Hidrokarbon gazlar ile karbür tozu üretim fırını tasarım ve karakterizasyonu
Design and characterization of carbide powder production furnace with hydrocarbon gases
Yazar: MEHMET KADIOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AYDIN
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında iç sıcaklığı maksimum 1200°C, 400x780x236mm boyutlarına sahip
önkaplama fırını tasarımı, imalatı ve bu fırının sıcaklık değerleri karakterize edilmiştir.
İmalat aşamasında üç unsur üzerinde durulmuştur. Birincisi rezistans telinin seçimi,
ikincisi fırının iç sıcaklığının maksimum 1200°C'ye çıkarılması için gerekli olan gücün tespiti ve
üçüncüsü fırın izolasyonunun belirlenmesidir. Bu prosesler yürütülürken minimum yatırım
maliyeti ve minimum işletme masrafları göz önüne alınarak uygun bir tasarım gerçekleştirilmiştir.
Tasarımlar Solidworks programı kullanılarak yapılmıştır. Elde edilen tasarımlar kullanılarak
304L paslanmaz çelik malzemeden fırının imalatı gerçekleştirilmiştir. Fırın üç fazlı ve 60 amper
gücünde PID kontrol üniteli olarak gerçekleştirilmiştir. Fırın iç haznesi de yine 1.5mm kalınlıkta
paslanmaz çelikten kaynaklı olarak imal edilmiştir. Yalıtım olarak Alümina tuğla ve battaniye
kullanılmıştır. PID kontrol için K tipi termokupl tercih edilmiştir. Aynı zamanda atmosfer
kontrolü için argon ve reaksiyon içinde propilen gazı ve manometreleri hortum ve gaz
vanalarından oluşan bir fırın seti kullanılmıştır. Bu sayede sıcaklık, basınç atmosfer ve sürenin
kontrol edilebildiği bir fırının tasarım ve imalatı gerçekleştirilmiştir.
Tasarım ve imalatı gerçekleştirilen fırının sıcaklıklarının kontrolü, iç dış sıcaklık farkının
belirlenmesi, reaksiyon sıcaklığına ulaşma süresi ve reaksiyon sıcaklıklarının belirlenmesi ve
dolayısıyla toplam deney süresinin belirlenmesi için ön kalibrasyon deneyleri yapılmıştır.
Sıcaklıkların eş zamanlı olarak alınması, karşılaştırılması ve rejime ulaşma sürelerinin
belirlenmesi amacıyla üç farklı ölçüm sistemi kullanılarak sıcaklıklar ölçülmüş ve kaydedilmiştir.
Ölçümler sonunda fırının ayarlanan sıcaklığa (550°C) yaklaşık olarak 30 dakikada
ulaştığı tespit edilmiştir. Bu sıcaklığa ulaşıldığında reaksiyonun gerçekleşeceği iç haznenin ise
yaklaşık 1.5 saat sonra ve 20°C farkla (530°C) ulaşılabildiği tespit edilmiştir. Bu nedenle
belirlenen reaksiyon sıcaklıkları için fırının yaklaşık 20°C daha üst sıcaklıkların ayarlanarak
deneylerin yapılması gerektiği yapılan kalibrasyon çalışmaları ile belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, preheating furnace design with maximum internal temperature of 1200°C,
400x780x236mm dimensions and the temperature calibration of this furnace are characterized.
Three elements are emphasized during the manufacturing process. The first is the
selection of the resistance wire, the second is the determination of the power required to increase
the internal temperature of the furnace to a maximum of 1200°C and the third is the determination
of the furnace insulation. While carrying out these processes, a suitable design has been realized
considering the minimum investment cost and minimum operating costs. The designs were made
by using Solidworks program. 304L stainless steel furnace was produced by using the obtained
designs. The furnace is made up of three phase and 60 ampere PID control unit. The inner chamber
of the oven is also made of 1.5mm thick stainless steel. Alumina bricks and blankets were used
as insulation. K type thermocouple is preferred for PID control. At the same time, an oven set
consisting of hoses and gas valves for propylene gas and monometers were used in argon and
reaction for atmosphere control. İn this way, design and manufacture of a furnace where
temperature, pressure, atmosphere and time can be controlled.
Pre-calibration tests were performed to determine the temperature of the furnace, to
determine the internal temperature difference, to reach the reaction temperature and to determine
the reaction temperatures and thus to determine the total duration of the experiment. The
temperatures were measured and recorded using three different measurement systems in order to
obtain simultaneous acquisition, comparison and time to reach the regimes.
At the end of the measurements, it was determined that the furnace had reached the set
temperature (550°C) in approximately 30 minutes. When this temperature is reached, it is
determined that the inner chamber where the reaction will take place can be reached after
approximately 1.5 hours and with a difference of 20 ° C (530 ° C). For this reason, it is determined
by the calibration studies that the experiments should be done by adjusting the upper temperatures
of the oven about 20°C for the determined reaction temperatures.