktadır. Bu özel gereksinimler, çeliğin son halinde bulunması istenen hidrojen, nitrojen veya oksijen gibi elementlerin konsantrasyonlarının ayarlanmasıdır. İyi bir homojenleşme elde etmek için, inert gazlar (Argon veya Azot) potaya karıştırma amacıyla verilir. Bazı küçük pota işlem istasyonları, inert gaz veya toz enjeksiyonu ekipmanından oluşmaktadır

Paslanmaz çelik

Paslanmaz çeliğin ikincil metalürjisi, ya pota içinde vakum altında (VOD prosesi - vakumda oksijenle dekarbürizasyon) ya da AOD (argonlu oksijenli dekarbürizasyon) konvertörü adında başka bir metalürjik araç ile bunu izleyen pota işlemi ile yürütülmektedir. Üretilecek çelik sınıfına göre, bazı işletmeciler, AOD ve VOD'den oluşan bir kombinasyonu uygulamaktadırlar. Paslanmaz çelik çelikhanesinin bir akış şeması, Şekil 2.1'te gösterilmektedir.

Şekil 2.1: Argon oksijen dekarbürizasyonlu paslanmaz çelik çelikhanesinde malzeme akışı

Çelik alaşımları

Önemli miktarlarda (karbonun yanı sıra) alaşım elementleri içeren, ancak paslanmaz çelik kategorisine girmeyen çelik alaşımlarının ikincil metalürjisi, üretilen çeliğin sınıfına bağlı olarak, genelde bir pota fırını ile gerekli görülürse, bir de vakumlama işleminden oluşmaktadır. Proseslerin çoğu boyunca, işlem esnasında ortaya çıkan metal olmayan bileşiklerin tutulmasında cüruf kullanılmaktadır.

3.5DÖKÜM

İstenen çelik kalitesine ulaşıldığında pota içindeki çelik döküm makinelerine götürülür. Yakın zamana kadar standart döküm yöntemi sıvı çeliğin kalıcı kalıplara (kalıcı kalıp veya ingot) dökümü şeklinde sürekli olmayan bir prosesti. Bugün tercih edilen yöntem, çeliğin “Sürekli Döküm Makinaları” nda sürekli dökümüdür. Potada bulunan sıvı çelik, bir rezervuar ve dağıtıcı işlevini gören tandişe akıtılır. Sürekli dolu bulunan tandişten çelik, tandiş tabanındaki deliklerden döküm kalıplarına akıtılır. Sürekli döküm yöntemiyle, son hadde ürününe yarımamul teşkil edecek değişik kalite ve ebatlarda, kare, dikdörtgen, taslak , yassı ve ince yassı kesitler dökülebilir ve istenen boylarda kesilebilir.

Sürekli Döküm

Şekil 2.2’de bir sürekli döküm tesisinin şematik diyagramını gösterilmektedir.

Şekil 2.2: Sıcak şarj yapılan bir tav fırını ve haddehanesi olan bir sürekli döküm tesisi

Sürekli döküm, ingot döküme kıyasla önemli faydalar sağlar:

• 
  Çalışma koşullarının iyileştirilmesi
  
• 
  Yassıkütük haddeleri ve kütük haddelerinin ortadan kaldırılması sonucunda emisyon azaltımı ve su kullanımında azalma
  
• 
  %95’i aşan randıman oranları
  
• 
  Üretim artışı
  

Sürekli döküm, endüstriyel ölçekte ilk olarak 1960'ların sonunda kullanılmaya başlandığından bu yana AB çelik ürünleri içindeki payı yaklaşık %97'ye çıkmıştır. Dünya çapında üretilen tüm çeliğin yaklaşık %90’ı sürekli döküm yöntemi kullanılarak üretilmektedir. Sıcak döküm makineleri geleneksel ingot döküm prosesinin yanı sıra, konvansiyonel sıcak haddehanelerdeki blum-slab ve yarı tamamlama işlemlerinin de yerini almıştır. Oksijen giderme ve gaz giderme gibi gerekli ön koşullar modern ikincil metalurji sayesinde gerçekleştirilebildiğinden, bugün hadde ürünü olabilecek her tür kalitedeki çelik, sürekli döküm yöntemine tabi tutulabilmektedir.

Dikey, kavisli ve düzelticili yay tipi, oval yay tipi gibi değişik şekillerde sürekli döküm makineleri vardır.

Sıvı çelik ocaktan potaya alınır. İkincil metalürji işlemlerinden sonra potadaki çelik sürekli döküm makinesindeki (CCM) tandişe aktarılır. Tandiş, altında kontrollü akışı sağlayan delikleri bulunan ara potadır. Potalara sıvı çelik alınmadan ön ısıtma yapılması tandişte oluşabilecek sıcaklık farklarını engellemek için gereklidir.

İstenen sıcaklık değerine getirilmiş olan potadaki sıvı çelik tandişe dökülür. Sıvı çelik tandiş altındaki deliklerden, çeliğin yapışmasını engellemek için yukarı-aşağı hareket eden, su soğutmalı kısa bakır kalıplara geçer. Kalıplar metale istenen şekli verir. Sürekli döküm prosesi, bir veya bir dizi potada yer alan sıvı çeliğin kütük, blum, slab, özel profil kütüğü, veya şeritler halinde sürekli dökümüne olanak sağlar. Toz veya nebati yağ halindeki kalıp yağı eklenir. Metal, kalıbı terk ettiğinde üzerinde katılaşmış bir kabuk tabakası oluşur. Hafif kavisli bir hat üzerinde bulunan makaralar (sıkıştırma merdanesi) dökülen çeliğe yatay pozisyona gelene kadar kılavuzluk eder. Sürekli dökümü yapılan slab, blum ve kütükler yatay duruma geldikten sonra alev makinasıyla istenen boyda kesilir. Slab, blum ve kütüklerin dökümü bu şekilde yapılmaktadır. Yüzeyi katılaşmış kütük, blum veya slab bir bölümü tahrikli makaralar üzerinde hareket eder, bu makaralar aynı zamanda demir eriyik basıncına karşı dış kabuğa destek olur. Nüve halen sıvı halde olduğu için tamamen soğuyana kadar çeliğe dışarıdan su püskürtülür (ikincil soğutma). Bu işlem çeliğin, halen ince bir kabuk olan yüzeylerindeki çatlamaları, ayrıca makaraların aşırı ısınmasını engeller. Taşıyıcı, sürücü ve destek elemanları genellikle içerden ve dışarıdan soğutmalı makaralardır. İkincil soğutma alanında, sprey soğutmanın sıcaklığı yeterince düşürdüğü noktadan itibaren elemanların içeriden soğutulması gereksizdir. Bir kısım yataklar otomatik gres sistemi ile yağlanır. Yol tamamen soğuduğunda, makas veya yolla birlikte hareket eden torç (alev makinası) ile istenen boyda kesilir. Hızlı soğutma işlemi çeliğe, katılaşma mikro yapısının muntazam olmasıyla birlikte uygun teknolojik özellikler sağlar. Yolun mikro yapısının katılaşması, aşağı yönlü hava akımı veya su ile soğutma ile etkilenebilir.

Kalıp geometrisi yolun şeklini belirler. Geçerli olan kalıp tipleri dikdörtgen, kare, yuvarlak veya çokgen kesitlerdedir. Amaçlanan nihai ürünün kesitlerine yakın ölçülerde kalıp kullanılarak üretim yapılır. Sürekli dökümde tipik yol kesitleri 80x80 mm ile yaklaşık 310x310 mm, yuvarlak kütükte 600 mm, blumda 450 x 650 mm olarak değişirken; slab döküm makinelerinde 350 mm kalınlığa ve 2720 mm genişliğine kadar döküm yapılabilir. Kütük döküm makinelerinde 8 yola kadar aynı anda döküm yapılabilirken slab makinelerinde yol sayısı iki ile sınırlıdır.

Tam şekle yakın döküm

1980'lerin sonlarından bu yana, yassı ürünlerin üretilmesinde sürekli döküm geliştirilmiştir. Bu rota, tam şekle yakın döküm başlığı altında özetlenebilir. Buna ince slab döküm, doğrudan şerit dökümü (DSC) olarak da bilinen tam şekle yakın döküm, ve ince şerit dökümü dâhildir. Bu proseslerin kurulu toplam kapasitesi AB dâhilinde 7 milyon ton kadardır. İnce şerit döküm, sıvı çelikten sıcak haddelenmiş levhaya geçiş süresini kısaltır ve böylece genel enerji talebini azaltır ve malzemenin verimini arttırır, ancak ikincil metalürjik adımlar da gerektirir. İnce şerit dökümün tipik boyutları kalınlık açısından 15 ila 55 mm arasında değişkenlik göstermektedir. Tam şekle yakın dökümde 15mm altında şerit kalınlığı ve 5mm altında ince şerit dökümü mümkündür.

Bir ince şerit dökümü inşa etme kararı, büyük ölçüde yerel koşullara ve istenen ürün kalitesine bağlıdır. Tam şekle yakın şerit dökümü söz konusu olduğu zaman, özel ikincil metalürjik adımlar gerekli olacaktır ve bu yüzden de sıvı çelik üretimi ile ilgili olan bu işlemlerde emisyon ve enerji tüketimi oranları, diğer proseslerden daha yüksek olabilir. Bu tür dökümlerdeki tufal oluşumu, konvansiyonel dökümdekinden genelde daha yüksektir.

Ingot döküm

İngot dökümde sıvı çelik, döküm kalıplarına dökülür. Amaçlanan yüzey kalitesine bağlı olarak NaF gibi gaz gidericiler ingot kalıplarına döküm esnasında ilave edilebilir. Soğuduktan sonra ingotlar döküm kalıplarından çıkarılır ve haddehaneye gönderilir. İngotlar ön ısıtmayı takiben slab, blum veya kütük olarak haddelenir. Birçok yerde sürekli döküm, ingot dökümün yerini almıştır. Ağır dövme çelikler gibi ingot dökümün gerekli olduğu özel durumlar haricinde, gelecekte sürekli dökümün hemen hemen tamamen ingot dökümün yerini alması beklenmektedir.