Yüksek Fırın Nedir? Yüksek Fırın Bölümleri, Şarj Malzemeleri ve Ürünleri Nelerdir?

Yüksek Fırın Nedir?

Bu yazı da sizlere demir-çelik üretimin en önemli proseslerinden birisi olan yüksek fırın hakkında edinmiş olduğum mühendislik bilgileri ve kaynaklarımdan toplamış olduğum bilgileri kısaca sizlerle paylaşacağım.

Genel tanım ile metal cevherlerini ergitme işleminde kullanılan dikey izabe fırınlarına yüksek fırın adı verilmektedir.

Daha geniş bir tanım ile yüksek fırın, oksitli cevherlerin redüksiyon yani indirgeme prensibine göre metalurjik koktan elde edilen karbonmonoksit (CO) ile reaksiyona girip sıvı ham demire dönüştüğü prosesin, kapasitelerine bağlı olarak yükseklikleri 30 ila 90 metre arasında ki dikey ergitme fırınlarına verilen isimdir.

Yüksek Fırın Bölümleri

Yüksek fırın aşağıda belirtilen bölümlerden oluşmaktadır:

1. Boğaz
2. Gövde
3. Bel
4. Karın
5. Hazne

Üst Kısım: Bu kısımda sıcaklık yaklaşık olarak 200 °C’dir. Silo, çan ve çan kapağı sistemi veya daha modern bir sistem olan çan sız tepe sistemi bulunmaktadır. Hammaddeler bu sistemler aracılığı ile iç kısma gönderilmektedir. Malzemelerin ve gazın ısınması sonucu ile hacimlerinde artış olmaktadır. Ve izabenin rahat şekilde hareket edebilmesi için gövdenin çapı aşağıya doğru genişlemektedir yani koni biçimindedir. Bu bölgede aynı zamanda şarj malzemeleri de ısınır.

Gövde: Fırının uzun ve aşağıya doğru genişleyen bölümüdür. Bu bölümde kok cevher karışımı aşağı doğru hareket eder. Gövdenin bittiği yerde başlayan ve dikey eksende çapı sabit olan bel bölgesi fırının en geniş bölgesidir. Cürufun ve metalin ergimesi ve hacimlerinin azalması bu bölgede başlar

Karın: Tekrardan daralan kısımdır yani ters koni şeklindedir. Üst kısmı bel, alt kısmı hazne ile birleşmektedir. Kısmi ergimenin sağlanabilmesi için bu kısımdaki fırın hacmi küçültülmüştür. Karın bölgesinde erime işlemiyle beraber son cüruf oluşma işlemi tamamlanmaktadır.

Hazne: Fırının alt tarafında silindirik kısım olup, içerisinde sıvı demir ile beraber cüruf toplanır. Haznenin üst bölümüne bakırdan yapılmış 20 ila 24 adet üfleme borusu yerleştirilmiştir. Suyla soğutulan borular tüyerler yardımı ile fırına hava üflemeye yararlar. Haznenin en alt kısmında ham demirin boşaltılması bir delik ile gerçekleştirilir. Boşaltma deliği her işleminden sonra ateşe dayanıklı malzeme ile (çamurda denilir) tıkanır. Yoğunluk farkından dolayı cüruf, sıvı metalin üzerinde yer alır. Yüksek fırınlarda 10-16 adet tüyer bulunur.

Yüksek Fırında Yardımcı Elemanlar

• Hammadde Besleme Sistemi (Şarj Sistemi),
• Fırın Üstü Şarj Sistemi (Tepe Teçhizatı),
• Sobalar,
• Gaz Temizleme,
• Kömür Enjeksiyon Sistemi,
• Döküm Yolu,
• Kontrol Odası,
• Soğutma Sistemi ve Refrakterler,

Yüksek Fırın Şarj Malzemeleri ve Özellikleri

Yüksek fırın da kullanılan şarj malzemelerinin yapısı poroz yapı ve belirli boyut aralığında (20-50 mm) olmalıdır.

Demir cevheri:

• Hematit (Fe₂O₃) ve magnetit (Fe₃O₄) gibi oksitler ile az oranda hidroksitler ve karbonatlardan oluşur.
• Genelde cevherdeki demir içeriği %30 ile %65 arasında değişir.

Pelet:

• 0,5 mm’nin altında ki toz cevher bentonit, kireçtaşı gibi bir takım ilaveler yardımıyla topaklaştırılır (10-25 mm).
• Topaklaşma,  pelet üretim prosesindeki en önemli aşamadır, bu aşamada pelete mukavemet, boyut, çarpma dayanımı ve diğer özellikleri kazandırır.

Sinter:

• Küçük boyutlu (<20 mm) demir cevherinin kok tozuyla karıştırılıp kavrulması ile uygun boyutlu, sert, gözenekli parçalar elde edilir.
• Demir tenörü ise %50’nin üzerindedir.
• Manyetit tipi cevherlerde hematite dönüşürler. (Fe₂O₃ redüksiyon verimi yüksek)
• Sistemdeki S’de S+O₂=>SO₂ reaksiyonu ile gaz halinde uzaklaşır. (Kükürt ve Fosfor çelikte kırılganlığa neden olur.)

Metalurjik kok:

• Taş kömürü koklaştırma prosesine tabi tutularak bünyesindeki uçucu ve zararlı maddeler rafine edilir ve kalorifik değeri artırılır.
• Metalürjik kok; yüksek fırında enerji ihtiyacını, redüktan ihtiyacını karşılar ve şarj malzemelerin tüyer bölgesinde askıda kalmasına yardımcı olur.

Tüyer bölgesi enjeksiyonları:

• Reaksiyon verimini ve tüyer bölgesi sıcaklığını artırmak için yapılır.
• PCI, benzin, katran, hidrojen, su buharı, atık plastik gibi karbon (C) esaslı malzemeler kullanılır.

KAYNAKÇA

Doç. Dr. ÖZKAN ÖZDEMİR Doç. Dr. UĞUR ÖZSARAÇ – DEMIR-ÇELIK METALURJISI DERS NOTU 2015 (http://content.lms.sabis.sakarya.edu.tr/Uploads/70504/46987/d%C3%A7m-2.pdf)

Arş. Gör. SAİT ÖZÇELİK – YÜKSEK FIRIN PROSESİ NOT