Yüksek fırınlarda soğutma elemanı olarak kullanılan bakır tüyerlerin ömrünün incelenmesi
Investigation of the life of tuyers used as a cooling element in blast furnaces
Yazar: HÜSEYİN AYHAN
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET EMRE TURAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Metal döküm = Metal casting ; Üretim metalurjisi = Production metallurgy

Özet:
Çalışma prensipleri yüksek sıcaklık ve basınç altında olan yeni nesil yüksek fırınlar büyük hacimlere sahiptir. Yüksek fırın prosesi, öncelikli olarak ısıtılan havanın yüksek fırın içerisine 1200 °C'yi bulan sıcaklıklarla tüyerlerden üflenerek başlar. Üflenen sıcak hava, yakıt olarak kullanılan kok ve diğer yakıt türlerinin tüyerler vasıtasıyla enjekte edilerek tüyerler önünde yanma işlemi gerçekleştirilir. Bu yanma olayı diğer bir adlandırma ile "raceaway", yüksek alev sıcaklıklarına ulaşır ve tüyer deliklerinden gözlemlenebilir. Bu yanma olayının gerçekleşmesi ile yüksek fırına üflenen havanın içerisinde bulunan oksijen karbon ile reaksiyona girerek karbonmonoksite (CO) dönüşür. Reaksiyonlar sonucu alev sıcaklığı 2000 ile 2300 °C arasında olabilmektedir. Tüyerler yüksek fırın prosesinin başlangıcı olan sıcak havanın fırına üflendiği nozullardır. İçerisinden geçen sıcak hava 1200 °C'yi bulmaktadır. Tüyerler bu sıcaklığa dayanabilmesi için içerisinde su dolaşmaktadır. Dolaşan suyun soğutma verimini arttırmak için tüyer yapımında termal iletkenliği yüksek olan bakır tercih edilmektedir.  İçerisinde su dolaşması nedeniyle tüyerlerde en ufak bir delik, çatlak vs. oluştuğunda su yüksek fırın içerisine girmektedir. Bu durum fırın içerisindeki madeni soğutmakta ve müdahale edilmez ise fırının donmasına kadar giden hadiselere yol açmaktadır. 

Bu nedenle tüyerde oluşabilecek bir su kaçağı durumunda en kısa sürede tüyerin yenisi ile değiştirilmesi gerekmektedir. Bu noktada tüyer dayanımı ve ömrü büyük önem arz etmektedir. Tüyer ömrünün uzatılması üretim kayıplarının önüne geçmek anlamına gelmektedir. Tüyer ömrünü uzatmak adına bir sürü iyileştirme çalışması yapılmıştır ve yapılmaya devam etmektedir. Bu çalışmalar tüyerin dizaynını ve/veya içerisinden geçen suyun fiziksel özelliklerini değiştirmek şeklinde yapılmaktadır.  Bu çalışmada, Kardemir 5. yüksek fırın tüyer performansı incelenmiş ve iyileştirme çalışmaları incenelerek daha uzun ömürlü verim elde etmek amaçlanmıştır.

Abstract:
The new generation blast furnaces, whose working principles are under high temperature and pressure, have large volumes. The blast furnace process starts by blowing the heated air into the blast furnace at temperatures up to 1200 °C from the tuyeres. The blown hot air, the coke used as fuel and other fuel types are injected through tuyers and the combustion process is carried out in front of the tuyers. This combustion phenomenon, also called "raceaway", reaches high flame temperatures and can be observed through tuyere holes. With the realization of this combustion event, the oxygen in the air blown into the blast furnace reacts with the carbon and turns into carbon monoxide (CO). As a result of the reactions, the flame temperature can be between 2000 and 2300 °C. Tuyers are nozzles through which the hot air, which is the beginning of the blast furnace process, is blown into the furnace. The hot air passing through it reaches 1200 °C. Water circulates inside the tuyeres in order to withstand this temperature. In order to increase the cooling efficiency of the circulating water, copper with high thermal conductivity is preferred in tuyère construction. Due to the circulating water inside, the smallest hole, crack, etc. in the tuyeres. Occurs, the water enters the blast furnace. This situation cools the mine in the furnace and if it is not intervened, it leads to the events leading to the freezing of the furnace.

For this reason, in the event of a water leak that may occur in the tuyere, it should be replaced with a new tuyere as soon as possible. At this point, tuyre durability and longevity are of great importance. Extending the tuyere life means preventing production losses. A lot of improvement work has been done and continues to be done in order to prolong the life of Tuyere. These studies are carried out in the form of changing the design of the tuyere and/or the physical properties of the water passing through it. In this study, the tuyere performance of the Kardemir 5th blast furnace was examined and it was aimed to obtain longer-lasting efficiency by examining the improvement studies.