Yüksek Fırından alınan sıvı ham demirin bileşiminde %93.5-95 Demir (Fe), %0.30-0.90 Silisyum (Si), %0.025- 0.050 Sülfür (Kükürt, S), %0.55-0.75 Mangan (Mn), %0.03-0.09 Fosfor (P), %0.02-0.06 Titanyum (Ti) ve %4.1-4.4 Karbon (C) bulunmaktadır. Bu ise malzemenin gerek mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gerek istenilen kaliteye getirilmesi gerekse kolay işlenebilmesi açısından istenilmeyen bir durumdur. Sıvı ham demiri mühendislik malzemesi olarak kullanabilmek için yabancı elementlerden ve özellikle karbondan belirli seviyelere kadar arındırmak gerekir. Bu arındırma işlemi günümüzde Bazik Oksijen Fırınları’nda yapılmaktadır.
Tanım: Bessemer Konvertörü’nün modernleştirilmiş halidir. Ham demire Oksijen üflenerek empüritelerin giderildiği fırınlardır. Adını üflenen Oksijen’den ve çeperlerindeki bazik refrakterlerden alır. Diğer adı ise LD Konvertörü’dür. Bu isim de Avusturya’nın Linz ve Donawitz şehirlerinin baş harflerinden gelmektedir.
Şekil1: Bazik Oksijen Fırını
Yüksek fırından alınan sıvı ham demir BOF’a konulur. Genellikle Bakır (Cu) bir borudan içeri, sıvı ham demirim yüzeyine saf Oksijen gönderilir. Dikkat edilmesi gerekilen buradaki Oksijenin saflığıdır. Oksijen ne kadar saf olursa işlem o kadar başarılı gerçekleşecektir.
Şekil2: Fe-C faz diyagramı
Fe-C faz diyagramında görüldüğü gibi C oranı %2.1 den az olan malzemeler çelik olarak nitelendirilmektedir. Bunu sağlamak için fırına üflenen Oksijenle bir takım reaksiyonlar gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklıktan dolayı Demir içinde oldukça aktif hale geçen Karbon, Oksijen ile temasa geçtiği anda reaksiyon verir:
2C + O2 → 2CO
Daha sonra oluşan Karbon monoksit (CO) tekrar Oksijen ile reaksiyon verir ve Karbondioksit oluşturur.
2CO + O2 → 2CO2
Oluşan bu Karbondioksit gazı ortamdan uzaklaşır. Bu reaksiyonlar Karbon oranı istenilen seviyeye gelinceye kadar devam eder.
Bu sırada Sülfür de Oksijen ile tepkime vererek yanar ve
S + O2 → SO2 (Kükürt dioksit) oluşturur.
Ametal oksitler genelde asidik oksitlerdir. Bu asidik oksitler bazik olan fırın çeperleriyle reaksiyon verir ve çeperlerde aşınma olabilir. Bu bakımdan prosesin kontrol altında tutulması gerekmektedir.
Ham demirin içindeki Demir de Oksijen ile reaksiyon verecek ve az da olsa Demir kaybı olacaktır.
2 Fe + O2 → 2 FeO
Bu işlemlerde sıvı ham demir içerisinde bulunan diğer metaller ve ya empüriteler de Oksijen ile reaksiyon vermeye devam ederler.
Si + O2 → SiO2
4 P + 5 O2 → 2 P2O5
2 Mn + O2 → 2 MnO
Fırına şarj yapılırken fırına bir miktar hurda da ilave edilebilir.
Bunun yanı sıra fırına verilen Oksijen, Kükürtü tamamen gidermekte ve ya istenilen seviyeye getirmekte yetersiz kaldığından fırına bir miktar flux (akı) da ilave edilir. Bu yardımcı maddelerin en önemlisi Kireç Taşı (CaCO2)’dır. Kireç Taşı önce parçalanarak:
CaCO2 → CaO + CO reaksiyonunu verir. Ayrılan CO, O2 ile yanarak tekrar CO2 oluşturur.
2 CO + O2 → 2 CO2
CaO ise yapıda kalan S ile
S + CaO → CaS + ½ O2 tepkimesini verir ve sıvı ham demirden daha fazla miktarda Kükürt uzaklaştırılmış olur.
BOF’larda bu işlemler bileşim istenilen düzeye getirilene kadar devam eder ve içerideki malzemeye sürekli bileşim kontrolleri yapılır. BOF’larda sıvı ham demiri çelikleştirme işlemi ortalama 18 dakika sürer ve 40 dakikada bir döküm yapılabilir. Elde edilen sıvı çelik ve üzerinde kalan oksitli ve sülfürlü yapılar fırının yan tarafındaki deliklerden alınarak ayrılır ve sıvı çelik döküm işlemine hazır hale getirilir.
Hamdi Ekici
İstanbul Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
Kaynaklar:
- Lemparle, M. Maschlanka, W. Corex Today and Tomorrow, Metallurgical Plant and Technology International, 4, 70-76. 1993
- World Steel in Figures-1993, Iron and Steel Engineer, vol. 70, No:9, September 1993
- Çelik Seçimi, H. Çimenoğlu-K. Şeşen, TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, İstanbul 2003
- Mühendislik Alaşımlarının Yapı ve Özellikleri-Cilt 1, W. F. Smith, çev: M. Erdoğan,Nobel Yayınları, Ankara 2000
- http://atomictoasters.com/2011/10/bcms-7-blowing-engines/
- http://tr.wikipedia.org/wiki/Bazik_oksijen_fırını
- http://ietd.iipnetwork.org/content/pulverized-coal-injection
- http://www.kuark.org/2014/02/yuksek-firinlar-ile-ham-demir-uretimi/
