Elektro Curuf Ergitme (ESR) yöntemiyle çelik hurdalarından kaliteli çelik üretimi ve curuf özelliklerinin modellenmesi

Abstract

Hurda çeliklerin değerlendirilmesi, elektrik ark fırınlarında ergitme ve ardından farklı yöntemlerle arıtma işlemlerini kapsamaktadır. Kaliteli çelik üretiminde kullanılan bir arıtma yöntemi olan elektrocuruf altında ergitme (ESR) prosesi, çeliğin ingot halinde dökülerek curuf altı ergitme işlemiyle arıtılmasıdır. Kaliteli çelik hurdaları elektrik ark veya indüksiyon ocaklarında ergitilerek değerlendirildiğinde kimyasal kompozisyonlarında bulunan birçok değerli alaşım elementi kaybedilmektedir. Bu çalışma, bazı kaliteli çelik hurdalarının ergitme ve pota metalurjisi basamakları atlanıp, doğrudan ESR prosesinde harcanabilir elektrot olarak kullanılması ve böylece kaliteli çelik haline getirilmesi işlemlerini kapsamaktadır. Bu amaçla yüksek kükürt içeriğine sahip AISI 12L14 (DIN 11SMnPb37) otomat çeliği, yüksek Cr ve Ni içeren AISI 304 (DIN X5CrNi18-10) paslanmaz çelik ve Mo, V ve W gibi yüksek oranda karbür yapıcı içeren AISI M2 (DIN HS6-5-2C) yüksek hız çeliği ESR prosesine uygun elektrod haline getirildikten sonra farklı bileşimlerde curuflar kullanılarak hem ergitilmiş hem de arıtılmıştır. Temel olarak S ve P gibi kaliteyi kötü yönde etkileyici elementler uzaklaştırılmaya çalışılırken, diğer yandan değerli alaşım elementlerinin mümkün olduğunca korunmasına çalışılmıştır. ESR prosesinde en önemli parametre olan curufun öncelikle elektriksel iletkenliği olmak üzere çeşitli değişkenleri incelenerek, curuf bileşiminin prosese ve özelliklerinin üründeki alaşım elementlerine etkileri belirlenmiştir. Element kayıpları çoğunlukla oksidasyon yoluyla olduğu için o elementin oksitlerinin ?G° oluşum serbest enerjileri ile doğru orantılı olarak çelikten uzaklaştığı görülmüştür. Curuf bazikliğinde nispeten yeni bir kavram olan optik baziklik kavramı ele alınarak, curuf özellikleri ve alaşım elementlerine etkileri de incelenmiştir. Bunun sonucunda curufun optik bazikliğinin aynı zamanda curuf içerisindeki serbest oksijen iyonlarının bir ölçüsü olduğu ve optik bazikliğin artışıyla element kayıplarının da arttığı gözlemlenmiştir. Bununla beraber curuf özellikleri ile alaşım elementlerine etkileri arasında var olan modeller tavsiye edilmiş veya yeni modeller oluşturulmuştur. Oluşturulan modeller temel olarak optik baziklik kavramıyla bağlantılı olup, bazı durumlarda sıcaklığın etkisi de modele eklenmiştir. Optik bazikliğin yalnızca çelik içerisindeki element kaybı değil, aynı zamanda curufun elektriksel iletkenlik, viskozite gibi özelliklerini de etkilediği belirlenmiştir. Curufun içerisindeki bazik oksitlerin artışı, diğer bir değişle, optik bazikliğinin artışıyla birlikte curuf içerisindeki ağ yapıları kırılmakta ve bunun sonucunda curufun elektriksel iletkenliği artmakta ve viskozitesi düşmektedir.