Demir-Çelik ve Metalurji

Kireç miktarı hedeflenen bazikliğe göre değil, cürufa girecek asidik oksit miktarına göre hesaplanır. Kaynaklar sırayla listelenir: sıcak metaldeki silisyum (her %1 Si → 21,4 kg SiO₂/t), hurdadaki kum ve toprak, cevher veya peletin gangı, ferroalyajlardan gelen SiO₂ ve Al₂O₃, astar aşınmasından gelen MgO. Bu toplam çıkmadan hedef B2'nin sayısal bir anlamı yoktur.

Hesap iki adımlıdır. Önce hedef bazikliğin gerektirdiği CaO bulunur (CaO = B2 × ΣSiO₂), sonra bu miktar kirecin aktif CaO oranına bölünür. %92 aktif CaO'lu bir kireçte 68,5 kg CaO için 74,5 kg ürün gerekir; aktif CaO %86'ya düşmüşse aynı sonuç 80 kg ister. Aradaki 6 kg hiçbir operatör hatası olmadan, doğrudan sertifikadan gelir.

Zincirin başı çelikhanede değil cevher hazırlamadadır. Sinter karışımının bazikliği ve peletin flakslanması maden ve cevher zenginleştirme tarafında ayarlanır; yüksek bazikli sinter, konvertöre giren asidik oksit yükünü baştan düşürür. Şarj hesabını yalnız çelikhaneyle sınırlamak, en ucuz baziklik kaynağını görmezden gelmek olur.

Sertifika okumanın bir sırası vardır: önce aktif CaO, sonra kızdırma kaybı, sonra kükürt, sonra reaktivite, en sonda tane dağılımı. Toplam CaO tek başına yanıltıcıdır; aşırı pişmiş kireç kimyasal olarak temiz görünürken cürufta çözünmez ve şarj listesinde var olduğu hâlde bazikliğe katkı vermez.

Reaktivite EN 459-2 ıslak söndürme testiyle ölçülür ve t60 ile ifade edilir: 20 °C'deki suyun 60 °C'ye çıkma süresi. Yumuşak pişmiş kireçte t60 üç dakikanın altındadır; altı dakikayı aşan kireç sert pişmiştir ve çelikhanede geç çözünür. Bu test kimyasal analizi değil, kireç fırınının kalibrasyonunu okur — iki tesisin aynı CaO'yla çok farklı davranmasının sebebi genelde buradadır.

Kirecin kimyası hammaddesinden gelir. Fırına giren doğal kalsiyum karbonatın SiO₂, Al₂O₃ ve kükürt profili, çıkan kirecin safsızlık profilini belirler; ocak ya da damar değiştiğinde kireç analizinde de kayma beklenmelidir. Giriş kontrolünde her partiyi değil her kaynağı izlemek genelde yeterlidir; ancak silo bekleme süresi üç-dört haftayı aştığında kızdırma kaybı yeniden ölçülmelidir.

Yüksek fırın sıcak metalinde kükürt tipik olarak %0,020–0,040 aralığındadır. Konvertör oksitleyici bir kap olduğu için kükürdü etkili biçimde alamaz; almasını beklemek yalnız cüruf hacmini ve demir kaybını büyütür. Bu yüzden kükürt torpido kazanında ya da şarj potasında, KR tipi karıştırıcıyla veya ko-enjeksiyonla alınır.

Ko-enjeksiyonda tipik reçete 0,4–0,8 kg/t magnezyum ile 3–6 kg/t ince kireçtir. Magnezyum kükürdü hızlı düşürür, kireç ise oluşan sülfürü kararlı hâlde bağlayarak reversiyonu engeller ve cürufun sıyrılabilir kalmasını sağlar. Yalnız kireçle çalışıldığında 5–10 kg/t gerekir ve işlem süresi uzar; hangisinin seçileceği magnezyum fiyatı ile potadaki zaman penceresinin karşılaştırılmasıdır.

Burada tane boyutu belirleyicidir: 0–1 mm, d50 40–100 µm ve pnömatik taşımada topaklanmayan bir ürün gerekir. Nem çekmiş kireç lansı ve taşıma hattını tıkar; enjeksiyon kireci ayrı, kapalı ve kuru silo ister. Hedef kükürt genelde %0,005'in, IF ve hat borusu kalitelerinde %0,002'nin altındadır.

Kirecin büyük kısmı üflemenin ilk üçte birinde şarj edilir. Erken kireç, silisyumun yanmasıyla oluşan asidik ilk cürufun astara saldırmasını engeller; geç şarj edilen kireç ise çözünmeye vakit bulamaz ve üfleme sonunda katı ada olarak kalır. Şarj zamanlaması, kireç kalitesi kadar sonuç değiştirir.

Defosforizasyon üç koşulu birlikte ister: cürufta %15–25 FeO, B2 ≥ 3,0 ve görece düşük sıcaklık. Sıcaklık 1650 °C'yi aştığında denge tersine döner ve fosfor cüruftan metale geri gelir. Bu yüzden üfleme sonu sıcaklığı, fosfor hedefinin ayrı bir değişkeni değil, doğrudan bir parçasıdır.

Fosfor dağılım oranı Lp = (%P)/[%P] iyi çalışan bir konvertörde 50–150 arasındadır. Bu değer düşükse ilk sorgulanacak şey kireç şarjı değil, cürufun gerçekten sıvı olup olmadığıdır. Çözünmemiş kireç bazikliği kâğıt üzerinde yükseltir ama fosforu almaz; ölçüm ile gerçeklik arasındaki bu fark, çoğu şarj artırma kararının arkasındaki asıl nedendir.

EAF'ta hedef baziklik konvertörden düşüktür; tipik B2 1,8–2,4. Sebep kimyasal değil fizikseldir: köpüklü cürufun ark ışığını örtebilmesi için hem viskoz hem akışkan kalması gerekir. Baziklik 2,5'in üzerine çıktığında cüruf kurur, köpük çöker ve ark açığa çıkar; panel ısıl yükü, elektrot tüketimi ve gürültü aynı anda artar.

Köpüğü ayakta tutan şey cürufun içindeki katı ikinci faz partikülleridir. MgO doygunluğunun az üstünde çalışmak (%8–14 MgO) bu partikülleri üretir; doygunluğun altında kalmak hem köpüğü zayıflatır hem astardan MgO çeker. DRI/HBI şarjında Al₂O₃ ve SiO₂ yükseldiği için B4 = (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) izlenmelidir; bu şarjlarda tek başına B2 sistematik olarak iyimser okur.

Ocaktan çıkan toz ve gaz akımı kirecin bir başka temas noktasıdır. Torbalı filtre öncesinde asidik bileşenlerin tutulması ve sinter tesisi bacasındaki SO₂ giderimi baca gazı arıtma tarafının işidir; orada kullanılan sorbentin inceliği ve reaktivitesi, cüruf kirecinden bambaşka bir spesifikasyondur ve aynı siloya konulmaz.

Döküm sırasında konvertör cürufunun potaya taşması, beyaz cürufun önündeki tek büyük engeldir. Taşan her kilogram FeO'lu cüruf potada alüminyumla tüketilir, alaşım maliyetini artırır ve desülfürizasyonu geciktirir. Cüruf tutucu, kalınlık ölçümü ve dökümü erken kesme pratiği burada kireç kalitesi kadar belirleyicidir.

Beyaz cüruf CaO–Al₂O₃–SiO₂ sisteminde, FeO+MnO %1'in altında ve baziklik 2,5–4,0 aralığında kurulur. Bu koşullarda kükürt dağılım oranı Ls 300–1000'e çıkar; konvertörde 2–8 olan aynı büyüklük burada iki mertebe artar. Fark bazikliğin değil, oksijen aktivitesinin düşürülmüş olmasının sonucudur — alüminyumla söndürülmemiş bir potada baziklik ne olursa olsun kükürt inmez.

Potaya giren kireç düşük kükürtlü, düşük kızdırma kayıplı ve kuru olmalıdır. Nemli kireç ya da hidrat, sıvı çelikte hidrojen kaynağıdır; kalın kesitli ürünlerde 1 ppm'lik hidrojen artışı bile pul kusuru riskini büyütür. Kalsiyum aluminat esaslı sentetik cüruflar kirecin yerine değil, kirecin erimesini hızlandırmak için yanında kullanılır.

MgO-C astarın ömrü büyük ölçüde cürufun MgO'ya doymuş olup olmamasına bağlıdır. Doymamış cüruf astarı çözer; doymuş cüruf ise yüzeyde koruyucu bir tabaka bırakır. Aynı ocakta cüruf MgO'sunu %6'dan %10'a taşımak, döküm başına refrakter tüketiminde astar reçetesine dokunmadan görülebilir bir fark yaratır.

Konvertörde bu ilke cüruf sıçratma pratiğine dönüşür: döküm sonrası kalan cüruf dolomitik kireçle koyulaştırılır ve azot üflemesiyle astar duvarına sıçratılarak katılaştırılır. İyi uygulanan bir sıçratma pratiği konvertör kampanya ömrünü birkaç bin dökümden on binler mertebesine taşır; kritik değişken, kalan cürufun MgO ve FeO oranı ile üfleme süresidir.

Ancak MgO'yu sınırsız artırmak da çalışmaz. Doygunluğun çok üstünde cüruf viskozlaşır, üfleme sırasında metal-cüruf karışması bozulur, fosfor giderimi düşer ve cüruf tutma sorunları başlar. Doğru pratik doygunluk eğrisinin hemen üstünde kalmak ve sıcaklık ile FeO değiştikçe hedefi kaydırmaktır — sabit bir MgO hedefi, sabit bir kireç dozajı kadar yanıltıcıdır.

Çelikhane cürufu atık değil, yönetilmesi gereken bir üründür. Konvertör cürufundaki serbest CaO ve MgO su ile hidratlanıp hacim genişlemesi yaptığı için, cüruf yol dolgusunda ya da beton agregasında kullanılmadan önce üç-altı ay yaşlandırılmalı veya buharla stabilize edilmelidir. Bu adım atlandığında agrega olarak serilen malzeme aylar sonra kabarma yapar ve üst yapıyı kaldırır.

Yüksek fırın granüle cürufu ise öğütüldüğünde çimento yerine geçen bir bağlayıcıdır ve inşaat ve yapı malzemeleri tarafında doğrudan değer üretir. Konvertör cürufu serbest kireci nedeniyle aynı yolu izleyemez; ikisini tek kalemde toplamak hem teknik hem ticari olarak hatalıdır ve çoğu tesiste cüruf gelirinin yarısını görünmez kılar.

Turşulama hatlarının asidik atıksuyu, soğutma suyu blöfü ve tufal çamuru su ve atıksu arıtma tarafında kireçle nötralize edilir; burada kullanılan ürün çelikhane kireci değil, doğrudan dozlanabilen hidrattır. Kendi cüruf analizleriniz ve şarj kayıtlarınızla bir kireç dengesi çıkarmak isterseniz iletişim sayfasından ulaşabilirsiniz.