Yakıtların Sınıflandırılması I. Katı Yakıtlar A. Tabii Odun Linyit kömürü Taş kömür Antrasit B. Suni Pülverize kömür Briket kömürü Odun kömürü Kok kömürü

Yakıtların Devamı II. Sıvı Yakıtlar A. Tabii a) Ham petrol B. Suni Destilasyon ürünleri (benzin, motorin, fuel-oil) Kömür katranı III. Gaz Yakıtlar Tabii a) Doğal gaz Kok gazları Yüksek fırın gazı

Metalurjik Kok Kömürü Demir ve demir dışı metallerin üretiminde kullanılan yüksek fırınlarda tüketilen yegane yakıt metalurjik kok kömürüdür. Kok kömürü taş kömüründen destilasyon işlemi sonucu elde edilmektedir. Kok kömürü kok fırınlarında dıştan endirekt olarak ısıtılmak suretiyle kok kömürü elde edilmektedir. Kok kömürü üretiminde koktan ayrı destilasyon ürünleri olan ( kok gazı, katran, naftalin, hafif yağlar ve amonyum sülfat gibi) yan ürünler elde edilmektedir. Üretilen kok gazında CO, CO2, H2O, H2, N2, H2S, S ve NH3 bulunup, bu gazlar kimya sanayiinin önemli bir hammadde kaynağını teşkil etmektedir. Kok fırınlarının sıcaklığı 800-1000 °C aralığında olup, koklaştırma süresi yaklaşık 18-20 saat kadardır.

Örnek Problem : 4 Aşağıda kimyasal kompozisyonu verilen 1 kg kömürü tamamen yakmak için normal şartlar altında gerekli hava miktarını m3 cinsinden hesap ediniz. (I. Bölüm) Kömürün Kimyasal Kompozisyonu (% Ağırlık olarak) % 7 2 C % 4 H2 % 1 N2 % 8 O2 % 12 Kül % 3 H2O Meydana gelen reaksiyonlar C +O2  CO2 (1) 2H2 + O2  2H2O (2) Not : Kömürdeki kül, N2 ve H2O tepkimeye girmezken kömürde bulunan oksijenin hesap edilen gerekli oksijenden çıkarılması gerekir. 1 kg kömürde 0,72 kg karbon ve 0,04 kg hidrojen bulunmaktadır. 1 nolu denkleme göre 0,72 kg karbonu yakmak için gerekli oksijen miktarı (O2): (0,72/12)x32 = 1,92 kg 2 nolu denkleme göre 0,04 kg hidrojeni yakmak için gerekli oksijen miktarı (O2): (0,04/4)x32= 0,32 kg Toplam oksijen miktarı (O2) = (1,92+0,32)- 0,08 = 2,16 kg Gerekli oksijenin ağırlıkça içerisinde bulunduğu hava miktarı = 2,16/0,232 = 9,31 kg Önce gerekli oksijen miktarını m3 cinsinden ifade edelim = (2,16/32)x22,4 =1,512 m3 Daha sonra gerekli oksijenin hacimce içerisinde bulunduğu hava miktarı : 1,51/0,21 = 7,20 m3

Problem 4’ün devamı Aynı soru için açığa çıkan atık gazın miktarını ve kompozisyonunu % olarak belirleyelim. (II bölüm) 1 Nolu deklemden (C+O2 = CO2 ) hareketle açığa çıkan CO2 miktarı : (0,72/12)x44 = 2,64 kg 2 Nolu dekleme göre (2H2+O2 = 2H2O) . (0,04/4)x36 = 0,36 kg Kömürden gelen H2O miktarı =0,03 kg Toplam H2O miktarı = 0,36+0,03 = 0,39 kg Hava ağırlıkça % 76,8 N2 içerir. Tüketilen havadan (9,31 kg) = 9,31x0,768 = 7,15 kg N2 açığa çıkar. Kömürden gelen N2 miktarı = 0,01 kg Toplam N2 miktarı = 7,15+0,01 = 7,16 kg Hacimsel olarak (m3) CO2 = (2,64/44)x22,4 = 1,34 m3 /7,57 = 0,177 H2O = (0,39/18)x22,4 = 0,49 m3 / 7,57 = 0,065 N2 = (7,16/28)x22,4 = 5,74 m3 /7,57 = 0,758 Toplam atık gaz miktarı = 1,34 m3 +0,49 m3+5,74 m3 = 7,57 m3

Ergime Bölgesinin Kesit Görünüşü Pülverize Kömür Pülverize Kömür : Adından da anlaşılacağı üzere, maden kömürünün pudra inceliğinde öğütülmesiyle elde edilen kömüre Pülverize kömür denmektedir. Yakılmak istendiğinde basınçlı hava ile fırının yanma bölgesine püskürtülmekte ve orada gaz özelliğinde yanabilmektedir. Pülverize kömür esas olarak iki maksat için tüketilmektedir. - İri kömüre nazaran daha mükemmel ve tam olarak yanmaktadır. Kömür ocaklarından çıkan kömürün toz halde olanları ve düşük kalite kömürler bu şekilde değerlendirilmektedir. Cevher-Curuf Yapıcı Sıcak Fırın Gazı Çöktürme Bölgesi Hava Ergime Bölgesi MAT Cüruf Ergime Bölgesinin Kesit Görünüşü Sıvı Yakıt

Pülverize kömürün avantajları ve dezavantajları Uzun alevle yanmaktadır. Yüksek yanma randımanına sahiptir Düşük kalite ve toz haldeki kömürler değerlendirilebilmektedir. Dezavantajları Hava ve Pülverize kömür tozu karışımı patlayıcıdır. Uzun müddet depolanamaz. Genellikle kül yüzdesi fazladır bu nedenle şarjın üzerini izole edebilir.

Doğal Gaz En iyi gaz yakıt olup, gaz yakıtlar içinde en yüksek kalorifik güce sahiptirler (6,200-10,700 kcal /m3 ). Genel olarak metan (CH4), etan (C2H6) ve az miktarda H2, CO, CO2, N2, ve H2O ihtiva etmektedir. A.B.D’ lerinin Ohio eyaletinde çıkarılan doğal gazın kimyasal analiz sonuçları % olarak şu şekildedir H2 : 1,89 CH4 : 92,84 CO : 0,2 C2H6 : 0,35 N2 : 3,82 CO2 : 0,75

Üretim Metalurjisinde Yakıtların Seçimi Fiyatı Temini Yakıtın Bahis Konusu İşleme Uygunluğu Yakıtın Temizliği

Metalurjik uygulamalar için yakıt seçilirken şu faktörler göz önünde tutulur. Fiyat : Yakıt seçiminde en önemli faktör yakıtın fiyatıdır. Uygulama için kullanılabilecek birden fazla yakıt mevcut ise fiyatı en uygun olan tercih edilmelidir. Temini : Özellikle demir çelik üretiminde metalurjik kok kömürü kullanılmakta ve genellikle demir çelik tesisleri bu kömür yataklarına yakın yerlere kurulmaktadır. Yakıtın Bahis Konusu İşleme Uygunluğu : Örneğin yüksek fırınlarda yakıt olarak kok kullanılmaktadır. Oysa reverber fırınlarında uzun alevli pülverize kömür, akar yakıt veya gaz yakıtlar kullanılmaktadır. Yakıtın Temizliği : Yakıt mümkünse kül, kükürt ve fosfor ihtiva etmemelidir. Yakıtta kül bulunması, yakıtın içindeki yanıcı element ve bileşimlerin yüzdelerini azaltacağı için sonuç olarak onun kalorifik gücünü düşürmektedir. Bir çok hallerde yakıt külü, fırın şarjının bir kısmını teşkil ettiği için ergitilen cevher veya konsantre içindeki gang mineraller gibi kül elementlerine gerekli katık maddesinin de dikkate alınması gerekir. Kok içindeki kükürt ve fosfor, demir cevherinin ergitilmesinde zararlı elementler olarak tanımlanır.

Rutubet: Küçük bir kömür numunenin 104-110 C sıcaklıklarda 1-5 saat ısıtılması sonucu elde edilen ağırlıklar arası farktır. Uçucu maddeler: Kapalı bir potada 1 gr kömür numunesinin 950 °C sıcaklıkta 7 dakika süreyle ısıtılması sonucu meydana gelen ağırlık farkı, (rutubet + uçucu maddeler) yüzdelerine eşittir. Kül : Kömür numunesinin yanabilen elementlerinin tamamı yanacak şekilde kuvvetli bir yanma sonucu geride bıraktığı maddedir. Sabit Karbon Yüzdesi : 100-( % Kül + Uçucu madde + % Rutubet) Briket kömürü : Toz haldeki herhangi bir kömür uygun bir bağlayıcı ile karıştırılarak preslenmesiyle briket kömür elde edilmektedir. Bağlayıcı, kömür taneciklerini dağılmayacak şekilde sıkı olarak tutmaktadır. Genellikle kömürün kalorifik (ısı) gücüne katkıda bulunacak organik maddeler kullanılmaktadır. Katran en yaygın kullanılan bağlayıcıdır.

REFRAKTERLER Yüksek sıcaklıklara, korozif eriyiklere, içinde toz bulunan fırın gazlarının akışına dayanıklı her çeşit fırın yapmaya elverişli malzemeye ‘’refrakter malzeme’’ denir. Üretim metalurjisinde Kurutma Kavurma, Kalsinasyon, Ergitme ve benzeri uygulamalarda kullanılan fırınların özellikle iç kısımları uygun refrakter malzemelerle kaplanmıştır. Refrakter malzemeler genel olarak iki temel maksat için kullanılır Isıl izolasyon : (0rtam ısısını olması gereken yerde tutmaya ve diğer yapıların bu yüksek ısıdan korumaya yönelik Isıl iletkenlik : Isıl iletkenliğinin yüksek olması istenen yerler (ergitme potaları, veya muf fırınlarında kullanılan muf elemanları (çinko üretiminde kullanılan)

Ateşe dayanıklı malzemenin (Refrakterin) tarihçesi uygarlık tarihi kadar eskidir. Ateşin bulunması ile birlikte, ateşe dayanıklı malzemeye gereksinim duyulduğu açıktır o zamanlar ateş yakılan yerlerin çamur veya balçıkla sıvandığı arkeolojik kazılarda görülmektedir. Refrakterlerin ilk olarak kullanımı insanlığın metali üretebilmeyi başardığı zamanlara dayanır. Özellikle Refrakterlerin ilk kullanımları demiri ergitmek ve saflaştırmak için fırınları inşa ettikleri zamana dayanır. Fırında pişirilerek yapılan ilk refrakter tuğlaların Fenikeliler veya Çinliler tarafından kuvartz (silis) içeren killerden yapıldığı tahmin edilmektedir. Refrakter malzeme tüketen en önemli endüstri yaklaşık % 65’lik bir pay ile demir-çelik endüstrisidir. Diğer refrakter malzeme tüketen endüstri dalları ise, cam endüstrisi % 8, çimento sanayi % 8 ve seramik endüstri % 8 şeklinde dağılmaktadır. Piyasada ticari olarak satılan farklı refrakter çeşitleri mevcuttur. Bu refrakterlerin her biri karmaşık kompozisyonlara ve mikro yapılara sahiptirler. Aşağıdaki tabloda refrakter malzemelerde yaygın olarak görülen fazlalar ve bazı özellikleri verilmiştir.

Ergime Sıcaklıkları (C) Faz Kimyasal Formül Sembol Ergime Sıcaklıkları (C) Karbon C _ 4000 Silika SiO2 S 1723 Alümina Al2O3 A 2050 Magnezya MgO M 2800 Kalsiyum Oksit CaO 2572 Fosterit 2MgO.SiO2 M2S 1890 Mulit 3Al2O3.2SiO2 A3S2 1810 Kromit Cr2O3 K 2275 Slisyum Karbür SiC 2500 Silisyum Nitrür Si3N4 1878

Refrakterler şekilli olarak üretilip satılabildiği gibi (örneğin tuğlalar) şekilsiz olarak da üretilip satılabilirler. Şekilsiz refrakter malzemeler (dökülebilir, kalıplanabilir, sıvanabilir, püskürtülebilir) kullanıldıkları yerde şekillendirilebilir ve genellikle fırın astar tamiratlarında kullanılırlar.

REFRAKTERLERİN SINIFLANDIRILMASI Refrakter malzemeler birçok özelliklerine göre sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma; Refrakterlerin kimyasal ve mineralojik içeriklerine, Kullanılan hammadde çeşitlerine, Ateşe dayanıklılıklarına, Refrakterlik ısısına, Nihai ürün şekillerine Kullanım alanına ve refrakter malzemedeki bağlanmanın yapısına göre yapılabilir.

Kimyasal ve Mineralojik Özelliklerine Göre Sınıflandırma En çok kullanılan sınıflandırma şeklidir. Refrakter malzemelerin bu şekilde sınıflandırılmalarının nedeni, refrakter malzemelerin kullanıldıkları fırınlarda özellikle metalurji fırınlarında ısı ile beraber değişik karakterli cüruflara ve ergiyiklere karşı dayanıklılık göstermeleri istenmesidir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi metal ergitme fırınlarında metal ve cüruf birbirinden ayrılır. Fırın duvarını oluşturan refrakter malzemelerin seçimi ise cüruf, ergiyik metal ve ergitme yöntemlerinin özelliğine göre yapılması gerekmektedir.

Kimyasal ve Mineralojik Özelliklerine Göre Refrakterleri Üçe Ayırabiliriz. Asidik Refrakterler: SiO2 oranı yüksek olan refrakterlere asidik refrakterler denir. Asidik refrakterlerin bazıları şunlardır: Silika (SiO2) Yarı silika Alümina silikat Şamot kil Şamot kaolin Silimanit Mullit Boksit Korund

Asidik Refrakterlerin Bazı Kimyasal Ve Fiziksel Özellikleri Asidik refrakterler, asidik karakterli cüruflara karşı ve ısısı devamlılık arz eden fırınların kemerlerinde kullanılır. Silika tuğlalar önce yüksek basınçlarda preslenerek şekillendirilir daha sonra 1400-1500 oC’lerde çok yavaş ısıtılarak pişirilir. Pişirme süresi yaklaşık 2-3 hafta sürer. Fırının veya tuğlaların soğutulması da yavaş olmalıdır. Silika tuğlaların temel faz yapısı tridimittir. Refrakter Cinsi SiO2 Al2O3+TiO2 Fe2O3 CaO Su Emme % Erime 0C Silika 93-98 < 2,5 < 3 1-3 16-25 1660-1700 Yarı silika 63-85 10-32 1-2 <1 17-27 1450-1550 Şamot 51-64 32-45 18-30 1300-1420 Alümina silikat 43-45 49-53 18-27 1460-1530 Korunt katkılı 38-40 44-45 16-22 Silimanit 35 64 1 15-20 1600 Mullit 28 68 20-25 1670 Boksit 12 85 <2 0,5 18-25 1550

Asidik Refakterlerin Kullanım Alanları Şu Şekilde Sıralanabilir. Cam endüstrisi, cam eritme fırınlarında (?) Demir çelik endüstrisinde metalürji fırınlarda (yüksek fırın, ark fırınları) Çimento endüstrisinde döner fırınlarda Antrasit kömürlerden kok ve gaz elde etme fırınlarında Seramik sanayinde pişirme fırınlarında Termik santrallerde Kimya endüstrisinin çeşitli dallarında kullanılan fırınlarda Sobaların iç kısımlarında ve şöminelerde Elektrik ocaklarında rezistans yuvası Kalorifer kazanlarının ateş bölgesinde Kireç kalsine fırınlarında Metal döküm sistemlerinde pota tıkaçları, metal akıtma yolluklarında kullanılmaktadır. Asidik refrakterlerin kullanım için örülmelerinde genleşmeleri dikkate alınarak derz boşlukları bırakılması gerekmektedir. Tuğlaların örülmesinin sağlıklı olabilmesi için yapıştırıcı olarak kullanılan harçlarında aynı özellikteki refrakter malzemelerden hazırlanmış olması gerekmektedir. Aynı refrakter malzemeler ile refrakter beton harçları da hazırlanabilir. Beton harçları ile bazı refrakter ürünler daha önce hazırlanan kalıplar içine dökülerek üretilirler. Sıvı haldeki refrakter harçları aynı zamanda püskürtme sureti ile sıva şeklinde de kullanılabilir.

Refrakter Cinsi MgO CaO Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 SiO2 Su Emme % Kullanım oC Bazik Refrakterler CaO ve MgO gibi bazik oksitler içerirler. Bunlara magnezit özellikli refrakterler de denir. Magnezit refrakterlerin temel hammaddesi kalsine edilmiş MgO’dir. Bazik refrakterlerin bazıları: Magnezit Magnezit –krom Krom- magnezit Dolomit Bazik refrakterlerin bazı kimyasal ve fiziksel özellikleri Bazik refrakterler, bazik özellikli cüruflara ve yüksek ısıya dayanıklılık gösterdikleri için bazik karakterli fırınlarda kullanılırlar. Bunların bazı kullanım alanları şunlardır: Siemens martin fırınlarında, BOF Fırınlarında, Bazik ark ocaklarında, Çimento fırınlarında Refrakter Cinsi MgO CaO Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 SiO2 Su Emme % Kullanım oC Magnezit 80-90 1-4 1.5 4-10 - 1-3 18-24 1500-1700 Magnezit Krom 55-80 2-7 6-12 6-20 2-6 22 1400-1500 Krom Magneziti 25-55 0.5-2 2-15 8-15 20-45 3-7 15-30 1500-1600 Dolomit 32-40 59-62 1 18-22 1480

Nötr Refrakterler Kimyasal özellikleri bakımından hem aside hem baza karşı dayanıklılık gösteren refrakterlerdir. Al2O3 ve Cr2O3 gibi oksitle ve C, SiC gibi oksit olmayan bileşimlerden oluşurlar. Bunlardan bazıları: Kromit Krom – Manyezit SiC Grafit Karbon Malzemeler Krom – Alümina Alümina Nötr refrakterler, metalürji sanayinde asit ve bazik refrakterlerin birbirini etkilememesi için bu iki refrakter cinsi arasında nötr bir yüzey yaratmak üzere kullanılırlar. SiC refrakterler SiO2’nin C ile beraber yüksek sıcaklıklarda pişirilmesi ile suni olarak elde edilirler. Daha sonra kil gibi bağlayıcılarla şekillendirilirler.

Yapılan Bu Sınıflamaya Göre Refrakterler Refrakterlik Isısına Göre Sınıflandırma Refrakterlik özelliği denilen bu ısı, refrakter malzemenin kendi ağırlığı altında deforme olmaksızın şeklini koruyup fonksiyonunu yapabileceği son sıcaklık sınırıdır. Yapılan Bu Sınıflamaya Göre Refrakterler Kalite Sıcaklık (C) Düşük 1400-1580 Orta 1580-1770 Yüksek 1770-2000 Süper 2000 ve üstü

Refrakter Malzemelerden Beklenen Özellikler 1. Yüksek sıcaklıklara deforme olmadan, ergimeden kullanılma amacına yönelik dayanıklılık. Sıcaklığın yanında refrakter malzemenin kullanıldığı atmosfer de refrakter malzemenin özelliklerini etkiler. Dolayısıyla malzemenin yüksek sıcaklıklarda bulunduğu fırın atmosferinde biçimini ve rijitliğini korumalıdır. Yani mekanik etkilere veya fiziksel aşınmalara karşı dirençli olmalıdır. 2. Yüksek ısılarda yüklendiği ağırlığı deforme olmadan ve ezilmeden taşımalıdır. 3. Isıl şoklara (yani ani ısıtma ve soğutma şoklarına) dayanmalı, ufalanmamalı, çatlayıp dökülmemelidir. 4. Devamlı doldurulup boşaltılan şarjlardan doğan sürtünmeye ve erozyona karşı dirençli olmalıdır. 5. Bulunduğu ortamın kimyasal etkilerine direnç göstermelidir. Yani ortamdaki korozif kimyasallara karşı dirençli olmalıdır. Pişme ve ergime sırasında oluşan ergimiş metal, metal buharları SO2, CO, CO2 gibi gazlara, su buharı. Klor gibi malzeme ve kimyasalların etkilerine karşı dayanıklı olmalıdır. 6. Yerine göre ısıyı izole eden, yerine göre ısıyı iyi ileten (yalıtkanlık veya iletkenlik) gaz geçirgenliği ve geçirmezliği gibi özel istekleri karşılamalıdır. Yüksek sıcaklıkta ve ısı değişimlerinde boyut değişmesi hiç veya çok az olma gibi çok yönlü özelliklere sahip olmalıdır. Tüm refrakterler aynı özellikte olmayıp kullanım yeri ve amacına göre gerekli olan özellikler üretim sırasındaki özel hammadde, reçete, şekillendirme ve pişirim ile sağlanır.

Bu nedenle, refrakter seçimi yapılırken aşağıdaki hususlar göz önünde bulundurulmalıdır; Refrakter malzemenin kullanılacağı yer, Sistem kesintili mi yoksa süreklimi çalıştırılacak, Sistemde kullanılacak yakıt çeşidinin refrakter malzeme üzerine etkisi, Fırının işletme sıcaklığı, refrakter malzemenin kullanıldığı yerdeki sıcaklık nedir ve kesintili çalışmada en yükse ve düşük sıcaklıklar ve çalışma periyodu, Ergitilen malzeme, fırın atmosferi, cüruf ve uçucu küllerin refrakter malzeme üzerine kimyasal etkisi, Muhtemel mekanik zorlamalar ve bunların büyüklükleri, Eğer fırının tuğlalarının değiştirilmesine ihtiyaç duyuluyorsa daha önceden kullanılan refrakter malzemeler nelerdir ve kullanılan bu refrakter malzemelerin işletme koşullarına bağlı olarak performansları nasıldır? Genel olarak refrakter malzemelerden çok yönlü özellikler beklenmektedir. Fakat bütün özellikleri bakımından mükemmel olan ve her ihtiyaca cevap verebilecek olan refrakter malzeme temin etmek mümkün değildir. Bu nedenle, bütün koşullar göz önünde bulundurularak istenen özellikleri sağlayan optimum bir seçim yapılmalıdır.

CÜRUFLAR Kavrulmuş cevher ve konsantrelerin veya zengin cevherlerin doğrudan doğruya ergitilmesi sonucu birbirine karışmayan belli başlı üç ayrı faz elde edilir. Bunlar; Gaz faz Metalin bulunduğu eriyik faz Çeşitli silikatların oluşturduğu cüruf fazıdır. Elde edilen cürufun kimyasal karakteri, kimyasal kompozisyonu ve bileşenlerin miktarına bağlıdır. Cürufta olabilecek bileşenlerin kimyasal karakteri şu şekildedir. Asidik Oksitler : SiO2 , P2O5, B2O3 Bazik Oksitler : CaO, MgO, MnO, FeO, Na2O, K2O Amfoter (ara) Oksitler : Al2O3, Fe2O3 CaO içeriği yüksek olan cüruflar bazik, SiO2 içeriği yüksek olan cüruflar asidik cüruf olarak tanımlanır. Cürufun asitlik veya baziklik derecesi cüruftaki bazik karekterli bileşenlerin toplamının asidik karekterli bileşenlerin toplamına oranı şeklinde belirlenir. Ancak farklı hesaplama yöntemleri de mevcuttur. Sıkça rastlanan hesaplama yöntemleri; CaO/SiO2; (CaO+MgO)/SiO2; (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)  0,9-1,2 Cürufun fırından rahatça tahliye edilebilmesi için gerekli olan en düşük hazne sıcaklığı kritik hazne sıcaklığı olarak adlandırılır ve bu sıcaklık 1500-1550 C arasındadır.

Amfoter oksit ve hidroksitler, asidik ve bazik karakterleri bir arada taşıyan element veya bileşikler. Amfoter maddeler hem asitlerle hem de bazlarla tepkimeye girerler. Metal ve yarı metallerin bir kısmı, aminoasitler ve proteinler amfoterik özellik gösterirler. Amfoter özellik taşıyan elementler: Zn, Cr, Al, Sn, Pb'dur. Ayrıca bu elementlerin oksitleri de amfoter özellik taşır. Çinko Hidroksit Bazik ortamda : Zn(OH)2 + 2 OH- → [Zn(OH)4]2- Asidik ortamda : Zn(OH)2 + 2 H+ → Zn2+ + 2H2O Zn(OH)2 (çinko hidroksit), birinci tepkimede baza karşı asidik, ikinci tepkimede aside karşı bazik özellik göstermiştir. Berilyum Hidroksit Asidik ortamda: Be(OH)2 + 2HCl → BeCl2 + 2H2O Bazik ortamda : Be(OH)2 + 2NaOH → Na2Be(OH)4 Kurşun Oksit Asidik ortamda: PbO + 2HCl → PbCl2 + H2O Bazik ortamda : PbO + Ca(OH)2 +H2O → Ca2+[Pb(OH)4]2- Genel olarak cüruflar metal ile karışmazlar ve ekonomik bir değer taşımazlar. Demir çelik tesislerindeki yüksek fırın cürufları portland çimentosu (kum, kil, demir cevheri) üretiminde kullanılmaktadır. Demir dışı metal üretiminde elde edilen cüruflar genellikle değerlendirilemeden atılırlar.

Tablo 5. Çeşitli Ergitme Cüruflarının Kimyasal Analizleri Katkı Maddeleri : Fırına metal ihtiva eden şarj maddesine ilaveten özellikle cüruf oluşturması için metalsiz şarj maddeleri ilave edilir. Ergitme işlemlerinde kullanılan şarj maddeleri ucuz ve kolay elde edilebilir olmalıdır. Fırınlarda imkan nispetinde en fazla metal ihtiva eden hammadde ve en az miktarda katkı maddesi kullanmaya gayret edilir. Katkı Maddelerinin Sınıflandırılması Demir Oksitler : Özellikle bakır, kurşun ve demirin ergitilmesinde kullanılmaktadır. Mangan Oksitler : Özellikle demir çelik üretiminde şarj maddesindeki kükürdü gidermek üzere katkı maddesi olarak yaygın olarak kullanılır. Kalker (CaCO3): Metalsiz olarak en çok kullanılan katkı maddelerinden biridir. Demir, kurşun ve bakır cevherlerinin ergitilmesinde yaygın olarak kullanılır. Kalker kalsine edilmeksizin şarja ilave edilir. Fırın içinde şarj aşağılara indikçe 900-1000 C aralığında kalsine olarak CO2 gazını verir. En iyi kalker içerisinde minimum kuvars (SiO2)bulunandır. Dolomit ve Magnezit : Bu katık maddeleri de kalkere benzerdirler. Daha çok demir-çelik ergitme fırınlarında katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Tablo 5. Çeşitli Ergitme Cüruflarının Kimyasal Analizleri Kullanım Yeri SiO2 Al2O3 CaO FeO MnO MgO ZnO Demir Çelik Yük. Fır. 35,0 15,1 32,9 - 2.5 8.0 Kurşun Düşey Fırını 20,2 15,0 11,0 30,5 6,1 1,2 MAT Bakır Üretme Fır. 33,5 5,2 4,0 44,6 2,2

Curufun Ergime Noktası Cürufların kimyasal kompozisyonundaki oksitler ve silikatlar, ergiyik halde birbirleri içerisinde çözünürler. Cüruflar alaşımlara benzerler, belirli ergime sıcaklıklarında değil belli bir sıcaklık arlığında erir ve katılaşırlar. Böylece belli bir kompozisyondaki cürufun ergime sıcaklığı onu teşkil eden bileşenlerin meydana getirdiği faz diyagramlarından anlaşılmaktadır. Ani olarak suda soğutulan cüruflar cam yapıdadır. Buna karşılık açığa dökülüp nispeten daha yavaş soğuyan cüruflar ince taneli olup az miktarda cam yapı içerirler. Cürufun Isıl Özellikleri Fırınların ısı planları yapılırken, cürufla ilgili önemli iki ısıl özelliğin bilinmesi gerekmektedir. Bunlar; Cürufun fırından akıtılırken sahip olduğu gizli ısı, Şarjdaki oksit karışımından cürufun teşekkül etmesi için gerekli teşekkül ısısı. İlki 0 C’deki cürufun fırından akıtıldığı sıcaklığa kadar ısıtılması için gerekli ısıya eşittir. İkincisi ise gerekli ısıyı bulmak için cürufun teşekkül sıcaklığının bilinmesine ihtiyaç vardır. Bu konuda bir fikir sahibi olmak için aşağıdaki iki örneği inceleyelim.

Cürufların Vizkozitesi Erime dereceleri düşük olan bazı cürufların viskoziteleri oldukça yüksektir. Diğer cüruflar, yüksek derecelerde ergimelerine rağmen düşük viskozite değerleri gösterirler. Genel olarak söylenebilir ki silis (SiO2) cürufun ergime sıcaklığını düşürürken viskozitesini artırır. Buna karşılık metal oksitler (FeO ve MnO) cürufun ergime sıcaklığını artırırken viskozitesini düşürür. İyi Bir Cürufta Aranan Özellikler Düşük ergime sıcaklığı: Cüruflar normal fırın sıcaklığında kolayca eriyebilirler. Fakat şarj tamamen erimeden önce eriyip akacak şekilde çok düşük ergime sıcaklığında olması istenmez. Yoğunluğunun düşük olması: Cüruflar eriyik metal veya metalli fazdan kolaylıkla ayrışabilecek şekilde düşük yoğunluğa sahip olmalıdır. Cürufların yoğunlukları ortalama olarak 3g/cm3 kadardır. Kurşun ergitmede cürufun yoğunluğu 3,6 g/cm3 e kadar yükselmektedir. Bakır ergitmede ise cüruf yoğunluğu 2,8-3,8 g/cm3 arasında değişmektedir. Düşük viskozite: Cürufların yoğunlukları düşük olsun istenirken aynı zamanda viskoziteleri de düşük olmalıdır. Viskozitesi yüksek olan cüruflar metalin veya metalli fazın cüruf içinden süzülüp ayrışmasına engel olduğu gibi, fırından dışarıya akıtılırken de zor akarlar. Cürufun Yapısı Asidik ve bazik karakterli cürufların belirgin özelliği; elementleri oksijene bağlayan bağın kuvvetidir. Asidik oksitlerden : B2O3, SiO2 ve P2O5 deki elementlerin oksijene bağlanmaları o kadar kuvvetlidir ki bunlar katı halden sıvı hale geçtiklerinde dahi kuvvetli bağ hiç çözülmez. Bazik oksitlerden ; CaO, FeO ve Na2O ion kristalleri (örneğin NaCl) yaparlar ve çözündükleri veya eriyik hale geçtiklerinde iyonlar ayrışırlar.

CaO  Ca++ + O= Cürufların ekserisi silikatlardan meydana geldiği için, silikatlardaki bağlantı şeklini tetkik etmek gerekirse. Silis veya silikatlarda en küçük birimi silisyum-oksijen tedrahedrası (SiO4) teşkil eder. Burada silisyum atomu merkeze yerleşmiş olup, dört oksijen atomu etrafını sarmıştır. Oksijen atomları silisyum atomlarından daha büyüktür. Böylece silisyum atomu tedrahedra içine gömülüp kaybolmuş vaziyettedir. Tedrahedralar arasında bağlantı dışarıya yerleşmiş olan oksijen atomlarıyla yapılmaktadır. Silisyum dört valanslı olduğu için dört oksijen atomuna kuvvetli elektron bağlarıyla bağlanmıştır. Oksijen iki valanslıdır. Böylece her bir oksijen atomu diğer bir iona veya silisyum atomuna bağlanır. Serbest (SiO4) grubu, dört valanslı bir ion teşkil eder. Cürufun Yapısal Görünümü O 4  O  Si O O