Granül cüruf taşımada kullanılan boruların iç yüzeyinin aşınma özelliklerinin iyileştirilmesi
Improving the inner surface wear properties of the pipes using for handling of granulated blast furnace slag
Yazar: RECEP DEMİRSÖZ
Danışman: PROF. DR. REFİK POLAT
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sanayi tesislerindeki en büyük problemlerden biri ekipman ömürlerini doğrudan etkileyen aşınmalardır. Yüksek fırınlar gibi entegre tesislerde aşınmanın birçok türüne rastlanmakta olup bunlardan bir tanesi de erozif aşınmadır. Belirli partikül büyüklüklerine sahip malzemelerin taşınması esnasında genellikle aşınmanın bu türüne rastlanmaktadır. Yüksek fırın granüle cürufu, esasen atık olmakla birlikte ikincil bir üründür ve endüstrinin farklı dallarında kullanılmaktadır. Cürufun sıvı akışkan ortam içerisinde nakli sırasında, nakil ekipmanları sulu çamur erozyonuna maruz kalmaktadır. Sulu çamur erozyonu ise erozif aşınmanın en etkili türlerinden biridir. Yüksek erozyon oranı naklin gerçekleştirildiği malzemelerin ömrünü ciddi oranda kısaltmakta ve bakım-onarım maliyetlerini artırmaktadır.
Bu çalışmada, sulu çamur erozyonu aşınma deney düzeneği geliştirilmiş ve deneylerde yüksek fırın granüle cürufu kullanılarak St 37-2 referans standart boru malzemesi, Hardox 400, W2C-NiCrBSi kaplama ve AISI 440 C martenzitik paslanmaz çelik malzemelerinin üzerindeki aşındırıcılığı incelenmiştir. Yüksek fırın granüle cürufu ortalama 505 μm partikül büyüklüğünde elenmiş ve ağırlıkça % 10, % 20 ve % 30 değerlerinde cüruf içeren sulu çamur ortamı hazırlanmıştır. Deneyler 2 m/s ve 4 m/s çevresel hız değerlerinde ve partikül normal çarpma açısında (90°) gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu deneysel çalışmalarla belirli partikül büyüklüğünde hazırlanmış olan cürufun aşındırıcılığının partikül konsantrasyonu ve çarpma hızı (malzeme iletim hızı) ile doğrudan ilgili olduğu ve konsantrasyonun ve partikül çarpma hızının artmasıyla aşınmanın da arttığı tespit edilmiştir. Numune olarak kullanılan malzemelerin aşınma değerleri yüksekten düşüğe doğru sırasıyla St 37-2, Hardox 400, W2C-NiCrBSi kaplama malzemesi ve AISI 440 C martenzitik paslanmaz çelik olarak belirlenmiştir. Malzemelerin maliyet analizi yapılıp mukayese edilmiştir. Ayrıca aşınma mekanizmalarının anlaşılabilmesi için aşınmış yüzeylerin morfolojik yapıları SEM (Taramalı Elektron Mikroskopu) kullanılarak incelenmiştir.

Anahtar Sözcükler : Yüksek fırın, granüle cüruf, erozif aşınma, konsantrasyon, partikül çarpma hızı, St 37-2, Hardox 400, W2C-NiCrBSi, AISI 440 C

Abstract:
One of the biggest problems in industrial plants is wear that directly affects equipment life. In integrated plants such as blast furnaces, many types of wear are encountered, one of which is erosive wear. This type of wear is often encountered during the transport of materials with certain particle sizes. Granulated blast furnace slag, is essentially a waste but as a secondary product, be used in different branches of the industry. During the transfer of the slag into the liquid medium, the transport equipment is exposed to slurry erosion. Slurry erosion is one of the most effective types of erosive wear. The high amount of erosion seriously shortens the lifetime of the equipment where the transportation is carried out and increases the maintenance-repair costs.
In this study, slurry erosion wear test system was developed and the abrasivity of St 37-2 reference standard pipe material, Hardox 400, W2C-NiCrBSi coating material and AISI 440 C martensitic stainless steel materials were investigated in the experiments using blast furnace slag. The granulated blast furnace slag was sieved to an average particle size of 505 μm and slurry containing 10 %, 20 % and 30 % by weight of slag was prepared. The experiments were carried out at 2 m/s and 4 m/s peripheral speed values at the partical normal impact angle (90°). It has been determined by these experimental studies that the abrasivity of the slag prepared at a certain grain size is directly related to the concentration and the rotation speed (material conveyance speed) and that the wear is also increased by increasing the concentration and rotation speed. The wear values of the materials used as specimens are determined from high to low respectively as St 37-2, Hardox 400, W2C-NiCrBSi coating material and AISI 440 C martemsitic stainless material. Cost analysis of the materials has been made and compared. In addition, the morphological structures of the worn surfaces were examined using SEM (Scanning Electron Microscope) in order to understand the wear mechanisms.

Key Words : Blast furnace, granulated slug, erosive wear, concentration, particle impact angle, St 37-2, Hardox 400, W2C-NiCrBSi, AISI 440 C