#deoksidasyon

[dokumtek]

Empürite Nedir?

Metalürji ve metal döküm endüstrisinde, malzemenin performansını ve kalitesini doğrudan etkileyen kritik bir kavram olan empürite, metal alaşımların içindeki istenmeyen yabancı maddeler ve safsızlıkları ifade eder. Deoksidasyon sonunda empürite (pisliklerden) tamamen temizlenmemiş sıvı çeliğin dökülmesi sırasında, çelik döküm parçanın bünyesinde ve yapısında;çözülmüş empürite ler(Mangan, Silis, Fosfor ve Oksijen, Hidrojen, Nitrojen gazları) süspansiyonda kalan metal olmayan kalıntılar bırakır. Bu nedenle katılaşma sonunda birikimli(segregasyonlu) ve kalıntılı(inkluzyonlu) çekirdeklenmiş(cored) katı çözeltisi oluşur. Soğuma sırasında dönüşüm (TRANSFORMASYON) aralığında başlangıçta östenit olan kristaller ferrit ve perlit tanelerine (GREYN)dönüşür. Fakat Fosfor gibi metalik olmayan ve sıvı çelik içinde çözünebilmiş inkluzyonlar, çok yavaş yayınırlar ve orijinal pozisyonlarını korurlar. Böylece primer(ilk oluşan) yapı dağlama elemanların bu inkluzyonları ortaya çıkarmasıyla tespit edilebilir. Kimyasal analizden bir elementin, çeliğin özelliklerine etkisinin belirlenmesinde yanıltıcı olabileceği unutulmamalıdır. Zira pek çok element değişik yapılarda bulunarak bu yapının karakteristik etkisini taşır. Örneğin: Mangan ferrit içinde çözünür(katı çözelti kuvvetlendiricisi) ve Mn MnS, MnO ve Mangan silikat oluşturur. Empürite, bir metalin veya alaşımın içerisinde doğal olarak bulunan veya üretim süreçleri sırasında ortaya çıkan safsızlıklar ve yabancı elementlerdir. Bu maddeler, metalin temel kimyasal ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir. Tipik Empürite Elementleri Metalürjik süreçlerde yaygın olarak karşılaşılan empürite elementleri şunlardır: Metalik Empüriteler: Mangan: Mangan sertlik derinliğini etkiler ancak sulama çatlaklarının nedenlerinden de biridir. Bundan dolayı suda sulanacak, yüksek karbonlu çeliklerde %0,5 ten az bulunmalıdır. Mangan, çekme-kopma değerini ve darbe-çentik mukavemetini yükseltir. Silisyum: Silis pek çok çelikte bulunur ve yararlıdır. Özellikle grafit oluşumuna eğilimi olan takım çeliklerde, genellikle Silis miktarı %2’den azdır. - Kükürt: Kükürt çelikte MnS(mangan sülfit) veya FeS(demir sülfit) olarak bulunur. Demir sülfit; kırılgan, düşük ergime noktalı, sarımsı kahverengi film bulutları halinde çelik kristalleri etrafında bulunur ve dövme sırasında çatlamalara sebep olur.Yüksek ergime noktalı kurşuni-gri Mangan Sülfit demir içinde az çözünür ve yapı içinde büyük küresel parçacıklar halinde düzensiz dağılmış olarak bulunur. Manganın Kükürt ile birleşmesi için gerekli olan miktar teorik olandan beş kat fazladır. Fosfor : Hem fosfor sülfit hem de fosforun, Fe-S ve Fe-P denge diyagramlarındaki sıvı ve katı fazlar arasındaki geniş bölge nedeniyle, birikim(segregasyon) eğilimi yüksektir. Bu nedenle ortalama fosforu %0,025 olan çeliklerin bazı yerlerinde fosfor %0,01’ e çıkabilir ki bu da tehlikelidir. Haddelenmiş çeliklerde yüksek fosfor bulunan alanlarda fosfor bir band halinde uzar ve perlitin yokluğu ile karakterize olur. Bu açık renkli bandlar HAYALET BAND (GHOST BAND)diye adlandırılır ve fosforun varlığı, perlitin yokluğu nedeniyle zayıftırlar. “Hayaletler” ignotların katılaşması esnasında pisliklerin (empürite) yerel brikimi sonucudurlar ve çoğu zaman bu bantlarda kalıntılar(inkluzyonlar) da bulunur ve çözünmüş oksijende benzer band oluşmasına neden olur. Fosfor pek çok uygulamada çok sıkı kontrol edilmelidir. Çok düşük miktardaki fosforun her zaman istenen kaliteyi sağlayacağını düşünmek gerçekten akıllıca değildir. Bazı çeliklerde çok küçük yüzdeler banyo içindeki yüksek oksidasyon nedeniyle çok miktarda mekanik olmayan kalıntı oluşmasına neden olur. Gazsal Empüriteler: Oksijen Hidrojen Nitrogen

Empüritelerin Oluşum Mekanizmaları

1. Hammadde Kaynaklı Empüriteler Cevherlerden ve ham metallerden gelen doğal safsızlıklar Üretim öncesi ham maddelerdeki izler 2. Üretim Süreci Kaynaklı Empüriteler Ergitme ve döküm sırasında reaktör veya kalıplardan gelen kontaminasyonlar Proses ekipmanlarından gelen metal parçacıkları Üretim ortamındaki çevresel faktörler

Empüritelerin Metal Üzerindeki Etkileri

Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkiler Mukavemet değişimleri Tokluk kaybı Kırılganlık artışı Yorulma direncinde azalma Metalografik Yapı Üzerindeki Etkiler Segregasyon (birikimli yapılanma) İnklüzyon (kalıntı) oluşumu Çekirdeklenmiş (cored) katı çözeltisi meydana gelmesi

Empürite Kontrolü ve Arıtma Yöntemleri

1. Ön Arıtma Teknikleri Cevher seçimi Zenginleştirme işlemleri Kimyasal ön işlemler 2. Metalürjik Arıtma Yöntemleri Deoksidasyon Vakum işlemleri Eritme ve süzme teknikleri Spektroskopik ayıklama Empüriteler, metal üretiminde kaçınılmaz ancak kontrol edilebilir unsurlardır. Modern metalürji teknolojileri, bu safsızlıkların minimize edilmesi ve istenmeyen etkilerinin bertaraf edilmesi üzerine sürekli gelişim göstermektedir. Read the full article

[dokumtek]

Deoksidasyon: Metalin Performansını Mükemmelleştirme

Deoksidasyon işlemi metalurjide, özellikle çelik üretiminde, çeliği arıtmak ve istenmeyen oksijen miktarını azaltmak için  kullanılır. Bu işlem sırasında, oksijen genellikle alaşımdaki belirli elementlerle (genellikle manganez, silikon veya alüminyum gibi) reaksiyona girerek metal oksitleri oluşturur ve bu oksitler eritme işlemi sırasında çıkarılır. Deoksidasyonun amacı, metalin istenmeyen özelliklerini azaltmak ve son ürünün kalitesini artırmaktır. Örneğin, çelik üretimindeki deoksidasyon işlemi, çelikteki gaz kabarcıklarının ve çelik içindeki gözeneklerin azaltılmasına yardımcı olabilir, böylece daha homojen ve dayanıklı bir yapı elde edilir. Deoksidasyon işleminden bahsetmeden önce Oksidasyon un amacını anlamak gerekir. OKSİDASYON un esas amacı, kaliteyi arttırmak için çeliğin içinde çözünmüş oksijeni azaltmaktır.

Oksidasyon

Metalürjide oksidasyon, metalurjik prosesler sırasında metal yüzeylerinde veya metal bileşiklerinde istenmeyen oksit tabakalarının oluşmasıdır. Bu oksit tabakaları, metal yüzeylerinin korozif etkilerden korunmasına ve bazı işlemlerde istenmeyen reaksiyonların önlenmesine yardımcı olabilir. Ancak, bazı durumlarda oksit tabakaları istenmeyen sonuçlara neden olabilir ve bu nedenle metalurjide oksidasyon kontrol altında tutulmaya çalışılır. Oksidasyon genellikle metal yüzeylerinin havayla teması sonucunda gerçekleşir. Metal yüzeyi havadaki oksijen ve nemle reaksiyona girerek metal oksit tabakası oluşturur. Bu oksit tabakası, metali çevresel etkilerden koruyabilir veya metalin bazı kimyasal reaksiyonlara girme kabiliyetini etkileyebilir. Oksidasyonun kontrol altında tutulması veya azaltılması için çeşitli yöntemler kullanılabilir: - Kaplama veya Koruyucu Kaplama Uygulamaları: Metal yüzeylerine koruyucu kaplama uygulanarak doğrudan oksijen ve nemle teması azaltılabilir. Bu kaplamalar genellikle metal yüzeylerinin korunmasına yardımcı olur. - Koruyucu Atmosferlerin Kullanımı: Bazı metalurjik işlemlerde, oksidasyonu önlemek veya azaltmak için inert gazlarla (örneğin azot veya argon) dolu koruyucu atmosferler kullanılabilir. Bu atmosferler, metal yüzeylerini oksijenle temas etmekten koruyabilir. - Oksidasyon Dirençli Alaşımların Kullanımı: Bazı özel alaşımlar, oksidasyona karşı daha dayanıklı olabilir. Bu alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda veya agresif ortamlarda kullanıldığında oksidasyonun etkilerini azaltabilir. - Sıcak İşlem Kontrolü: Bazı metalurjik işlemlerde, yüksek sıcaklıklar oksidasyon riskini artırabilir. Bu nedenle, sıcak işlem parametrelerinin kontrol altında tutulması ve uygun atmosfer kontrolü sağlanması önemlidir. Metalürjide oksidasyonu kontrol etmek için kullanılan yöntemler, işlem gereksinimlerine ve metalin özelliklerine bağlı olarak değişebilir. Her durumda, oksidasyonun kontrol altında tutulması, metalurjik işlemlerin verimliliğini artırmak ve istenmeyen sonuçları önlemek için önemlidir.

Deoksidasyon Nasıl Yapılır?

Bu işlem Silis, Mangan ve Alüminyum gibi elementlerin metal ocaktan dökülmeden hemen önce ocağa verilmesi, ZrSi ve CaSi gibi malzemelerinde potaya verilmesi işlemidir. Aksi halde küçük potalarla ocaktan ergimiş metal alınarak döküm yapılıyorsa; potada Alüminyum vermek, Alüminyum birikimi nedeniyle tane arası kırılganlığa sebep olan ALÜMİNYUM NİTRİT oluşumuna yol açabilir. Silis ve Mangan oksitlenme ürünleri maden banyosu içinden yüzeye çıkarak cürufa karışırlar. Alüminyum oksit ürünleri de maden banyosu üstüne yüzerek cürufa karışabilir. Ancak Silis -Mangan karışımı ya da, Silis-Mangan- Alüminyum karışımı Deoksidasyon da olsa, bir miktar Deoksidasyon ürünleri soğuyarak katılaşmış döküm parçanın mikroskop altında incelenmesinde İNKLUZYON olarak görülür. Bu İNKLUZYONLAR metalden tamamen atılamamalarının bir sebebi bu metalik olmayan İNKLUZYONLARIN metal içinde hapsolmalarıdır. Ancak tek sebep bu değildir. Gerçekte DEOKSİDASYON reaksiyonları metal soğurken de sürer ve bu nedenle DEOKSİDASYON ürünlerinin ergimiş metal dışına atılmaları için zaman yeterli değildir. DEOKSİDASYON reaksiyonun katılaşma süresince sürmesi bu Deoksidasyon ürünlerinin tümü ile dışarı atılmasını imkânsızlaştırır. İlave edilen Alüminyum çeliğin DEOKSİDASYONUDA dökümcüleri oldukça ilgilendiren bazı yarı reaksiyonlara girerler. Bu reaksiyonlar: - Karınca POROZİTE sinin önlenmesi - Sülfit İNKLUZYON dağılımın bir miktar kontrolü - Isıl işlem esnasında ÖZTENİTİK tane büyüklüğünün kontrolü - Akışkanlığa etkisi(Sıvı madeni döküm için daha akışkan hale getirir. Hem yetersiz hem de aşırı DEOKSİDASYONUN, akışkanlığın azalmasına neden olduğu tespit edilmiştir. Aşırı Deoksidasyon, çok fazla DEOKSİDANT örneğin Alüminyum ilavesi demektir. Bu aşırı miktar, çelik içinde kalan kalıcı RESİDÜ olarak kalır.   Read the full article

[dokumtek]

Çelik Üretiminde Ergitme ve Rafinasyon Nasıl Olmalıdır?

Çelik üretiminde ergitme ve rafinasyon metali arıtmak için uygulanır. Çünkü pirometalürjik süreçlerle cevherden metal üretilirken, metalde bir miktar safsızlıklar oluşur. Bu safsızlıklar; - Yan ürün şeklinde ortaya çıkan elementler - Tek başına bir etkisi olmayan ama metalin özelliklerine ve değerine olumsuz etki eden elementler - Tek başına  bir etkisi olmayan ama metalin özelliklerine ve değerine olumsuz etki etmeyen elementler - Arıtmanın sonraki adımlarında kullanılacak safsızlıklar şeklinde sınıflandırılabilir. ¹

Çelik üretimi genellikle iki aşamada gerçekleşir: ergitme ve rafinasyon

Kaynatmalı Ocak Ergitmesi İle Çelik Döküm İmali Prensipleri: Ergitme ve Rafinasyon Pek çok dökümhane iyi kalitede çelik üretmeyi sağlamak için ocakta madenin şiddetli kaynamasını oluştururlar. Bu kaynama hurdadan gelen pas ile (yani özellikle paslı hurda kullanılarak) ve HADDEHANE TUFALININ ocağa ilave edilmesiyle sağlanır. Bu ergitme yöntemine tam-oksidasyonlu (kaynatmalı ocak ergitmesi) denir. Kısmi-oksidasyon ergitme tekniği kullanıldığında; madende orta şiddette bir kaynama olur. Bu kaynama karbonun, şarjda normal olarak az miktarda var olan oksitler ve hurdadan gelen pas üzerine FeO ile reaksiyona girmesiyle oluşur. Bu yöntem hızlı üretim avantajı sağlar. Ancak zayıf mekanik özelliklere sebep olabilir ve darbe-çentik mukavemeti düşük, kırılgan parçaların üretilmelerine neden olabilir. Çelik Yapının Fiziksel Kimyası Çelik yapım süreci üç basamağa ayrılabilir ama ilk iki basamak arasında net bir ayırım yoktur. Bunlar; - Ergitme - Oksidasyon ve Rafinasyon (Kaynatmalı ocak metodu ile maden ergitme) - Deoksidasyon’ dur. Çeliğin ergitilme sıcaklığında Karbon, Silis ve Mangan oksitlenmeye hazır elementlerdir. (Eğer bazik cüruf yapılmış ve ergitme sırasında sağlanabiliyorsa Fosfor da oksitlenir ve P2O5 çözünür.) Demir gibi oksitlenen bu elementlerin nisbi miktarı; - Temel oksitlenme eğilimlerine - Oksitlenme eğilimi sıcaklıkla değiştiği için maden sıcaklığına - Var olan bu elementlerin nisbi miktarlarına ya da yoğunluklarına bağlıdır. Standart Serbest Enerji Temel oksitlenme eğilimi “oksit oluşumu o elementin standart serbest enerjisi” tarafından belirlenir. Bu termodinamik fonksiyonun negatif değeri büyüdükçe, elementin oksitlenme eğilimi de büyür. Buna göre 1600°C de Si + O2 < -----> SiO2 ( -126 kcal) 2Mn + O2 < -----> 2MnO ( -117 kcal) Bunun anlamı bir atom gram Silis ’in sabit olan bir miktar oksijenle iki molekül gram Mangan ’dan da daha kolay oksitlenebileceğidir. Bir reaksiyon için standart serbest enerji değişimi, sıcaklık  ile değişir ve bu nedenle “denge kat sayısı” da değişir. Sıcaklığın Etkisi: Çelik üretiminde eğer tüm oksidasyon reaksiyonları aynı yönde ve aynı derecede değişse, sıcaklığın etkisi bu kadar önemli olmazdı. Fakat durum böyle değildir. Standart serbest oluşum enerjisi değişimin negatif değeri sıcaklık yükseldikçe azalır. Konsantrasyonun Etkisi Sıralanan üçüncü faktöre göre her elementin nisbi yoğunlukları (konsantrasyonları)dikkate alınmalıdır. Çelik üretiminde reaksiyonlar gerçekte çelik içinde çözünmüş elementlerle, çelik içinde çözünmüş oksijen arasında olur ve meydana gelen oksidasyon ürünü cüruf ile birleşir. Ergitme Ergitme esnasında Demir, Mangan, Silis ve Karbon elementlerin oksitlenmesi olur. Maden içindeki Oksijen ’in bir kısmı atmosferden bir kısmı da paslı hurda ile şarj edilen pas gibi katı oksitlerden gelebilir. Cüruf oluşur oluşmaz içinde çözünmüş FeO ile metal içindeki metalikler arasında oksidasyonun başladığı düşünülür. Cüruftaki Oksijen ’in kaynağı da yine atmosferdir. FeO, SiO_2 ,MnO ürünleri cürufun bir parçasını oluştururlar. Ergitme sonunda elde edilen karbon miktarı şarjla ilave edilen ve ergitme esnasında reaksiyona girerek harcanmış karbon miktarı ise ocak ergitme operasyonuna bağlı, yaklaşık olarak bilinebilir. Rafinasyon Çelik rafine etme, saf olmayan bir metalin, bu durumda çeliğin, safsızlıkları gidermek ve özelliklerini iyileştirmek için saflaştırılması işlemidir. Rafinaj, Pota Metalurji Fırınında gerçekleştirilen çelik eritme işleminin son fakat en önemli aşamasıdır. Süreç, üretimini tamamlamak ve onu döküm ve şekillendirmeye hazırlamak için çeliğe alaşımların eklenmesini içerir. Rafinasyon işleminde karbonla ocak kaynatılmasına yetecek kadar karbon bulunması için önlem alınmalıdır. Nihai malzeme genellikle kimyasal olarak orijinaliyle aynıdır ancak geliştirilmiş özelliklere sahiptir. Rafinasyon aynı zamanda malzeme özellikleri üzerinde en büyük etkiye sahip alaşım elementi olan pik demirdeki karbonun kütle konsantrasyonunu azaltmak için de kullanılabilir. Ergitme sırasındaki düşük sıcaklık nedeniyle (belirli bir yoğunluk için) Mangan ve Silis oksitlenme eğilimi Karbon ‘dan da daha fazladır. Bu nedenle karbon bu elementler gibi harcanmaya hazır değildir. Diğer yönden bazik ocaklarda Silis genel olarak sıvı metal içinde düşük miktarlardadır. Mangan kaybı Silis kaybı kadar büyük değildir. İşlem, katı veya sıvı haldeki demire uygulanabilir ve karbon içeriğini azaltmak ve pik demirden diğer kirleticileri çıkarmak için oksijen kullanımı da dahil olmak üzere, çeliğin rafine edilmesi için çeşitli yöntemler vardır. Bu işlemler arasında dekarbonizasyon (karbonun azaltılması), deoksidasyon (oksijenin giderilmesi), desülfürizasyon (kükürtün azaltılması), deazotizasyon (azotun giderilmesi) gibi kimyasal ve termal işlemler bulunur. Bu aşamada, çelik üreticileri genellikle istenilen çelik özelliklerini elde etmek için farklı rafinasyon tekniklerini kullanırlar.

Çelik Üretiminde Ergitme ve Rafinasyon Neden Yapılır?

Çelik üretiminde ergitme ve rafinasyon işlemleri bir dizi önemli nedenle yapılır: - Ham malzemelerin dönüşümü: Ergitme işlemi, demir cevheri gibi ham malzemelerin eritilerek daha işlenebilir bir form olan erimiş demire dönüştürülmesini sağlar. Bu, çelik üretimi için temel bir adımdır. - Katı ve dökme demirin rafinasyonu: Ergitme işlemi aynı zamanda katı veya dökme demirin, istenmeyen katkı maddelerinden ve bileşenlerden arındırılması için bir fırsattır. Rafinasyon işlemi, demirin kalitesini artırarak son ürünün özelliklerini iyileştirir. Katı ve dökme demir, çelik üretimi sürecinde ergitme ve rafinasyon işlemlerine tabi tutulurlar, ancak bu iki malzeme arasında önemli farklar vardır. İşte bu farklar: - Fiziksel Durum: - Katı demir: Katı demir, genellikle demir cevherinin ergitilmesiyle elde edilen, sert ve kırılgan bir malzemedir. Dökme demirin öncülüğünü yapar ve çoğu zaman ergitme işlemi sırasında kullanılır. - Dökme demir: Dökme demir, ergitme işleminden sonra kalıplara dökülerek katılaştırılan bir malzemedir. Dökme demirin, daha sonra çelik üretimi için rafinasyon işlemine tabi tutulması gerekir. - Bileşim: - Katı demir: Katı demir, genellikle yüksek karbon içeriğine sahiptir (%2 ila %4 arasında) ve diğer katkı maddelerine sahip olabilir. Bu yüksek karbon içeriği, malzemenin kırılganlığını artırır. - Dökme demir: Dökme demir de yüksek karbon içeriğine sahiptir, ancak genellikle daha düşük bir karbon yüzdesine (%2.1 ila %4 arası) sahiptir. Ayrıca, dökme demirde tipik olarak silikon, manganez, kükürt ve fosfor gibi diğer elementler de bulunur. - Kullanım Alanları: - Katı demir: Katı demir, özellikle döküm endüstrisinde ve yapı malzemeleri üretiminde kullanılır. Genellikle kalıpların içine dökülerek şekillendirilir. - Dökme demir: Dökme demir, ağır sanayi, otomotiv ve makine imalatı gibi alanlarda kullanılır. Dayanıklı, basınç ve darbe dayanıklılığı gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. - Rafinasyon Gereksinimi: - Katı demir: Katı demirin rafinasyon gereksinimi yoktur, çünkü bu işlem için zaten ergitilmiş bir malzeme kullanılır. - Dökme demir: Dökme demirin rafinasyon gereksinimi vardır çünkü ergitme işlemi sırasında içerdiği istenmeyen katkı maddelerini ve kusurları gidermek için rafinasyon işlemine tabi tutulması gerekir. Bu farklılıklar göz önüne alındığında, çelik üretimi sürecinde katı ve dökme demir arasında rafinasyon işlemi için farklı stratejiler ve süreçler kullanılır. - Çelik özelliklerinin ayarlanması: Rafinasyon işlemi, erimiş demirin içeriğini kontrol ederek çelik ürünlerin özelliklerini ayarlamayı sağlar. Karbon, kükürt, fosfor gibi elementlerin miktarı, çelikteki mukavemet, sertlik, korozyon direnci gibi özellikleri belirler. - Kalite kontrolü: Ergitme ve rafinasyon işlemleri, çelik üretiminin her aşamasında kalite kontrolünü sağlar. Hammaddelerin kalitesi, ergitme sürecinin kontrolü, rafinasyon işlemleri ve son ürünün kalitesi sürekli olarak izlenir ve iyileştirilir. - Uygun maliyetli üretim: Ergitme ve rafinasyon işlemleri, çelik üretiminin verimliliğini artırmaya ve üretim maliyetlerini düşürmeye yardımcı olur. Daha iyi kalitede çelik üretmek için gerekli olan işlemlerle birlikte, atıkların azaltılması ve enerji verimliliğinin artırılması gibi iyileştirmeler de yapılır. Bu nedenlerden dolayı, çelik üretiminde ergitme ve rafinasyon işlemleri, kaliteli ve uygun maliyetli çelik üretimi için kritik öneme sahiptir. ¹Matal Arıtma (Rafinasyon)   Read the full article