Elektro curuf ergitme yöntemiyle ferrobor üretimi ve optimizasyonu
Production of ferroboron by electroslag remelting process and optimization of the production
Yazar: İBRAHİM GÖKHAN GÜNDÜZ
Danışman: PROF. DR. AHMET EKERİM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Demir-bor alaşımı olan ferrobor üretimi için iki temel üretim yöntemi bulunmaktadır. Bunlar; karbotermik yöntem ve alüminotermik yöntemdir. Karbotermik yöntemde ürün karbon, alüminotermik yöntemde ise alüminyum içerir. Bu nedenle ferroborun kullanım alananına bağlı olarak üretim yöntemi seçilmektedir. Ancak redükleyici alüminyumun yüksek maliyeti alüminotermik yöntemin üretim maliyetini arttırmaktadır. 
Elektro curuf ergitme prosesi yüksek kaliteli malzeme üretimi için kullanılan gelişmiş bir yöntemdir. Yöntemde kullanılan rafinasyon tekniği ve hızlı katılaşma sayesinde üstün özelliklere sahip malzeme üretilir. Üretilen malzemeler havacılık ve nükleer sanayi gibi önemli alanlarda kullanılır. ESR prosesi pek çok bilim alanını ilgilendiren kompleks bir prosestir. İstenen kalitede ürün elde etmek için her bir işlem parametresinin hassas kontrolü gerekmektedir.
Bu çalışma, ferroborun yüksek kalite ve düşük maliyetle üretilebilirliğini sağlamak amacıyla ESR prosesinin avantajlarından faydalanmayı hedeflemiştir. ESR yönteminin sağlayacağı faydalar şu şekilde özetlenebilir: elektrik enerjisinin etkin kullanımı, reaksiyonların sınırlı bir alanda gerçekleşmesi, demir cevheri için harcanan redükleyiciye gerek duyulmaması, ESR curuflarının doğal olarak CaO içermesi sebebiyle kolemanit cevherinin yöntemde kullanılabilmesi ve bunların getireceği maliyet düşüşü. Bu amaçla çalışma kapsamında ESR yöntemi ferrobor üretimi için uygun hale getirilmiş ve yeniden tasarlanan proses yapılan ergitme deneyleriyle kontrol edilmiştir. Yapılan deneyler neticesinde ticari alaşım değeri taşıyan % 15,23 B ve % 1,19 Al içeren ferrobor ve % 18,39 B ve % 5,44 Al içeren ferrobor üretilmiştir. Tüketilir elektrot kullanımı sayesinde ESR prosesinde alüminyumun demir cevherini indirgemek için kullanılmaması, Al tüketimini 3,37 g/g B değerine kadar düşürmüştür. Elde edilen sonuçlar, ESR prosesinde yapılan değişiklerle prosesin ferrobor üretimine uygun hale geldiğini göstermektedir. Proseste elde edilen ürün bileşimi proses parametrelerinde yapılacak değişikliklerle geliştirilebilir.
ESR prosesinin ferrobor üretimine uyarlanmasıyla, üretim esnasında kontrol edilmesi gereken işlem parametreleri artmıştır. Redüksiyon reaksiyonları, şarj/elektrot ergitme hızı oranı yeni proses parametreleri olarak eklenmiştir.

Abstract:
There are two basic production methods for production of ferroboron, which is an iron-boron alloy. These; carbothermic method and aluminothermic method. The product of carbothermic method contains carbon, The product of alüminothermic method contains aluminium. Therefore, production method is selected depending on the usage area of ferroboron. However, the high cost of reductant aluminium increases the production cost of the aluminothermic method.
Electroslag remelting process is an advanced technology which is used for production of high quality materials. Materials with superior properties is produced due to the refining technique and rapid solidification which is used in the method. The materials, which is produced, are used in important areas such as aircraft and nuclear industry. The ESR process is a complex process that includes many fields of science. Precise control of each process parameter is required to obtain the product at the desired quality.
This study aims to benefit from the advantages of the ESR process to ensure high quality and low cost of ferroboron production. The benefits of the ESR method can be summarized as follows: efficient use of electrical energy, occurrence of reactions in a limited zone, no reducing agent for iron ore reduction, colemanite ore can be used in the process due to ESR slags naturally contains CaO content and the cost reduction accompanied with these advantages. 
For this purpose, the ESR method was optimized for ferroboron production and the redesigned process was controlled by melting experiments. As a result of the experiments, products which have commercial alloy value were produced ferroboron containing 15.23% B and 1.19% Al and ferroboron containing 18.39% B and 5.44% Al. Due to the use of consumed electrodes, the fact that aluminum was not used to reduce iron ore in the ESR process reduced the consumption of Al to 3.37 g/g B.
The results show that ESR process has become suitable for ferroboron production due to applied alterations. The composition of the obtained product in the process can be improved by the optimization of the process parameters.
By adapting the ESR process to ferroboron production, the process parameters that requir to be control during production have increased. Reduction reactions, charge/electrode melting rate ratio are added as new process parameters.