Sfero üretiminde tel tretman uygulaması hakkında bir değerlendirme
Bu yazıda, sfero üretiminde kullanılan tel tretman yöntemi hakkında genel bir değerlendirme sunmaya çalışacağız. Avrupa’daki dökümhanelerde oldukça yaygın bir şekilde kullanılmasına rağmen, Türkiye’deki resme baktığımızda dökümhanelerin büyük oranda sandviç yöntemini tercih ettiklerini, bazılarının ise devirmeli pota olarak da adlandırdıkları konvertör işlemini kullandıklarını görüyoruz.
Bu yazıda tek taraflı bir bakış açısıyla Mg tel tretmanını öne çıkarmaya çalışmak yerine, konuyu eksi ve artılarıyla değerlendirip, bu işlemin hangi durumlarda avantaj sağladığı hakkında bir perspektif sunmaya çalışacağız. Lafı fazla uzatmadan başlayalım.
Tel tretmanının kısa tarihi
Tel tretmanının kökeni aslında çelikhanelere dayanıyor: İlk olarak 1950’li yıllarda, çelik üretiminde kullanılan çeşitli kükürt gidericilerin özlü tellerle sıvıya verilmeye başlandığını görüyoruz. İşlemin sunduğu kolaylık nedeniyle, dökümhanelerin de bir süre sonra bu teknolojiyi adapte etmek için çalışmaya başlamaları aslında sürpriz değil.
O zaman soralım: Çelikhanelerde kökeni 1950’li yıllara dayanan bu teknolojinin dökümhanelere geçişi neden 90’ların başına kadar uzamış olabilir? Bu sorunun akla gelen ilk muhtemel cevabı, küresel grafitli dökme demirin zaten bu yıllarda keşfedilmiş olması: Wikipedia’da sunulan bilgilere göre, magnezyum işlemi ile küresel grafitli dökme demir üretimi konusunda Amerika’da alınan ilk patentin tarihi 1949 senesine dayanıyor [1]. Bu yıllarda yeni keşfedilen bu malzemenin dünyaya yayılması da doğal olarak belli bir süre alıyor.
İkinci muhtemel neden ise, yatırım maliyeti. Birazdan bu konu üzerinde duracağız ama sandviç ya da açık pota gibi çok daha ekonomik yöntemler dururken, çelikhanelere kıyasla daha küçük işletmeler olan dökümhanelerin o yıllarda bu yatırımı yapmaktan neden kaçındıklarını anlayabiliyoruz.
Akla gelen son muhtemel neden ise, Mg işleminin hassas bir kontrol gerektiriyor olması. Tel verme hızını hem güvenilir bir şekile kontrol edebilen, hem de duruma göre değiştirebilen teknolojilerin dökümhaneleri ikna edebilecek konuma gelmesi biraz uzun zaman alıyor. Örneğin bu yöntemin ilk denenmeye başlandığı dönemlerde kullanılan tel sürücüler dakikada en fazla 20 metre tel verebilme becerisine sahipken, günümüzde bu değerin dakikada 60 metreye kadar çıkabildiğini görüyoruz. Bu da, özellikle büyük pota kullanan dökümhanelerde, işlem süresinin 3 kat hızlandığı anlamına geliyor.
Tel tretmanı ne gibi avantajlar sunuyor?
Bu işlemin akla gelen ilk önemli avantajı, otomasyona açık ve insan müdahelesini minimize edebilen bir yöntem olması. Bugün piyasada bulunan çeşitli sistemler, spektrometreden gelen kükürt değerini ya da termal analiz parametrelerini dikkate alarak verilecek tel miktarını ve hızını anında hesaplayabildiği için, insan hatasına fırsat vermeyecek şekilde bu sistemleri üretim sürecine entegre etmek mümkün olabiliyor. Ayrıca, tel verme makinası için yatırım yapan bir dökümhane, bu sistemi aşılama için de kullanabiliyor. Böylece potada yapılan aşılamanın da otomasyona açık bir hale getirilmesi mümkün olabiliyor.
Bu işlemin bir diğer avantajı da tekrarlanabilir sonuçlar üretebiliyor olması. Yukarıda da belirttiğimiz gibi, hedeflenen kalan Mg değerini tutturmak için verilmesi gereken tel miktarı hassas bir şekilde ayarlanabiliyor. Ayrıca işlemin sahip olduğu yüksek verim sayesinde, hedeflenen kalan Mg değeri, sandviç yöntemine kıyasla daha az Mg harcanarak elde edilebiliyor. Örneğin aşağıda gösterilen resimde, aynı oranda Mg kullanarak gerçekleştirilen tretmanlarda elde edilen sonuçların kıyaslaması gösteriliyor: (A) sandviç yöntemi, (B) tel tretman yöntemi [2]. Aynı oranda Mg kullanılmasına rağmen, tel tretmanın yüksek verimi sayesinde küreselliği daha yüksek bir yapı elde edilebildiğini görüyoruz.
Bu son nokta, maliyet hesabı konusunda tek taraflı düşünülmemesi gerektiği konusunda bize bir ipucu veriyor: Tel tretman sisteminin ilk yatırım maliyeti yüksek olmasına rağmen, tretman sırasında kullanılan küreselleştirici maliyetinin azalması nedeniyle, aslında uzun vadede ekonomik açıdan avantajlı bir duruma yol açıyor [2].
Bu yöntemin bir diğer avantajı da, tretman sırasında ortaya çıkan cürufun sandviç yöntemine kıyasla daha az olması. Cüruflaşma süresinin bazen dökümhaneler tarafından pek dikkate alınmadığını görüyoruz: Zaman zaman, Mg işlemi sonrasında cüruf oluşması tam anlamıyla sonlanmadan cüruf temizliği yapıldığı için, döküm ocaklarında cüruf birikmesi gerçekleşebiliyor. Tel tretmanında cüruf miktarı azaldığı için, bu yöntem potadaki metalin soğumasından endişe ederek cüruf temizliği konusunda aceleci davranan dökümhanelere kolaylık sağlayabiliyor. Ayrıca daha az Mg kullanılması, oluşan dross seviyesini de aşağı çekeceği için, bu işlemin özellikle kalın kesitli parçalar döken dökümhaneler için avantajlı olacağını söyleyebiliriz.
Tel tretman hangi durumlarda avantaj sağlamıyor?
Tel tretmanının bütün dökümhaneler için en ideal işlem olduğunu söylersek, elbette yanılmış oluruz. Sandviç yönteminin daha avantajlı olduğu ve tercih edilebileceği durumlar da var.
İlk olarak, tel tretmanın yatırım maliyetiyle başlayalım. Sadece potanın dibine FeSiMg alaşımını yerleştirmekten ibaret olan bir yöntemle kıyaslandığında, bu yöntemin özellikle küçük dökümhaneleri ekonomik açıdan zorlayacak bir yatırım olduğunu söylememiz lazım. Fakat yukarıda da belirttiğimiz gibi, uzun vadede tel kullanmanın ekonomik açıdan daha avantajlı göründüğünü tekrar vurgulayalım. Örneğin aynı oranda (%5) Mg içeren bir ferro alaşımla özlü telin fiyat performansı kıyaslandığında, tel tretmanın uzun vadede daha avantajlı bir sonuç ortaya çıkardığını Guzik’in [2] çalışmasında görebilirsiniz.
İkinci önemli nokta ise kullanılan potanın boyutları. Doğru bir tretman için, sıvı içine verilen telin pota dibine ulaştığında erimesi ve içindeki magnezyumun sıvıyla reaksiyona girmesi gerekiyor. Küçük pota kullanan dökümhanelerde, tel yavaşça verilmesine rağmen pota dibine ulaştığında erimezse, işler sarpa sarıyor: Telin pota dibinde topaklanıp, yukarıdan pota içine sürülen kısmın ilerlemesini engellediğini görüyoruz. Bu da, sürecin sağlıklı ilerlemesi açısından ciddi bir problem ortaya çıkartıyor. Ayrıca tretman sırasında oluşan cürufun taşmaması için, potanın üst kısmının en az %30, ideal olarak %50 oranında boş kalması gerekiyor. Bu sebeplerden dolayı Mg tretmanı için yarım tondan (500 kg) daha düşük kapasiteye sahip pota kullanan dökümhanelerde bu yöntemin kullanılması tavsiye edilmiyor.
İnce kesitlere sahip parçalar döken dökümhanelerde, tel işlemine geçildikten sonra çil probleminin başladığını görebiliyoruz. Sandviç yönteminde kullanılan ferro alaşımların yüksek oranda silisyum içeriyor olması, magnezyumun karbür yapıcı etkisini dengeleyerek ince kesitlerde çil oluşmasının önüne geçebiliyor. O nedenle bu yöntemi kullanarak sfero üretimi yaparken, silisyum ayarı için eklenmesi gereken ekstraların da dikkate alınması gerekiyor.
Sonuç
Sonuç olarak hangi yöntemin tercih edileceği, dökümhanelerin inisiyatifine ve üretim alışkanlıklarına kalmış bir durum. Tel tretman, süreç kontrolü ve otomasyon açısından önemli bir avantaj sunuyor. Fakat diğer taraftan sandviç ya da açık pota gibi yöntemler, pratik ve ucuz olmaları yanında, grafitleşmeyi desteklemeleri nedeniyle dökümhaneler tarafından tercih ediliyor. Yukarıda yaptığımız değerlendirmeler neticesinede, bu yöntemin özellikle ağır parçalar döken ve büyük potalar kullanan dökümhaneler için doğru bir seçim olacağı sonucuna varabiliriz. Fakat bir döküm hattı başında döküm yapan dökümhanelerin de, nispeten büyük ölçülerde (> 500 kg) pota kullandıkları sürece, bu yöntemi kullanmamaları için bir engel bulunmuyor.
Kaynaklar ve ek bilgiler
- Wikipedia: Ductile iron makalesi.
- E. Guzik. Analysis of quality and cost of FeSiMg treatment master alloy vs. cored wire in production of ductile cast iron. Archieves of Foundry Engineering. Vol 8 (2008) 45-48.
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.)
