Geri Dön

Kord teli uygulamalarına yönelik çeliklerin üretim ve sürekli döküm proses parametrelerinin optimizasyonu

Optimization of production and continuous casting process parameters of steels for cord wire applications

  1. Tez No: 910475
  2. Yazar: İLKER AYÇİÇEK
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 139

Özet

Çelik üretimi her geçen yıl artarak devam etmekteyken, temiz çelik üretimine olan ihtiyaç günden güne artmaktadır. Yüksek saflıkta çelik üretiminin bir gereksinim olduğu kord teli çeliklerinden bir olan tire cord çeliklerinin üretimi de bu sınıfa girmektedir. Üretimi yapılan ve kullanımda olan her aracın lastiğinde lastik takviye teli olarak kullanılan tire cord çelikleri lastiklerde kullanılan kauçuk malzemenin dayanımını artırarak servis ömrünün uzamasını sağlamak ile birlikte güvenlik açısından önemli bir göreve sahiptir. Tire cord çeliklerinin üretimi için izlenen rota çelik üretim sürecinden sonra sürekli döküm süreci ile devam etmek olup, kütük hammaddesinin el edilmesi eldesinden sonra, kütükten kangal üretimi ile devam etmektedir. Çelik kangallar genellikle 5,5 mm çapında tire cord çeliklerinin ana hammaddesini olup, tire cord çeliklerinin prosesine girdi rolü oynamaktadır. Kangalların 5,5 mm çapı 0,15 mm çapına kadar indirilerek yaklaşık % 99,95'lik bir redüksiyon oranı ile tel çekme prosesinden geçmektedir. Yüksek redüksiyon oranı ile yapılan üretim tire cord çeliklerinin yüksek saflıkta bir çelik olmasını gerektirmektedir. Yüksek saflıkta çelik üretimi sıvı çelik üretimi ile başlayıp, sürekli döküm prosesinin optimizasyonu ile devam etmektedir. Çalışmanın yürütüldüğü İsdemir, Türkiye'nin tek uzun ve yassı ürünün yüksek fırın, kükürt giderme tesisi, bazik oksijen fırını, pota metalürji ve sürekli döküm tesisleri rotasında üretim yapan tesisidir. Üretim tesisinde dört yüksek fırın, dört kükürt giderme tesisi, üç bazik oksijen fırını, ikiz pota fırınları ve iki eş değer kütük sürekli döküm tesisi bulunmaktadır. İşletmede yüksek fırınlardan gelen sıvı ham demir %4-4,5 karbon içeriğine sahip olup, ilk olarak kükürt değerinin düşürülmesi amacı ile kükürt giderme tesislerinde işlem görmektedir. Kükürt giderme tesislerinde kalite ihtiyaçlarına ve kullanım alanına göre önceden belirlenmiş olan kükürt değerine göre kükürt giderme işlemleri yapılmaktadır. Kükürt giderme işlemleri sıvı ham demirin sıcaklığı, kükürt değeri gibi proses parametrelerinin girdi olarak alınması ile kriyolitli magnezyum ve kireç ile sıvı ham demir üzerine lanslar içerisinden azot yardımı ile üflenmektedir. Sıvı ham demir içerisindeki kükürt ile reaksiyona giren kalsiyum ve magnezyumun kükürtlü bileşikleri sıvı ham demir üzerinden çekilerek proses tamamlanmaktadır. Kükürt değeri düşürülmüş olan sıvı ham demir, toplam şarjın %15-20'lik kısmı hurda olacak şekilde bazik oksijen fırınlarına şarj edilir. Bazik oksijen fırınlarında sıvı ham demir ve hurda banyosu üzerine yüksek saflıkta oksijen üflenerek banyondaki karbon %0,04 seviyesine indirilir. Elde edilen sıvı ham çelik potalara alınırken, alaşımlama işlemleri ve deoksidasyon işlemi başlamaktadır. İkincil metalürjik işlemlerinin tamamlanması için pota metalürji istasyonlarına giden sıvı çelik pota metalürji istasyonlarında alaşımlama, kükürt giderme, döküm sıcaklığının ayarlanması ve çelik temizliğine yönelik işlemlerin tamamlanmasından sonra, döküm katılaştırma işlemi için sürekli döküm makinasına gönderilir. Kütük sürekli döküm makinasında birincil soğutma, ikincil soğutma işlemlerinin ardından kütük üretimi tamamlanır. Çelik kord teli kullanım alanlarından olan tire cord üretimi sıvı çelik prosesi ve sürekli döküm proseslerinde dikkat edilmesi gereken hususları barındıran bir çelik türüdür. Özellikle nihai prosesde yüksek redüksiyona uğraması ve düşük çaplara inilmesi bu çeliği daha hassas kılmaktadır. Bu nedenle, entegre demir çelik üretim tesislerinde kükürt giderme istasyonunda veya torpidoda düşük kükürt seviyelerine inilmesi gereken bir proses ile üretim başlamaktadır. Hurdadan üretim yapılan elektik ark ocaklarında ise direk yüksek saflıkta bir diğer ifade ile düşük empürite içeriğine sahip hurda ile üretim başlar. Entegre üretim tesislerinde kükürdü gidermiş sıvı ham demir, düşük empürite içeriğine sahip hurda ile birlikte bazik oksijen fırınına şarj edilir. Sıvı ham demir ve hurda karışımı içeren banyonun sıvı ham çeliğe dönüşmesi ile birlikte birincil çelik üretim süreci tamamlanır. İkincil çelik üretim sürecinde pota metalürji ve/veya pota metalürjisi ve vakum süreci ile proses devam eder. İkincil metalürji süreci tire cord üretimi için kritik proseslerden biridir. Tire cord nihai ürün prosesinde en fazla kopma yaşanan kusurların başında deforme olmayan inklüzyonlar gelmektedir. Bu inklüzyonlar alümina bazlı inklüzyonlar olup, çekme prosesi sırasında matris ile birlikte uzamayan ve üründe kopmaya neden olan inklüzyonlardır. Bu inklüzyonların çelik içerisinde oluşmaması için inklüzyon kimyası özenle ayarlanmalıdır. Deforme olabilen inklüzyonların çelik içerisinde kalması tire cord çelik üretimi için olmazsa olmaz bir gerekliliktir. Bu gerekliliğin sağlanması adına ikincil metalürjik işlemler devam ederken, çelik kimyasal kompozisyonu ve curuf bileşimi dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır. Özellikle çelik içerisinde bulunan toplam alüminyum değerinin 30 ppm altında olması gerekmektedir. Curuf içeriği için ise en önemli maddeler curuf bazikliği ve curuf alümina değeridir. Curuf içerisinde alümina değerinin %20 altında kalması önerilirken, bu değerin %10 altına inmesi deforme olabilen inklüzyonların çelik içerisinde oluşması için önemli bir kriterdir. Curuf bazikliği hesaplanırken, CaO/SiO2 oranı dikkate alınmaktadır. Bu değerin düşük olması tercih edilmektedir. Fakat klasik çelik üretim metodu bazik curuf ile üretim olduğundan istenilen çok düşük baziklik seviyelerine inilmesi endüstriyel açıdan çok kolay değildir. Ek olarak Mg bazlı refrakteri olan potalarda aşınma ve delinme riski barındırmaktadır. Hatta bu nedenle curuf içerisinde %8 değerine kadar MgO olması pota refrakteri açısından istenen bir özelliktir. Bu kapsamda değerlendirildiğinde baziklik değerinin 0,8-1,6 değeri arasında kalması istenmektedir. İkincil metalürjik işlemler kapsamında tire cord üretiminde özelikle deforme olmayan inklüzyonların çekirdeklenip büyümemesi için kalsiyum modifikasyonu işlemi yapılmamaktadır. Dolayısıyla nihai yüzdürme bu çeliklerin üretimi için kritik bir öneme sahiptir. Son yüzdürme işleminde inklüzyonların curufa alınması için yumuşak bir yüzdürme yapılması tavsiye edilirken, curufun da kırılmaması önem arz etmektedir. Curufun kırılmamasının istenmesi reoksidasyonu önlemek amacıyladır. Çelik temizliğine yönelik işlemlerin yapılması sırasında curuf kırılırsa, reoksidasyon sonucu makro inklüzyonların oluşması kaçınılmazdır. Çelik üretim prosesi sonrasında sürekli döküm prosesi kritik bir diğer prosestir. Potadan tandişe aratüp vasıtası ile tandişe aktarılan çeliğin reoksidasyonu önlenmektedir. Tandiş metalürjisi kapsamında tandişin üzeri tandiş örtü tozu ile kaplanmalıdır. Tandiş örtü tozunun içeriği MgO-SiO2 karışımı olması tercih edilmektedir. Tandişten kalıba çelik aktarılırken nozullar vasıtası ile aktarılmalıdır. Daldırma nozullarının kullanılmasının nedeni reoksidasyonu önlemektedir. Sürekli döküm prosesinde fiziksel bir olgu olarak kütük iç yapısında segregasyon kusuru oluşmaktadır. Çelik içerisindeki elementlerin sıvı demir ile katı demir içerisindeki çözünürlük farkından dolayı oluşan segregasyon, nihai üründe merkezde tane sırını sementit fazı olarak kendini göstermektedir. Dolayısıyla bu ürünlerin üretiminde kütük sürekli dökümde merkez segregasyonu minimize etmektek gerekmektedir. Bu nedenle tire cord kalitelerinin üretiminde düşük döküm hızı, düşük döküm sıcaklığı, elektro manyetik karıştırıcı kullanımı veya katılaşmanın son bölümünde yumuşak ezme uygulamaları kullanılmaktadır. Ek olarak ikincil soğutmanın optimize edilmesi de ürün kalitesi açısından faydalı olacaktır. Tezin ilk bölümünde İsdemir çelik üretim tesislerinde sıvı çelik üretim prosesinin optimizasyonu sağlanmıştır. Sıvı çelik prosesinde %0,70-0,74 karbon aralığına sahip tire cord çelik üretimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan çelik üretiminde düşük kükürt değeri, düşük fosfor değeri, düşük empürite değeri, düşük alüminyum değeri ve pota metalürji curufunun düşük baziklik değerinde olması hedeflenmiştir. Deneyler kapsamında tek tandişte üç döküm yapılmıştır. Yapılan dökümlerde düşük kükürt değerlerinin (

Özet (Çeviri)

Steel production continues to increase each year, and the demand for clean steel production is growing steadily. The production of tire cord steel, which is one of the cord steel types required for high-purity steel production, falls into this category. Tire cord steels, used as tire reinforcement wires in the tires of every vehicle produced and in use, play a crucial role in increasing the strength of the rubber material used in tires, extending the service life, and ensuring safety. The production of tire cord steel typically begins with the continuous casting process after the steel production process, usually starting with obtaining the billet raw material. It then continues with wire rod production. Steel wire rods produced with a diameter of 5.5 mm serve as the main raw material for the tire cord steel production process, contributing to the process by undergoing a wire drawing process with a reduction rate of approximately 99.95%, reducing the diameter to as small as 0.15 mm. The high reduction rate in production requires tire cord steels to be of high purity. The production of high-purity steel starts with liquid steel production and continues with the optimization of the continuous casting process. The studies presented here were conducted at İsdemir facilities. İsdemir is the only facility in Turkey that produces long and flat products along the route of blast furnace, sulfur removal plant, basic oxygen furnace, ladle metallurgy, and continuous casting facilities. İsdemir has four blast furnaces, four sulfur removal plants, three basic oxygen furnaces, twin ladle furnaces, and two equivalent billet continuous casting facilities. Liquid pig iron from the blast furnaces at İsdemir has a carbon content of 4-4.5%, and it undergoes processing in sulfur removal plants initially to reduce sulfur values. In the sulfur removal plants, sulfur removal processes are carried out based on the predetermined sulfur values according to quality requirements and usage. The sulfur removal process involves blowing nitrogen through lances onto liquid pig iron using cryolite-magnesium and lime. The sulfur compounds of calcium and magnesium reacting with sulfur in liquid pig iron are drawn off, completing the process. The liquid pig iron with reduced sulfur values, accounting for 15-20% of the total charge and including scrap, is charged into the basic oxygen furnaces. In the basic oxygen furnaces, high-purity oxygen is blown onto the liquid pig iron and scrap bath to reduce the carbon content to around 0.04%. The obtained liquid raw steel is transferred to ladle metallurgy stations for alloying and deoxidation processes. After completing the processes related to alloying, sulfur removal, adjusting the casting temperature, and steel cleanliness, the steel is sent to the continuous casting machine for the solidification process. Steel cord wire, used in tire cord production, is a type of steel that requires attention in the liquid steel and continuous casting processes. The fact that it undergoes high reduction in the final process and is reduced to small diameters makes this steel more delicate. Therefore, the production process begins with a process to reduce sulfur levels in the sulfur removal station or torpedo in integrated iron and steel production facilities. In electric arc furnaces where production is made from scrap, another method is used, starting with high-purity production, in other words, production with low impurity content. In integrated production facilities, sulfur-removed liquid pig iron, together with scrap with low impurity content, is charged into the basic oxygen furnace. As the bath containing liquid pig iron and scrap transforms into liquid raw steel, the primary steel production process is completed. In the secondary steel production process, the process continues with ladle metallurgy and/or ladle metallurgy and vacuum processes. The secondary metallurgy process is a critical process for tire cord production. In the final product process of tire cord, one of the most common defects is the presence of non-deforming inclusions. These inclusions are aluminum-based inclusions that do not elongate with the matrix during the drawing process and cause breakage in the product. In order to prevent the formation of these inclusions in steel, the inclusion chemistry must be carefully adjusted. For the inclusion chemistry to avoid deformable inclusions remaining in the steel, secondary metallurgical processes must carefully adjust the steel's chemical composition and slag composition. In particular, the total aluminum value in the steel should be below 30 ppm. For slag content, the most important factors are slag basicity and slag alumina value. While it is recommended that the alumina value in the slag should be below 20%, a decrease below 10% is an important criterion for deformable inclusions to form in the steel. When calculating slag basicity, the CaO/SiO2 ratio is considered. A low value is preferred. However, achieving very low basicity levels is not easy industrially because traditional steel production involves production with basic slag. In addition, pot walls with Mg-based refractory pose a risk of wear and perforation. Therefore, having up to 8% MgO in the slag is a desirable feature for pot refractory. In this context, it is desired that the basicity value remains between 0.8 and 1.6. During secondary metallurgical processes for tire cord production, especially to prevent the coreless inclusion from nucleating and growing, calcium modification is not performed. Therefore, the final tundish is critically important for the production of these steels. In the last tundish operation, it is recommended to perform a gentle skim to incorporate inclusions into the slag, while also ensuring that the slag does not break. The desire for the slag not to break is to prevent reoxidation. If the slag breaks during the steel cleaning process, macro inclusions are inevitably formed due to reoxidation. After the steel production process, the continuous casting process is another critical process. The reoxidation of the steel transferred from the ladle to the tundish is prevented by tapping from the ladle to the tundish through a ladle nozzle and a shroud. In the context of tundish metallurgy, the top of the tundish should be covered with tundish cover powder. It is preferred that the tundish cover powder contains a mixture of MgO-SiO2. When transferring steel from the tundish to the mold, it should be done through nozzles. The use of immersion nozzles is to prevent reoxidation. In the continuous casting process, a physical phenomenon of segregation defects occurs in the internal structure of the billet. Segregation, caused by the difference in solubility of elements in liquid iron and solid iron due to the difference in solubility, manifests itself as a central grain boundary in the final product as a cementite phase. Therefore, in the production of these products, it is necessary to minimize central segregation in the billet continuous casting. Therefore, low casting speed, low casting temperature, the use of electromagnetic stirrers, or soft bending applications at the end of solidification are used in the production of tire cord qualities. Additionally, optimizing secondary cooling will be beneficial for product quality. In the first part of the thesis, the liquid steel production process at İsdemir steel production facilities has been optimized. Tire cord steel production with a carbon range of 0.70-0.74% has been achieved in the liquid steel process. Low sulfur values, low phosphorus values, low impurity values, low aluminum values, and low basicity values of pot metallurgy slag were targeted in the steel production. Within the scope of the experiments, three casts were made in a single tundish. In the casting process, sulfur removal processes were carried out in sulfur removal plants to achieve low sulfur values (

Benzer Tezler

  1. Tez No

    645931

    Vokal kord nodülü olan çocuklar ile sağlıklı sese sahip çocukların ses özelliklerinin karşılaştırılması ve vokal kord nodülü olan çocuklarda farklı ses terapisi yöntemlerinin etkililiğinin incelenmesi

    Comparison of voice characteristics of children with vocal cord nodules and children with healthy voices and investigation of the effectiveness of different voice therapy techniques in children with vocal cord nodules

    MARAL YEŞİLYURT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Kulak Burun ve BoğazÜsküdar Üniversitesi

    Dil ve Konuşma Terapisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET KONROT KONROT

  2. Tez No

    494561

    Ses handikap indeksi 10 (vhı 10) ve sesle ilgili yaşam kalitesi (v-rqol) ölçeğinin Türkçe versiyonları arasındaki korelasyonun araştırılması

    Correlation of the Turkish versions of the voice handicap index 10 (vhi 10) and the voice-related quality of life (v-rqol) measure

    BERNA DENİZ KUNTMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kulak Burun ve BoğazEge Üniversitesi

    Kulak Burun Boğaz Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET FATİH ÖĞÜT

  3. Tez No

    450746

    20MnB4 özel alaşımlı çelik tel çubukların haddelenmesi esnasındaki soğuma hızının ve serme kafa sıcaklığının tufal yapısına etkisi

    Influence of cooling rate and laying head temperature on structure of scale during rolling of 20MnB4 special alloy steel wire rod

    ONUR MEYDAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA AKÇİL

  4. Tez No

    431914

    Disfonili hastalarda ses terapisi etkinliğinin beck depresyon envanteri (BDE) ile değerlendirilmesi

    Evaluation of voice therapy activation with beck depression inventory (BDİ) on dysphonia patients

    GİZEM ÖZÖNCÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kulak Burun ve BoğazEge Üniversitesi

    Kulak Burun Boğaz Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET FATİH ÖĞÜT

  5. Tez No

    664242

    Tavşanlarda vokal kordlara mesna enjeksiyonu sonrası mikroflep elevasyonunun değerlendirilmesi

    Evaluation of microflep elevation after mesna injection to vocal folds in rabbits

    OKAN ÖVÜNÇ

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Kulak Burun ve BoğazSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Kulak Burun Boğaz Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR YİĞİT

Geri Dön