Metalde Yüksek Oksijen Çözünmesi: Nedenleri ve Mekanizmaları

Metalde yüksek Oksijen çözünmesi için birkaç neden vardır:

1. Kristal Yapı ve Boşluklar: Metalin kristal yapısında boşluklar bulunabilir. Bu boşluklar, oksijen gibi küçük atomların çözünmesine izin verebilir. Özellikle sıcaklık arttıkça bu boşluklar genişleyebilir ve oksijen molekülleri daha fazla çözünebilir.
2. Difüzyon: Oksijen, metalin kristal yapıları içinde difüzyon yoluyla hareket edebilir. Bu, atomların boşluklardan veya taneler arasındaki sınırlardan geçerek çözünmesini sağlar.
3. Reaksiyonlar: Metal yüzeyindeki oksijen ile kimyasal reaksiyonlar sonucu oksit tabakaları oluşabilir. Bu oksit tabakaları, daha fazla oksijenin çözünmesine neden olabilir. Özellikle paslanmaz çelik gibi alaşımlarda görülen bir durumdur.
4. Sıcaklık: Genellikle sıcaklık arttıkça metaldeki oksijen çözünmesi de artar. Daha yüksek sıcaklıklarda atomlar daha hareketli olduğu için oksijen molekülleri daha kolay çözünebilir.
5. Alaşımın Kimyasal Bileşimi: Bazı metal alaşımları, doğal olarak yüksek miktarda oksijen çözebilecek kimyasal bileşimlere sahiptir. Bu durum, alaşımın içindeki elementlerin oksijenle etkileşimini etkileyebilir.

Bu faktörler, metal içinde yüksek miktarda oksijen çözünmesine katkıda bulunabilir. Ancak her metalin bu özellikleri farklılık gösterebilir ve çözünme miktarını etkileyen birden fazla faktör olabilir.

Metalde yüksek Oksijen çözünmesi hangi faktörlere bağlıdır?

1. Madendeki düşük Karbon veya Silis miktarı:Karbon ve silis, oksijene karşı yüksek afiniteye sahip elementlerdir. Bu elementlerin düşük miktarlarda bulunması, oksijenin metalde daha kolay çözünmesine yol açar. Çünkü karbon ve silis, oksijeni bağlayarak CO2 veya SiO2 gibi bileşikler oluşturur ve böylece serbest oksijen miktarını azaltır.
2. Cürufta yüksek FeO miktarı:Cüruftaki yüksek FeO (demir oksit) konsantrasyonu, metal-cüruf arayüzeyinde oksijen potansiyelini artırır. Bu durum, oksijenin metalik faza geçişini kolaylaştırır ve metalde çözünen oksijen miktarını artırır.
3. Bazik cüruf kompozisyonu (içeriği) ve düşük cüruf akışkanlığı:Bazik cüruflar (yüksek CaO içeriğine sahip) genellikle daha yüksek oksijen aktivitesine sahiptir. Bu, metale oksijen transferini artırabilir. Ayrıca, düşük cüruf akışkanlığı, metal-cüruf arayüzeyindeki reaksiyonları yavaşlatarak oksijen transferini etkileyebilir.
4. Yüksek sıcaklıktır:Sıcaklık arttıkça, çoğu metalin oksijeni çözme kapasitesi de artar. Yüksek sıcaklıklar, atom hareketliliğini artırır ve oksijen atomlarının metal kafesine daha kolay girmesini sağlar. Ayrıca, yüksek sıcaklıklar genellikle termodinamik olarak oksijen çözünmesini destekler.

Karbon kaynaması sıcaklık ve karbon miktarı yeterince yüksek olduğunda ve silis miktarı yeterince düşük olduğunda meydana gelir. Rafinasyon işlemi süresince banyodaki oksijen miktarı esas olarak karbon tarafından kontrol edilir ve oldukça düşüktür.

Karbon çok düşük olduğunda (yaklaşık %0,20 veya daha az) artık banyodaki oksijen miktarını kontrol etmekte etkin değildir. Bu durumda cüruf kompozisyonu yani muhteviyatı önemli faktör haline gelir. Bu durumda cüruftaki yüksek demir oksit miktarı sadece karbonu daha fazla düşürme eğilimi göstermez ve aynı zamanda metaldeki FeO miktarını da yükseltme eğilimi taşıyacaktır. Böylece düşük karbon nedeniyle metal içinde daha çok demir oksit gidecektir.

Elektrikli ocaklarda cüruftaki FeO miktarı oksit ilaveleriyle ayarlanabilir. Böylece FeO miktarını oksidasyon periyodu sonunda oldukça düşük seviyelere indirmek mümkün olur. Sadece cüruftaki FeO miktarı değil, cürufun diğer bileşenlerinin değişimi de elde edilen oksidasyon derecesini etkiler.

Eğer cüruftaki FeO miktarı sabit olarak alınırsa, cürufun belli bir FeO miktarı için, maden içindeki FeO miktarı gittikçe azalarak bazik asidik oranı 0,7 ye yaklaşır. İster asidik ister bazik cürufla olsun FeO miktarının kontrolü, cüruf kompozisyonu ayarlanırken en azından geçici olarak sağlanır.

Çelik ergitildiği zaman banyodan çatlaklara girer ve diğer ergitme sürecinde bir miktar banyoya geçebilir ve ergitmenin yapısını bozabilir.

Bazik magnezit astarlar, temel olarak yüksek sıcaklık ve korrozif cüruf sebebiyle çelik endüstrisinde kullanılırlar. Demir dökümhaneleri için kullanımları sınırlandırılmıştır.

Bazik astarla ergitmede FLUORSPAR ilave edilirse cürufun akışkanlığını etkileyerek oksijen dağılımını da etkiler.

Fluorspar ilave edilerek elde edilen ince ve akışkan cüruf, oksijeni yoğun bir cüruftan daha hızlı olarak taşır.

Diğer bir deyişle flourspar ilavesi reaksiyon hızını etkileyerek denge durumuna yaklaşma eğilimini arttırır.

Eğer Rafinasyon işleminin başlarında cürufun akışkanlığı az ise oksijeni biriktirir.

Eğer cüruf; sonradan sıcaklığı artırılarak veya FeO miktarı arttırılarak daha akışkan yapılırsa artık oksijen fazla miktarda banyo içine taşınabilir.

Metalin sıcaklığının yükselmesi banyonun oksijen miktarını yüksek oksijen seviyesine doğru değiştirir. Çünkü oksijenin çözünürlüğü sıcaklık arttıkça artar.

Dökümhanelerde yüksek oksijeni uzaklaştırmak için kullanılan yaygın yöntemler nelerdir?

Dökümhanelerde yüksek oksijeni uzaklaştırmak için kullanılan yaygın yöntemler, metal işlemede oksijen seviyelerini düşürmeyi ve oksit oluşumunu yönetmeyi amaçlayan çeşitli teknikleri içerir. Bu yöntemler metal bileşenlerin kalitesini ve bütünlüğünü sağlamak için çok önemlidir.

Yaygın yöntemlerden bazıları şunlardır:

• Lazer Temizleme: Lazer temizleme, alüminyum oksitleri yok ederek toz ve dumana dönüştüren bir işlemdir. Alüminyum yüzeylerdeki oksidasyonun giderilmesinde etkilidir.
• Asitleme (Kimyasal Temizleme): Kimyasal temizleme yöntemleri, metal yüzeylerdeki oksidasyonu gidermek için asit veya alkali çözeltilerin kullanılmasını içerir. Ancak sıkı bir şekilde gömülü oksitler veya kalın oksit katmanları için daha güçlü bileşikler içeren özel alüminyum temizleyicilere ihtiyaç duyulabilir.
• Koruyucu Kaplama: Şeffaf kaplamalar veya anotlama işlemleri gibi koruyucu kaplamaların uygulanması, korozyon direncini artırmaya ve oksidasyonu giderdikten sonra metal parçaların ömrünü uzatmaya yardımcı olabilir.
• Döner Gaz Giderme: Alüminyum döküm bağlamında, döner gaz giderme, dökümhaneler tarafından eriyikteki yabancı maddeleri uzaklaştırmak, daha temiz ve daha kaliteli metal sağlamak için kullanılan yaygın ve etkili bir yöntemdir. Bu işlem, erimiş alüminyumdan çözünmüş hidrojenin ve katı metalik olmayan kalıntıların çıkarılmasına yardımcı olarak döküm kalitesinin artırılmasına yardımcı olur.Bu yöntemler, oksijen seviyelerinin yönetilmesinde, oksit oluşumunun azaltılmasında ve dökümhane operasyonlarında metal ürünlerin kalitesinin sağlanmasında hayati bir rol oynar.