Demir Çelik Tesislerinde Hadde Yağı ve Yağlama Yönetimi
Sıcak haddehanelerde aşırı sıcaklık, yoğun su jeti ve tufal kontaminasyonu altında çalışan yağlama ve hadde yağı emülsiyon sistemlerinin optimizasyonu ve analitik kontrol yöntemleri.
Sıcak Haddeleme Ortamının Tribolojik Zorlukları ve Tufal Etkisi
Sıcak haddeleme prosesinde çalışma merdaneleri (work rolls) ve kütük/sac arayüzündeki temas sıcaklıkları 800 °C ile 1200 °C seviyelerine ulaşır. Bu ekstrem termal yük altında metal yüzeyinde hızla oluşan demir oksit tabakası, yani tufal (mill scale), ortamdaki su ve yüksek basınçlı püskürtme jetiyle birleştiğinde tribolojik açıdan son derece agresif bir çalışma ortamı yaratır. Tufal esas olarak Manyetit (Fe3O4), Wüstit (FeO) ve Hematit (Fe2O3) fazlarından oluşur. Bu oksit yapılarının sertliği 500 HV ile 1000 HV (Vickers sertlik skalası) arasında değişmektedir. Bu durum, merdaneler ve yataklama elemanları için aşındırıcı aşınma (abrasive wear) riskini maksimuma çıkarır.
Merdane yağlama sistemlerinde kullanılan sentetik ester veya mineral bazlı hadde yağları (rolling oils), hem sürtünme katsayısını (friction coefficient) muhafaza etmek hem de yüzey kalitesini korumak zorundadır. Ancak ortama sürekli dahil olan tufal partikülleri, emülsiyon fazında stabiliteyi bozar ve yağlama film kalınlığının (EHD film thickness) altına düşerek doğrudan metal-metala temasa neden olur. Tufal parçacıklarının hidrolik ve yağlama hatlarına sızması, valf makaralarında aşınmaya (spool wear), pompalarda kavitasyon benzeri erozyona ve filitrasyon elemanlarının hızla tıkanmasına (differential pressure rise) yol açar.
- Termal Yük: Temas yüzeyinde 800 °C - 1200 °C ani sıcaklık artışları.
- Kontaminant Sertliği: 500-1000 HV değerinde abrasive tufal partikülleri.
- Tribolojik Risk: Hadde yağı emülsiyon stabilitesinin bozulması ve üç cisimli aşınma (three-body abrasion).
Hadde Yağlarında Oksidasyon ve Termal Bozulma Mekanizmaları
Sıcak haddehanelerde yağın maruz kaldığı yüksek sıcaklık ve havayla temas, hidrokarbon zincirlerinin radikalik reaksiyonlarla ayrışmasına (thermal cracking) ve otooksidasyona sebep olur. Oksidasyon reaksiyonları sonucunda yağ bünyesinde peroksitler, organik asitler ve çözünmeyen vernik (varnish) prekürsörleri oluşur. Oksidasyon oranının takibi için ASTM D943 (Oksidasyon Karakteristiği) ve ASTM D2272 (RPVOT - Döner Basınçlı Kap Oksidasyon Testi) standartları referans alınır.
Yağın bozunmasıyla birlikte kinetik viskozite (ISO VG 460 veya ISO VG 680 gibi değerlerde) sapmalar gösterir ve Toplam Asit Sayısı (TAN - Total Acid Number) yükselir. Asidik ürünler, emülsiyon sistemlerindeki korozyon inhibitörlerini nötralize ederek ekipman yüzeylerinde korozyonel aşınmaya (corrosive wear) yol açar. Bazik ortamda çalışan sirkülasyonlu emülsiyon sistemlerinde (recirculating emulsion systems) TAN artışı, emülsiyonun kırılmasına (oil split) veya tam tersine aşırı sabunlaşmaya (saponification) sebep olarak soğutma yeteneğini kaybettirir.
Tesisinizdeki sistemlerin duruşsuz çalışabilmesi için hidrokarbon ve ester bazlı akışkanların kimyasal stabilitesinin korunması kritiktir. Sentech Mühendislik olarak sunduğumuz [Demir çelik çözümleri](/cozumler/demir-celik) kapsamında, yüksek sıcaklık ve ağır tufal yükü altındaki hatlarda akışkan ömrünü uzatan özel filtrasyon ve şartlandırma mimarileri tasarlıyoruz.
Hadde Yağı Emülsiyon Yönetimi ve Su/Katı Kirliliği Kontrolü
Hadde emülsiyonlarında yağ/su oranı genellikle %0.5 ile %5.0 arasında tutulur. Emülsiyon konsantrasyonunun tayini Brix refraktometresi veya DIN 51368 standardına uygun asit ile ayrıştırma (acid split) yöntemiyle gerçekleştirilir. Damlacık boyutu dağılımı (droplet size distribution), haddeleme bölgesindeki yağlama performansını belirleyen ana parametredir. Optimum damlacık boyutu 2 µm ile 10 µm aralığındadır. Damlacık boyutunun 15 µm üzerine çıkması emülsiyonun erken kırılmasına ve yağın tank yüzeyine yüzmesine (tramp oil separation) sebep olur.
Katı kirliliği kontrolünde ise hedef, hidrolik ve sirkülasyonlu yağlama sistemlerinde ISO 4406:1999 standardına göre temizlik seviyesini tanımlamaktır. Sıcak haddehane yağlama hatlarında kabul edilebilir kirlilik kodu maksimum 18/16/13 olmalıdır. Hadde emülsiyonlarında ise demir içerikli katı partikül derişimi ASTM D5185 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry) analizi ile izlenmeli ve toplam Fe kirliliği 250 ppm seviyesinin altında tutulmalıdır.
Tufal ve Yağ Filtrasyon Stratejileri
Tufal partiküllerinin sistemden uzaklaştırılması çok kademeli bir filtrasyon stratejisi gerektirir. Yerçekimi esaslı çöktürme tankları (settling basins) büyük boyutlu tufal parçalarını (>100 µm) ayırırken, ikincil aşamada yüksek manyetik alan şiddetine (minimum 6000 Gauss) sahip manyetik separatörler kullanılır. Son aşamada ise derinlik tipi filtre elementleri veya otomatik ters yıkamalı (backwash) filtreler devreye girer.
Filtre elemanı seçiminde ISO 16889 standardına göre tanımlanan Beta oranı (Filtration Ratio - βx(c)) dikkate alınmalıdır. Kritik hidrolik ve yağlama hatlarında β10(c) ≥ 200 (mikron boyutunda %99.5 tutuculuk) şartı aranmalıdır.
| Filtrasyon Teknolojisi | Mikron Derecelendirmesi | Hedef Kirletici | Bakım Periyodu / Notlar |
|---|---|---|---|
| Çöktürme Tankları (Settling) | > 100 µm | Kaba Tufal ve Ağır Partiküller | Haftalık çamur tahliyesi gerektirir. |
| Manyetik Separatörler | 1 µm - 50 µm | Ferromanyetik Tufal Tozları | Sürekli otomatik veya manuel temizlik. |
| Otomatik Otomatik Ters Yıkamalı Filtre | 25 µm - 50 µm | Askıda Katı Madde (TSS) | Fark basıncına (ΔP = 0.8 bar) bağlı otomatik yıkama. |
| Derinlik Tipi Kartuş Filtreler | 3 µm - 10 µm | Ince Tufal ve Aşınma Ürünleri | Tek kullanımlık, ΔP = 2.1 bar seviyesinde değişim. |
Rulman ve Dişli Kutusu Yağlamasında Yüksek Yük ve Nem Yönetimi
Hadde tezgahlarının çalışma (work roll) ve destek merdanesi (backup roll) rulmanları son derece yüksek radyal ve eksenel yüklere maruz kalır. Bu noktalarda hidrodinamik ve elastohidrodinamik (EHL) rejimlerin korunabilmesi için yüksek aşırı basınç (EP - Extreme Pressure) ve aşınma önleyici (AW - Anti-Wear) katık paketleri içeren yağlar tercih edilir. EP katıklarının etkinliği ASTM D2783 (Dört Top Aşınma Testi) ile ölçülür ve kaynaklanma yükünün (weld load) minimum 315 kgf (3089 N) olması beklenir.
Morgoil yatakları gibi hidrodinamik sıvı sürtünmeli yataklarda en büyük tehlike su kontaminasyonudur. Yağa karışan su, yağı emülsifiye ederek taşıma kapasitesini düşürür. ASTM D1401 standardına göre yapılan demülsifiye olabilme (water separability) testinde, yağın 82 °C'de 30 dakika içerisinde sudan tamamen ayrılması (40-40-0 / 30 min) şarttır. Serbest ve çözünmüş su miktarının Karl Fischer titrasyon yöntemi (ASTM D6304) ile izlenerek 500 ppm (0.05%) altında tutulması, rulman yorulma ömrünü (L10h) korumak için zorunludur.
Gres yağlaması yapılan hatlarda ise Kalsiyum Sülfonat Kompleks gresler, suya karşı mükemmel dirençleri, yüksek damlama noktaları (>300 °C - ASTM D2265) ve korozyon önleme yetenekleri (ASTM D1743 EMCOR testi rating 0) nedeniyle lityum kompleks greslere kıyasla daha üstün performans sergiler.
Rutin Yağ Analiz Parametreleri ve Tolerans Limitleri
Kestirimci bakım stratejisinin temeli, laboratuvar ortamında gerçekleştirilen düzenli yağ analizleridir. Haddehanelerdeki kritik madeni yağlar ve emülsiyonlar için belirlenen analiz parametreleri ve uyarı limitleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
| Analiz Parametresi | Test Standardı | Hedef / Limit Değer | Kritik Durum Eylemi |
|---|---|---|---|
| Kinetik Viskozite (40 °C) | ASTM D445 | Taze yağa göre ±%10 sapma | Yağ değişimi veya taze yağ beslemesi. |
| Toplam Asit Sayısı (TAN) | ASTM D664 | Artış < 1.0 mg KOH/g | Oksidasyon kontrolü, böbrek tipi filtrasyon. |
| Su İçeriği (Karl Fischer) | ASTM D6304 | < 500 ppm (Yağlama) / %0.5 (Emülsiyon) | Vakum dehidrasyon veya santrifüj operasyonu. |
| Partikül Sayımı | ISO 4406:1999 | Maksimum 18/16/13 | Çevrim dışı (off-line) ince filtrasyon. |
| Elementel Aşınma (Fe, Cu, Pb) | ASTM D5185 (ICP) | Fe < 100 ppm, Cu < 15 ppm | Rulman ve dişli aşınma kontrolü, revizyon. |
Sıkça Sorulan Sorular
Hadde yağı emülsiyonlarında ideal su sertliği ve pH değeri ne olmalıdır?
Emülsiyon hazırlığında kullanılacak suyun sertliği 5-15 °dH (Alman sertliği) arasında tutulmalıdır. pH değeri ise bakteri oluşumunu önlemek ve korozyon direncini korumak amacıyla 8.5 ile 9.5 aralığında yönetilmelidir. pH 8.0 altına düştüğünde biyo-bozulma ve emülsiyon kırılması hızlanır.
Morgoil yağlarında su kontaminasyonu tespit edildiğinde nasıl bir yol izlenmelidir?
Karl Fischer analizi ile su oranı %0.1'i (1000 ppm) aştığında ilk olarak dikey dinlendirme tanklarında sıcaklık 60-65 °C'ye çıkarılarak serbest su tahliye edilmelidir. Çözünmüş ve bağlı suyu uzaklaştırmak için sisteme vakum dehidrasyon (vacuum dehydration) ünitesi bağlanmalı veya yüksek hızlı santrifüj separatör çalıştırılmalıdır.
Haddehane rulmanlarında lityum kompleks gres yerine kalsiyum sülfonat kompleks gres kullanılabilir mi?
Evet, kalsiyum sülfonat kompleks gresler sıcak haddehane koşullarında daha yüksek aşırı basınç (EP) taşıma kapasitesi ve olağanüstü su yıkanma direnci (water wash-out ASTM D1264 <%5 kayıp) sunar. Ancak değişim öncesinde eski lityum gresin sistemden tamamen purge edilmesi (temizlenmesi) uyumsuzluk riskini önler.
ISO 4406 kirlilik kodu 18/16/13 ne anlama gelir?
Bu kod 1 mL sıvı numunesinde; 4 µm'den büyük en fazla 2500, 6 µm'den büyük en fazla 640 ve 14 µm'den büyük en fazla 80 partikül bulunduğunu ifade eder. Sıcak haddehane hidrolik sistemlerinin güvenli çalışması için bu eşik aşılmamalıdır.
Numunenizi değerlendirelim
Yağ analizi talebiniz için test paketini, numune alma kitini ve fiyatlandırmayı sizinle paylaşalım.
Analiz talebi oluştur