Küresel grafitli dökme demir üretiminde oksijen aktivitesinin önemi

Küresel grafitli dökme demir üretiminde uygulanan magnezyum işlemini, sıvı içinde bulunan oksijen ve kükürt seviyelerini belli bir değerin altına düşürmek amacıyla yapıyoruz. Magnezyum, hem oksijen ve kükürtle kolay tepkimeye girebilen bir element olması, hem de demirle birleşip, kırılgan doğaya sahip herhangi bir intermetalik faz ortaya çıkartmaması nedeniyle, bu işlemin gerçekleştirilmesi için ideal bir element olarak karışımıza çıkıyor. Bu avantajlarına ek olarak, yüksek denge buhar basıncı nedeniyle sıvı içinde bir kaynama etkisi yaratarak, karıştırmaya ya da başka bir müdahaleye gerek kalmadan, tüm sıvının işlemden geçmesine de olanak sağlıyor. Magnezyumun sahip olduğu bu yüksek denge buhar basıncının olumsuz tarafı ise, magnezyumun kısa sürede buharlaşıp metalden ayrılma eğiliminde olması. Magnezyumun bu özelliği nedeniyle, işlem sonrasında uzun bir süre beklemeden dökümün yapılması gerekiyor.

Bazı kaynaklarda, küresel grafitli dökme demir üretiminde yapılan magnezyum işleminin amacı sadece kükürt giderme olarak tarif ediliyor. Bu çok doğru bir bakış açısı değil. Bunun nedeni, işlem sırasında oluşan oksitin (MgO) oluşum serbest enerjisinin, sülfite (MgS) kıyasla daha düşük olması. Yani oluşum enerjileri arasındaki bu fark nedeniyle, sıvıya magnezyum eklendiğinde öncelikli olarak oksit (MgO), daha sonra sülfit (MgS) bileşiklerinin oluşması. Diğer bir deyişle, önce oksijeni belli bir seviyenin altına çekmeden, kükürtü giderebilmemiz mümkün olmuyor.

Durum böyle olunca, sıvı içinde ne kadar oksijen olduğunu bilmemizin ne kadar önemli olduğu kendiliğinden ortaya çıkmış oluyor. Eklenmesi gereken doğru magnezyum seviyesinin tespiti için sadece spektrometreden okunan kükürt değerlerine bakılması, bu nedenle doğru değil. Çünkü kükürtü istenilen seviyeye indirmek için, ilk olarak giderilmesi gereken oksijen miktarını bilmemiz gerekiyor.

Sıvı içindeki oksijen miktarını bilmeden yapılan işlemlerde, dökümhanelerin genellikle işi garantiye almak adında magnezyum seviyesini gereken değerin üzerinde tuttuklarını görüyoruz. Bunun sonucu olarak özellikle büyük parçalarda dross problemi, ince kesitlerde karbür oluşumu ve mikroçekinti kaçınılmaz olarak dökümcülerin başını ağrıtıyor.

Magnezyum seviyesini işlem sonrasında yapılan spektrometre analiziyle teyit etmek de, dökümcüleri hataya sürükleyebilen etkenlerden bir diğeri. Çünkü spektrometre analizi, numunedeki toplam magnezyum miktarını veriyor (Mg + MgO + MgS + MgN). Dökümcüler oksijen aktivitesi ve magnezyum miktarı arasında ters bir ilişki olduğunu düşünerek, oksijen seviyesinin düşürülmüş olması için, magnezyumun beli bir değerin üzerinde olmasının yeterli olacağını düşünebiliyorlar. Bu kısmen doğru olsa da, burada bahsi geçen magnezyumun sıvı içinde çözünen magnezyum olduğunu, spektrometre analizinin ise toplam magnezyumu verdiğini unutmamakta fayda var.

Kaynaklar ve ek bilgiler

İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.

Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)