Sürekli döküm tufalinin karbotermik indirgeme reaksiyonunun incelenmesi
Research on the carbothermic reduction reaction of mill scale from continuous casting processes
Yazar: FAHRİ CİHAN DEMİRCİ
Danışman: PROF. DR. ONURALP YÜCEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Demir oksit = Iron oxide ; Karbotermal indirgeme = Carbothermal reduction

Özet:
Doğrudan indirgenmiş demir, demirli hammaddelerin ergime olmaksızın, gaz veya katı fazdaki indirgeyicilerle indirgenmesi sonucu ortaya çıkan üründür. Doğrudan indirgenmiş demir, elektrik ark fırınları başta olmak üzere, demir - çelik üretimi yapan tesislerde hammadde olarak kullanılabildiği gibi, indirgeme sonrasında izabe uygulanmasıyla ham çelik haline de getirilebilmektedir.Tufal, sürekli döküm ve sıcak hadde tesislerinde, işlem görmüş malzemenin soğuması sırasında malzeme yüzeyinde oluşan demir oksit tabakasıdır. % 70 oranında demir içeren bu maddenin geri kazanımı, çeşitli çevresel ve ekonomik kazançlar sağlayacaktır. Doğrudan indirgeme teknolojisi, sunmakta olduğu farklı tesis altyapılarına uyum sağlayabilme özelliği ve farklı niteliklere sahip nihai ürünler üretebilme olanağı sayesinde, bu tür bir geri kazanım işlemini gerçekleştirebilecek sistem için önemli bir aday durumundadır.Bu çalışmada, sürekli döküm tesisinde oluşmuş olan tufalin, karbotermik indirgeme sonucunda yüksek metalizasyona sahip doğrudan indirgenmiş demir haline getirilmesini sağlayan işlem koşullarıyla birlikte, elde edilen ürünlerin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamındaki indirgeme reaksiyonu döner fırında gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler, reaksiyonların, sıcaklık, indirgeyici tipi ve kullanılan sabit karbon miktarı açısında farklı parametrelere sahip olmasını sağlayacak biçimde tasarlanmıştır. Deneyler sırasında alınan numunelerin analizinden elde edilen verilerin değerlendirilmesiyle, bahsi geçen parametrelerin indirgeme reaksiyonu üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır.Analizler sonucunda elde edilen verilerin incelenmesiyle deneylerin gerçekleştirildiği sıcaklık üzerinde yaratılan 50 °C'lik bir artışın, metalizasyon üzerinde önemli ölçüde etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır. İndirgeyici olarak kullanılan metalurjik kok ile kullanılan diğer indirgeyici olan antrasitin aynı koşullarda farklı metalizasyon oranları sağladıkları gözlenmiştir. Endüstriyel olarak kabul edilebilir metalizasyon değerlerinin elde edilmesi için, kullanılan indirgeyici miktarının, stokiyometrik olarak gereken miktardan fazla olması gerektiği saptanmıştır. Kullanılan indirgeyici miktarının, stokiyometrik olarak gereken indirgeyici miktarına oranında yapılan 0,5'lik bir artışın metalizasyon üzerinde kayda değer oranda olumlu etki yarattığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Direct reduced iron is the product obtained through reduction of ferrous raw materials by gaseous or solid reductants, without any melting of the feed. Direct reduced iron can be used as feed stock in ferrous production facilities, especially electric arc furnaces, while it may also converted into raw steel by smelting reduction processes.Mill scale is a layer of iron oxide, which is formed on the surface on materials processed in continuous casting and hot rolling facilities. Recycling of this material, which contains up to 70 % iron, will have various environmental and economical benefits. Direct reduction technology, with its adaptability to different industrial infrastructures and capability of producing final products with assorted qualities, is a strong candidate to carry out such a recycling process.This study aims the investigation of the process, which performs the production of highly metalized direct reduced iron from the mill scale formed on a continuous casting facility, along with the examination of the obtained products. The reduction reaction was carried out in a rotary kiln. The experiments performed as part of study are designed to have different parameters regarding to temperature, reductant type and amount of fixed carbon utilized. Evaluation of the data collected by the analyses of the specimens acquired during the experiment intends to determine the effect of the aforementioned parameters on the reduction reaction.By investigating the data obtained by the analyses it was established that an increase of 50 °C on the experiment temperature had a significant effect on the metallization. Also, it was observed that metallurgical coke and anthracite resulted in different metallization ratios for the same parameters. Utilizing a higher amount of reductant than the amount stoichiometrically required was deemed necessary to accomplish industrially acceptable metallization values. An increase of 0.5 in the ratio of the used amount of reductant to the stoichiometrically required amount made an observable improvement on metallization degrees of the samples obtained during the experiment.