UCTEA Chamber of Metallurgical & Materials Engineers Proceedings Book

964 IMMC 2016 | 18th International Metallurgy & Materials Congress

Tungsten Karbür Parçaların AISI 5140 Çeliğine Gümüş ve / veya Bronz Kaynağı ile Birleştirilerek Yüksek Fırında Döküm Açmak için Kullanılması ve Avantajları

Ümit Gebenli, Emir Azazoğlu, İbrahim Çakmak

İskenderun Demir Çelik Fabrikaları A.Ş. - Türkiye

Abstract In this paper, Tungsten Carbide drill bits improvement work is examined at BF No. 4, Iskenderun Iron & Steel Works Corp. (ISDEMIR) which was commissioned in August 2011. Steel bits, which is used for tap hole drilling operation, is replaced with Tungsten Carbide-tipped AISI 5140 steel with project changes. The advantages of using Tungsten Carbide-tipped AISI 5140 steel is examined. During the process, pig iron and slag, which are obtained from SDEM R blast furnaces, are taken out of the furnace from the hearth area called as tap hole. On the hearth there are variable numbers of tap holes which are changing with the dimensions of the furnace. Special drills are used to drill those tap holes and with the inside pressure of the blast furnace pig iron and slag are taken out to the main runners. The drill bits, which is used for drilling operation, are resistant to heat and abrasion. Through this drill bits, tap hole can be drilled intended time and shape. With changing the steel body quality and adding tungsten carbide pieces to the drill bits, the resistant of heat and abrasion is increased. With a total working volume of 2500 m³, Turkey’s newest and biggest Blast Furnace ISDEMIR Blast Furnace #4 (Dilek) was using the quality of AISI 1030(body) and X40Cr13 drill bits for drilling operation (until 2012). With these design and qualitied drill bits can be used for maximum of 1 tapping. Works in 2012 and after is resulted with using the quality of AISI 5140 steel body and Tungsten Carbide (WC) drill bits. After the trials, new design of drill bits can be used for 3 consecutive tapping successfully. The main advantages of using the new design are as follows; decreased the yearly consumption and reduced the final costs of drill bits, resolved tap hole drilling problems such as shorter drill time, eliminated negative effects for the furnace process through the improvement on drilling operation practices, contributed production continuity.

Özet Bu çal mada, skenderun Demir ve Çelik A. ’de ( SDEM R) 2011 y l A ustos ay nda devreye al nan 4 Nolu Yüksek F r nda kullan lan tungsten karbür matkap uçlar n n iyile tirme çal mas incelenmektedir. Demir üretimi sürecinde kullan lan yüksek f r nlarda döküm deli inin aç lmas i leminde kullan lan çelik uçlar n proje de i ikli i yap larak tungsten karbür uçlu AISI 5140 çeli inin kullan lmas n n avantajlar irdelenmektedir. SDEM R Yüksek F r nlar nda, proses sonras elde edilen s v ham demir ve cüruf, f r n hazne bölgesinde bulunan, döküm deli i olarak adland r lan bölgelerden f r n d na al n r. Haznede f r n ölçülerine göre de i en say da döküm deli i bulunur. S v ham demir ve cüruf bu deliklerin özel bir matkap ile aç lmas ile f r n içerisindeki bas nç kullan larak f r n d ndaki ana kanallara al n r. Döküm deliklerinin aç lmas nda kullan lan matkap çubu unun ucunda s ya ve abrazyona dayan kl uç kullan lmaktad r. Bu uçlar sayesinde döküm deli i istenilen sürede ve istenilen ekilde aç larak s v ham demir-cürufun f r n d na al nmas sa lan r. Bu ucun çelik kalitesi de i tirilerek ve uca tungsten karbür parçalar eklenerek s ya ve a nmaya dayan m artt r lm t r.

2500 m³’lük çal ma hacmiyle Türkiye’nin en büyük yüksek f r n olan SDEM R 4. Yüksek F r n (Dilek) da, döküm deliklerini açmakta kullan lan uç AISI 1030 kalite gövde ve X40Cr13 kalitedir(2012 y l na kadar). Bu dizayn ve kalitedeki uç ile maksimum 1 döküm aç labilmektedir. 2012 y l nda ve sonras nda yap lan çal malar sonucunda matkap ucunun gövdesi AISI 5140 kalite çelikten ve ucu Tungsten Karbür (WC) malzemesinden yap lm t r. Yap lan deneme çal malar sonucunda yeni dizayn tek bir uç art arda 3 dökümü açabilmektedir. Yeni dizayn matkap uçlar n n kullan m ; y ll k matkap ucu tüketimini azaltm , y l sonu maliyetlerini dü ürmü , dökümün geç aç lmas ve

TMMOB Metalurj i ve Malzeme Mühendisleri Odas ıBildir i ler Kitab ı

96518. Uluslararas ı Metalurj i ve Malzeme Kongresi | IMMC 2016

ya iyi aç lamamas problemini gidermi , döküm açma pratikleri nedeniyle f r n prosesindeki olumsuz etkiler ortadan kald r lm ve üretim süreklili ine katk sa lanm t r. 1. Giri Türkiye’nin en büyük ve en yeni yüksek f r n SDEM R A. . de 17 A ustos 2011 tarihinde devreye al nan 2500 m3 lük çal ma hacmi ile 4. Yüksek F r nd r. 4. Yüksek f r nda günlük s v ham demir üretim miktar ortalama 6500ton/gün dür. SDEM R Yüksek F r nlar nda, proses sonras elde edilen

s v ham demir ve cüruf, f r n hazne bölgesinde bulunan, döküm deli i olarak adland r lan bölgelerden f r n d na al n r. Haznede f r n ölçülerine göre de i en say da döküm deli i bulunur. S v ham demir ve cüruf bu deliklerin özel bir matkap ile aç lmas ile f r n içerisindeki bas nç kullan larak f r n d ndaki ana kanallara al n r. Döküm deliklerinin aç lmas nda kullan lan matkap çubu unun ucunda s ya ve abrazyona dayan kl uç kullan lmaktad r.. Bu çal mada matkap ucu kalitesi ve ekli ile ilgili bilgiler ve kazan lan avantajlar irdelenmektedir. 2. Yüksek F r n Döküm Deli i ve Matkap le Aç lma Sistemi 4. Yüksek F r nda 3 adet döküm deli i bulunmaktad r. Döküm delikleri f r n n hazne ad verilen alt bölgesinde yer almaktad r. Döküm delikleri; f r n z rh ile haznede yer alan s v demir ve cürufun oldu u bölge aras nda ortalama 3 metre uzunlu undad r.

ekil 1. Temsili döküm deli i çizimi.

Döküm deli i çevresi karbon tu lalardan olu maktad r. F r nlar ilk in a edili inde bu delik bo b rak l r ve devreye al nd ktan sonra döküm deli i çamuru ad verilen özel bir çamur ile doldurulur.

Döküm Deli ini Kapatmada Kullan lan Refrakter Malzemesi Kimyasal Yap s ve Birle im Yüzde Oran : Al2O3 : % 50-60 SiC+C : % 21-35 SiO2 : % 15-25 Yo unluk : 2-3 gr/m3 Uçuculuk : % 12-15 Döküm deli ini açmak, s v ham demir ve cürufu f r n haznesinden d ar almak için matkap ad verilen hidrolik tahrikli bir donan m kullan lmaktad r.

ekil 2. Döküm deli i matkab .

Matkapta üzerinde bulunan; matkap çubu u ve matkap ucu ile dökümler aç lmaktad r. Matkap çubu u özellikleri: Uzunluk : 5000mm - 5100mm Çap : 40mm - 50mm Malzemesi : C45 çeli i Matkap ucu özellikleri: Gövde Malzemesi : AISI 5140 A nma Ucu : WC

ekil 3. Yüksek f r nlarda döküm deli ini açmak için

kullan lan matkap ucu çe itleri.

UCTEA Chamber of Metallurgical & Materials Engineers Proceedings Book

966 IMMC 2016 | 18th International Metallurgy & Materials Congress

ekil 4. Matkap çubu unun f r n haznesine ula m bölgesi

(4.yf’de 3 adet döküm deli i mevcuttur.) 2.1. Matkap uçlar Yüksek F r nlarda haznede bulunan ergimi olan s v ham demir ve cürufu tahliye etmek için döküm deli inin aç lmas nda matkap ve delici uçlar kullan lmaktad r. Bu uçlar n yüksek s ya ve sürtünmeye kar dayan mlar çok yüksektir. Her döküm aç lmas nda uçlar 1000–1200 derece s cakl a maruz kalmakta ve bu artlarda 3 döküme kadar sorunsuz çal abilmektedir.

ekil 5. Matkap ucu projesinin AA kesiti.

2.2. AISI 5140 çeli inin slah i lemi ve tungsten karbür (WC) a nma ucun elde edilmesi. ndüksiyonla sertle tirme i lemi, h zl de i en manyetik bir

alana yerle tirilen bir metal parças içerisinde elektrik ak m olu turma esas na dayan r. Bobinlerin içerisinden yüksek frekansl alternatif ak m geçirilerek, yüksek frekansl bir manyetik alan elde edilir. Bu manyetik alan, metal parças içinde eddy veya girdap ak mlar ile histerisiz ak mlar olu turur. Olu an yüksek frekansl ak mlar, metalin yüzeyinde hareket ederler. Buna kabuk etkisi denir. Metalin bu ak mlara kar gösterdi i direnç nedeniyle s nma sa lan r ve böylece bir metal parçan n iç k sm s t lmadan yüzeyi s t labilir. Is tmadan sonra parçaya su

verilir. Sertle me derinli i, frekansla ters orant l d r.

Herhangi bir frekansta, s tma süresi art r larak sertle me derinli i art r labilir. Islah i lemi sonras malzeme kopmaya ve uzamaya kar dayan kl hale gelir. Uygun slah i lemi yapabilmek için sertle tirme s cakl n n do ru seçilmesi gerekti inden, çeli in karbon miktar ve ala m durumu tam olarak bilinmelidir. Islah çelikleri TS 2525 ve EN 10083’de standartla t r lm t r.

ekil 6. Gövde AISI 5140 çeli inde, s l i lem uygulanarak

slah çeli i yap s n n elde edilmesi. WC ucun elde edilmesinde toz metalürjisi yöntemi kullan lmaktad r. Toz metalürjisi parçalar n metal tozlar ndan imal edildi i metal i leme teknolojisidir. Geleneksel T/M imalat s ras olarak, tozlar istenen ekle preslenir ve daha sonra, sert, rijit bir kütle halinde ba lanmak üzere sinterlenir. Presleme imal edilecek parça için özel olarak tasarlanm z mba ve kal p kullanarak pres tipi bir makinede gerçekle tirilir. Daha sonra malzeme sinterleme a amas na al n r. Sinterleme metalin erime s cakl n n alt ndaki bir s cakl kta yap l r.

ekil 7. Toz metalürjisi ile elde edilen WC uçlar.

AISI 5140 çeli inin kimyasal yap s n n slah edilme yatk nl n n fiziksel dayan ma etkisi. Kimyasal bile imleri karbon miktar bak m ndan sertle tirilmeye elveri li olan ve slah i lemi sonunda belirli

TMMOB Metalurj i ve Malzeme Mühendisleri Odas ıBildir i ler Kitab ı

96718. Uluslararas ı Metalurj i ve Malzeme Kongresi | IMMC 2016

yükler alt nda yüksek tokluk özelli i gösteren ala ml yap çelikleridir. Islah etme i lemi, i parçalar na ve yap elemanlar na büyük dayan m, yüksek bir akma s n r , yüksek süneklik ve ayr ca plastiklik kazand ran bir i lemdir. Önce bir sertle tirme ve arkas ndan menevi (genellikle yüksek s cakl ktaki menevi ) olaylar , birbiri pe i s ra uyguland nda Islah i lemi olarak adland r l r. Islahta seçilen menevi s cakl klar , sertle tirilmi duruma nazaran sertlikte önemli ölçüde dü me yapar. Menevi sonras yap temperlenmi martenzit olur. Menevi (Temperleme) sertle tirilmi parçalarda martenzitik yap dan dolay büyük gerilmeler mevcuttur ve k r lgan bir yap ya sahiptir. Sertle tirilmi parçalar 100-650 ºC aras nda s t larak bu gerilmeler giderilir. Ancak bu s rada sertlikte de dü me olur. Sertle tirilmi çelikler menevi lendi inde çekme dayan m ve akma s n r , dü ük menevi s cakl klar nda bir miktar artma gösterebilir. Ancak artan menevi s cakl klar nda devaml dü me gösterirler. Buna kar n malzemenin ekil de i tirebilirlik karakteristikleri olan kopma uzamas , kesit daralmas ve çentik darbe dayan m menevi s cakl artt kça artar.

Çizelge 1. 5140 çeli inin s l i lem özellikleri. Sertle tirme S cak

sekil verme

s cakl ºC

Yumu ak Tavlama

S cakl ºC

Yumu ak tavlamada sertlik > BSD 30

Normal tavlama

s cakl °C

Su Ya Mene

vi s cakl

°C

S cakl k

820-850

830-860

1050-850 680-720 241 840-880 Sertl

ik (HRC)

54-56

54-56

540-680

Bu fiziksel özelliklerinden dolay döküm açma i lemi esnas nda yüksek darbe dayan m , yüksek tokluk ve s cak ortamda sürtünme ve a nmaya kar mukavemet göstermektedir. Tungsten karbür (WC) ucun yüksek sertlik özelli i ve yüksek erime derecesinin döküm açma s ras nda sa lad fiziksel özellikler. Toz metalürjisi tekni iyle istenilen ekilde elde edilen malzeme, a nma dayan m ve sertli i sayesinde, yüksek s cakl k, korozyon gibi zor ko ullar alt nda çal r. Bu gibi mekanik dayan m özellikleri sayesinde yüksek f r n döküm açma esnas nda döküm deli ine enjeksiyon edilmi ve s nma sonucu yüksek sertli e ula m refrakter

malzemenin gösterdi i direnci k rarak döküm aç lmaktad r. 3. Tungsten karbür uçlu matkap ucu kullan m n n faydalar Yüksek F r nlarda elmas matkap ucu ile döküm aç lmas n n temel avantajlar u ekilde s ralanabilir;

• Tek matkap ucu ile birden fazla döküm aç lmas mümkündür. • F r n n düzenli bir ekilde aç lmas f r n prosesini olumlu etkileyece inden üretim art n sa lar. • Matkap ucu ile döküm aç lmaz ise oksijen ile dökümü açmak gerekir. Oksijenle döküm açma ise f r n prosesi aç s ndan istenmeyen bir durumdur. Yüksek f r nda oksijenle döküm açman n olumsuz etkileri; döküm süresinin k sa olmas , döküm deli inin anl k geni leyerek f r n n kapat lamamas ve döküm kapatma için hava dü ülmesi ve ya anan hava kayb birlikte üretimin dü mesi, döküm deli ini olu turan refrakter yap ya zarar vererek f r n n kullan m ömrünün k salmas gibi etmenler olu turarak f r n prosesesin i lem ak na olumsuz etki eder.

güvenli i aç s ndan da oksijen vuran personelimizin s cak alana daha yak n olmas ve çal ma ergonomisi aç s ndan olumsuz durum olu maktad r.

Tablo 1. Mevcut durumda kullan lan uçla döküm açma esnas nda oksijen vurma oran ile Gövde AISI 5140

çeli ine WC ucun birle tirilmesi sonucu elde edilen matkap ucu ile olu an yeni durum.

4. Sonuç 2500 m³’lük çal ma hacmiyle Türkiye’nin en büyük ve en yeni yüksek f r n olan SDEM R 4. Yüksek F r n nda kullan lan 5140 çeli inden olu an gövde üzerinde Tungsten Karbür ucun birle tirilmesi ile olu an yeni matkap uçlar döküm açma maliyetlerinin dü mesini, oksijenle aç lan döküm say s n n dü mesini sa lam t r. Say sal veri olarak döküm açma maliyetleri % 45 oran nda azalm , oksijenle döküm açma oran % 28,5 ‘den, % 5,5 ‘e dü mü tür. Referanslar [1] SDEM R A. . 4. Yüksek F r n Matkap Ucu Projeleri, 2011. [1] SDEM R A. . 4. Yüksek F r n Döküm Deli i Projeleri, 2011. [1] 4.Yüksek F r n 2011 – 2015 Dönemlerine Ait Parametreler.