ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE İMALAT TEKNOLOJİLERİ
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Doç. Dr. Fehmi Nair
Erciyes Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü
Yrd. Doç. Dr. Afşın Alper Cerit
Erciyes Üniversitesi Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Bölümü
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Giriş
• Metaller reaktifliklerine bağlı olarak => oksijen, sülfür, karbondioksitle reaksiyona girer
• Altın-platin gibi metaller doğal ve metal formda bulunur
• Gümüş, bakır ve civa sülfat-karbonat-klorat formlarda bulunur.
• Mineraller: doğal olarak oluşmuş bileşikler (ZnS, PbS, SnO2, => ayrıştırılıp zenginleştirilir)
• Cevher: içerdiği minerallerden bir yada birkaçı ekonomik özellik taşıyan kaya
• Cevher zenginleştirme: doğadan elde edilen bir cevherdeki çeşitli mineralleri endüstrinin
gereksinimine en uygun hammadde haline getirme ve ekonomik değer taşıyanları
taşımayanlardan ayırmak için yapılan işlemler
Doğal cevherlerin doğada bulunuş şekilleri
• Oksitler: Oksijen bileşikleri
• Sülfürler: Kükürt bileşikleridir
• Karbonatlar: Karbon oksiti bileşikleridir
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Zenginleştirme Yönteminin Seçimi
• Cevherin İçerdiği Minerallerin Tanımı
• Tanımlanan Minerallerin Özelliklerinin Saptanması
• Zenginleştirmede Yararlanılacak Özellik Farklarının Belirlenmesi
• Tane Serbestleşme Boyutunun Saptanması
• Uygun Yöntem veya Yöntemlerin Belirlenmesi
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Cevher Hazırlama ve Zenginleştirme
Fiziksel Yöntemler
Boyuta göre sınıflandırma ve zenginleştirme
Özgül ağırlık farkı ile zenginleştirme
Manyetik ayırma ile zenginleştirme
Elektrostatik ayırma ile zenginleştirme
Kimyasal Zenginleştirme
Farklı çözünürlük-Liç yöntemi
Isıl işlemlerle zenginleştirme
Fiziko-Kimyasal Yöntemlerle Zenginleştirme
Flotasyon (yüzdürme) ile zenginleştirme
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
•
•
•
•
•
•
Renk ve Parlaklık
Özgül ağırlık
Manyetik duyarlılık
Elektrik iletkenliği
Flouresans,Fosforesans
Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
•
•
•
•
Manyetik duyarlılık
Elektrik iletkenliği
Flouresans,Fosforesans
Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Radyoaktivite , atom çekirdeğinin, tanecikler veya elektromanyetik ışımalar
yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır, bir enerji türüdür. Çekirdek
tepkimesi sırasında ortaya çıkar. İnsan vücudunun da, birçok nesnenin de içinden
geçebilir. Yalnızca toprağın, kayaların ve özellikle kurşunun içinden rahatça
geçemez. Radyasyon yayan nesneler, radyoaktif olarak adlandırılır.
Doğada kendiliğinden radyoaktif olan bazı elementler vardır, bunlar dört grupta
ele alınır:
Radyum grubu: Bu grup uranyum 238 ile başlar ve art arda parçalanmalarla
kararlı kurşun 206'ya dönüşür.
Aktinyum serisi: Bu seri uranyum 235 ile başlar ve kurşun 207'ye dönüşerek biter.
Toryum serisi: Adını aldığı toryum 232 ile başlar ve kurşun 208 ile son bulur.
Neptünyum serisi: Neptünyum 237 ile başlayıp, bizmut 209 ile biter
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Fiziksel Özellikler
• Sertlik
• Gevreklik
• Yapı ve Kırılış şekli
• Renk ve Parlaklık
• Özgül ağırlık
• Manyetik duyarlılık
• Elektrik iletkenliği
• Flouresans,Fosforesans
• Radyoaktivite
Fiziko-Kimyasal Özellikler
• Yüzey ve Ara yüzey
Kimyasal Özellikler
• Isıl özellikler
• Farklı çözünürlük
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Demir Cevherinden ham demirin üretimi
• Yer kabuğunda %5.4
• Ergime sıcaklığı 1535 °C
• Kaynama noktası 2750 °C
• Yoğunluk 7.84 gr/cm3
Demir Cevherinden ham demirin üretimi
• Öğütme
• Kavurma
• Eleme
• Peletleme
• Sinterleme
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Yüksek Fırında Ham Demir Üretimi
Demir Cevheri
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
Ham demir
(pik demir)
Çelik
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Kapasite 2000 ton ise
• Yükseklik 26 m
• Taban çapı 9 m
• Kalın çelik saclar
• Isıya dayanıklı refrakter tuğla
• Su soğutmalı
• Çelik dış kaplama
• Sıcak hava, yükleme gazı
Fırın şarjı
• Demir cevheri
• Kok kömürü
(indirgeyici ve yakıt)
• Kireç taşı (curuf yapıcı)
CaCO3, CaO
• Sıcak ve basınçlı hava
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Çelik Üretimi
• Fe, en fazla %2 C alaşımı
• Dökme demire göre Si (silisyum), P
(fosfor), S (kükürt) oranı düşüktür
• Cr, Mn, V, Mo, W elementleri üretim
esnasında ilave edilir
Üretim Yöntemleri
• Oksijen üfleme
• Elektrik ark ocağı
• Potada arıtma (indirgeme)
• Bessemer-Thomas
• Siemens-Martin
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Oksijen üfleme Yöntemi
• Güçlü-etkili yöntem
• Su soğutmalı borudan oksijen üflenir
• İlave yakıt gerekmez
• Si,C, Mn, P yakıt görevi görür
• Kapasite 40-400 ton/dak
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Oksijen üfleme Yöntemi
• Çelik hurda sarjı
• Yüksek fırından ergiyik ham demirin
konvertöre dökülmesi
• Curuf yapıcı maddelerin sarjı
• Oksijen üfleme ( yaklaşık 20 dak)
• Numune alma ve sıcaklık ölçümü
• Çeliğin bir potaya alınması
• Curuf giderme işlemi
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Elektrik ark ocağı
• Grafit elektrot
• Harici enerji (elektrik) kullanır
• %100 hurda çelik kullanılabilir
• Hurdalar yeniden yüksek kalite çeliğe
dönüştürülebilir
• 3500 °C’ sıcaklık elde edilebilir.
Aşamalar
• Hurda metal, pik demir, kireç taşı sarj edilir
• Eletrot indirilir çalıştırılır
• Oksitleme ( ısı Si,Mn, P oksit curufları
oluşturur
• Curuf giderme
• İndirgeme
• Metali dışarı alma
• Fırın astarı (refrakter) bakımı ve onarımı
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Pota Arıtma İşlemleri
• Atmosfer basıncı altında
yada vakum altında,
ısıtma, gaz indirgeme,
ısıtma ve karıştırma.
• Potada kükürt (sülfür)
giderme işleminde, CaO,
CaF2 vb flakslar ilave
edilir, sıvı çelik ile
kükürdü kendine
bağlamış curuf
karıştırılır.
• Yüksek kalite çelik üretiminde vakum kullanılır, reaksiyonları hızlandırır.
• RH (recirculation Degassing vacuum degasser), yeniden sirküleli gaz giderme, sıvı metale
argon verilir, kükürt giderici flakslar ilave edilir, argon baloncukları kükürtle birlikte vakum
yardımıyla yukarı hareket eder.
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ
Çeliğin deoksidasyonu
• Oksijen konvertörü
• Oksitli veya yaş hurda şarjları
• Oksitleyici curuflar
• Döküm esnasında havadan
• Fırın ve pota içerisindeki oksitleyici
refrakterler
• Çeliğin oksijen çözünürlüğü 1700°C’de %0,23.
• Çeliğin katı durumda oksijen çözünürlüğü
%0,003
• Giderilmedikleri takdirde katılaşma sonrasında,
çelik ingot bünyelerinde gaz boşluklarına ve
metal olmayan safsızlıklara neden olmaktadır.
çelik kalitesi bozulur.
• En çok kullanılan oksit giderme yöntemi, metalik oksit gidericilerle deoksidasyon
işlemidir. Oksit giderme için genellikle alüminyum (Al), silisyum (Si), manganez (Mn),
seryum (Ce) ve kalsiyum (Ca) elementleri kullanılmalıdır. Bu elementler serbest kalan
oksijeni kendilerine bağlarlar
• Kaynar çelikler (U):sadece mangan verilir, kükürt MnS, oksijen MnO olarak bağlanır. İç
kısımların kaynak kabiliyeti kötüdür.
• Durgun çelikler (R): mn ve si katılır, MnS, SiO2 oluşur. CO gaz çıkışı engellenmiş olur. İç
yapısı ve kaynak kabiliyeti U’ya göre iyidir.
• Özel durgun çelikler (RR): mn ve si ek olarak Al katılır. Kalan oksijen Al2O3, azot ise AlN’e
dönüşür. Akma gerilmeleri, çentik darbe dayanımı, kaynak kabiliyeti yüksek çelik elde
edilir.
METAL ÜRETİM
TEKNİKLERİ
F. Nair
A. Cerit
Download

metal üretim teknikleri