Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına




Indir 72.51 Kb.
TitleYüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına
Date conversion21.06.2013
Size72.51 Kb.
TypeBelgeleme
Sourcehttp://www2.bayar.edu.tr/muhendislik/endustri/YUKSEKFIRINLAR09.doc
Y Ü K S E K F I R I N

Konstrüksiyon:

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü ,düşey ve silindirik bir fırındır.Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına yerleştirilmiş su soğutmalı pik döküm veya bakırdan yapılmış soğutucularla kuşatılmıştır.Yüksek fırın gövde yüksekliği fırın kapasitesine bağlı olarak 30-120 m arasında değişir.Bu ana gövdenin başlıca bölümleri şunlardır;

  • Üst gövde : Bu bölüm şarj askılanmalarını azaltmak amacıyla aşağı doğru büyüyen bir keside sahiptir.

  • Silindirik kısım,

  • Bosh adı verilen ve aşağı doğru çapı küçülen konik bölüm,

  • Hazne: Sıvı metalin toplandığı genellikle dıştan dolgulu taban bölümü.



Hazne üzerinde kalan bölümler genellikle şamot (aluminyum silikat) tuğla ile hazne ise karbon veya grafit blok tuğla ile örülüdür.Fırın büyüklüğüne bağlı olarak, haznenin üst kısmına dıştan sayısı 20-52 arasında değişen bakırdan ve su soğutmalı tüyerler yerleştirilmiştir.Bu tüyerlerden sıcak hava sobalarından gelen bir ana boru ve hava simidi vasıtasıyla sıcak hava verilir.Sıcak metalin alındığı döküm deliği bu haznenin tabanında, curufun alındığı curuf deliği (cinder notch) ise haznenin üst seviyesinde bulunur.Halen dünyanın en büyük fırını Çin’de yapım aşamasında olup, etkin hacmı 5750 m3, fırın iç çapı 16 m ve fırın yüksekliği 120 m civarında.(52 tüyer) olup bu fırının tek başına yılda 5 milyon ton sıvı demir üretmesi planlanmaktadır.

Yüksek Fırın Şarj Bölümü : Bu bölüm ham maddelerin stoklandığı stok siloları,silolardan malzemelerin tartılarak alınmasını sağlayan besleme ve tartı sistemleri ile tartılan malzemeleri yüksek fırın tepe kısmına taşıyan skip adı verilen arabalı asansör sistemi veya (yeni fırınlarda) konveyör sisteminden oluşur.

Şarj sistemi klasik fırınlarda bir huni ve koniden oluşurken yeni fırınlarda fırına malzeme beslemesi özel mekanizmalarla yapılmaktadır.Bu sistemin temel işlevi şarj malzemelerinin fırına homojen ve istenen dağılımı ve tabakalaşmayı sağlayacak şekilde yapılmasıdır.İkinci işlevi fırın tepe kısmından baca gazı kayıplarının önlenmesidir.

Çan tipi şarj sistemlerinde fırın besleme malzemesi biri ters iki çan tipi oluk vasıtasıyla beslenir.Altta bulunan ve geniş tarafı altta olan çanın açılmasıyla malzeme fırına dağıtılır.

Çansız yeni sistemlerde ise ham maddeler fırına döner bir yolluk vasıtasıyla dağıtılır.

Yüksek Fırın Sobaları : Yüksek fırın baca gazlarının gizli ve görünür ısısından faydalanarak verilen havanın ısıtılması amacıyla tasarlanmış olup bir YF a hizmet eden soba sayısı genel olarak 3, bazen 2 sobadır.Yeni fırınlarda havayı 1250 oC a kadar ısıtabilmek mümkün olmaktadır.YF gazlarının tozlarından ayrıldıktan sonra yakılması için (sobadan ayrı veya soba

içinde) yanma bölümleri ile havanın ısıtılmasını sağlayan çeker tuğlaları bölümünden oluşur.

Bir soba çapı yaklaşık 12 m ve yüksekliği 55 m kadar olup içi silika çeker tuğlaları ile örülüdür.Sobalar periyodik olarak çalışır ve YF a kesintisiz sıcak hava verirler.
Hava Körükleri:Genellikle demir çelik fabrikasında bulunan enerji santralinde bulunurlar ve fırına yüksek debide basınçlı havanın verilmesini sağlarlar.

Toz Toplama ve Gaz Temizleme Sistemi:YF baca gazlarından iri toz taneciklerinin ayrılmasını sağlayan siklon tipi toz tutucularla,daha ince tozları tutabilen elektrostatik filtre veya sulu filtre sistemlerinden oluşur. .1.

Pülverize (Toz) Kömür Enjeksiyon Sistemi :YF larda ek yakıt olarak kullanılan kömürün kurutulması,öğütülmesi ve pnömatik olarak taşınması işlemlerini gerçekleştirecek donanımlardan oluşur.
Bakır ve Demir Soğutucular

Günümüz yüksek fırınlarında, fırın büyüklüğü ne olursa olsun, dökme demir ve bakırdan yapılan soğutucular ,fırınların fazla aşınmaya maruz kalan bölümlerinde ,boğaz kısmından gövde alt ve bosh

Adı verilen karın bölgesinin üzerine kadar sadece uzun bir kampanya dönemi sağlamakla kalmaz,aynı zamanda çok seri olarak değiştirebilme olanağı da sağlar.Fırın gövdesinin özellikle pelet ve sinterin duvarlarda fazlaca ısı değişmelerine maruz bıraktığı “hareketli ve akıcı şarj” bölgelerinde bakır soğutucular kullanılması ile bu bölgedeki soğutucuların ömründe önemlibir artış

sağlanabilir.



Uzun kampanya süreleri olan fırınlarda, soğutucularda kazan suyu kalitesinde temiz bir soğutma suyu kullanılması önerilir.Dökme demir soğutucularda kirli su kullanımı,bölgesel kaynamalar olduğunda ısı iletimi özelliğini düşüren korozyon ürünlerinin birikmesine neden olur.Bakır soğutucuların soğutma kapasiteleri bu tür yoğun birikmelerin etkisini önleyebilecek kadar yüksektir.Bu nedenle bakır soğutucu bölgelerinde açık devreli soğutma sistemleri konması mümkündür.Nedeni ne olursa olsun,yetersiz ısı iletimi sıcak bölgeler oluşmasına, bu da hem soğutucularda hem de su borularında çatlamalara yolaçabilir.

YF lar genellikle 250 kilopascal (Yaklaşık 2.5 atm) civarındaki bir hava basıncı ile çalıştırılırlar.

Yüksek fırının üst kısmından ton metal için yaklaşık 1600 kg demirli malzeme (sinter,parça cevher ve pelet),indirgeyici olarak yaklaşık 380 kg /ton kok tabakalar halinde şarj edilir.Son yıllarda fırının tüyerlerinden ek indirgeyici olarak 90-175 kg/ton metal düzeyinde pülzerize (toz) kömür enjekte edilmesi de yaygın bir uygulama olmuştur.Tüyerlerden fuel oil enjeksiyonu ekonomik nedenlerle artık terkedilmiştir.Yine tüyerlerden sıcak hava sobalarında 1150-1250 oC sıcaklığa ısıtılan hava yaklaşık 1000Nm3/ton metal düzeyinde verilir.Sıcak havadaki rutubet ve oksijen konsantrasyonun kontrolü de önemlidir.

Yüksek fırınlarda tepeden şarj edilen malzemelerin metal ve curufa dönüşmesi 6- 8 saat sürer, bu nedenle şarjda yapılacak değişiklikler ancak 6-8 saat sonra sonuç verir.Tüyerlerden verilen sıcak havanın tepeye varması ise ancak 6-8 sn kadar sürer.

Sıcak hava yüksek fırının bosh (karın) bölgesi ve bunun üzerindeki gövde alt bölümünde kok ve pülverize kömürle reaksiyon yaparak karbon monoksit ve azot karışımına dönüsür.Bu karışım ısı verirken fırının üst kısmından aşağı doğru inen ham maddelerle reaksiyon yaparak yukarı doğru hareket eder.Gazlar fırın tepe kısmından çıkarak işletmelerde yakıt olarak kullanılmak üzere yeniden değerlendirilir.Bu işlem sırasında, fırın üzerinden yüklenen demirli malzemelerle kokun tabaka kalınlığı oranları kontrol edilerek sıcak havanın uygun bir çevresel dağılımla geçmesi sağlanır.Şarjın fırın içinde inmesi sırasında,demirli

malzemeler fırının üst kısmındaki düşük sıcaklık bölgesinde, karbon monoksit gazı tarafından indirekt olarak indirgenir.Fırının alt kısmında kalan demir cevherinin CO ile indirgenmesi sonucu oluşan CO2 , koktaki C tarafından CO e indirgenir ,bu CO de yine demir oksidi indirger.Fırın alt kısımlarındaki yüksek sıcaklıklı bölgede oluşan bu reaksiyon, demir cevherinin katı C ile indirgenmesi, direktindirgeme olarak tanımlanır. İndirgenen demir hemen ergiyerek damlalar halinde düşer ve haznede sıcak metal olarak toplanır.Sıcak metal ve sıvı curuf belirli aralıklarda (genellikle 2-5 saatte bir) döküm deliği (taphole) ve curuf deliği (cinder notch) açılarak alınır.
Yüksek fırından alınan malzemeler yaklaşık 1530 oC sıcaklıktaki sıcak metal, yaklaşık 300 kg/ton metal düzeyindeki sıvı curuf ile fırın tepe kısmından alınan toz içeren baca gazlarıdır.Sıcak metal torpido arabalarına veya potalara alınır, gerekirse 2

sıcak metal önişlemine (pota metalurjisi) tabi tutularak çelik fabrikasına gönderilir.Sıvı curuf ise soğutulduktan sonra kırılarak yol balast malzemesi veya çimento ham maddesi olarak kullanılır.Baca gazları ise, tozlarında temizlendikten sonra tav fırınları ve yüksek fırın sobalarında yakıt olarak kullanılır.

Bir yüksek fırının kapasitesi günde üretilen sıcak metal miktarı veya fırının etkin iç hamcı ( m3) ile ifade edilir.Yüksek fırının verimliliğini gösteren değerler ise fırının behar m3 iç hacmı başına günde alınan metal miktarını veren döküm oranı (tapping ratio) ile ton metal başına tüketilen kok miktarı ile gerekli yardımcı yakıt toplamını ifade eden yakıt oranı değerleridir.Japonya da halen çalıştırılmakta olan yüksek fırınların döküm oranları 1.7-2.1 ton/m3/gün ve yakıt oranları ise 470-500 kg/ton arasındadır.

Yüksek fırın işletmeciliğinde ulaşılması gereken en öncelikli hedefler ; birim enerji tüketiminin düşürülmesi, alınan döküm miktarları,bileşim ve sıcaklık değerleri açısından kararlı bir işletmeciliğin sağlanması ve fırın ömrünün uzatılmasıdır.Son yıllarda inşa edilen büyük kapasiteli fırınlarda birim enerji tüketimi 13 gigajuoul/ton metal’e kadar düşürülmüş olup , bunun cevher indirgemede kullanılan kısmı % 60 düzeyindedir.

Ham maddelerin fiziksel ve kimyasal özellikler açısından homojen (kararlı) hale getirilmesi uzun vadede işletmeciliğin kararlı bir hale getirilmesi açısından etkili bir yoldur.Fırının çalışması sırasında her bölümündeki fiziksel ve kimyasal davranışın tam olarak bilinmesi de zorunludur.Bu amaçla, fırın içindeki şartların izlenerek, veri işleme ve kontrolünde yapay zekadan yararlanılması büyük bir başarı ile uygulamaya geçirilmiştir.Gelecekte fırın içindeki karmaşık şartların anlaşılması ve bu bilgilerin fırın işletmeciliğini daha kararlı hale getirebilmek için kullanılması gerekecektir.

Yüksek fırın tuğlalarının yeniden örümü çok pahalı olduğundan, fırın kampanya ömrünün uzatılması ile toplam üretim maliyetleri büyük ölçüde düşürülebilir.İşletme ve bakımda sağlanan teknolojik gelişmelerle yüksek fırın kampanya süresinin 16 yıla kadar çıkarılması mümkün olmuştur,ancak bununla yetinilmeyip teknik gelişmelere devam ederek fırın ömrünü 20 yıl ve daha üzerine çıkarmak gerekmektedir.

Fırın üst kısmında cevher,pelet,sinter,kok ve kireçtaşı önce tam bir şarjı oluşturmaya yetecek kadar biriktirilir.Fırının nihai doldurulma sırası,fırın içi gaz akışı ve kimyasal reaksiyonlar dikkatle kontrol edilerek YF operatörü tarafından belirlenir.Eski fırınlarda şarj malzemeleri iki çan (külah ve huni sistemi) dan oluşan bir geçici siloya alınarak hem gaz kaçaklarının önlenmesi,hem de malzemelerin fırın içinde tüm kesit boyunca homojen dağıtılmasına çalışılmıştır.Modern fırınlarda ise bu külah (çan) sistemi yerine 2 veya 3 hava kilitli silo konmuştur,malzemeler bu silolardan döner bir oluk vasıtasıyla daha sağlıklı bir biçimde fırın içine dağıtılmaktadır.

Ani gaz basınçlarına karşı fırın tepesinde “tahliye valfleri” konmuştur. Bu valfler aşırı basınç ve tehlike anında fırın gazlarını atmosfere atarak fırını şoklardan korur.

Fırın döküm holünde çamur topu (clay gun) adı verilen bir döküm ve curuf deliği doldurma mekanizması ile döküm alma sırasında bu deliğin açılmasında kullanılan özel bir delici sistem bulunur. Haznedeki sıvı metal seviyesinin bakır tüyerlere kadar çıkarak bunlara zarar vermemesi için curuf ve metalin fırına yukarıdan verilen malzemelere uygun bir zaman aralığında alınması gerekir.Genellikle 45 dakika ile 2 saat arasında değişen periyotlarla fırından metal alınır.Yeni ve büyük fırınlarda dört metal deliği ve iki döküm holü bulunmaktadır..

Yüksek Fırınlarda Bazı İşletme Sorunları

Yüksek Fırınlarda Aşırı Sıcaklık :

Fırın içindeki sıcaklık dağılımının kontrol edilmesi için modern YF larda yeni kontrol cihazları bulunmakla beraber, gövdede

yerleşik soğutucuların su giriş ve çıkış sıcaklıklarının kontrolü en geleneksel yöntemlerden biridir.Aşırı ısınma belirlenen bölgelerdeki soğutucular mümkün ilk duruşta değiştirilir.

Fırının genel sıcaklığında bir artış görülmesi halinde kok şarjlarında azaltmaya gitmekle beraber,bunun etkisi ancak 6-8 saat sonra görüleceğinden, yapılacak ilk iş sıcak hava ile verilen rutubetin (H2O) arttırılmasıdır. Zira H20 + C == H2 + CO güçlü endotermik (ısı alan) bir reaksiyon olup, fırın içindeki etkileri çok kısa sürelerde (8-10 sn) görülmeye başlar.

Askılanma ve Kayma

Yüksek fırınlar işletmeciliğinde sıcaklık kontrolü bir çok faktöre bağlıdır.Sıcak havanın gereken sıcaklıkta ve sürekli (kesintisiz) verilmesi en önemli faktörlerden biridir.Yüksek fırın üzerinden verilen şarj malzemelerinin hazneye doğru sürekli olarak ilerlememesi halinde ortaya çıkan işletme sorununa “şarjın askılanması” adı verilir. Askılanma çok değişik nedenlerden kaynaklanabilir ve genellikle “kayma” adı verilen şarjın kontrolsüz biçimde hazneye düşmesi olayı ile devam eder.Kayan bu malzeme sıcaklık düzeyi bakımından reaksiyonlara hazır olmadığı gibi,askılanma ve kayma sonucu fırın soğuma tehlikesi ile karşı karşıya kalır.

Fırına verilen havanın operatör hatası,valf arızası veya soba dönüşümü esnasında herhangi bir nedenle kesilmesi halinde sadece fırının yanma rejimi alt-üst olmakla kalmaz,fırın içinde askılanma yanında hava borularında yüksek bir basınç dalgası da oluşur.Basınçtaki bu artış saniyeler içinde basınçlı hava veren körükleri de kritik bir duruma getirir,hava akışında ani büyük dalgalanmalar olur,fırın içinde sıcak bölgeler oluşturabilir,hatta sıvı metali tüyerlere kadar püskürtebilir.

Yüksek fırınlara verilen ham maddelerin çok dikkatli bir biçimde hazırlanması ve fırına düzenli dağıtımı ile bu tür işletme sorunları en aza iner.Zorunlu hallerde askılanmaya karşı alınacak ilk önlem verilen havanın tamamen kesilip verilmesi suretiyle “blöf” işlemi yapılmasıdır

Scaffold (Kabuk ) Oluşumu: 3

Fırın tuğlaları üzerinde kabuk bağlanmasının en önemli kaynağı cevherlerden gelen alkali ve çinkodur.Bu alkaliler silisli curuflar kullanılarak bir dereceye kadar azaltılabilirse de, bu curufun kükürt giderme kapasitesini olumsuz yönde etkiler.

Her yüksek fırının sıcak metalde istenen kükürt düzeyine karşılık , alkali sirkülasyonunu azaltmaya da ihtiyacı vardır.Bazı şarjların scafold oluşumu nedeniyle alkalilere ve toz oluşumuna eğilimi fazladır.Fırın konsrtüksiyonu ve soğutma sistemleri,şarj dağılımı ve başka bazı faktörlerin scafold oluşumunda büyük rolü vardır.



Yüksek curuf bazikliği ve yüksek hazne sıcaklıkları gibi bazı şartlarda,şarjda çok küçük oranlarda bile bulunsalar alkali malzemeler yüksek fırında birikme gösterebilir.Bu alkali oksitler kabuk (scaffold) oluşturarak fırının efektif çap ve alanını küçültür, gaz hızını ve kanallaşma eğilimini arttırır.Ayrıca bunların gövdeden koparak düşmeleri halinde haznede ani soğumalar olur.Alkaliler ısının daha üst seviyelere transfer edilmesi nedeniyle kok tüketimini arttırır, kok mukavemetini düşürür.Curufun fiziksel ve kimyasal özelliklerini bozar daha çabuk askılanmalara neden olur.Alkali oksitler aynı zamanda her tür refrakter için zararlıdır ve refrakter ömrünü azaltır.

Alkaliler cevher ve sinter içinde Na ve K silikatları şeklinde bulunur. Her iki silikat da 1500-1700 oC arasındaki sıcaklıklarda C ve Fe tarafından indirgenerek elemente (buhar) dönüşür.Alkalilerin oluşumu için en uygun şartlar hazne ve bosh bölgeleridir.Oluşan alkali buharları hızla hareket eden gaz akımı ile yukarı doğru taşınırlar.Bu bölgelerde CO2 ile reaksiyona girerek karbonat bileşiklerine dönüşürler ve refrakterler üzerinde birikerek kalın tabakalar oluştururlar.

Zorunlu hallerde oluşan scaffold tabakaları YF gövdesinde delikler açmak ve bu deliklere yerleştirilen kontrollü miktarlardaki dinamitin patlatılması suretiyle parçalanarak indirilir.

Yüksek Fırınlarda Duruş ve Tuğla Örümü (Banking)

Yüksek fırınların duruşa geçirilmesi (banking) olarak adlandırılır ve şarjların tedricen sadece kok şarjına dönüştürülmesi

amacıyla yapılan planlı şarj programları ile gerçekleştirilir.Bu sayede fırınların tekrar çalıştırılabilecek şekilde aylarca üretim yapmadan bekletilmesi mümkün olur.

Tuğlaların yeniden örümü (kampanya sonu) nde de aynı yöntem izlenir.Burada amaç fırın içinde donmuş metali en az düzeyde bırakarak söküm işlemini,fırın donanımına zarar vermeden en kısa zamanda başlatmaktır.


Yüksek Fırınlarda Teknolojik Gelişmeler

Yüksek Tepe Basıncı : Mevcut bilgilere göre tepe basıncındaki her 0.07 kg/cm2 lik bir artış ;

  • Fırın üretiminin %0.8 artmasını,

  • % 0.4 civarında kok tasarrufu

  • Fırın toz emisyonlarının % 13-33 arasında azalmasını,

  • Sıcak metaldeki Si oranının yaklaşık % 0.4 azalmasını sağlamaktadır.

Bu değerlerden faydalanarak tepe basıncında 0.21 kg/cm 2 lik bir artış sonucu fırın kapasitesinin yaklaşık % 2,4 artacağı , yaklaşık % 1.2 lik bir kok tasarrufu elde edilebileceği söylenebilir.

Yüksek fırınlarda yüksek tepe basıncı üretilen büyük hacımlardaki basınçlı gazlardan enerji tasarrufu için ideal bir imkan yaratır.Bu enerji baca gazı temizleme sisteminden sonra kurulan bir ek türbin ile geri kazanılır.

Baca gazı basıncından geri kazanılabilecek enerji miktarı baca gazı debisi,basınç farkı ve giriş sıcaklığına bağlıdır.Bu şekilde enerji kazanımı YF gaz temizleme donanımı ve dağıtım şebekesinde basınç düşmesi azsa ekonomik olabilir.Modern YF larda tepe basıncı0.25-2.5 bar arasındadır.YF gaz toplama borusundaki basınç 0.05-0.1 bar civarındadır.Tepe gazı basıncının bir kısmı gaz temizleme sisteminde tüketilir.Tepe basıncı 2-2.5 bar olan modern bir fırında elde edilebilecek elektrik enerjisi miktarının 15 MW civarında olabileceği bildirilmektedir.

Tepe gazı basınç kazanımı yeni tesislerde, bazı hallerde çok büyük güçlüklere ve ek maliyetlere karşılık mevcut tesislere de uygulanabilir. 4

Fuel Oil Enjeksiyonu : 1960 -1980 yılları arasında yoğun olarak uygulanan bir yöntem olmasına rağmen, artan petrol fiatları nedeniyle günümüzde ekonomik önemini kaybetmiştir.Yeni fırınlarda uygulanmamaktadır.

Doğal Gaz Enjeksiyonu : Doğal gazın kolay ve ucuz bulunduğu bölgelerde yaygın olarak uygulanmaktadır.

Toz Kömür Enjeksiyonu :YF larda belirgin bir kapasite artışı sağlamamakla beraber kok tasarrufu için yaygın uygulanır.

Yüksek Fırınlarda Hidrojenle İndirgeme

Tamamen kok veya pülverize kok ilavesi ile çalışan yüksek fırınlarda temel indirgeyici bileşik

karbon monoksittir.Ancak, aşağıdaki nedenlerle hidrojen ,CO den çok daha iyi bir indirgeyicidir;

  1. Hidrojenle indirgemede kimyasal reaksiyon hızı CO den çok daha fazladır,

  2. Hidrojenin yüksek olan yayınma özelliği reaksiyon bölgelerine daha çabuk ulaşmasını sağlar,

  3. Hidrojenin sağladığı yüksek ısı iletkenliği gaz ile diğer fazlar arasındaki ısı transferini arttırır,

  4. Düşük viskozitesi gaz direncini ve basınç düşmesini azaltır veya gaz akış hızlarının artmasına

yardım eder.Bu sebepten, yüksek fırınlarda hidrojen kullanımı ile demir oksit indirgenmesinin hızlandığı ve daha etkili olduğu ve sıvı curuf içindeki wustite (FeO) doğrudan indirgemesinin azaldığı kabul edilir. Ayrıca CO2 oluşumu azaldığı için solusyon kayıp reaksiyonlarının azalması beklenir.Doğrudan indirgeme ve solusyon kaybı reaksiyonları endotermik (ısı alan) tir,bu nedenle fırın veriminin artması ve enerji tüketiminin düşmesi sözkonusuduriYüksek fırında hidrojen zenginleştirme için bir yöntem de fırına hidrojen olarak verilmesidir.Fakat hidrojen üretimi ve taşınmasında teknik sorunlar vardır.Diğer bir yöntem de tüyerlere hidrojen içeren malzemeler enjekte edilmesidir.Buhar,fuel oil,doğal gaz,kok fırını gazı, LPG ve atık plastikler genellikle son zamanlarda yardımcı yakıt olarak kullanılan pülverize kömürden daha fazla hidrojen içerirler ve yüksek fırın tüyerlerine enjekte edilebilecek malzemelerden sayılırlar.

Tamamen hidrojene dayalı bir yüksek fırın teknolojisinin geliştirilerek aynı zamanda CO2 emisyonlarının azaltılmasına yönelik olmak üzere ABD,Avrupa,Rusya ve Japonya’da Arge çalışmaları sürdürülmektedir.





Fastox Yöntemi : 2007 yılında geliştirilmiş bir yöntem olup henüz YF larda pik üretiminde uygulamaya geçilmemiştir. Geleneksel YF lardan temel farkı tüyerlerin iki sıra halinde düzenlenmesi ve alta ilave edilen ikinci sıradan oksijen veya oksijeni zenginleştirilmiş hava verilmesidir.Ayrıca yüksek fırınların gövde üst bölümlerinde gazların emilerek gaz akışının hızlandırılması,kok ve enerji tasarrufunu öngörmektedir.İlave sıradan oksijenle birlikte verilen su buharı ve kömürtozu ile

hidrojenle indirgeme oranı arttırılmıştır .


Y.F.Otomasyonu : Yeni YF larda proses kontrol amacıyla geliştirilen seviye probları,gaz analizörleri, bilgisayar programları aracılığıyla daha önce belirsizlik gösteren YF parametreleri tamamen kontrol altına alınmış olup, daha önce YF larda yaşanan

ve gerçek nedenleri belirlenemeyen bir çok işletme sorununun çözümü mümkün olmuştur.


Y.F Curuflarının Değerlendirilmesi : Daha önce katı atık alanlarına atılan YF curufları günümüzde % 100 geri kazanılarak

Çimento sanayi,yalıtım malzemeleri üretimi, tarım,yol yapımı gibi alanlarda değerlendirilmektedir.

Külahsız YF lara merkezden kok şarjı : Son yıllarda Japonya’da geliştirilmiş, yeni fırınlarda uygulanan bir yöntemdir.Bu yöntemle kok tasarrufu yanında refrakter ömründe 20 yılı geçen artışlar beklenmektedir.


5







YÜKSEK FIRIN REAKSİYONLARI :


Yüksek fırın esas olarak bir indirgeme (reduction) işlemi gerçekleştirir.Önemli reaksiyonlar aşağıda özetlenecektir; 6

C + 02 = CO2 + ısı (1)

CO2 + C = 2 CO (2)

2 CO + O2 = 2 C02 + ısı (3)

En çok karşılaşılan demir cevheri hematit, yani Fe 2 03 dür. CO/C02 gaz karışımlarının bulunduğu ortamlarda bu oksit

birkaç aşamada demire indirgenir;

3Fe203 + CO = 2 Fe304 + CO2 (4)

Fe 3 04 + CO = 3 Fe0 + CO2 (5)

FeO + CO = Fe + CO2 (6)

Reaksiyonun yürüyebilmesi için her oksit ve reaksiyon sıcaklığı için gaz karışımında kritik bir CO/CO2 oranının

geçilmiş olması gerekmektedir. Bu şart aşağıdaki grafikte gösterilmiştir.



Sıcak gazlar fırın gövdesinin alt kısımlarında kok yakılarak elde edilir.Karbonun yanması için gerekli oksijen tüyerlerden verilen sıcak havadan sağlanır.Yanma bölgesinde ulaşılabilecek alev sıcaklığı 2000 oC a çıkabilir.Bu gazlar

şarj malzemeleri arasından geçerek 150-250 oC civarında fırını terk ederler.

Fırının orta alt kısımlarında oluşan CO ,yukarıda verilen reaksiyonlara uygun olarak demir oksitlerinden oksijeni alarak

indirger.Her bir indirgeme aşaması fırının farklı bir bölümünde ve farklı sıcaklıklarda oluşur.Örnek olarak Fe203 den

Fe304 e indirgenme 200-250 oC sıcaklık ve an az CO/CO2=1/10000 olmasını gerektirir.Fe304 ün FeO e indirgenmesi

500-900 oC arasında, FeO in Fe ye indirgenmesi ise 900-1300 oC arasında gerçekleşir.

Yüksek fırın çalışma prensibi bakımından karşıt akımlı bir ısı ve kitle transferi reaktörü gibi çalışır.Isı gazlardan katı şarja oksijen ise katı demir oksitlerden gaz fazına transfer edilir.

İndirgeme işlemlerinde önemli olan ekonomik faktör harcanan indirgeyici miktarıdır, burada sözkonusu olan ise karbon

Olmaktadır.Yukarıdaki grafikten bulunabileceği gibi, FeO i 900 oC da indirgeyebilmek için % 70 CO-%30 CO2 den oluşan bir gaz karışımı gereklidir, yani 1 kısım CO2 e karşılık en az 2.3 kısım CO olmalıdır.Bu durumda % 100 indirekt indirgeme

reaksiyonu şartı için reaksiyon

Fe203 + 3 x 3.3 CO = 2 Fe + 3 x 2.3 CO + 3 CO 2

Yani 16 kg O 3.3 x 12 kg C

420 kg O 720 kg C a ihtiyaç göstermektedir.

Yüksek fırında meydana gelen bir diğer reaksiyon da karbonun gaz haline geçtiği

C O 2 + C = 2 CO E = 172.3 kJ/mol reaksiyonudur.

Bu reaksiyon için denge reaksiyon sıcaklığı arttıkça hızla sağa doğru yürür, 900 oC üzerinde gaz karışımı içindeki

(CO + CO 2 = 1 atm) CO/CO2 denge oranı 10 dan büyük olur.Sonuç olarak fırının alt bölgelerinde demişr oksitlerin indirgenmesiyle ortaya çıkan CO2 tekrar CO e dönüşür.Bu durumda fırının alt kısımlarındaki genel direkt indirgeme

raksiyonları

Fe O + CO == Fe + CO2

C O 2 + C == 2CO . 7

Fe0 + C == Fe + CO Yani 16 kg oksijen 12 kg C a ihtiyaç gösterir




Yüksek Fırınlarda Curuf-Metal Reaksiyonları

Yüksek fırınların hazne bölümünde silisyum,mangan ve kükürt reaksiyonlarını gösteren önemli üç reaksiyon dengesi sözkonusudur;

(SiO2) + 2C = Si + 2CO

(MnO) + C = Mn + CO

(CaO) + S + C = (CaS) + CO (Bu denklemlerde parantez curufta çözünen alt çizgi ise

demirde çözünen bileşikleri göstermektedir)

CaO, MgO ,Al2O3 ve SiO2 içeren yüksek fırın curufu ile karbona doymuş sıvı demir arasındaki Si, Mn ve S

denge dağılımı birçok araştırmanın ortak sonucu olan aşağıdaki üç grafikte verilmiştir.

Karmaşık curuf-metal denge şartlarında ikili reaksiyonların önemi ilk kez Oelsen ve arkadaşları tarafından gösterilmiştir. Oelsen’e göre üç fazdan meydana gelen reaksiyonlar ,yüksek fırınlar gibi dinamik bir sistemde ancak

yavaş bir biçimde dengeye ulaşabilir.Bu nedenle sadece curuf ve metali kapsayan reaksiyonların hızlı yürümesi mümkün olup ikili reaksiyonların gözönünde bulundurulması gerekmektedir.Örnek olarak Mn ve Si reaksiyonları aşağıdaki şekilde yazılabilir;

2 (MnO) + Si = ( SiO2) + 2 Mn

Bu reaksiyonun oluşumunda sıcaklığın etkisinin hemen hemen ihmal edilebilecek kadar az olması dikkat edilmesi

gereken bir özelliktir.


8




Curuf-metal reaksiyonlarının çoğu özellikleri açısından elektrokimyasaldır,dolayısıyla metalden curufa kükürt transferi elektronlara ihtiyaç gösterir ve Mn ve Si gibi çözünmüş bir elementin oksitlenmesi ile olur. Bu şekilde Mn ı da içeren bir kükürt reaksiyonu aşağıdaki şekilde olur:

( CaO ) + Mn + S = (CaS) + (MnO)

Benzer şekilde kükürt ve Si reaksiyonu da yazılabilir.:

( CaO ) + 1/2Si + S = (CaS) + (1/2SiO2)

Gerçekte yüksek fırındaki fiili değerlerin bu denge tahminleri ile nasıl çakıştığına da bakmak

ilginç olacaktır.Örnek bir yüksek fırın uygulamasında Mn, Si ve S dağılım oranları aşağıdaki değerler içinde değişmektedir;

I Mn I / (MnO) = 0.6 - 4 arası , I Si I / (SiO2) = 0.15 -0.08 arası , ( S ) / I S I = 20 -120 arası

Bu değerleri denge değerleri ile karşılaştırdığımızda üç faz dengesi için bu değerlerin denge değerlerinden birkaç kat daha düşük olduğu görülür. Başka bir deyişle, bu reaksiyonlar yüksek fırında dengeye ulaşamamaktadır.

Yüksek fırın verilerini curuf-metal dengesi ile kıyaslarsak, iki fazlı Mn-Si ve Si-S dengesine bile ulaşılamadığı görülür.Ancak, Si ve Mn oranlarının curuf bazikliğinin artması ile artmakta olduğu anlaşılır.Bütün yüksek fırınlarda veriler denge çizgisinin altında kalmakta ve metal-curuf reaksiyonunun aşağıdaki şekilde yürüdüğünü göstermektedir;

2 (MnO) + Si = 2 Mn + (SiO2)

Bu sonuçların gösterdiği gibi, metal içindeki nihai silisyum düzeyi bu oksitlenme reaksiyonu ile

belirlenir, önceden ileri sürüldüğü gibi karbon indirgemesi reaksiyonu ile olmaz.

Kükürt reaksiyonlarına gelince, işletme verileri ile bu üç fazlı denge kuramı arasında yine bir uyuşmazlık sözkonusudur.Ancak, kükürt ve mangan dağılımı değerlerinin karşılaştırılması sonucu, birçok yüksek fırında kükürt-mangan reaksiyonunun dengeye çok yakın olduğu görülmektedir.Bir kez daha belirtmek gerekir ki,şayet silisyum-mangan reaksiyonunda dengeye varılsaydı, IMnI / (MnO) oranı daha büyük olabilir ve kükürt-mangan reaksiyonunun dengeye yaklaşması nedeniyle, daha fazla kükürt giderme mümkün olabilirdi.Pratik bir deyişle, yüksek sıcaklık veya curuftaki daha yüksek MnO yüzdesi nedeniyle reaksiyon hızı daha büyük olursa sıcak metalde kükürt giderme daha fazla olabilir.


9









Open hearth furnace : Siemens Martin çelik yapım ocağı 10






Kaynak :

Kelimeler : Blast Furnace : Yüksek fırın Bosch :Yüksek fırın gövde (orta) bölümü

Throat : Boğaz (tepe) Stack : Üst gövde

Hearth :Hazne (sıvı demir) bölümü Burden : Yüksek fırın şarjı

Skip :YF Şarj arabası Bleeding valve :YF güvenlik vanası

Bell and hopper :Çan-huni şarj düzeni Wind box :Hava simidi

High Line :YF siloları BF Stoves :YF (hava) sobaları

Clay Gun : YF Çamur topu Casting house: YF Döküm holü 11

E K :

Yüksek Fırınlarda Üretilen Pik Demirlere (Çelik yapımı öncesi) Uygulanan İşlemler

Fundamentals of Steelmaking, E.T.Turkdogan,1996


Japon Çelik Endüstrisi tarafından geliştirilen sıcak metal rafinasyonu ,iki veya üç üretim aşamasından oluşmaktadır.

Birinci aşama demir içinde kalan Si miktarının % 0.15 altına düşürülmesi- silisyum giderme:desiliconisation- işlemidir.Bu işlem sırasında oluşan curuf alındıktan sonra, sıcak metal azot+oksijen karışımı ile birlikte toz sinter,yanmış kireç, ve bir miktar kalsiyum flörür(CaF2/ Fluorit/Fluorspar/Fluşpat) ve kalsiyum klorür karışımı verilerek kükürtsüzleştirilir ve fosforsuzlaştırılır.

Bu işlemler Japonya’daki demir-çelik fabrikalarında değişik şekillerde uygulanabilmektedir.Bu yöntemler 1970 lerin sonlarında ortaya çıkmaya başlamıştır.

Silisyum Giderme :Pik demir içindeki silisyumun azaltılması amacıyla 1940 larda Avrupa ve Kuzey Amerika daki Siemens –Martin ocaklarında Si yüzdesini 1.0 üzerinden % 0.4-0.6 ya indirmek amacıyla ilk çalışmalar yapılmıştır.Burada yüksek fırın döküm yolluklarında veya sıcak metal taşıma potasında metale kurutulmuş hadde tufali verilmiştir.

Günümüzde uygulanan daha karmaşık yöntemlerle sıcak metal içindeki Si % 0.4-0.6 dan % 0.15 altına düşürülmektedir.Si un bu kadar düşük düzeylere indirilmesinin amacı daha sonraki kükürt ve fosfor giderme işlemlerini kolaylaştırmaktır.Bu amaçla uygulanan yöntemler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

Yöntem % 0.4 Si düşürmek için kullanılan miktar Verim, %

YF yolluklarında verilen tufal ve kireç 15-25 kg/ton tufal + 8-10 kg/ton kireç 80-90

Taşıma potasında tufal ilavesi 32 kg/ton tufal 60-80

Torpido arabasına tufal enjeksiyonu 15-25 kg/ton (% 0.25 Si düşürmek için) 40-60

Torpido arabasına oksijen enjeksiyonu 0.13 Nm3/dak/ton 35-40

Transfer potasında alttan oksijen enjeksiyonu 0.13 Nm3/dak/ton 45-55

Bu işlem sırasında verilen tufal veya sinter tozu miktarına bağlı olarak metalde +/- 20 oC sıcaklık değişimi olmaktadır.Oksijen verilmesi durumunda sıcaklıkta 120-150 oC artış olabilmektedir.

İşlem sonucu elde edilen curuf başlıca Si02,Fe0,Mn0 ve Ca0 içermektedir.Bu curuflarda S ve P düzeyleri düşük olduğundan

bu curuflar sintere verilerek geri kazanılmaktadır.

Fosfor ve Kükürt Giderme :

Demir içindeki Si giderilip curuf alındıktan sonra ,sıcak metal taşıyıcı gaz olarak azot veya hava kullanılmak ,bazı yöntemlerde de alt veya üstten oksijen üflenmek suretiyle, oksitleyici bazik bir curuf yapıcı (flux) karışımı ile fosfor ve kükürt giderme işlemine tabi tutulur.Bu amaçla uygulanan yöntemler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

Tablo :Fosfor ve Kükürt Giderme Yöntemleri

% P % S .

Yöntem Uygulama Yeri Curuf Yapıcı Karışım,% kg/ton Önce Sonra Önce Sonra

Azot ile enjeksiyon Torpido 35 CaO ,55 Tufal, 5 CaF2, 5 CaCl2 52 0.10 0.015 0.025 0.005


Azot Enj./Üstten 02 Torpido Na2CO3 15 0.09 0.011 0.040 <0.01

20 0.11 0.020 0.060 <0.01

Üstten Na2CO3 ilavesi Pota Na2CO3 20 0.10 <0.010 0.030 <0.005

Üstten O2

N2 ile karıştırma


N2 ile enjeksiyon Pota 30 CaO, 62 Toz sinter,4 CaF2, 4 CaCl2 45 0.12 0.010 0.025 <0.01


N2 ile enjeksiyon

Üstten O2 enj. Pota 38 CaO ,42 Toz sinter,20 CaF2 40 0.10 0.010 0.040 0.02


Alttan O2 üfleme BOF 39 CaO, 55 toz sinter , 6 CaF2 51 0.14 0.010 0.020 0.01


Soda külü ile yapılan sıcak metal işlemlerinde düşük sıcaklıklarda (1300-1320 oC oC ) daha yüksek bir fosfor giderme mümkün olmaktadır.Sıcaklık ayarlaması gaz oksijen ile tufal olarak verilen oksijen (FeO) oranlarını ayarlamak suretiyle yapılmaktadır.Ayrıca curuf bazikliğinin 4.5 a kadar çıkarılması P gidermede etkili olmaktadır.

Kükürt Giderme :Japonya dışındaki ülkelerde sıcak metal üzerinde genellikle uygulanan işlem ; kireç+ florit,kireç+ mağnezyum,

Kalsiyum karbür (karpit)+ mağnezyum veya CaC2 +kireçtaşı karışımları kullanılarak kükürt giderilmesidir.Kükürt giderme çoğunlukla Mg ile yapılmakta , % 0.04 S düşürebilmek için , % 70 Mg verimi ile, 30 Mg+70 CaO karışımından ton metal için

1.45 kg karışım kullanılmaktadır.Bu işlemin etkili olabilmesi için sıcaklık olabildiğince yüksek tutulmakta ve curuf hemen temizlenmektedir.


Desiliconisation : Pik demirden silisyumun alınması, Soda ash : Soda külü , Na2C03

Slagging: Curuf oluşturma, Deslagging : Curufun alınması,

Lime : Kireç Burned lime : Yanmış (kalsine edilmiş) kireç

Desulphurisation : Kükürt giderme Dephosphorisation: Fosfor giderme

Mill scale :Hadde tufali Torpido car : Torpido tipi pota ve arabası 12

Add document to your blog or website

Similar:

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconA-)Kazanlarda, sıcak gaz kanallarında, bacalarda ve ışık sitesi ile ısı merkezinde refrakter tuğla sökme, örme, taşıma ateş ve izole tuğla aplikasyonu yapma, (gerektiğinde kapalı ve yüksek mekanlarda çalışma yapılabilecektir.) b-)

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconSEREF SERAMİK VE REFRAKTER ÜRETİCİLERİ DERNEĞİ

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconTeknik Seramik ve Refrakter Üreticileri Derneği

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconTürk seramik sektöründeki üretici kuruluşları bir araya getirmek amacıyla ilk Dernek 1986 yılında Ankara'da Seramik ve Refrakter Üreticileri Derneği adı ile

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconYÜKSEK BASINÇ, YÜKSEK SICAKLIK REAKTÖRÜ VE TÜP FIRIN

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconYÜKSEK FIRIN CÜRUFUNUN KENDİLİĞİNDEN YERLEŞEN BETONLARA ETKİLERİ

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconTip Alkid Amino rezin kombinasyonuyla hazırlanmış, düşük derecede (85°C-105°C) fırın lanabilen ve çinko Fosfat içeren bir fırın astar boyadır. Renk

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconYüksek Fırın Curufu Katkısının Kil Zeminlerin Stabilizasyonuna Etkisinin Araştırılması

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconDERSİN ( KATALOG ) İÇERİĞİ: Örgü yapıların sınıflandırılması, temel örgü yapılarının ve özelliklerinin tanıtımı, farklı ilmek yapılarının tanıtımı, örme yapılarda notasyon, örnek örme kumaşların analizi

Yüksek fırın (YF) dışı çelikten kalın bir saç ile kaplı, içi refrakter ile örülü,düşey ve silindirik bir fırındır. Refrakter örgü saç gövde ile tuğlalar arasına iconHızlı kentleşmenin getirdiği arsa değerlerindeki artış nedeniyle, yüksek katlı binalara olan ihtiyaç ve eğilim, düşey transport sistemleri konusunda çalışmalar

Sitenizde bu düğmeye yerleştirin:
Belgeleme


The database is protected by copyright ©okulsel.net 2012
mesaj göndermek
Belgeleme
Main page