Teknik Yazı
Panelin malzemesini tipi değil, ocaktaki konumu belirler. Literatür verisiyle hesaplanmış karşılaştırma.
Yayın tarihi: 21 Ekim 2026
Kısa cevap: Panelin tipi değil, ocaktaki konumu belirler.
Duvar panelleri normal çalışmada 600–700 kW/m² ısı akısı görür. Bu yükte çelik cidar 126 °C'de kalır — servis sınırı 400 °C olan bir malzeme için fazlasıyla güvenli. Duvarın çoğunda çelik panel kullanılmasının sebebi budur.
Oksijen enjektörlerinin karşısındaki paneller ise, jet geri teptiğinde 4.000–6.000 kW/m² görür. 6.000 kW/m²'de çelik cidarın iki yüzü arasındaki sıcaklık farkı tek başına 462 °C'dir; su tarafı hiç hesaba katılmadan 400 °C'lik sınır aşılmış olur. Aynı koşulda bakırda bu fark 71 °C'de kalır.
Yani soru "hangi malzeme daha iyi" değil, "bu panel nereye monte edilecek".
Aşağıda bu sayıların nereden geldiğini gösteriyoruz.
Panel seçimi, önce yükü bilmeyi gerektirir. Toulouevski ve Zinurov, su soğutmalı ocak elemanları için ölçülmüş azami ısı akısı yoğunluklarını derlemiştir. Duvar paneliyle ilgili üç değer şunlar:
| Duvar panelinin durumu | qmax (kW/m²) |
|---|---|
| Cürufla yoğun kaplı | 200 – 300 |
| Normal çalışma, ark perdelenmesine bağlı | 600 – 700 |
| Oksijen jeti geri tepmesinde | 4.000 – 6.000 |
Kaynak: Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. baskı, Springer, Bölüm 12.3.1.
Üçüncü satırı anlamak için kısa bir ara açıklama gerekiyor:
Modern elektrik ark ocaklarında oksijen, ergitmeyi ve rafinasyonu hızlandırmak için duvara monte enjektörlerle banyoya üflenir. Jet hurdaya ya da sıvı banyoya çarptığında bir kısmı duvara doğru geri savrulur — sektörde buna geri tepme denir. O anda enjektöre yakın panel, kısa süreli ama çok şiddetli bir ısı darbesi alır.
Yazarlar bu durumu ayrı bir çalışma koşulu olarak ele alıyor: aynı duvar paneli, geri tepme anında 600–700 kW/m² yerine 4.000–6.000 kW/m² görüyor. Panel değişmiyor, koşul değişiyor. Brülör ve enjektör ağızlarının karşısındaki paneller bu olaya açıkken, uzaktakiler değil.
Yazarların uyarısı tasarımın tamamını belirliyor: elemanlar zaman ortalamalı akıya göre değil, tepe değere göre tasarlanmalıdır. Tepe akılar kısa sürelidir ama tekrarlar; elemanın dayanımını belirleyen ve erken arızalara sebep olan onlardır. Yeterince yüksek bir tepe akı, yüzeydeki kabuğu dakikalar içinde sıyırabilir, yüzeyi eritebilir, hatta delinmeye yol açabilir.
Malzeme kararı bu yüzden panelin ortalama yüküne değil, monte edileceği konumun tepe yüküne bakılarak verilir.
Toulouevski ve Zinurov, su soğutmalı boru için tam bir hesap örneği verir (Örnek 3, Bölüm 3):
Düşük karbonlu çelik boruda su 3,0 m/s hızla akıyor. Boru çapları d₂ = 60 mm, d₁ = 52 mm, et kalınlığı δ = 4 mm. Su sıcaklığı 30 °C. Suya geçen ısı akısı yoğunluğu q = 600 kW/m².
Kitabın hesabı: su tarafı taşınım katsayısı α = 11,5 kW/m²·°C. Buradan iç cidar sıcaklığı
t1 = 30 + 600/11,5 = 82 °C
Dış (sıcak) cidar sıcaklığı ise t2 = t1 + q·δ/k formülünden, kitabın genel düşük karbonlu çelik için verdiği k = 55 W/m·K ile:
t2 = 82 + 600.000 × 0,004 / 55 = 126 °C
Aynı hesabı, yalnızca malzemeyi değiştirerek tekrarlarsak:
| Malzeme | Isı iletkenliği | Sıcak yüzey sıcaklığı |
|---|---|---|
| Düşük karbonlu çelik | 55 W/m·K | 126 °C |
| Cu-DHP | 339 W/m·K | 89 °C |
| Cu-ETP | 394 W/m·K | 88 °C |
(Koşullar: q = 600 kW/m², su 3,0 m/s ve 30 °C, et kalınlığı 4 mm. Su tarafı taşınım koşulları aynı tutulmuştur; yalnızca cidar malzemesi değiştirilmiştir.)
Sonuç ilk bakışta şaşırtıcı: 600 kW/m²'de çelik cidar yalnızca 126 °C'ye çıkıyor.
Kazan borusu kalitesi P265GH'nin sürekli servis aralığı −10 … +400 °C'dir; malzeme standardının akma dayanımı tablosu da 400 °C'de biter (Nirotec malzeme veri sayfası, 1.0425). Sınır keskin bir kopma noktası değil, kademeli bir zayıflamadır: akma dayanımı (Rp0,2) 100 °C'de 220 MPa iken 400 °C'de 153 MPa'ya iner — yaklaşık %30 kayıp. Panel, su basıncı altında çalışan bir basınçlı kaptır; bu kayıp doğrudan emniyet payından yenir.
126 °C bu bandın çok altında. Duvar panellerinin büyük bölümünün çelik olmasının sebebi budur.
Asıl soru normal yükte değil, geri tepme anında ne olduğu.
Burada su tarafı hesabı belirsizleşir — 4.000 kW/m² mertebesinde su kaynama rejimine girer ve basit taşınım formülü geçerliliğini yitirir. Ama cidar boyunca sıcaklık düşüşü bu belirsizlikten bağımsızdır; saf iletimdir ve ΔT = q·δ/k ile hesaplanır:
| Isı akısı | P265GH cidar (4 mm) | Cu-DHP cidar (4 mm) |
|---|---|---|
| 600 kW/m² (normal) | 46 °C | 7 °C |
| 4.000 kW/m² (geri tepme) | 308 °C | 47 °C |
| 6.000 kW/m² (geri tepme) | 462 °C | 71 °C |
6.000 kW/m²'de çelik cidarın iki yüzü arasındaki fark tek başına 462 °C— yani su tarafı sıcaklığı hiç eklenmeden, malzemenin 400 °C'lik servis sınırı aşılmış oluyor. Aynı koşulda bakırda düşüş 71 °C'de kalıyor.
Bakırın bedelini ödettiği yer burası. Normal yükte iki malzeme arasında pratik fark yok; geri tepme anında çelik sınırına dayanıyor, bakır dayanmıyor. Ve kitabın dediği gibi, elemanın ömrünü belirleyen o kısa anlar.
Bu yüzden bir ocakta hem çelik hem bakır panel bulunur: brülör ve oksijen enjektörü ağızlarının yakınındaki konumlarda bakır, uzaktaki konumlarda çelik.
Panel yüzeyinde kabuk ve cüruf birikir. Bu bir kirlenme değil, tasarımın parçasıdır.
Toulouevski ve Zinurov, cürufla yoğun kaplanmış duvar panellerinde tepe ısı akısının 200–300 kW/m²'ye düştüğünübildirir — kaplamasız paneldeki 600–700 kW/m²'nin yarısından az. Kaplamasız panel değerleri ise, 1.700 °C'deki yoğun tozlu gazların siyah cisim ışımasıyla (680 kW/m²) örtüşmektedir.
Pratik sonuç: cüruf tutunduğu sürece panel, tasarım yükünün çok altında çalışır. Malzeme farkı bu rejimde küçülür. Bakırın üstünlüğü, cürufun tutunamadığı veya sıyrıldığı anlarda ortaya çıkar — ve o anlar tam olarak elemanın arızalandığı anlardır.
Bu yüzden cüruf tutunmasını teşvik etmek için panel yüzeyine çivi, kupa veya saplama kaynatılır.
| Cu-ETP | Cu-DHP | P265GH | |
|---|---|---|---|
| Isı iletkenliği (20 °C) | 394 W/m·K | 339 W/m·K | 52 W/m·K |
| Elektrik iletkenliği | 58 MS/m (%100 IACS) | 50 MS/m (%85 IACS) | — |
| Çekme dayanımı | — | — | 470 MPa |
| Akma dayanımı | — | — | 260 MPa |
| Yoğunluk | 8,92 g/cm³ | 8,9 g/cm³ | 7,85 g/cm³ |
| Özgül ısı (20 °C) | 394 J/kg·K | — | 470 J/kg·K |
| Ergime noktası | — | 1.083 °C | — |
| Sürekli servis sıcaklığı | — | — | −10 … +400 °C |
| Akma dayanımı (400 °C'de) | — | — | 153 MPa — 100 °C'deki 220 MPa'ya göre %30 kayıp |
Kaynaklar: KME Cu-ETP veri sayfası · Aurubis C12200 Cu-DHP veri sayfası · Nirotec P265GH (1.0425) veri sayfası
Yukarıdaki hesap kararlı rejimi gösterir. Ama EAF yükü kararlı değildir — şarj, ergitme, rafinasyon ve döküm boyunca değişir, ark kararsız yandığında duvara doğru savrulabilir.
Panelin bu değişime ne hızda tepki verdiğini ısıl yayınım belirler:
α = k ÷ (ρ · cp)
| Hesap | Isıl yayınım | |
|---|---|---|
| Cu-ETP | 394 ÷ (8.920 × 394) | 112 mm²/s |
| P265GH | 52 ÷ (7.850 × 470) | 14,1 mm²/s |
Bakır sıcaklık değişimine 8 kat hızlı tepki verir. Çevrimsel termal şokun hakim olduğu bölgelerde bakırın ikinci üstünlüğü budur: tepe akı geldiğinde yüzey sıcaklığı daha az yükselir, çevrim genliği daralır, yorulma çatlağı daha geç başlar.
(Kullanılan yoğunluk ve özgül ısı değerleri yukarıdaki tablodaki kaynaklardan alınmıştır.)
Bu ayrım panel imalatında kritik, ama nadiren yazılır.
Cu-ETP (C11000) en iyi ileten bakırdır — 394 W/m·K. Ancak indirgeyici atmosferde hidrojen gevrekliğine duyarlıdır; kaynak sırasında bu bir sorun yaratır.
Cu-DHP(C12200) fosforla giderilmiş bakırdır. İçindeki %0,015–0,040 fosfor oksijeni bağlayarak hidrojen gevrekliğini ortadan kaldırır; Aurubis veri sayfası kaynak kabiliyetini "mükemmel" olarak derecelendirir. Bedeli, iletkenliğin 394'ten 339 W/m·K'ya düşmesi — yaklaşık %14 kayıp.
Sonuç, imalat yöntemini malzeme seçimine bağlar:
| İmalat yöntemi | Bakır kalitesi | Sebep |
|---|---|---|
| Kaynaklı panel | Cu-DHP | Kaynak dikişinde hidrojen gevrekliği riski yok |
| Döküm / kaynaksız | Cu-ETP | Kısıt yok, tam iletkenlik kullanılabilir |
DNL, kaynaklı panellerinde Cu-DHP, diğer işlerinde Cu-ETP kullanır; seçim projeye göre yapılır.
Yani "bakır panel" demek yeterli değildir. Teklif alırken hangi kalitenin kullanıldığı ve panelin kaynaklı mı döküm mü olduğu sorulmalıdır — ikisi birbirine bağlıdır.
Aşağıdaki değerler 1989 tarihli bir doktora çalışmasından derlenmiştir ve o dönemin panel pratiğini yansıtır. Panel teknolojisi bugün daha ileridedir; rakamlar mertebe göstergesi olarak okunmalıdır.
| Panel tipi | Ömür (döküm sayısı) |
|---|---|
| Çelik kutu panel (Korf/Fuchs tipi) | en az 1.500, tipik olarak +1.000 daha |
| Döküm soğutma bloğu | 250 – 5.000 |
| Bakır panel | 10.000 üzeri |
| Bakır panel — alt duvar sıcak nokta | 3.300 |
Kaynak: Simon, M.J., The thermal performance of water cooled panels in electric arc steelmaking furnaces, PhD, 1989, s. 11.
Son satır önemli: bakır panelin ömrü, sıcak noktaya konduğunda 10.000'den 3.300 döküme iniyor. Bakır, en zor bölgede de yıpranır — sadece çelikten yavaş.
Panellerin çoğu çatlayarak arızalanır; sebep olarak sıcak yüzey büzülmesi ve çevrimsel termal şok gösterilir. Diğer arıza sebepleri panele ark atlaması, dikkatsiz oksijen üflemesi, sıvı çeliğe kısmi daldırma ve hurda çarpmasıdır (a.g.e., s. 10).
Bakırın her yere konmamasının sebebi fiyattır. Bakır hem ham madde hem işçilik olarak çelikten belirgin pahalıdır; bu yüzden kullanımı, ömür kazancının maliyeti karşıladığı bölgelerle sınırlı tutulur.
Panel hangi malzemeden olursa olsun, su tarafı yanlışsa arızalanır.
Toulouevski ve Zinurov'un verdiği asgari su debisi bağıntısı:
V = Q ÷ [1,15 × (tçıkış − tgiriş)] , m³/h
Burada Q, elemanın en zorlu dönemde aldığı toplam ısı akısıdır (kW).
Sıcaklık sınırları kritik:
| Durum | Azami çıkış suyu sıcaklığı | Sebep |
|---|---|---|
| Kimyasal işlem görmemiş, düşük kaliteli su | 40 – 50 °C | Kanal cidarında tuz birikmesi |
| Kimyasal işlem görmüş su | 70 °C | Üstünde iç ve dış cidar sıcaklıkları da yükselir |
Tuz birikmesi ısı transferini düşürür, bu da cidar sıcaklığını yükseltir, bu da birikmeyi hızlandırır. Kendini besleyen bir döngüdür ve panel arızalarının sık görülen ama geç fark edilen sebebidir.
Su hızı tarafında tedarikçi pratiği 1,2–2,5 m/s aralığında yoğunlaşır; alt cüruf hattı gibi yüksek yüklü bölgelerde 5 m/s üzerine çıkıldığı bildirilmiştir (ispatguru). Kitabın örnek hesabı 3,0 m/s üzerinden yapılmıştır.
Su soğutma, ısıyı ocaktan çıkarmak demektir — ve o ısı enerjidir.
Toulouevski ve Zinurov, 130 tonluk modern bir EAF için ayrıntılı bir ısı dengesi verir. Ocak, döküm aralığı (tap-to-tap) 38 dakika olacak şekilde, 78 MW güçle ve 331 kWh/ton elektrik tüketimiyle çalışmaktadır.
Bu dengede su soğutmalı duvar ve kapak panellerine giden ısı 77 kWh/ton, yani toplam enerji girdisinin %11,4'üdür (Bölüm 4.3). Karşılaştırma için: sıvı çeliğin entalpisi — yani işin faydalı kısmı — %58,1'dir.
Yani modern bir ocakta giren enerjinin yaklaşık sekizde biri su soğutmalı panellerden çıkar.
Bu bir kayıp kalemi gibi görünür, ama takasın diğer tarafı vardır: su soğutmalı duvar, refrakter tüketimini ve duruş süresini belirgin düşürür. Panel olmadan aynı güçte çalışmak mümkün değildir.
Yukarıdaki veriler sektör literatüründendir. Aşağıdakiler DNL'in kendi imalat verisidir.
| Su soğutmalı çelik paneller | P265GH-TC1 (dikişsiz/çekme), P235GH-TC1, A106 Gr.B ve eşdeğerleri |
| Su soğutmalı bakır paneller | %99 bakır — kaynaklı imalatta Cu-DHP, diğer işlerde Cu-ETP |
DNL her iki malzemede de panel üretir; aynı ocağa konum bazında karışık besleme yapılabilir. İlgili diğer bileşenler: EAF üst gövde, EAF kapak, su soğutmalı dirsek.
| Çap aralığı | Et kalınlığı | |
|---|---|---|
| Bakır | Ø76 – Ø90 mm | 10 – 12 mm |
| Çelik | Ø33 – Ø114 mm | 4 – 15 mm |
Kitabın örnek hesabı Ø60 mm / 4 mm et kalınlıklı çelik boru üzerinden yapılmıştır — bu aralığın içinde.
| Ocak kapasitesi | 100 tona kadar (teslim edilenler 50–100 ton aralığında) |
| Üst gövde çap aralığı | Ø3.000 – Ø10.000 mm |
| Hidrostatik test basıncı | Müşteri talebine göre 12 – 40 bar (tipik talep 12 – 20 bar) |
| Kaynak standardı | EN ISO 3834-2 |
| Tahribatsız muayene | Standart: penetrant (PT) + radyografik (RT). Talep halinde: ultrasonik (UT), manyetik partikül (MT) |
| Garanti süresi | 12 ay |
Basınç konusunda sık karşılaşılan bir yanlış anlamayı düzeltmek gerekir: bakır panel ayrı bir basınç sınıfı gerektirmez. Aynı ocakta çalışan bakır ve çelik paneller aynı soğutma devresine bağlıdır ve aynı basınçta çalışır. Bir ocakta iki malzemenin birlikte bulunması olağandır. Yukarıdaki 12–40 bar bir hidrostatik test basıncıdır; imalat bütünlüğünü doğrulamak için uygulanır, çalışma basıncıyla karıştırılmamalıdır.
DNL hem çelik hem bakır panel üretir. Bu, malzeme seçimini ticari değil teknik bir karar haline getirir — satılacak tek bir ürün olmadığı için.
