Sürekli dökümle üretilen kütüklerde soğutmanın ve manyetik karıştırıcıların makro yapıya etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of cooling and magnetic stirrers on the macro structure of continuously cast billets
Yazar: GÜRCAN KIRNAK
Danışman: PROF. DR. CEMALETTİN YAMAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Hurdadan çelik üretmek için öncelikle hurdalar ark ocağında ergitilir. Ardından alaşımlandırmak için bir sonraki aşama olan pota ocağı prosesine geçilir. Pota ocağında alaşımlandırılan ve vakum altında gaz alma (VGA) işlemine tabi tutulan sıvı çelik, bunun sonrasında son aşama olan sürekli döküm prosesine gönderilir. Ergitilmiş ve alaşımlandırılmış sıvı çeliği katılaştırmak için de sürekli döküm yöntemi kullanılmaktadır.
Vakumla üretilmiş olan vasıflı çelik sürekli dökümde katılaştırılırken son üründe ciddi iç hatalar oluşabilmektedir. Bu hatalar, merkez boşlukları, merkez çatlakları, orta bölge çatlakları, köşegen çatlakları ve yüzey altı çatlaklarıdır.  Deneysel çalışmalarda da bu hataların tipleri, büyüklükleri ve morfolojisi incelenmiştir.  
Sürekli dökümde meydana gelen bu hataları önlemek için, sürekli döküm makinesinde revizyon yapılarak FEMS (Final Electro Magnetic Stirrer) kullanılmaya başlanmıştır. Vakumla üretilmiş olan vasıflı çeliği sürekli dökümde katılaştırırken, manyetik karıştırıcı kullanılarak bu iç hatalar giderilmiştir.
Bu deneysel çalışmalar ÇEMTAŞ/BURSA firmasının sürekli döküm makinesinde yapılmıştır. ÇEMTAŞ/BURSA firması Türkiye'nin vasıflı çelik üreticilerindendir ve 190000 ton/yıl üretim kapasitesine sahip bir firmadır. Bu firmada kullanılan F-EMS manyetik karıştırıcının etkileri üzerine çalışmalar yapılmıştır. Manyetik karıştırıcıda akımın, frekansın ve zamanın, kütük makro yapısında oluşan hata büyüklüğüne ve hatanın morfolojisine etkisi incelenmiştir. Manyetik karıştırıcı kullanılmadan önce 200x200 mm kütüğün enine kesitinde merkezde görülen çatlak hataları 10 - 20 mm uzunluk ve max. 1 mm genişliğe kadar görülebilmekteydi. Manyetik karıştırıcı kullanılmaya başlandıktan sonra bu hatalar 0 - 5 mm uzunluğa ve max. 1 mm kalınlığa kadar düşürülmüştür. Aynı şekilde kesiti 200x200 mm olan kütükte manyetik karıştırıcı kullanılmadan önce merkez boşluğu hataları 1,5 – 2,0 mm çapa kadar ulaşmaktaydı. Manyetik karıştırıcı kullanıldıktan sonra 0 - 1 mm arası çaplara düşürülmüştür.
Mevcut çalışan sistemin parametreleri optimize edilerek önceki sistemde merkez çatlakları ve merkez boşluklarından dolayı oluşan iç hatalar, ciddi oranlarda düşürülmüştür. İç hatalar azaltıldığı için, ürün kalitesinde ciddi artışlar meydana gelmiş ve bu sayede verim artışı sağlanmıştır.
Manyetik alanın, hataların büyüklüğünü ve morfolojisini nasıl etkilediği, manyetik alanın nasıl oluştuğu, bunun manyetik kuvvetlere nasıl dönüştüğü ve manyetik karıştırmayı nasıl sağladığı teorik olarak ortaya konmaya çalışılmıştır. Bu konunun açıklanabilmesi için manyetizma teorisi, indüksiyon bobininde meydana gelen manyetik alan etkisi ve enerji etkisi de teorik olarak açıklanmıştır. Yukarıda belirtilen iyileşmeler sürekli döküm makinesinde revizyon sonrası kullanılmaya başlanan manyetik karıştırıcılar sayesinde sağlanmıştır. Bu çalışmada manyetizmayı doğuran Fe atomunun 3d orbitallerinin tam dolmadan 4s orbitallerine geçme prensibinin teorisi verilmiştir. Ayrıca indüksiyon bobininin katılaşma bölgesinde, ısı, sıcaklık, manyetik kuvvet etkisi Q=mcΔT formülünün etkisinde manyetik kuvvet dağılımı V2/R formülüne uygun olarak etkisi teorik olarak incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Sürekli döküm, manyetik karıştırma, makro yapı, indüksiyon, kütük üretimi

Abstract:
In order to produce steel from scrap, scraps are first melted in the arc furnace. Then, for the alloying process, the next step is the ladle furnace process. The liquid steel, which is alloyed in the ladle furnace and subjected to degassing (VGA) under vacuum, is then sent to the continuous casting process, which is the final stage. Continuous casting method is used to solidify the molten and alloyed liquid steel.
Vacuum-produced special steel is solidified in continuous casting, while serious internal defects can ocur in the final product. These defects are center cavities, center cracks, mid-zone cracks, diagonal cracks and under-surface cracks. In experimental studies, the types, magnitudes and morphology of these defects were investigated.
In order to prevent these defects in continuous casting, FEMS (Final Electro Magnetic Stirrer) has been started to be used by revision of the continuous casting machine. These internal defects were eliminated by using a magnetic stirrer while solidifying the special steel in continuous casting.
These experimental studies were carried out in the continuous casting machine of ÇEMTAŞ/BURSA. ÇEMTAŞ/BURSA is one of specialty steel producer in Turkey. It has a production capacity of 190000 tons/year. The effects of the FEMS magnetic stirrer used in this company have been studied. The effect of the current, frequency and time at the magnetic stirrer on the macro structure and the morphology of the defect were investigated. Before the use of the magnetic stirrer, the cracks were seen in the center of the cross section of 200x200 mm billet will be 10 – 20 mm in length and maximum up to 1 mm wide. After using a magnetic stirrer,  these defects are reduced to a length of 0 – 5 mm and a thickness of max 1 mm. Similarly, before the magnetic stirrer was used in billet with a cross section of 200x200 mm, the center gap defects could be reached to 1.5 – 2.0 mm diameter. The magnetic stirrer has been reduced to diameters from 0 - 1 mm after use.
By optimizing the parameters of the current operating system, the internal faults in the previous system due to the central cracks and center gaps have been severely reduced. Since internal defects have been reduced, there has been a significant increase in the quality of the product and thus increased productivity.
How the magnetic field affects the magnitude and morphology of defects, how the magnetic field is formed, how it is transformed into magnetic forces and how it provides magnetic stirring has been tried to be revealed theoretically. In order to explain this subject, the theory of magnetism, the effect of the magnetic field on the induction coil and the effect of energy are explained theoretically. The above mentioned improvements have been achieved bey means of magnetic stirrers which are used in continuous casting machine after revision. In this study, the theory of the principle of jumping 3d orbitals of the Fe atom that gives rise to the magnetism to 4s orbitals is given. In addition, the effect of heat, temperature, magnetic force, effect of Q = mcΔT in the solidification zone of the induction coil is examined theoretically according to the formula V2/R.
Keywords: Continuous casting, magnetic stirrer, macro structure, induction, billet production