Genel olarak metalurji, metallerin cevherlerinden (veya geri dönüştürülmüş malzemelerden) çıkarıldığı ve metal üretimi ve rafinasyonunda kullanılmak üzere hazırlandığı süreçleri ifade eder. Pirometalurji, metalleri eritme yoluyla çıkarmak için aşırı yüksek ısının kullanıldığı, ardından ateşle arıtma ve muhtemelen dökümün yapıldığı süreçler için kullanılan terimdir. Alüminyum ekstraksiyonunda olduğu gibi bazı durumlarda, son adım olarak elektroliz (elektrometalurji) gereklidir.
Bu proseslerin tümü, genel olarak üç kategoriye ayrılan erimiş (sıvı) metaller için sıcaklık kontrolünü içerir:
- demir (ferrous)
- Çelik
- demir dışı (alüminyum, bakır, kurşun, nikel, kalay, titanyum ve çinkonun yanı sıra pirinç ve bronz gibi bakır alaşımları).
Ürün kalitesini ve tesis verimliliğini sağlamak için metal üretim ve geri dönüşüm tesislerinin, eriyik rafine edilip dökülebilmeden önce erimiş metali kesin sıcaklık sınırları içinde tutması gerekir. Bu, örneğin çeşitli proses sorunlarından kaçınmak için gereklidir: Çok düşük bir sıcaklık döküm sorunlarına yol açabilirken, çok yüksek sıcaklıklar ekstra enerji maliyetlerine neden olur. Bu nedenle erimiş metal sıcaklığı ölçümünün doğruluğu, tekrarlanabilirliği ve güvenilirliği pirometalurjinin önemli bir parçasıdır ve nihai ürünün kalitesini belirleyecektir.
Bu sayfada, egzotik termokupllar olarak da bilinen Kamet’in (ultra) yüksek sıcaklık termokupllarının metalürjik termometreler olarak nasıl kullanılabileceğine bakacağız. İşlevleri, büyük rafinerilerde veya üretim tesislerinde veya örneğin araştırma veya geri dönüşüm uygulamalarının bir parçası olarak eritme, rafine etme ve döküm işlemlerini izlemek ve kontrol etmektir.
Pirometalurji için en uygun yüksek sıcaklık termokuplları hangileridir?
Bunlar, dökümhaneler ve çelik tesisleri gibi erimiş metal uygulamalarında en yaygın olarak kullanılan termokupllardır:
| Tip | Pozitif Bacak | Negatif Bacak | Sıcaklık aralığı | Metalurjik uygulama |
| K Tipi | NiCr | Ni | -270 ila 1260°C | Bakır ve çeliğin biraz daha düşük erime noktasına uygundur. Ayrıca alüminyum eritme fırınlarının ve erimiş elektrolit banyolarının zorlu ortamına da dayanabilir. |
| N Tipi | NiCrSil | NiSil | -270°C ila 1260°C | Aşırı ısıya dayanır ve fırınların zorlu ortamlarında güvenilir ölçümler sağlar. Özellikle 900°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda mükemmel doğruluk ve termoelektrik kararlılık. |
| S Tipi | Pt10%Rh | Pt | 0°C ila 1450°C | Metal eritme ve döküm sırasında bekletme fırınlarındaki sıcaklıkları izler ve kontrol eder. Genellikle çelik, alüminyum ve çinko eritmeleri için kullanılır. Tip S, zorlu ortamlarda nispeten uzun süreli stabilite ve doğruluk sunar. Not: Sürekli çalışma için çıkış gerilimleri yalnızca yaklaşık 1300°C’ye kadar kararlıdır |
| R Tipi | Pt13%Rh | Pt | 0°C ila 1450°C | S tipine çok benzer, ancak daha yüksek rodyum yüzdesi nedeniyle biraz daha kararlıdır. S ve R termokuplları arasındaki önemli bir farkın, R tipinin S tipinden yaklaşık %12 daha yüksek bir sıcaklık gradyanına (seebeck katsayısı) sahip olmasıdır. |
Tam termokupl seçimi, özel uygulama ortamına, konumuna, ölçülecek sıcaklık aralığına ve dengeleme tellerinin seçimine bağlıdır. Termal ve mekanik stres faktörlerini de hesaba katmak önemlidir.
Erimiş metal içinde belirli bir noktayı ölçüyorsanız, daha küçük bir termokupl yeterli olabilir. Daha geniş bir kapsama alanı için daha büyük bir boyutu tercih edin. Ultra yüksek sıcaklık (egzotik) termokupllarımız çeşitli uzunluklarda, çaplarda ve konektörlerde mevcuttur. Farklı termokupl sınıfları yerel enstrümantasyon ve konfigürasyona uygundur.
Metal eritme fırınlarında termokupl konumu
Genel olarak, metal eritirken termokupl konumu için üç seçenek vardır. Her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.
- En temel tasarım, termokuplun fırın odasına, eritme potasının arkasına yerleştirildiği tasarımdır. Bu hızlı ısıtma süreleri sağlar, ancak dolaylı sıcaklık ölçümü nedeniyle enerji verimli olmama eğilimindedir ve genellikle gerekenden daha yüksek sıcaklıklar kullanılır.
- Termokuplun doğrudan erimiş metalin içine yerleştirilmesiyle çok daha doğru bir sıcaklık ölçümü gerçekleştirilir (daldırma termokupl). Bununla birlikte, böyle bir yerleştirmenin aşırı koşulları nedeniyle, termokuplun arıza yapma şansı daha yüksektir ve kılıflar yalnızca bir kez kullanılabildikleri için tek kullanımlık olarak kabul edilir.
- Termokupl ayrıca potanın duvarındaki bir cebin içine de yerleştirilebilir (bunun için özel olarak tasarlanmış bir pota gerekir). Bu, daldırma termokupl kadar hassas değildir, ancak daldırmaya kıyasla termokupl ömrünü uzatırken (2) fırın odasına yerleştirmekten (1) daha doğrudan bir ölçümdür.
Mümkün olduğunda, bu üç konumdan en az ikisinin kombinasyonu en doğru okumaları sunar. Bir termokupl arızalanırsa, diğeri için hala okumalar vardır.
Hangi (kombinasyon) pozisyon seçilirse seçilsin, termokupl ile ölçüm cihazı arasında uygun elektrik yalıtımı ve iyi bir bağlantı sağlanması çok önemlidir.
Pirometalurjide termokuplun korunması
Metalürjik uygulamalarda termokuplun korunması için uygun montajın dikkate alınması önemlidir: Erimiş metaller ve tuzlar korumasız sensörleri korozyona uğratır. Termokupllar ayrıca cüruf veya cüruf katmanlarının yanı sıra dumanlı kirli ortamdan da etkilenebilir. Doğru ve güvenilir bir ölçüm yapılmasını sağlarken daha hızlı tepki süresi (daha ince kılıf) ve daha fazla termokupl koruması (daha kalın duvar) arasında bir denge kurma zorluğu da vardır. Bu konuda bir seçim yapmak, termokuplun konumlandırılmasına ve montajına, ölçülen erimiş metalin türüne ve diğer çevresel faktörlere bağlıdır.
Lütfen pirometalurjide kullanılan daldırma termokupllar için sensörü eriyikten korumak için özel muhafazaların gerekli olduğunu unutmayın. Bu durum, sıçramaya maruz kalabilecek termokupllar için de geçerli olabilir. Bu amaçla Kamet aşağıdaki seçenekleri stoklamayı seçmiştir:
Nitrit bağlı silisyum karbür (çelik iç borusuz)
Bu termokupl muhafazası 1500°C’ye kadar demir içermeyen uygulamalar için uygundur. Mekanik aşınmanın az olduğu uygulamalarda, kullanım ömrü potansiyeli mükemmeldir ve bu da onları çok ekonomik bir seçim haline getirir. Yararlı özelliklerinden bazıları şunlardır:
- bir dizi boyut
- dayanıklı
- ön ısıtma gerekli değildir
- mükemmel erozyon direnci
- iyi yanıt süreleri
Silisyum karbür (iç çelik borulu)
1000°C’ye kadar pirinç ve alüminyum eritme fırınları için uygun olan silisyum karbür tüplerimiz, termokuplları sadece yüksek ısıdan ve dumandaki agresif kimyasallardan korumakla kalmaz. Ayrıca:
- yüksek grafit ve silisyum karbür içeriği (yaklaşık %90) sayesinde olağanüstü termal şok direnci sunar
- çatlamadan erimiş alüminyuma tekrar tekrar daldırmaya dayanabilir
- çeşitli çap ve uzunluklarda mevcuttur
- ek kaplama gerektirmez
Dökme demir
Seramik kaplamalı veya kaplamasız olarak temin edilebilen dökme demir termokupl koruma boruları, yüksek sıcaklıkların ve yüksek mekanik yüklerin olduğu ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu borular alüminyum, magnezyum ve çinko gibi metallerin eritildiği fırınlardaki uygulamalar için özel olarak formüle edilmiştir. Sağlam tasarımları, dayanıklılık ve sıcaklık direncinin gerekli olduğu diğer endüstriyel uygulamalar için de uygun olmalarını sağlar.
Sialon/Sylon
Bu bir seramik alaşımıdır ve metal endüstrilerinde, özellikle alüminyum, bakır ve pirinç için popüler ve köklü bir seçimdir. Bu malzeme ile yapılan termokupl koruma tüplerimiz bazı temel özelliklere sahiptir:
- mükemmel termal iletkenlik
- sıcaklık şokuna karşı yüksek direnç
- alüminyum eritme tesislerinde erozyon veya kimyasal reaksiyon yok
- daldırmanın yanı sıra dolaylı erimiş metal sıcaklık ölçümü için uygundur
- ıslanmayan
Ayrıca, yüksek sıcaklık uygulamaları için tasarlanmış bir dizi termokupl kılıf sunuyoruz; bunlardan aşağıdakiler belirli pirometalurjik uygulamalarda da kullanılabilir (lütfen sıcaklıkların gösterge olduğunu ve uygulama parametrelerine bağlı olduğunu unutmayın):
- 304 SS (900°C)
- 316 SS (900°C) 304 SS’e göre daha iyi korozyon direnci sunar
- 310 SS (1500°C) metal eriyikleri için en uygun olanıdır. Termal şok direnci, eriyiği kirletmemesi, alüminyum lityum alaşımlarında bile bozulmaya karşı direnç gibi özellikler içerir.
- Haynes alaşımı 556 (1000°C) erimiş çinkoda hayatta kalabilen birkaç kılıftan biridir
- Alümina Al2O3 (1650°C)
- INC600 (1175°C)
- INC601 (1200°C)
- Pyrosil D (1250°C)
- Syalon/Sialon (tipine bağlı olarak 1400°C’ye kadar)
Termokupllarımızın bazı özel metalurjik uygulamaları
Alüminyum eritme
Alüminyum üretimi karmaşık bir süreçtir. Saf alüminyum (Al) doğal olarak bol bulunan bir element olmasına rağmen, her zaman tuzlar veya oksitler şeklinde diğer kimyasal elementlere bağlı olduğu için çıkarılması son derece zordur. Ultra yüksek sıcaklık termokuplları, alüminyum ergitme fırınları kullanılarak doğrudan ekstraksiyon sırasında sıcaklık ölçümü ve kontrolünde önemli bir role sahiptir. Ancak gereken çok yüksek sıcaklıklar ve uzun süreç, büyük enerji maliyetleri ile çok özel ve pahalı ekipmanlar gerektirir.
Bu nedenle, daha yaygın bir yöntem, elektroliz kapları (indirgeme kapları olarak da adlandırılır) aracılığıyla elde edilen kimyasal bir ayırma reaksiyonu kullanılarak ekstraksiyon yapılmasıdır. Bu yüksek sıcaklık işlemi (900°C-1000°C), elektroliz kabının optimum çalışmasını sağlamak için uzak yüksek sıcaklık termokupllarına bağlı bilgisayarlar tarafından kontrol edilir. Oksitlenmiş alümina indirgemesi çok agresif olduğundan ve kimyasal banyo termokuplları hızla aşındırdığından sensörler için zorlu bir ortamdır. K tipi, özellikle dış çapı en az 5,5 mm olan ağır duvarlarda bu işlem için en uygun olanıdır.
Alüminyum hurda metal geri dönüşümü, egzotik termokupllarımızın bir başka uygulamasıdır. Metal, elektroliz veya eritme fırınlarıyla işlenmemiş alüminyum üretmekten çok daha ucuz ve enerji açısından daha verimli olan yeniden eritilir. Aslında hurda alüminyumun geri dönüşümü, ham cevherden çıkarılması için kullanılan enerjinin yalnızca %5’ini içerir.
Termokupllar tüm bu alüminyum üretim süreçlerinde aşırı çevresel koşullara maruz kalmaktadır. Bu nedenle, Nitrit bağlı Silisyum Karbür tüplerimiz veya syalon seramiklerimiz gibi koruyucu bir muhafaza gereklidir.
Bakır eritme ve çıkarma
Bakır üretimi genellikle ya kesikli eritme ya da sürekli döküm süreçlerinde gerçekleşir. En sıcak pirometalurjik proses 1150°C-1200°C’dir. Her iki durumda da tek kullanımlık yüksek sıcaklık termokuplları veya sürekli sensör termokuplları, erimiş bakır için gerekli sıcaklıkların bu süreç boyunca korunmasını sağlamada önemli bir role sahiptir.
Özellikle bakır yapımı olarak bilinen bakırı son haline getirmenin ikinci aşamasında ana hedef, ilk bakır ürününü neredeyse saf bakır (%99-99,5 bakır) olan blister bakıra dönüştürmek için oksijen bakımından zengin hava kullanmaktır. Bu adım, çok fazla ısı açığa çıkaran ve süreci sıcaklık açısından kendi kendine devam ettiren belirli kimyasal reaksiyonları içerir. Sıcaklığı yaklaşık 1250°C’de sabit tutmak için, ısıtılmamış hurda metal veya geri dönüştürülmüş bakır (soğuk şarj olarak adlandırılır) eklenir.
Bakır eritme ile ilgili olan, bakır cürufundan kaynak geri kazanımı sürecidir. Bakır cürufu, toprağa, (yeraltı) suyuna ve havaya yavaş yavaş sızan elementler nedeniyle potansiyel bir kirleticidir. Son araştırmalar, bakır cürufunun bakır ve demir içeriğinin cevherinkinden daha yüksek olduğu gerçeğine odaklanmıştır. Kaynakların geri kazanılması için bu cürufun işlenmesi, pirometalurji de dahil olmak üzere farklı şekillerde yapılabilir.
Bakır ekstraksiyonunda kullanılan daldırma termokuplları için çok uygun olan iki koruyucu muhafaza seçeneği sunuyoruz: nitrit bağlı silikon karbür veya syalon/sialon boru.
Çelik işleri
Pik demir, ne tür çelik yapıldığına bağlı olarak karbon ve cüruf gibi yabancı maddelerden arındırılarak çeliğe dönüştürülür. Söz konusu çok yüksek sıcaklıklar (1600° C’ye kadar) silisyum karbür (SIC) ve alümina (A1203) tüplerimizi termokuplları korumak için iyi bir eşleşme haline getirir. Bunlar aşağıdaki çelik çıkarma işlemlerinden herhangi birinde kullanılabilir:
- oksijenli çelik yapımı: erimiş pik demir, bir oksijen dönüştürücü içinde üzerine oksijen üflenerek çeliğe dönüştürülür. Sıcaklık bilgisi, proses optimizasyonu ve iç fırın kaplamasının ömrünü uzatmak için önemlidir.
- yüksek fırınlar: hassas sıcaklık izleme ve kontrolü, verimli demir üretimi ve süreci optimize etmek için çok önemlidir.
- Soba kubbeleri: yüksek fırın sürecinin bir parçası. Sadece patlatılmadan önce belirli bir sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra.
- elektrik ark ocakları: bunlar hurda metalden çelik üretmek için elektrik enerjisi kullanır. Termokupllar verimliliğin ve homojen erimenin sağlanmasına yardımcı olur.
- sürekli döküm: erimiş çelik katılaştırılarak yarı mamul bir levha haline getirilir ve daha sonra son işlem tesisinde kesintisiz uzunluklarda metallerin dökümü için kullanılır. Diğer metal üretim yöntemlerinde olduğu gibi, yüksek kaliteli bir ürün (bu durumda çelik kütükler) üretmek için doğru sıcaklığın korunması gerekir.
- Islatma çukurları – bunlar sıcak çelik külçelerin daha sonraki işlemlerden önce sıcaklıklarını eşitlemek için tutulduğu fırınlardır. Sıcaklık eşitleme sürecini izlemek için ultra yüksek sıcaklık termokupllarına ihtiyaç vardır
Çinko pirometalurjisi
Çinko üretimindeki ilk adım, çinko sülfürü oksitlemek ve çinko kalsin olarak da bilinen saf olmayan çinko oksit üretmek için yüksek sıcaklıklarda (860°C ve 960°C) ‘kavurmaktır’. Çelik ekstraksiyonu için kullanılan yüksek fırınlar ve elektrikli fırınlar (yukarıya bakın), ölçüm ve proses sıcaklığı kontrolünde önemli bir rol oynayan yüksek sıcaklık termokuplları ile çinko ekstraksiyonu için kullanılabilir. Fırınların sıcaklığı çinkonun kaynama noktasının (906°C) üzerinde tutulmalıdır. İkinci adım genellikle çinko katotları üretmek için düşük sıcaklıkta elektrolizdir.
Bazen üçüncü bir adım daha gerekir: eritme ve döküm. Çinko eritme işlemi, düşük kaynama noktası nedeniyle diğer metallere kıyasla daha zordur. Bu, sıcaklıkların çinkonun gaz haline gelip fırından kaçmasına yetecek kadar yükselmediğinden emin olmak için termokuplların rolünü kontrol açısından çok önemli hale getirir.
Son olarak egzotik termokupllar, paslanmaya karşı koruma sağlamak için çelik veya demirin çinko ile kaplandığı yaklaşık 400°C-500°C sıcaklıktaki bir işlem olan çinko galvanizlemede önemlidir.
Metalurji bilimi ve araştırması
Ultra yüksek sıcaklık termokuplları, fırınları ve metal eritme tesislerini içeren tüm pirometalurjik araştırma uygulamalarında da işlev görür. Böyle bir alan, lityum-iyon pil katotlarından değerli metallerin verimli bir şekilde geri kazanılmasına yönelik araştırmalardır. Elektrikli araçların giderek yaygınlaşmasıyla birlikte bu önemli bir araştırma alanıdır ve yüksek sıcaklık termokuplları bu süreçlerde tutarlı ve doğru sıcaklık izleme ve kontrol araçları sağlar.
Kamet’in termokupl yelpazesi ve destek hizmetleri
Sonuç olarak, Kamet’te olduğu gibi egzotik termokupllar, çeşitli pirometalurji alanındaki aşırı sıcaklık ortamları için olağanüstü bir seçimdir. Sadece aşırı sıcaklıkları izlemekle kalmazlar, aynı zamanda yüksek derecede doğruluğa da sahiptirler. Bu sağlamlık ve doğruluk, metalürjide sıcaklık algılama için ideal bir kombinasyondur
Yüksek sıcaklık termokuplları ve kılıflarının tüm yelpazesine ilişkin ayrıntılı özellikler bu makalenin kapsamı dışındadır. Bu bilgiler web sitemizin diğer bölümlerinde mevcuttur: ultra yüksek sıcaklık term okupllarımız hakkında daha fazla bilgi için tıklayın ve farklı kılıflarımız hakkında da bilgi edinebilirsiniz. Uygulamanıza özel kişiselleştirilmiş tavsiye mi tercih edersiniz? Şirket içi termokupl uzmanlarımız size yardımcı olmaktan mutluluk duyacaktır – lütfen sorularınız için bizimle iletişime geçin.