Sinter ve Sinterleme Hakkında Bilgi

Toz halindeki cevherin yüksek sıcaklık ve basınç altında kısmi ergimeler yardımı ile sinter bandında topaklaştırılmasıdır. sinterleme sırasında kavurma reaksiyonları da meydana geldiğinden, sinterleme işlemine "sinterleyici kavurma" da denilmektedir. sinterleme sonucunda iyi redüklenen, gözenekli, gaz geçirgenliği yüksek parçacıklar meydana gelir. elde edilen aglomeralar, 25-50 mm boyutlara sahip, gaz geçişine izin verecek gözenekliğe sahip ve yüksek fırına yüklerken darbeye dayanıklı malzemlerdir.

yüksek fırında pik demir üretimi öncesindeki, yüksek fırına koyulacak şarj bileşiminde sinter malzemeleri büyük önem taşır. sinterlemede iki işlem aynı anda yapılır;
1-) Oksitleme
bu işlem esnasında fe3o4* oksitlenerek fe2o3* haline geçer.
2 fe304 + 1/2 o2 -> 3 fe2o3
fe - o alışverişi vardır. oksit bağları oluşur, sinterin mukavemeti artar.

2-) Termik sertleştirme
bu işlem esnasında sıcaklık 1600oc ye kadar çıkar. sio2.al2o3, cao.sio2, cao.sio2.al2o3 oksitleri bileşik oluşturduklarında ergime noktasını düşürürler. fakat bu sıcaklıkta bu bileşikler yanyana bulunup erimeleri suretiyle yeni bağlar oluşur, böylece mukavemet artar.

sinterleme işleminin amaçlarını sıralarsak;

1- fazla tozlu cevherin yüksek fırında kullanılabilir boyutlara gelmesi,
2- cevherdeki kükürtü oksitlemek suretiyle gidermek,
3- redükleme kabiliyeti yüksek, mukavemetli, ufalanmaya dayanıklı şarj malzemesi elde etmek

olarak söylenebilir.

Sinterleme Hakkında Bilgi

Sinterlemenin Tanımı:

     Toz cevherlerin aglomerasyon yolu ile yüksek fırın için istenen parça iriliğine, mukavemete ve gaz geçirgenliğine sahip duruma getirilmesi işlemidir. Sinterleme, pudra kütlesi içindeki partiküllerin atomlarının, ısının etkisi sonucu oluşan çekimle birbirine bağlanması olarak ta tanımlanabilir. Sinterleşme genellikle pudraların erime noktalarının altında meydana gelir. Sıcaklığın artması ile pudra kütlesinin sertliği artarken elektriksel direnci ve gözenekliliği azalır. Tane yapısında bazı değişiklikler olur ve yeniden kristallenme ile tane büyümesi meydana gelir.

     Sinterleşmenin amaçlarından biri; sinterleme esnasında cevherin kimyasal yapısında zararlı miktarda bulunan elmentleri bertaraf etmektir. Sinterlenme neticesinde elde edilen mamul cevherin yüksek fırına şarj edilmesi halinde yüksek fırın ham demir kapasitesinde artış olur, ayrıca kok sarfiyatında ve oluşacak cüruf ve baca tozlarının miktarlarında da azalmalar gözlenir.

     Bu durumu bir örnekle açıklayacak olursak; The Republic Corporation tarafından 1000 tonluk bir yüksek fırına yapılan şarjdaki sinter miktarını % 45’e kadar çıkardıklarında, fırının ham demir veriminde % 14’lük bir artış buna karşılık% 16’lık bir düşüş tespit edilmiştir.

     1200 ton/gün kapasiteli (yani günde 500 – 550 ton çelik üretimi yapan) bir sinter tesisinin kuruluş maliyeti, Amerikalıların verdiği rakamlara göre aynı miktarda çeliği üretebilecek yüksek fırın tesisi maliyetinin % 5’ini oluşturmaktadır.
     Bunların yanısıra genellikle demir izabe tesislerinde yüksek fırınlarda değerlendirilemeyen üretim ve nakliye sırasında oluşan 0 – 30 mm. boyutlarındaki kok tozu birikmektedir. Bu toz Ereğli Demir Çelik Tesislerinde 35- 40 bin ton kadardır. Sinterleme bu kok tozunun değerlendirilmesini de sağlar.
     Parça demir cevheri, yüksek fırına belirli bir tane iriliğinde verilir. Bu nedenle iri parçalar kırılır ve bu kırma işlemi esnasında belirli oranlarda tozlanmalar olur. 
Bunun yanısıra taşıma, doldurma, boşaltma esnasında da sinterlenmesi gerekli ince cevher tozu meydana gelir. Bu bakımdan hemen hemen her yüksek fırın tesisinde birde sinterleme tesisi bulunmaktadır.

     Sinterleme için demir cevheri tozuna ( 0 –8 mm.) , gerekli katkı maddeleri ( CaO + MgO) ve kok tozu ilave edilmekte ve karışım tromel ve betonyer tipi bir karıştırıcıya verilmektedir. Karıştırıcıda katı kompanentlerin iyice karışmasının yanısıra toz halindeki çok ince taneciklerin topaklanması da sağlanmaktadır. Bu nedenle karıştırıcıya belirli oranda nem de verilmektedir.
     Karıştırıcıda iyice karışıp topaklanan malzemeler, bantlar vasıtasıyla sinterleme fırınına gitmektedir. Bu fırın genellikle döner ızgaralı olup bont fırın tipindedir. 

Izgara üzerine önce, 10 – 20 mm. kalınlığında ince sinter verilir. Böylelikle, hem ızgara açıklıklarının kapanması sağlanır ve hem de ızgaralar yüksek sıcaklıktan korunur.

     Izgara üzerine yüklenen malzeme ateşleme başlığı altından geçerken karışım içindeki kok ateşlenir ve yanmaya başlar. Izgara ilerledikçe üstten verilen hava vasıtasıyla yanma alt kısma doğru ilerler. Yanma zonunda sıcaklık, 1300 – 1400 C0’ ye kadar çıkmaktadır. Bu sıcaklık nedeniyle , cevher ve katkı maddeleri, sıcaklıkla parçalanarak içeriklerini kaybetmekte ve taneler arasında sinter bağları kurulmaktadır. Sıcaklıkla parçalanan içeriklerden bir kısmı kükürt gibi yüksek fırında stenmeyen içeriklerdir. Bunun yanısıra bu maddelerin çıkması sonucu sinter gözenekliliği artmakta ve cevherin reaksiyon özelliği yükselmektedir.

     Döner ızgaralı fırının sonuna doğru sinterleme işlemi tamamlanmaktadır. Sinter fırını terk ettikten sonra kırma + eleme işlemine tabii tutulmaktadır. Çok ince kısımlar( 6 mm. altı) sinterlemeye tekrar gönderilirken6 – 20 mm. arası fraksiyonun bir kısmı ızgara altlığı olarak kullanılır.
     Sinter ızgara fırını üzerine , 12- 30 cm. kalınlığında malzeme verilmektedir. Belirli bir zaman sonra bu kalınlıktaki sinter malzemesi üzerinde şu zonlar oluşmaktadır.

   -Sinter zonu
   -Yanma ve sinterleşme zonu
   -Kalsinasyon zonu
   -Kuruma ve ön ısınma zonu
   -Yaş malzeme
   -Sinter yatağı

Sinter zonu: Sinterleşme tamamlanmıştır ve alttan emilen hava, bu zonu soğutmaktadır.

Yanma ve sinterleşme zonu: Kok tozu yanmakta ve bu zonu kızdırmaktadır.(1300 – 1400 C0). Sıcaklığın etkisiyle, curuf yapıcılar ergimekte ve cevher taneleri arasında curuf köprüleri oluşmaktadır. Bunun yanında, cevher taneleri arasında sinter köprüleri de bu bölgede teşekkül etmektedir. Ayrıca , yanma sonucu meydana gelen CO2 ortamda mevcut C ile reaksiyona girerek, CO gazı oluşmakta ve bu gazda hematitin (Fe2O3) bir kısmını manyetite (Fe3O4) indirgemektedir. Kükürdün, SO2’’e oksitlenmesi ve atılması da bu zonda vuku bulmaktadır.

Kalsinasyon Zonu: Bu zonda karbonatlar parçalanmakta ve sıcak gaz içinde kalan bir miktar CO gazı hematiti manyetite indirgemektedir. Bunun yanında, sıcaklığın etkisiyle büyük parçalar çatlamaya başlamaktadır.

Kuruma ve ön ısınma zonu: Bu zonda sinterlenecek malzeme önce kurumakta ve sonra belirli bir temperatüre kadar ısınmaktadır. Bu ısınma sonucu, bazı termik parçalanmalar vuku bulmaktadır.

Yaş malzeme: Bu bölge henüz kurumadığı gibi, yukarıda nemle yüklenen gazdan da bir miktar nem almaktadır. Bu bölgenin hava geçirgenliği iyi olmalıdır.

2.2. SİNTERLEMENİN SAFHALARI:

     Sinterleme olayını 3 safhada toparlayabiliriz.

2.2.1. Birincisafha: Bu safhada sinter şarjının ateşlemeye kadar olan hazırlanma ve sinter ızgarasına yerleştirme olayları gerçekleşmektedir. Bu safhada sinter şarjında herhangi bir termik değişme vuku bulmamaktadır. 

2.2.2. İkinci safha: Sinter yatağının ateşlenmesinden başlayarak, gittikçe artan sıcaklık neticesinde yatağın tamamen kurumasına kadar devam eden safhadır.

2.2.3. Üçüncü safha: Sinter yatağının tamamen kuruduktan sonra şarj içindeki yakıtın yanması sonucu artan sıcaklıkla yatağın kısmi ergimesi, yakıtın tamamen yanıp sıcaklığın düşmesi ile donması ve soğuması safhasıdır.

     Erimeyle donma arasında geçen zaman ne kadar kısa ise sinterleme hızı da o kadar fazla demektir.

     Sinterleme safhalarında gelişen olaylardan görüldüğü üzere sinterlemenin süresine, buna bağlı olarak da sinterlemenin kapasitesine etki eden en büyük faktör; sinterlenecek olan yatağın gaz geçirgenliğidir. Yatağın gaz geçirgenliğinin ne çok yüksek ne de çok düşük olması istenir. Çünkü yüksek gaz geçirgenliği, sıcak gazlardan cevher taneciklerine olan ısı nakli için gerekli zamanı kısaltır, düşük gaz geçirgenliği ise, şarj içindeki yakıt malzemesinin yanmasını önlemiş olur

2.3. SİNTER YATAK GAZ GEÇİRGENLİĞİNE TESİR EDEN FAKTÖRLER:

     Sinterleme için çok önemli olan yatağın gaz geçirgenliğine etki eden faktörler çok çeşitlidir. Bunlar; 

2.3.1. Cevherin Tane İriliği: İnce taneli cevherin gaz geçirgenliği iri taneli cevhere göre daha düşüktür. 

2.3.2. Şarjın Rutubet Miktarı: İnce taneli cevherlere belli miktarda su ilave edilerek iri taneli cevher haline gelmeleri sağlanır. Bunu yapmaktaki amaç; ince taneli cevherlerin gaz geçirgenliğini artırmaktır. Bu arada yatağın çamur haline gelmemesine dikkat etmek gerekir.

2.3.3. Yakıt Maddesinin Tane İriliği:Yapılan deneylerde en iyi gaz geçirgenliğinin tane iriliği 3 –5 mm. arasında olan kok tozu ile elde edildiği görülmüştür.

2.3.4. İlave Edilen Sinter Ufağı: Özellikle ince taneli cevherlerde 8 mm.’nin altındaki sinter ufağının şarja ilavesi gaz geçirgenliğine olumlu yönde etki etmektedir. 

Ancak ilave edilen sinter ufağı sinter kapasitesini negatif yönde etkileyeceğinden, istenilen gaz geçirgenliğinin başka şekillerde temin edilmesini sağlamak gerekir.

2.3.5. Cevherin Kimyasal Yapısı: Kolay eriyebilen, kimyasal yapıları icabı uzun curuf teşkil eden cevherlerin gaz geçirgenlikleri oldukça düşüktür. Özellikle yüksek silisli cevherlerde kolayca eriyebilen demir silikatlar oluşarak gaz geçirgenliğini azaltırlar. Buna mani olmak için şarja kireçtaşı veya sönmüş kireç katmak gereklidir.

2.3.6. Homojen Karışım: Sinter yatağının homojen olmaması durumunda kanallar meydana gelir ve yatağın bünyesinde farklı gaz geçirgenliği elde edilir. Bu da elde edilen sinterin farklı kalitelerde olmasına neden olur.

2.3.7. Basınç Farkı: Yatak altında elde edilen basınç düşmesi yatağın gaz geçirgenliğine, dolayısıyla sinter kalitesine etki eder. Basınç farkının artmasıyla kapasite de artar, fakat bu artış yüksek basınç farklarında gittikçe azalır.

2.4. SİNTERLEME YÖNTEMLERİ:

          Şekillendirilmiş gaz karışımının, ergime sıcaklığının altında ısıtılması ile tozlar arasında kimyasal bağ oluşturulması işlemine sinterleme denilmektedir. 

Sinterleme genel olarak döner ızgaralı fırınlarda yapılmaktadır. Bunun yanında, vagon ve döner fırın sinterleme yöntemleri de geliştirilmiştir. Bu şekilde yapılacak olan sınıflandırmaya göre sinterleme yöntemlerini şöyle sıralayabiliriz.

   -Hava akımında sinterleme

     - Döner ızgara bant yöntemi

     - Vagon sinterleme yöntemi

   -Döner fırında sinterleme yöntemi

2.4.1. Hava akımında sinterleme: yakıtla karıştırılan cevher gevşek olarak ızgara üzerine verilmekte ve üstten ateşlenerek, aşağı doğru emilen hava ile ızgara altına kadar yakılmaktadır. Yakıt + cevher karışımıdeğiştirilerek, sinterleme temperatürü ayarlanabilmektedir. Bu tür bir sinterleme için yakıt + cevher yığınınıngeçirgen olması şarttır.
     Hava akımında sinterleme türlerinden biri olan vagon sinterlemede, sabit duran ve tabanı ızgaralı sac vagonlara yakıt + cevher karışımı doldurulmakta ve yakılmaktadır. Vagonların yüzeyleri 10 – 21 m2 arasındadır. 21 m2 ‘lik 5 vagonun 24 saatlik kapasitesi 1200 – 2400 ton sinter arasında değişmektedir. Proses emniyetli ve teknik olarak kolay uygulanabilmektedir.

Yine hava akımında sinterleme yöntemlerinden biri olan döner ızgara bant sinterleme yönteminde, yürüyen bir bant vardır. Yakıt + cevher karışımı12 – 30 cm. kalınlığında bu bant üzerine verilmektedir. Bant hızı 1.2 – 4.2 m/d. arasındadır. Cevher kalınlığı ve bant hızı ayarlanarak sinterleşmenin bant sonuna kadar tamamlanması sağlanmaktadır. Bantlarda 1.3 t/m2 .saat, civarında sinter üretilmektedir. En yaygın sinterleme yöntemi bu yöntemdir.

2.4.2. Döner fırın sinterleme yöntemi: uzunluğu 30 – 70 m. arasında ve çapı birkaç metre olan döner fırın kullanılmaktadır. Fırın eğiktir ( 3 derece civarında) ve 0.8 – 1.5 d/d. hızla dönmektedir. Alt kısımdan yanıcı gaz verilmektedir. Bu suretle sinterlenen mal, ya başka bir döner fırında veya bantlarda soğutulmaktadır.
     Bunların en büyük mahzurları, sinterlerin fırın gövdesine yapışması ve sık sık temizleme gereğinin ortaya çıkmasıdır. Bunun için, devamlı sinter istenmesi halinde, iki döner fırın yapılması zorunludur. İşletme masrafı nispeten yüksektir.

     Sinterleme yöntemlerinin sınıflandırılmasında sinterleme işlemi sırasında basınç uygulanıp uygulanmaması durumu da önemlidir. Yüksek yoğunlukta kaliteli parça üretim yöntemlerinin birçoğunda sıcak presleme, sıcak dövme, sıcak ekstrüzyon gibi yöntemler kullanılır. Bütün bu sinterleme işlemleri basınç altında gerçekleşir.

     Basınçsız sinterleme yöntemlerini de katı – hal sinterlemesi ve sıvıfaz sinterlemesi olarak ikiye ayırabiliriz. Katı hal sinterlemesini de 1) Faz karışımı 2) tek faz olarak tekrar ikiye ayırabiliriz. Faz karışımıda kendi arasında 1) Kompozit, 2) Homojen, 3) Hızlandırılmış olarak üçe ayrılabilir.

2.4.3. Katı hal sinterlemesi : sinterleme işlemi süresince iç yapıda sıvı faz oluşmaz ve bütün olaylar (difüzyon, yoğunluk artışı vb.) katı halde meydana gelir.

2.4.4.Sıvı faz sinterlemesi kaliteli parça üretiminin uygun bir yoludur. Sinterleme sırasında oluşan sıvı faz kapiler etki ile parçacıklara yeterli iç basınç uyguladığından dış basınca gerek yoktur. Kapiler kuvvet büyük miktarda dış basınca eşit etki yapar.

     Sıvı faz sinterlemesi bazı özelliklere sahip çok bileşenli sistemlere uygulanabilmektedir. Sinterleme işleminin herhangi bir safhasında oluşan sıvı faz , gözenekleri doldurarak difüzyonu ve yoğunluk artışını hızlandırmaktadır. Yüksek performansta parça üretimi günümüzde önemli olduğu için sıvı faz sinterlemesi gibi teknikler malzeme mühendisliği için önerilmektedir.

      Sıvı faz sinterlemesinde sıvı faz oluşumu için iki ana mekanizma vardır. Bunlardan birincisi , farklı kimyasal bileşimlerde toz karışımı kullanmaktır. Sinterleme sırasında farklı bileşimdeki tozların etkileşimi sonucunda sıvı faz oluşur. İkincisi ise sıvı fazın toz karışımında bulunan bileşenlerden bir tanesinin ergimesi veya ötektik faz oluşumu ile oluşmasıdır.

Sıvı faz sinterlemesini

   1)Geçici sıvı faz sinterlemesi

    2)Sürekli sıvı faz sinterlemesi

    3)Solidüsüstü sinterleme

   4)Reaksiyonlu sinterlemeolarak dörde ayırabiliriz.

Bu sınıflandırmada, oluşan sıvı fazın çözünme durumuna göre sinterleme sırasında alaşım oluşumu ile ortadan kalkması ( geçici sfs veya reaktif sinterleme) veya sinterleme süresince iç yapıda sürekli olarak bulunabilmesi (sürekli sfs)göz önünde bulundurulur. Farklı bir yöntemde ön alaşımlı tozun solidus – likidus sıcaklığı arasında sinterlenmesi suretiyle sıvı + katı karışımı oluşturarak yapılan solidus üstü sinterlemedir.

      Sıvı faz sinterlemesi ana gruplarının içinde malzeme özelliklerine bağlı olarak ortaya çıkan bazı farklı durumlar vardır. Örneğin katı, oluşan sıvı içinde çözünür veya çözünmeyebilir. Bu farklılık sinterleme hızını ve mikroyapı oluşumunu önemli ölçüde etkiler. Diğer önemli faktörler sıvı katı fazlar arasındaki arayüzey enerjisi ( ıslatma ve ıslatmama durumu) ve sıvı fazın katı – katı tane sınırlarına nüfuziyet durumlarıyla ilgilidir. Bu değişkenler parçacık boyutu, sinterleme sıcaklığı, sinterleme atmosferi ve ham yoğunluk gibi işlem parametreleriyle birlikte oluşacak iç yapıyı önemli ölçüde etkilerler. Bu değişkenlik sıvı faz sinterlemesini hem metal hem de seramikler için esnek bir üretim yöntemi haline getirir.

2.4.4.1. Sürekli Sıvı Faz Sinterlemesi: Sinterleme işleminin yüksek sıcaklık aşamasında iç yapıda sürekli bulunan sıvı faz hızlı yoğunluk artışı ve tane büyümesine neden olur. Başlangıçta katıyı ıslatan sıvının parçacıklar üzerine uyguladığı kapiler kuvvetler sonucu parçacıkların yeniden düzenlenmesiyle yoğunluk artışı olur. 
Yeniden düzenlenme sonucu oluşan yoğunluk artışı, oluşan sıvı faz miktarına, parçacık büyüklüğüne ve katının sıvı fazda çözünürlüğüne bağlıdır.

     Sıkıştırılmış kütle içindeki gözenek miktarının azalması sıvı faz akışını güçleştirir. Bu nedenle yoğunlaşma hızı giderek azalır. Belirli bir aşamadan sonra çözünürlük ve yayınma (difüzyon) daha etkin hale gelir ve çözünme ve tekrar çökelme safhasına geçilir.
     Bu safhada yoğunlaşma ve tane büyümesine katkıda bulunan Ostwald olgunlaşması ve tane şekli oluşumunun her ikisi de difüzyon kontrollü işlemlerdir. Bu işlemlerin oluşabilmesi için katı fazın sıvı fazda çözünürlüğünün olması gerekir. Alaşım oluşumu ile ergime sıcaklığının düşmesi sinterleme özelliğinin iyileştiğinin bir göstergesidir.

     Sürekli sıvı faz sinterlemesinin başarılı olması bazı kriterlerin yerine getirilmesine bağlıdır. Normal olarak toz karışımı sıvının oluştuğu sıcaklığa ısıtılırken ön alaşımlı tozlar solidüs üstü (süpersolidüs)sıcaklığa ısıtılarak hızlı sinterleme gerçekleştirilir. Başarılı sistemlerde oluşan sıvı faz katı fazı ıslatır ve aynı zamanda katıyı çözer. Düşük sıcaklıkta ergiyen katıların çoğu zaman tatminkar olmadığı görülmüştür. Bu yöntemde en çok başarı gösteren sistemler ötektik sistemlerdir.

2.4.4.2. Solidüsüstü Sinterleme: Bu yöntemin uygulandığı sistemlere örnekler yüksek karbonlu çelikler , takım çelikleri, nikel esaslı süper alaşımlar ve kobalt esaslı aşınmaya dayanıklı alaşımlardır. Bu sinterleme yüksek alaşımlı malzemelerin yüksek yoğunlukta sinterlenmeleri için çok uygundur. En önemli avantajlarından bir tanesi 
nispeten iri boyutta tozların kullanılmasının mümkün olmasıdır. Diğer taraftan hızlı karıştırılmış ince taneli yüksek alaşımlı malzemelerin tam yoğunlukta sinterlenmeleri için uygun yöntemdir.
     Solidüsüstü sinterlemede bazı önemli problemlerle karşılaşılabilir. Sinterleme sıcaklığına ısıtma sırasında oluşan katı hal sinterlemesi parçacıklar arasında bağ oluşturarak yeniden düzenlemeyi zorlaştırabilir. Ayrıca sinterleme sıcaklığı, toz bileşimine bağlı olduğundan sıkı bir şekilde kontrolü gerekir. Sıvı oluşumundan sonra sinterleme hızı çok yüksektir. Bu durum boyut ve mikroyapı kontrolünü zorlaştırmaktadır. Gözeneklerde gaz hapsolmasını önlemek için vakumda sinterleme daha başarılı olmaktadır 

     2.4.4.3. Geçici Sıvı Faz Sinterlemesi: Sıvı faz sinterlemesinin değişik bir uygulamasıdır. Sinterleme sırasında oluşacak olan denge fazı katı ise sıvı faz difüzyon homojenizasyonu ile katılaşarak kaybolur. 
     Bu yöntemde sıkıştırılabilirliği yüksek saf element tozları kullanılabilir ve sürekli SFS sisteminde görülen tane irileşmesi olmaz. Ancak oluşan sıvı faz miktarı bazı işlem parametrelerine bağlı olduğundan bu yöntem sinterleme şartlarına çok duyarlıdır.
  GSFS ‘nin uygulanabilmesi için bileşenlerin birbiri içinde çözülebilmesi ve son bileşimin tek faz bölgesinde olması gerekir. GSFS için uygun iki tür denge diyagramı vardır.

     Başlangıçtaki ergime noktası düşük olan bileşenin oluşturduğu sıvı – katı parçacık sınırlarına nüfuz ettikçe yerlerinde boşluk oluşur. Bu durum yapı parçaları için zararlı iken gözenekli bronz yatakları için uygundur. Oluşan sıvı katıyı ısıtmak ve difüzyon hızını artırmak gerekir. Eğer artan alaşım elementi oranı ile ergime sıcaklığı düşüyorsa ve bileşenler birbiri içinde çözünüyorlarsa bu şart sağlanmış olur.

      Sıvı faz oluştuktan sonra hızlı bir sinterleme oluşur.Sinterlemede parçacık büyüklüğü, katı metali oranı, ısıtma hızı ve sinterleme sıcaklığı etkili olur. 
Yoğunluk artışı oluşan sıvı miktarına ve iç yapıda bulunan süresine bağlıdır. Eğer sistemde metaller arası bileşik oluşuyorsa şişme olması beklenir. Ergime noktası yüksek bileşik karşılıklı difüzyonu ve ötektik oluşumunu engelleyebilir. Bu durumda başlangıç bileşeni olarak saf yerine ön alaşım yapılmış metaller arası bileşik kullanılması daha iyi sonuç verir.

     GSFS’ ne örnek olarak civa ve gümüş esaslı diş amalgamları, gözenekli bronz yataklar, demir esaslı yapı alaşımları, bakır alaşımları, magnetik malzemeler ve alümina esaslı seramik malzemeler verilebilir.

2.4.4.4. Reaksiyonlu Sinterleme: Reaksiyonlu (reaktif) sinterleme GSFS’ne benzerdir. Toz karışımı karşılıklı difüzyonla sıvı fazın oluştuğu sıcaklıkta sinterlenir.

   Oluşan sıvı faz geçici olup, son ürün bir metaller arası bileşiktir. Bileşenlerin arasındaki reaksiyon çoğunlukla eksotermiktir. Sıvı oluşumu ve ekzotermik reaksiyon sonucu ısınmayla birlikte hızlı bir sinterleme gerçekleşir.
 
     Özellikle karşılıklı difüzyon hızlarının farklı olması ve bileşiğin teşekkül ısısının yüksek olması durumunda sinterleme sırasında şişme olur. Gözenek oluşumu da söz konusudur. Sıvı akışı ve homojen bir iç yapı oluşumu için reaksiyon sıcaklığının ötektik sıcaklığın üzerinde olması gerekir.

     Reaksiyonlu sinterleme henüz gelişme aşamasında olup, metaller arası bileşiklerin, seramiklerin ve değişik bileşiklerin şekillendirilmesinde kullanılmaktadır. 

Ekzotermik reaksiyon kontrol edilerek iç yapıya zarar vermesi önlenmelidir. İşlem kontrol parametrelerinin kontrolu için yeterli bilgi olmadığından reaksiyonlu sinterleme bileşiklerin daha sonraki aşamada yoğunlukları artırılmak üzere ön şekillendirilmesinde kullanılır. 

2.4.4.5 Sıvı faz sinterlemesinin üstünlük ve sakıncaları:Sıvı faz sinterlemesi elektronik , seramikler, abrazivler, ferritler, yüksek sıcaklık seramikleri elektrik kontak malzemeleri, sinterleşmiş karbürler, bronz yataklar, süper alaşımlar, otomotiv yapı parçaları gibi birçok alanda kullanılır.

     Sinterlemeyi hızlandırması en önemli avantajıdır. Sıvı fazda difüzyon hızlı olur ve ıslatan sıvının oluşturduğu kapiler çekme kuvveti hızlı yoğunluk artışı sağlar. Sıvı faz parçacıklar arası sürtünmeyi azaltarak yeniden düzenlenmeyi hızlandırır. Katı parçacıkların sivri uçları sıvı tarafından çözdürüldüğü için parçacıkların daha iyi yerleşmesini sağlar. Tane büyüklüğünün kontrolü mümkündür.

     Sıvı faz sinterlemesinin en önemli sakıncası ise; fazla oranda sıvı faz oluşumu ile ortaya çıkan şekil bozulmasıdır. Mikro yapıyı kontrol eden bazı parametreler üretilen parçanın özelliklerini de kontrol etmektedir. Sinterlemenin başlangıç aşamasında sıvı, katı ve buhar olmak üzere üç faz vardır. Buna göre ara yüzey enerjileri, çözünürlük, viskozite, difüzyon etkileriyle birlikte sıvı faz sinterlemesinin analizini güçleştirmektedir. Hızlı sinterleme, işlemin kontrolünü ve elde edilecek özelliklerin önceden tahminini zorlaştırmaktadır.

2.4.5. Seçici LaserSinterleme Yöntemi: Hızlı prototip üretim yöntemi olarak oldukça yaygın bir kullanım alanına sahip olan ve üretim yöntemi toz malzemenin sinterlenmesi esasına dayanan bir sinterleme yöntemidir.

     Seçici laser sinterleme yönteminde aşağıda belirtilen aşamalar gerçekleşmektedir.

   1)Model oluşturma
   2)Kesit ayırma ve veri hazırlama
   3)S.L.S işlemi
   4)Pişirme ve sinterleme

2.4.5.1. Model Oluşturma: Prototip ve kalıp takım üretimi aşamasında kullanılacak veriler, ürünün bilgisayar ortamında, yüzey veya katı olarak modellenmesiyle oluşturulur. Yüzey modellemede ürünün iç ve dış cidarları boşluksuz olarak tanımlanmalıdır. Katı modellemede ise ürünün bütün noktaları tanımlı olduğundan böyle bir durum söz konusu değildir. Fiziksel olarak mevcut modeller, üç boyutlu tarayıcıdan geçirilerek bilgisayar ortamına aktarılır.

2.4.5.2. Kesitlere Ayırma ve Veri Hazırlama: Oluşturulan model , yine bilgisayar programı yardımıyla tabaka tabaka kesitlere ayrılır. Tabaka kalınlığı SLS tezgahının kullanılacağı kalınlığa göre ayarlanır. Kesitler genellikle STL (Stereolithography Transfer Language), SLC (Stereolithography Contour), IGES (İnitıal Graphics Exchange Spesifications) gibi veri formatlarından birine dönüştürülerek SLS tezgahına aktarılır.

2.4.5.3. SLS İşlemi: Toz malzeme , platform üzerine ince bir tabaka halinde serilir. Laser ünitesinden gelen ışınlar, X-Y eksen kontrollü yansıtıcı yardımıyla yönlendirilerek, modelin taban kesitini, malzeme üzerine işler. Laser ışınına maruz kalan tozlar termoplastik malzeme yardımıyla birbirine bağlanır. Kesit haricindeki tozlar bağ oluşturmazlar ve ortamda tutularak modele destek görevi yaparlar. İlk tabaka oluştuktan sonra, platform, tabaka kalınlığı kadar (Z ekseni) aşağıya iner. 
Her bir tabaka, laser ışınına maruz bırakılarak, bir öncekinin üzerine inşa edilir. En üst tabaka inşa edildikten sonra, model haricinde kalan tozlar ortamdan uzaklaştırılır.

2.4.5.4. Pişirme ve Sinterleme: Model temizlendikten sonra düşük sıcaklıkta (100 C0) fırınlanarak bağ yapısı kuvvetlendirilen prototip, görsel ve fiziksel testler için uygun hale gelir. Metal prototiplere, sinterlendikten sonra düşük erime sıcaklığına sahip metal malzeme emdirilir. 

2.5.SİNTERLEMEYİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER:

2.5.1. Kokun Sinterlemeye Etkisi: Sinterleme için iki tip yakıt kullanılır. Bunlardan biri katı yakıt olan koktozu ve gaz yakıt olan kok gazıdır. Sinter içerisinde koktozu kontrolü, kırıcı rampasında gözle yapılır. Burada normal kok varsa sinterin 2/3’nün siyahlaşmış, 1/3’nin kırmızımtrak olması gerekir. Malzeme içerisinde pişmemiş kısımlar varsa kok azdır. Emiş klapesinde hala yanma devam ediyorsa kok fazladır. Kok miktarının ayarlanması gerekmektedir.

2.5.2. Cevher İriliği: Cevher tane iriliğinin sinterleme işlemi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Normal olarak cevherler 12.5 – 6.5 mm. irilikte elenir. İri cevherler homojen olmayan bir sinterleşmeye sebep olacağından 12.5 mm.’den iri tanelerden kaçınılmalıdır. İri taneler bağlanma için tam teması sağlamaz. Bazende parçalanmada rol oynarlar. Normal irilikteki cevherler sinterleşme için en uygundur.

2.5.3. Sinter Tozu: Sinter tozlarının hem toplam miktarı hemde cinsi sinterlemeye etki eder.Sinterleme için normal bir değer vardır. Sinter tozu miktarı arttıkça yanma hızı ve sinter mukavemeti artar. Çünkü sinter tozu bir önceki safhada sinterleşmiştir. Sinterleşme için ikinci bir safhada bir değişikliğe uğramaz Ancak belirli bir sınır üzerinde, yanma hızı ve mukavemetin artması devam etmesine rağmen devreden sinter tozu üretimi devamlı şekilde ve fazlaca düşürür. Çoğu tesislerde sinter harmanına %20 – 40 oranları arasında sinter tozu katılır.

     Sinter tozlarının kullanılması tutuşturulmadan önceki harman sıcaklığını 60 – 70 C0 ‘e kadar çıkarır Bu da harmandaki rutubetin homojenliğini artırır ve ayrıca sinterlemenin ilk safhalarında yatak alt kısımlarındaki rutubet yoğunlaşmasını azaltarak daha yüksek geçirgenlik sağlar.

2.5.4. Bazikliğin Sinterlemeye Etkisi: Sinter bazikliğinin 1.0’a doğru artması durumunda sinterleşmenin daha hızlı gerçekleştiği gözlenir. Bazikliğin artmasının indirgenme özelliklerinin düzenlenmesini sağladığı gözlemlenmiştir. Bu özellik sinterin daha açık dokulu olması ve daha kolay indirgenebilen mineralojik fazların 
teşekkülüne bağlanmaktadır.

     Birçok hallerde sinter bazikliği 0.6 – 0.8 ‘e çıkarılınca önemli bir mukavemet artışı elde edilmiştir. Fakat bazikliği bu değerin üzerine çıkarmak için yapılan çalışmalar her zaman sinter mukavemetinin artırılmasında kayda değer sonuçlar vermiştir.Yapılan deneyler CaCO3 ilavesiyle MgCO3’ten daha yüksek mukavemetler elde edildiğini göstermiştir.

     Sinter bazikliğinin mukavemet üzerindeki etkisi KNEPPER tarafından araştırılmış 1.0 – 1.5 baziklik bölgesinde mukavemette düşme olduğu görülmüştür. 
Kireçtaşının mukavemet üzerindeki etkisi tartışılmaktadır. Kireçtaşının tane dağılımı da mukavemete etki etmektedir.

2.5.5. Rutubetin Sinterlemeye Etkisi: Rutubet miktarının sinter üretimi üzerinde çok büyük etkisi vardır. Rutubetin görevi maksimum yatak geçirgenliği için iyice topaklanmış bir harman meydana getirmektir. Rutubet sinterlenmekte olan harmanın özelliklerine göre verilir. Rutubet miktarlarındaki küçük oynamaların sinter kalitesi 
üzerinde önemsiz etkileri olabilir. Fakat üretim hızı üzerindeki rolü büyüktür. Sinterlemede rutubet miktarının yanı sıra suyun katılma yeri ve metodu da önemlidir. Suyu iyi emdirmek için ikinci bir sprey kullanılmalıdır.

     Aşırı rutubet zayıf, süngerimsi bir toprak meydana getirir ki bunlar taşıma ve sinterlemede dağılırlar Ayrıca aşırı rutubet sinterleşme sırasında yoğunlaşmayıda artırır ve geçirgenliği düşürür.

2.6. SİNTER KALİTESİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ: Sinter için en yüksek kimyasal kriter; kabul edilebilecek bir mukavemet, redükleme ve yüksek fırında maksimum demir ve minimum gang (curuf) ihtiva etmesi durumudur.

     Sinter kalitesinin tayini için herhangi bir test veya kriter yoktur. Son safhada sinter tesisinin çalışma şeklini belirleyen yüksek fırın ekonomisidir. Sinterleme ünitesinde çalışanlar ise yüksek fırın tarafından kabul edilebilecek bir mamul verebilecek şartları bulmaya çalışırlar. Sinter kalitesi açısından en önemli faktörler tane iriliği, mukavemet, indirgenme özelliğidir.

2.7. SİNTER ÇEŞİTLERİ: Sinter tesislerinde en son elek altı olarak elenen sinter, elek üstü yüksek fırına,elek altı yatak malzemesi veya sinter tozu olarak kullanılmak üzere ilgili kısımlara gönderilir.

     Yüksek fırına gönderilen elek üstü sinter, gönderme bantlarına dökülürken mekanik mukavemet, kimyasal özellikler ve elek analizlerini tayin etmek için numune alınır. Bu numune alma işlemleri sırasında mekanik numune alıcılar kullanılır.
     Alınan numunelerde SiO2, CaO, MnO, S, P, K2O, Cu, TiO2, As, Ni,Al2O3, Zn, Fe miktarlarına bakılır ve oranları belirlenir. İstenilen oranların dışına çıkılma durumu olursa gerekli uyarılar yapılıp, sinter kalitesinin düzelmesi sağlanır.

     Sinterleme kısmında elde edilen sinter çeşitli özelliklere göre ayrılır. Bunlar; 

   a)Baziklik oranına göre
   b)Sinterleme kısmı ve yüksek fırın sinterine göre.

2.7.1. Baziklik oranına göre:Baziklik oranı = CaO/ SiO2

   1)Bazik sinterler: Baziklik oranı 1.0 ise= Self – Fluking

   2)Asidik sinterler:Baziklik oranı 1.0’dan büyük ise= Super Fluk Sinter

2.7.2. Sinterleme kısım ve yüksek fırın sinterine göre: Sinterleme kısmında sinterleştirilen sinter harmanı direk olarak yüksek fırında kullanılmaz. Çünkü nakil sırasında çeşitli nedenlerle parçalanır. Yüksek fırın bunkerlerinden sonra elemeye tabii tutulur.

     Eleme sonucunda elek altı tozlar tekrar sinterleme tesislerine gönderilir. Elek üstü ise yüksek fırında kullanılır.

     Sinter tesislerinde elde edilen ve yüksek fırına gönderilen sintere bunker sinteri, elenen ve yüksek fırında kullanılan sintere skip sinteri denir.

     Sinter oranları;

Kbunker= Toplam sinter makinesinden çıkan sinter miktarı / Bunker sinter miktarı

KBunker = Bunker sinteri katsayısı

KFaydalı= Toplam sinter miktarı / Skip sinteri miktarı

KFaydalı= Skip sinteri katsayısı
     Sinter tesislerinde normal çalışma sonucu elde edilen bunker sinteri katsayısı; % 75- 70, skip sinteri katsayısı% 68-73 arasında olmalıdır.

2.8. SİNTER HARMANININ HAZIRLANMASI: Sinter harmanı hazırlanmasındaki amaç; demir cevherini yüksek fırın için uygun hale getirmektir. Aynı zamanda cevher içerisinde bulunan bazı element ve bileşiklerin ortamdan çıkarılması da sinterleme sırasında cevhere katılan ilave maddelerle sağlanır. Bu maddeler kireçtaşı ve dolomit gibidir. Ayrıca sistemin kendi yapısından gelen sinter tozu da ilave edilir. Sinterleme işleminin olabilmesi için yeterli miktarda katı yakıtın harmana karıştırılması gerekir.

Cevher + dolomit/kireçtaşı + sintertozu + katı yakıt = sinter

     Harman karışımına giren maddelerin özellikleri iyi bilinir ve buna göre hareket edilirse çıkan sinter o derece kaliteli olur.

2.8.1. Harman malzemelerinin özellikleri

2.8.1.1. Cevher Özellikleri : Cevherin demir tenörü arttıkça cevher değer kazanır. Çünkü bir ton pik üretmek için yüksek fırına verilecek karışım miktarı tenör 

artması ile azalır. Bu da az masraf yani daha az yakıtla daha fazla üretim demektir. Bu noktada cevherde bulunan en önemli konu cevherde bulunan asit ve baz özelliğindeki maddelerin belirli bir oranı ihtiva etmesidir. Cevher içerisinde bulunan asit karakterli maddeleri CaO, MgO, CuO olarak belirtebiliriz.

     Demir cevherinin yapısında bulunan S, As gibi elementler okside olup sinterleme kademesinde sinterin yapısını terk ederler. K2O ve sodyumoksit sinterin yapısında kalır. Yüksek fırında bu bileşikler 900 – 1000 C0 civarında buharlaşırlar ve fırın külahında sıcaklık 700 C0 olduğu zaman aşağı inerler.
     Bu işlem devamlı tekrarlandığından fırın içinde devamlı sodyum, potasyumoksit (daha çok da potasyumoksit) birikmesi olur. Bu da yüksek fırının üst kademesinde potasyum oksit kemerinin oluşmasına neden olur. Sodyum oksit ve potasyum okside alkaliler denir. Alkalilerin fırından sodyumklorür ve potasyumklorür olarak veya NaF, KF oluşumu ile atılması için CaF2 veya CaCl2 sinter harmanına direkt olarak ilave edilmelidir.

2.8.1.2.Dolomit: Sinter harmanına dolomit eklenmesindeki amaç; harman içinde asit – baz dengesini sağlamaktır. Asit – baz dengesinde ilk etap MgO – Al2O3 dengesidir. Kullanılan cevher yüksek oranda kil içeriyorsa dengeyi sağlamak için dolomit kullanılır. MgO / Al2O3 = 1 olmalıdır. Eksik MgO miktarını tamamlayacak şekilde dolomit hesaplanarak harmana katılmalıdır.

2.8.1.3. Kireçtaşı: Sinter için kullanılan kireçtaşı yarı kristallidir. Kimyasal yapısında % 52 – 55 CaO, % 0-2 MgO, % 1 –1.55 SiO2 % 1- 2 nem bulunur. Yüksek oranda CaO ihtiva ettiği için CaO/ SiO2 dengesini sağlamak amacıyla sinter harmanına katılır. Bu oranın 1.22 olması istenir. CaO /SiO2 oranına küçük baziklik oranı denir. CaO + MgO + CuO / SiO2 + Al2O3 oranına da büyük baziklik oranı denir. Her ikisi de genel olarak baziklik tabiriyle anılabilir.

     Küçük baziklik 0.90 ‘dan büyük olursa sinterleme esnasında açığa çıkan S yanmadan CaS oluşturur. Bu madde kalıcı özellik gösterir. Ancak 1570 C0 gibi yüksek bir sıcaklıkta erimeye başlar. Bundan dolayı sinterde istenmeyen bir maddedir. Bu nedenle sinter harmanı oranlanırken baziklikle kükürt yakma oranları beraber düşünülmelidir.

2.8.1.4. Koktozu: Sinterlemede koktozu katı yakıt olarak kullanılmaktadır. Kok tozu kok fabrikasından alınır. % 12 – 17 oranında nem ihtiva eder. Kuru olarak % 14 – 20 kül bırakır. Külünde %50 SiO2, %5 CaO, % 5 Fe, % 7 – 8 Al2O3 bulunur. % 80 – 86 yanıcı madde içerir. İyi koklaşmışsa içinde benzol, fenol gibi uçucular olmaz. Harmana katılması gereken kok miktarı % 4’tür. Kok fiziksel olarak ta sinterlemeye etki eder. Kok çok büyük olursa yanma iyi olmayacağı için sinter bozuk çıkar. Genel olarak kokun 0 – 3 mm. arasında olması istenir.

2.8.1.5. Sintertozu: Sinter tozları sıcak elek altı ve soğuk elek altından elektrofiltre tozlarından, zincirli konveyörlerde toplanan tozlardan, yüksek fırınlardan bunker altından yapılan elemede elek altından alınan tozlardan oluşur. Yapısal ve kimyasal özellik bakımından sinterin bütün özelliklerini taşır. Sinterleme sırasında bu tozlar büyütülmüş olur. 
Sinterleme harmanı içerisindeki sinter tozunun miktarı ve kalitesi sinterleme işleminin sonuçlarına büyük ölçüde etki eder. Bu nedenle sinter tozunun 80 C0’ e kadar soğutulmuş olması ve içindeki rutubet oranının % 5’i geçmemesi gereklidir.

2.8.1.6. Sinter yatak malzemesi: Sinterleme sırasında düz soğutucudan sonra sinter soğuk elekte elenir. Elek üstü sinter direkt olarak yüksek fırına gönderilir. Elek altı ise sinter tozu ve yatak malzemesi olarak ayrılır. Elek altı sinter tekrar yatak malzeme eleğine alınır.

     Sinter yatak altı malzemesinin kullanılma sebepleri şunlardır.

   1)Izgaralar yüksek sıcaklıktan korunmuş olur.

   2)Sinter kütlesinin ızgara ve peletlere yapışması önlenir.

   3)Harman içindeki toz malzemeler emici kasalara dökülüp verim düşüklüğüne sebep olmaları önlenir.