Evaluation of laser-based oxide removal as an alternative to acid pickling in continuous flat steel processing lines: energy consumption and green transition perspective
Sürekli yassı çelik işleme hatlarında asitle temizlemeye alternatif olarak lazer tabanlı oksit gideriminin değerlendirilmesi: enerji tüketimi ve yeşil dönüşüm perspektifi
- Tez No: 1019732
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İREM NUR GAMZE ÖZBİLGİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çelik endüstrisinin karbonsuzlaşma hedefleri, enerji yoğun ve çevreye zararlı geleneksel hidroklorik asit dekapaj işlemlerine sürdürülebilir alternatifler bulunmasını zorunlu kılmaktadır. Lazer tabanlı tufal giderme teknolojisi, kimyasal içermeyen yenilikçi bir yüzey hazırlama yöntemi olarak öne çıkmaktadır; ancak sıcak haddelenmiş yassı çelikler için endüstriyel ölçekte entegrasyonu, oksit tabakasının karmaşık, çok katmanlı yapısı (wüstit, manyetit ve hematit) ve kapsamlı ekonomik fizibilite çalışmalarının eksikliği nedeniyle henüz sınırlıdır. Bu tez, sıcak haddelenmiş yassı çeliklerin temizlenmesinde 1070 nm fiber lazer kullanımının uygulanabilirliğini ve operasyonel verimliliğini sistematik olarak incelemektedir. Çalışma; tufal tabakasının kalınlık varyasyonu analizini ve elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) ile faz dağılımının haritalandırılmasını içeren mikroyapısal ve morfolojik karakterizasyon ile başlayan çok aşamalı bir metodoloji benimsemektedir. Ardından, faza bağlı optik soğurma özelliklerini belirlemek ve optimum lazer etkileşimi için temel oluşturmak amacıyla UV-Vis-NIR absorpsiyon spektroskopisi kullanılmıştır. Ablasyon verimliliğini değerlendirmek, faz dönüşümlerini izlemek ve optimum operasyonel parametre penceresini tanımlamak için hem sürekli dalga (CW) hem de darbeli (PW) lazer modlarında kapsamlı deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Son olarak, elde edilen lazer temizleme hızları enerji tüketim metrikleriyle ilişkilendirilerek, geleneksel sürekli dekapaj hatlarına (CPL) kıyasla endüstriyel bir fizibilite ve maliyet analizi gerçekleştirilmiştir. Ek olarak, yüzey bütünlüğü analizleri lazer temizlemenin daha yüksek yüzey pürüzlülüğüne, yüzeye yakın bölgede mikroyapısal değişime ve lokal sertlik artışına neden olabileceğini göstermiştir. Bu bulgular, özellikle sonraki aşamada soğuk haddeleme işlemine tabi tutulacak ürünler için, endüstriyel uygulama öncesinde lazer parametrelerinin daha ileri düzeyde optimize edilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Nihayetinde bu çalışma, lazerle tufal temizleme teknolojisinin modern ve yüksek hızlı çelik üretim hatlarına entegrasyonu için sağlam bir bilimsel ve ekonomik zemin oluşturmayı ve sektörün yeşil dönüşümüne katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The steel industry's transition towards decarbonization necessitates sustainable alternatives to conventional, energy-intensive, and environmentally hazardous hydrochloric acid pickling processes. Laser-based descaling has emerged as a promising chemical-free surface preparation technology; however, its industrial-scale integration for hot-rolled flat steels is hindered by the complex, multi-layered nature of oxide layer (wüstite, magnetite, and hematite) and a lack of comprehensive economic feasibility studies. This thesis systematically investigates the feasibility and operational efficiency of employing a 1070 nm fiber laser for descaling hot-rolled flat steels. The study employs a multi-stage methodology, beginning with the microstructural and morphological characterization of the oxide layer, including thickness variation analysis and phase distribution mapping via Electron Backscatter Diffraction (EBSD). Subsequently, UV-Vis-NIR absorption spectroscopy is utilized to determine the phase-dependent optical absorption characteristics, providing a scientific basis for optimal laser interaction. A rigorous parametric experimental study is then conducted using both Continuous-Wave (CW) and Pulsed-Wave (PW) laser modes to evaluate ablation efficiency, monitor phase transformations, and define the optimal operational window. Finally, the research correlates the achieved laser cleaning speeds with energy consumption metrics to perform a comparative industrial feasibility analysis against conventional Continuous Pickling Lines (CPL). Additionally, comparative surface integrity analyses revealed that the selected laser-cleaning parameters resulted in higher surface roughness, a laser-affected near-surface region of approximately 10–22 µm, and localized hardness increase compared with conventional pickling, highlighting the need for further parameter optimization, particularly for products subjected to subsequent cold rolling. Ultimately, this study aims to provide a robust scientific and economic foundation for the implementation of laser descaling technology in modern, high-speed steel production lines, contributing significantly to the industry's green transition initiatives.
Benzer Tezler
- Gemi dizel motorlarından kaynaklanan emisyonların kontrolü ve SCR teknolojisi
Marine diesel engines egzost emissions control and SCR technology
MURAT OKŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET BAYÜLKEN
- Tam elektrikli araçlarda pil yangınları ve etkin söndürme sistemlerinin incelenmesi
An investigation of battery fires in fully electric vehicles and effective suppression systems
ONUR MAMMACIOĞLU
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN COŞKUN
- Yüksek manganlı çeliklerde kaynak sonrası uygulanan ısıl işlem rejiminin kaynak özelliklerine olan etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of post-weld heat treatment regime on weld properties of high manganese steels
SELİM TOPCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UYSAL
DOÇ. DR. UĞUR GÜROL
- Electrochemical evaluations of TiO2 nano films for advanced engineering applications
Başlık çevirisi yok
RAWANA YAGAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. BAHAR BASIM
- Smear tabakasının varlığı ve yokluğunda çeşitli kök kanalı dolgu maddelerinin dentine tutunması
Başlık çevirisi yok
JALE DÜLGER
Doktora
Türkçe
1993
Diş Hekimliğiİstanbul ÜniversitesiDiş Hastalıkları ve Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. GÜNDÜZ BAYIRLI