T.C SAKARYA ÜNİVERSİTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TASARIM DERSİ DÖNEM SONU RAPORU ÇELİK TEL ÜRETİMİ G0701.08010 Ali Ferhat SIRATAŞ 0901.08035 Mustafa SEVİ Danışman Öğretim Üyesi (Prof. Dr. … / Doç. Dr. … / Dr. Öğr. Üyesi …) Giriş Çelik tel üretimi; demir cevherlerinin hazırlanması, zenginleştirilmesi, yüksek fırında ergitilmesi, sürekli dökümle kütük üretimi, kütükten filmaşin üretimi, filmaşindan ise çelik tel üretimini kapsamaktadır. Teorik Bilgi 1. Cevher Hazırlama 2. Cevher Zenginleştirme 2.1. Sinterleme 2.2 Peletleme 3. Yüksek Fırın 4. Çelik KütükÜretimi 5.Çelik Filmaşin Cevher hazırlama, cevherin madenden çıkarıldıktan sonra fırında kullanılabilir hale gelinceye kadar yapılan bütün işlemleri kapsar. Bunlar kırma, öğütme, eleme, yıkama, harmanlama, konsantrasyon, topaklama ve benzeri gibi işlemlerdir. Cevher hazırlama işlemlerinin amacı, hammadde şartlarının iyileştirilmesi bunun sonucunda da yüksek fırın verimini arttıracak daha ucuza sıvı demir üretmektir. [1] Hazırlanan demir cevherleri Yüksek mukavemetli olmayan demir cevherlerinin mukavemetli ve kullanılabilir nitelikte hammaddeye dönüştürülmesi, tane boyutunun yüksek fırın için istenilen boyutlara getirilmesi (10-80 mm), 10 mm ve daha altındaki toz haline gelen demir cevherini sinterleme, peletleme v.b işlemleriyle istenilen boyut aralığına getirilmesi, % 50 tenörden daha aşağı tenöre sahip cevherlerin zenginleştirme işlemleri ile istenilen cevher niteliğine getirilmesi ve gang içeriğinin azaltılması, Rutubet miktarının ayarlanması (düşük olmalı, % 2-8). 2.1 Sinterleme Parçaların yüksek fırında yapılan üretimde fırını tıkamamaları için belirli bir büyüklükte olmaları gerekir. İnce taneli cevherler 900-1350 °C arası bir sıcaklıkta ısıtılarak, gankın kısmi ergimesi sonucu tanelerin birbirine yapışacak şekilde pişirilmesine sinterleme denir. [2] Demir cevherinin sinterleme işlemi Özellikle toz öğütme sırasında büyük miktarda -0.05 mm boyutunda toz üretilir. Zenginleştirme sonrası elde edilen konsantre ürün bu haliyle yüksek fırında kullanılmaya uygun değildir.   Bu ebattaki toz cevher sinter yatağının geçirgenliğini çok düşüreceği için sinterleme prosesine uygun değildir. Bu durumda konsantre ürünün içerisine katılan bir bağlayıcı madde ile nem ve ısı yardımıyla belli boyutlarda sertleştirilme işlemine peletleme denir. [3] Peletleme makinası 3. Yüksek Fırın Modern bir yüksek fırında günde yaklaşık 2000 ton ham demir üretilebilmektedir. Yüksek fırınlar çelik sacların birbirine kaynak edilmesiyle yapılır. Yükseklikleri yaklaşık 26 metre ve taban haznesi çapı yaklaşık 9 metredir. İçerisi şamot tuğlalarla örülmüş olup duvar kalınlığı 1 metredir. Gövde ve hazne dıştan su ile soğutulur. [4] Yüksek fırın Yüksek Fırındaki Kimyasal Olaylar Yüksek fırın içerisine üflenen sıcak hava, kok kömürünü yakarak karbondioksit haline dönüştürür. CO2 ise yüksek sıcaklıkta kok ile yeniden reaksiyona girerk, karbonmonoksit şeklinde parçalanır.bu reaksiyonlar sonucunda asıl bileşenleri azot ve CO olan bir gaz fırın içerisinde parçalanır. 4. Çelik Kütük Üretimi Bazik Oksijen Fırını (BOF) Bazik oksijen fırınları, (BOF) ya da diğer adıyla LD konverterleri yüksek fırında üretilen sıvı ham demirin çeliğe dönüştürülmesinde kullanılan fırınlardır. Kullanılan refrakterin türünden ötürü "bazik" adını alan konverterde curuf bazikliği 3-3,5 civarındadır. Yüksek fırından alınan sıvı ham demire, uygulanan yüksek fırın sonrası-çelikhane öncesi işlemlerden sonra (kükürt, fosfor, silisyum v.b. giderme), bazik oksijen fırınlarında saf oksijen üflenerek bünyedeki karbonun uzaklaştırılması sağlanır. İşlem esnasında çıkan aşırı ısıdan refrakerleri korumak için şarjın yaklaşık %20'si kadarda hurda eklenir. Herhangi bir ilave ısının verilmediği konverterlerde üfleme süresi 18 dakika civarında olup dökümden döküme geçen süre 40 dakikanın altındadır. [8] Fimaşinin haddelenmesi [9] Haddelenen filmaşinin serme kafa ile kangal haline dönüştürülmesi Metod Ve Süreçler Çelik Filmaşinden Çelik Tel Üretimi Genel prosesin son ayağıdır. Kalın kesitli bir telin, çekme matrisi (kalıbı) içerisinden geçirilerek kesitini küçültme işlemidir. Elde ettiğimiz filmaşinlerin oda sıcaklığında yani soğuk çekilmesiyle gerçekleşecek olan bu proses için bir takım ön işlemler bulunmaktadır. [10] Tel çekme kalıbı ile kesit darlması Bulgular Ve Sonuçlar Tel Çekme İşlemi 1. Hesaplama: Mekanik özelliklerini bildiğimiz tavlanmış 1017 çeliğinden 1 mm çapında ve 500 MPa çekme mukavemetinde tel etmek istiyoruz. Bu şartları sağlamak için çekme işlemine ne çapta bir çelik tel ile başlamalıyız? Buradan; Çeliğin Dökülmesi Bu işlem için sıvı çelik, tabanı olmayan ve su soğutmalı bir bakır kokil içerisine dökülür. Kokilin alt ucundan katı halde sürekli olarak çıkan çelik, haddeleme tertibatları ile devamlı olarak sabit hızda çekilir. Oluşan kızgın blok soğutulur ve hareketli kesiciler ile belirli uzunluklarda kesilir. Blokun düşey olarak çekilmesi halinde, tesisler yüksek yapılara ihtiyaç duyduğundan blok bir makara üzerinde yatay duruma getirilir. Bu şekilde 10 m yükseklikteki bir yapıca sürekli döküm yapılabilmektedir. [6] Kütüğün sürekli dökülmesi Çeliğin Bileşimi ve Mukavemet Değerleri Tel çekme prosesinde kullanacağımız çelik, yaklaşık 480 °C’de tavlanmış düşük karbonlu 1017 çeliğidir. Düşük karbonlu çelikler, orta ve yüksek karbonlu çeliklere nazaran daha sünek olmalarından dolayı çekilmeye daha müsait yapıdadırlar. [7] Çekilecek tavlanmış kütük 4. Çelik Filmaşin Üretimi 12 x 12 – 160 x 160 kare kesitlerde elde edilmiş ve 8,5 – 12 metre uzunluk aralığındaki kütük, filmaşin üretimi amacıyla manyetik bir taşıma vinci ile istiflendiği yerden alınıp öncelikle sıcak haddelemeye sokulur. Homojen tav bölgesinde (1050-1100°C) tavlanan kütükler, çeliğin nihai şekil alacağı yer olan haddeye verilir. Haddelerin içersindeki dönen merdaneler arasında, ileri doğru gidildikçe kesit daralması hız artışı gerçekleşir. Akabinde kontrollü soğutma ile soğutulan mamüller paketlenerek diğer bir işlem için uygun hale getirilir. 2. Hesaplama: Tavlanmış durumdaki dairesel kesitli (1,16 mm) 1017 çeliği, kesiti 1 mm olacak şekilde tel çekme işlemine tabi tutuluyor. Kullanılan tel çekme kalıbının koniklik yarım açısı α = 7 ° dir. Bu tel çekme işleminde kullanılan yağlayıcı ile sürtünme katsayısının μ = 0.1 olması sağlanıyor. a) Çelik malzemenin tel çekme işlemindeki ortalama plastik gerilme değerin, b) Tel çekme kuvveti, c) Bu tel çekme işleminde telin kopma ihtimali olup olmadığı hesaplanıp incelenmelidir. Genel Sonuçlar Ve Öneriler Yukarıdaki hesaplamalardan da görüldüğü üzere çelik filmaşinden, 500 MPa mukavemetinde ve 1 mm çapında çelik tel üretilmiştir. Çekme aşamasında, tellerin kopmadan çekilebilmesi için gerekli değerlere ulaşılmıştır. Bu verilerde bize pratikte, 1 mm çapta tel üretmek için gerekli altyapıyı sağlamaktadır. [5] Bazik Oksijen Fırını (BOF) KAYNAKLAR: [1] Harran Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği, Yrd. Doç. Dr. Bülent AKTAŞ, İmalat Yöntemleri Ders Notları [2] İstanbul Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği, Doç. Dr. Turgut GÜLMEZ, İmal Usulleri Ders Notları [3] Balıkesir Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği, Prof. Dr. İrfan AY, İmalat Yöntemleri II Ders Notları [4] Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Sinan BAYRAKTAR, Tel Çekme Teknolojisinde Hasar Analizi [5] KAYALI, E. S., ENSARİ, C., “Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve Uygulamaları”, İstanbul: İ.T.Ü. Kimya-Metalurji Fakültesi, Baskı 3, 2000. [6] ANIK, S., DİKİCİOĞLU, A., VURAL, M., “İmal Usulleri”, Seçkin yayınları [7] ASM Specially Handbook, Heat-Resistant Materials, Elevated Temperature Mechanical Proporties of Carbon and Steel Alloys, page 89 [8] Demir Çelik Metalurjisi Devlet Planlama Teşkilatı, Ankara, 1962