Tanım: Cüruf, genel anlamıyla; birbiriyle kimyasal bileşik, çözelti ve ötektik karışım yapabilen çeşitli metal-oksit yapılardır.
Metal üretiminde cürufa üretimi yapılan metalin oksiti de karışabileceği gibi cürufu büyük oranda empürite veya alaşım elemanlarının oksitlerini oluşturur.
Cüruf, ana işlev itibariyle ergiyik içinden tenörü sıyırarak gang minerallerini çeken sistemlerdir.
Cüruf oluşumları ana malzemenin ısıtılmasıyla başlar. Ergiyik içinde bulunan –karbonat, -silikat, -hidroksit benzeri yapılar parçalanarak oksitleri meydana getirirler. Bu parçalanma ve oluşum reaksiyonlarının termodinamik ve kinetik verilerine göre cüruf bileşimi ve üretim süresi hesaplanır.
FeO-CaO Sistemi
Bu sistem, demir potalarda yapılan ergitme işlemleri sonucunda sıkça karşılaşılan bir sistemdir.
FeO’in ergime sıcaklığı CaO ilavesi ile ötektik reaksiyona yaklaşmaktadır. CaO oranı %27’lere geldiğinde 1103 °C sıcaklığında ise FeO hal değiştirme sıcaklığı ile ötektik dönüşüm kesişmektedir.
Bu sınırdan sonra CaO miktarı arttıkça ergime sıcaklığı artmaktadır. Burada FeO, önemli miktarda CaO çözebilmekte, katı halde sıcaklık düştükçe CaO çözünürlüğü azalmaktadır. Burada gözlenenler direkt FeO-CaO sistemi değil, FeO.Fe2O3 sisteminin bir parçasıdır.
Yapılan araştırmalara göre 1400 °C civarında sistemde CaO bulunmadığı durumda %10 Fe2O3 bulunmaktadır. %35 CaO bulunan doymuş cürufta ise %15 Fe2O3 bulunur.
FeO-SiO2 Sistemi
FeO’in ergime sıcaklığı SiO2 konsantrasyonu arttıkça düşmekte ve %23 SiO2 miktarında, 1175 °C civarında sistem ötektik reaksiyon vermektedir.
Şekil 1 : FeO-SiO2 Denge Diyagramı
Sistemde bulunan Fe2O3 miktarı artan SiO2 konsantrasyonu ile azalmaktadır. Yine sıcaklık artışı da Fe2O3 miktarını azaltmaktadır.
SiO2 ile doymuş cüruf sistemlerinde bölgesel aşırı ısı verilmesi sonucu aşırı doymuş FeO-SiO2 çözeltisi elde edilmektedir. Bu, SiO2’in katı halde çökelmesine sebep olur. Bu aşırı doymuşluk FeO’in sistemdeki C ile redüklenmesi sonucu da oluşabilir.
FeO-Al2O3 Sistemi
%3,5 Al2O3 civarında 1325 °C’de ötektik reaksiyon veren bu sistemde yüksek Alümina konsantrasyonlarında FeO.Al2O3 cüruf sistemine hakim olur. 1750 °C’de %40 Al2O3 içeren sıvı faza parçalanarak eriyen bu yapının durumu açık değildir, 1780 °C erime başlangıcı gösterdiğine dair çalışmalar mevcuttur.
CaO- SiO2 Sistemi
Bu sistemde önemli yapılar mono ve dikalsiyum silikatlardır (CaO. SiO2 ve 2CaO.SiO2)
Şekil 2 : CaO- SiO2 Denge Diyagramı
Monokalsiyum silikat 1544 °C’de dissosiasyona elverişlidir. Dikalsiyumsilikat ise 2130 °C’ye kadar stabilize durum göstermektedir.
Sistemdeki en düşük ergime sıcaklıkları 1436 °C’de Silisyum di Oksit ötektik reaksiyonu ve 1460 °C’deki KalsiyumSilikat ötektik reaksiyonudur. Bu sisteme özellikle demir-çelik metalurjisinde karşılaşıldığında cürufun CaO doymuşluğuna ulaşılamayacağına dikkat edilmelidir.
1600 °C’de cüruflar di Kalsiyum Silikat doymuşluğundadır. Herhangi bir sıcaklık artışı di Kalsiyum Silikat yapısının çözünürlüğünü göze çarpar şekilde etkilememektedir. Sıcaklık düşmesine rağmen cürufun akışkanlığının korunmasını sağlayan SiO2’tir.
725 °C’deki di Kalsiyum Silikat’ın polimorf dönüşümü sebebiyle %10 hacim artışı olmaktadır. Bu hacim artışı cürufun tozlaşmasına sebep olur.
CaO- Al2O3 Sistemi
Bu cürufların karakterize özelliği her iki madde de saf halde büyük ergime sıcaklıklarına sahipken denge durumlarında yapının ergime sıcaklığında ani düşüş olmasıdır.
Şekil 3 : CaO- Al2O3 Denge Diyagramı
CaO+L Likidus eğrisi 1400 °C’deki ötektiğe doğru devamlı düşüş gösterir. Al2O3 + L Likidus ise 1395 °C’de ötektik reaksiyonla sonlanmaktadır.
Burada kongurent ergiyen 12CaO.Al2O3 (1450 °C), CaO.Al2O3 (1590 °C), CaO.2Al2O3 (1775°C) ile inkongurent ergiyen 3CaO.Al2O3 (1539 °C) bir arada bulunmaktadır. Bu durum CaO ile Al2O3 arasındaki bağların zayıflığını göstermektedir. Bu sebeple CaO- Al2O3 cürufları iyi akıcılık gösterirler.
Hamdi Ekici
İstanbul Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Bilimi Mühendisliği
Kaynakça:
- Oelsen, W., Middel ve Maerz; Mitt. KWI für Einsenforschuny s. 198
- Körber, F. ve Oelsen, W.; Stahl und Eisen s. 950
- Larson ve Chipmen; Metals Transactions s. 1089/96
- Fischer, W.A.; Hofmann.; Archiv für Eisenhüttenwesen 27 s. 943
- Oelsen, W.; Heynert, W.; Archiv fürs Eisenhüttenwesen s. 567/75
