ERDEMİR ÇELİKHANE CÜRUFLARININ EKONOMİK VE EKOLOJİK DEĞERLENDİRİLMESİ
Esin GÜNAY
1, Mustafa KARA
11TÜBİTAK MAM, Malzeme Enstitüsü, 41470, Gebze/KOCAELİ Tel: (262) 641 2300-3495 Esin.Gunay@mam.gov.tr Tel: (262) 641 2300-3424 Mustafa..Kara@mam.gov.tr
Özet: Son yıllarda çelik fabrikaları, çevre koruma ve geri dönüşüm konusunda çeşitli programlar üzerine yoğunlaşarak, kullanılmayan atık malzeme oranını sıfıra indirmeye çalışmaktadırlar. Bu programlar; tüm çelik üretim prosesi aşamalarını, yan ürün oluşumunu minimuma indirmeyi, düşük maliyetle üretim yapmayı, taşıma ve proses teknolojilerini kapsamaktadır. Kaynakların efektif kullanımı, ekonomi ve çevre koruma faktörleri dikkate alındığında, çelik fabrikalarından çıkan çeşitli türdeki cürufların, toz ve çamurların çok iyi bir şekilde değerlendirilmesini gerektirmektedir.
Çelik üretiminde ortaya çıkan fazla miktardaki yan ürünler, dünyada birçok ülkede yasalarla denetlenmekte ve demir çelik fabrikaları kendi atıklarını ya da yan ürünlerini çevresel faktörleri de dikkate alarak kullanmanın veya yok etmenin yollarını aramaktadırlar. Dünyadaki eğilim çelik üretiminde yan ürünleri mümkün olduğunca kullanmak ve yasalarla yan ürün kullanımını desteklemektir. Ülkemizde de demir çelik endüstrisinden gelen yan ürünlerin geri kazanımı ve atıkların çevreyle uyumlu bir şekilde yok edilebilmesi konusunda çalışmalar yapılarak, üretim yapan şirketler ve araştırmacılar birlikte çalışmalı, geliştirilen/geliştirilecek atık/yan ürün değerlendirme prosesleri devletimiz tarafından yasalarla desteklenmelidir.
TÜBİTAK MAM, Malzeme Enstitüsü’nde Ereğli Demir Çelik Fabrikaları T.A.Ş. (ERDEMİR) çelikhane cüruflarının ekonomik ve ekolojik değerlendirilmesi ile çeşitli sektörler için değerli bir hammaddeye dönüştürülme araştırma ve geliştirme çalışmaları 2000 yılından bu yana devam etmektedir. Yapılan çalışmalarda; çelikhane cüruflarının dünyadaki kullanım alanlarının belirlenmesi amacıyla öncelikli olarak literatür veri bankası oluşturulmuş, yeniden değerlendirme için öncelikli alan inşaat sektörü seçilmiştir. Bu kapsamda uluslararası 6 ortaklı EUREKA projesi oluşturularak, araştırma geliştirme çalışmalarına TÜBİTAK-TİDEB’ten maddi destek kazanılmıştır.
Bu sunuşta ERDEMİR çelikhane cürufunun; yol ve yol temel altı malzemesi olarak, asfaltta kullanımına yönelik deneysel çalışmalara dayalı kullanım kriterlerine, çelik cüruf çimentosu üretim kriterlerine, çelik cürufunun tren yollarında balast malzeme olarak kullanımına ait elde edilen sonuçlara yer verilmektedir.
Çelikhane cüruflarının ekonomik ve ekolojik değerlendirilmesi araştırma geliştirme çalışmaları kapsamında; ERDEMİR, TÜBİTAK MAM, T.Ç.M.B., İSTON A.Ş., İSFALT A.Ş., kuruluşları birlikte hareket ederek SET BETON, AKÇANSA ve LAFARGE Şirketlerinin de çok değerli katkılarıyla, Araştırma Merkezi, Kamu ve Özel Sektör Firmaları işbirliğinin güzel bir örneği verilmiştir.
Anahtar sözcükler: Çelik cürufu, asfalt, agrega, cüruf çimentosu, ekoloji, atık değerlendirme
1-GİRİŞ
Çelik cürufları esas olarak kalsiyum, demir, magnezyum ve mangan oksitlerin eriyerek oluşturduğu kalsiyum silikat ve alümino-ferritten meydana gelmektedir. Üretilen çeliğin özelliklerine bağlı olarak kimyasal içerik farklılıklar gösterebilir.
ASTM çelik cürufunu metalik olmayan, kalsiyum silikat ve ferrit ile birlikte demir, alüminyum, mangan, kalsiyum ve magnezyum oksitleri içeren, bazik oksijen, elektrik ark
veya Siemens Martin fırınlarında üretilen bir cüruf olarak tanımlamıştır [1].
Çelik cürufları dünyada esas olarak;
-yollar için agrega -asfalt dolgu malzemesi
-çimento endüstrisinde katkı malzemesi -tren yolu balastı
-toprak dolgu
-su kanalları için agrega
-cüruf yünü
-tarımda gübreleme ve kireçleme amaçlı
-geri dönüşüm malzemesi olarak sinter fırınlarda
-değişik kullanımlar için bulk malzeme olarak kullanılmaktadır [2] .
Bu çalışmada hammadde olarak kullanılan ERDEMİR çelik cürufu, bazik oksijen fırınlarında (BOF) yan ürün olarak ortaya çıkmaktadır. Bazik oksijen prosesinde sıcak maden, hurda ve cüruf yapıcılar (kireç, dolomitik kireç) konvertöre şarj edilmekte ve daha sonra konvertör içerisine daldırılan bir lans aracılığı ile yüksek basınçta oksijen üflenmektedir.
Üflenen oksijen şarjdaki empüritelerle birleşmektedir. Bu empüriteler karbon (CO gazı olarak), Si, Mn, P ve bir miktar Fe’dir (Sıvı oksitler halinde). Kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan bu oksitlerden sıvı halde olanlar kireç ve dolomitik kireç ile birleşerek cürufu oluşturmaktadır. İşlem bitiminde sıvı çelik bir potaya dökülürken, oluşan cüruf sıvı halde, yaklaşık olarak 1100–1500 C’de özel cüruf potalarına boşaltılarak taşınmakta ve stok sahalarında soğumaya bırakılmaktadır. 1 ton çelik üretiminde yaklaşık 100–150 kg (%10–15) cüruf oluşmaktadır.
TÜBİTAK MAM, Malzeme Enstitüsü’nde çelikhane cürufu konusunda yapılan araştırma geliştirme çalışmalarında amaç; ülkemizde hali hazırda efektif bir kullanımı olmayan çelik cürufunu değerli bir yan ürün ve farklı endüstri dalları için yararlı bir hammaddeye dönüştürmektir [3]. Bu çalışmaların sonucunda devletimizin de desteği ile sınırlı doğal kaynakların hızlı tüketimi önlenecek ve hem atıkların neden olduğu çevre problemlerine bir ölçüde çözüm getirilecek, hem de çelik cürufunun çimento sektöründe katkı maddesi olarak kullanılmaya başlanmasıyla birlikte çevre kirliliğinin önüne geçilebilecektir.
2-DENEYSEL ÇALIŞMALAR VE SONUÇLAR TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü’nde ERDEMİR çelikhane cürufları konusundaki çalışmalar 5 ayrı alanda sürdürülmektedir. Asfaltta katkı ve balast malzeme deneylerinde Tablo 1’de verilen kimyasal kompozisyondaki ERDEMİR çelik cürufu, çelik cüruf çimento üretimi için de Tablo 2’de verilen ERDEMİR çelik cürufu kullanılmıştır.
Tablo 1. ERDEMİR Çelikhane Curufunun Kimyasal Analizi
Element (%) ERDEMİR BOF Cürufu
CaO 47-55
CaO Serbest 6.5
SiO2 7.5 – 15
Al2O3 1.2 – 1.7
MgO 1.3 - 1.5
Toplam Fe 20 - 26 Toplam Mn 3.5 – 5.3
Na2O -
K2O -
S -
CaO/SiO2 3.7 - 6.25
Tablo 2. Çelik cüruf çimentosu üretimi ve beton denemeleri için kullanılan ERDEMİR çelikhane cürufları yaş kimyasal analiz sonuçları
2.1. Çelikhane Cürufunun Asfaltta Kullanımı
Çelik cürufu karışımlı asfalt betonlar ABD, İngiltere, Japonya ve Kanada gibi ülkelerde kullanılmaktadır [4,5,6].
ERDEMİR çelikhane cüruflarının asfalt karışımında kullanımına yönelik çalışmalar İSFALT A.Ş. ile ortaklaşa yürütülmüş ve gerekli tüm standart testler uygulanmıştır.
Çelikhane cürufunun asfalt katkı maddesi olarak kullanımında gradasyon limitleri; bitümlü temel tabakası için % 100 cüruf, binder tabakası için % 70 cüruf + % 30 kalker ve aşınma tabakası için % 50 cüruf + % 50 kalker olarak belirlenmiştir. Çelikhane cürufu için optimum bitüm oranı; bitümlü temel tabaka için % 4 0.5, binder tabakası için % 5 0.3 ve aşınma tabakası için % 5.3 0.3 bulunmuştur. Buna uygun olarak hazırlanan asfalt karışımları deneysel çalışma sonuçları ve şartname değerlerinin karşılaştırılması Tablo 3’te verilmektedir.
2.2. Çelikhane Cürufunun Balast Malzeme Olarak Kullanımı
Balast, platform üzerine konan traverslerin içinde gömülü oldukları kırma taş tabakasına denir. Üst yapı sisteminde balastın başlıca üç görevi vardır. Bu görevlerin başında dingillerden raya ve traverse gelen düşey yükleri platform üzerinde daha büyük sahaya yaymak ve yatay tesirler neticesinde ray ve travers çerçevesinin hareketlerine karşı koymak gelir. Balastın ikinci görevi, vagonların üzerinde yuvarlandıkları yola bir miktar elastikiyet vermektir. Hızın
% Ağırlık
No . 1 Hızlı Soğutulmuş
Cüruf
No. 2-Yavaş Soğutulmuş
Cüruf
No. 3- Havada Soğumuş
Cüruf*
No. 4- Havada Soğumuş
Cüruf
No . 5 Yaşlandırıl-
mış Cüruf Cr2O3 0,115 0,106 0,087 0,081 0,112
MnO 3,148 3,347 3,554 3,907 4,455
TiO2 0,573 0,574 0,571 0,486 0,521
SiO2 12,22 10,6 11,7 10,11 8,59
S 0,125 0,064 0,089 0,078 0,074
CaO 40,292 39,171 42,651 38,037 40,733
MgO 5,944 7,852 6,517 8,506 6,102
Na2O 0,104 0,059 0,043 0,034 0,035
K2O 0,04 0,017 0,035 0,018 0,02
P2O5 1,053 0,985 1,042 0,916 0,939
Tablo 3. Asfalt Deneysel Çalışma Sonuçları ve Şartname Değerlerinin Karşılaştırılması
Tablo 4. Balast Malzeme ve ERDEMİR Çelikhane Cürufunun Malzeme Özellikleri.
Özellikler
Bitümlü Temel Tabakası
Tip- A
Binder Tabakası Tip- 3
Aşınma Tabakası Tip- 2
Deney
Sonuçları Şartname Deney Sonuçları
Şartname (Hafif ve
orta trafikli yollar)
Deney Sonuçları
Şartname (Hafif ve orta trafikli yollar)
Birim Ağırlık (gr/cm3) 3,106 - 2,911 - 2,741 -
Boşluk %’si 6,67 4 - 7 4,21 4 - 6 3,62 3 - 5
Asfaltla Dolu Boşluk %’si 61,84 45 - 65 74,82 65 - 75 77,40 75 - 85
Stabilite (kg) 1178 min 600 1345 min 600 1291 min 750
Akma (mm) 2,92 2 - 5 3,30 2,5 - 4,6 4,06 2 ,5 - 4,6
Kaba Mıcırın Öz. Ağ.
(gr/cm3) 3,612 - 3,612 - 3,124 -
İnce Mıcırın Öz. Ağ. (gr/cm3) 3,624 - 3,092 - 3,092 -
Fillerin Özgül Ağırlığı
(gr/cm3) 3,745 - 2,937 - 2,937 -
Agrega Efektif Öz. Ağ.
(gr/cm3) 3,655 - 3,368 - 3,138 -
Tokmak Sayısı 75 50 -75 50 50 -75 50 50 -75
Tokmaklama Isısı (°C) 150 150 - 155 150 150 - 155 150 150 - 155 Not: Mıcır ve ERDEMİR çelikhane cüruflarının hacim özgül ağırlığı kullanıldı.
Malzeme Özellikleri
Balast Malzemesi Çelikhane Cürufu
D.D.Y. Şartnamesi
TS 7043 (Balast- Demiryollarında
Kullanılan)
İSFALT Sonuçları T.C.D.D.Y Deney Sonuçları
% Değer Standart
No % Değer Standart
No % Değer Standart
No % Değer Standart No Organik
Kökenli Madde Miktarı
Ağırlıkça
< % 5 TS 3673 Ağırlıkça
< % 5 TS 3673 - - Yok TS 3673
Aşınmaya Dayanıklılık
100 devir sonunda
< % 10 1000 devir
sonunda
< % 30
TS 3694
devir sonunda
< % 10 500 devir
sonunda
< % 30
TS 3694 15.5 TS 3694 10.7
(1000 devir)
TS 3694 (Los Angeles)
Su Emme < % 2 TS 699 < % 2 TS 699
Kaba agrega
% 0.95 İnce agrega
% 0.83
TS 3526 0.35 TS 699
Birim Hacim
Ağırlığı 3.71
(ton/m3) TS 699 Özgül
Ağırlığı 3.73 TS 699
Dona Dayanıklılık
Kütle kaybı sülfat çözeltisinde
<%10 Magnezyum
sülfat çözeltisinde
<%15
TS 3655
Kütle kaybı sülfat çözeltisinde
<%10 Magnezyum
sülfat çözeltisinde
<%15
TS 3655
Kalsiyum sülfat çözeltisinde
% 8.56
TS 3655 1.65
TS 3655 (Sodyum sülfat)
çok arttığı bu zamanda yolda bir miktar elastikliğin bulunması, yolcu konforu ve vagon ile yolun bakımı için faydalıdır. Balastın üçüncü görevi ise platform üzerinde bitkilerin bitmesine engel olması ve bazı durumlarda platformu dona karşı muhafaza etmesidir [7].
ERDEMİR çelikhane cürufunun fiziksel özelliklerinin hem standart değerlere, hem de DDY şartnamesinde belirtilen değerlere göre uyumlu olduğu görülmüştür. Çelikhane cürufu balast malzemesi olarak kullanılması için TSE ve DDY şartnamesine göre gerekli özellikleri sağlamaktadır [8,9]. DDY Yol dairesi Başkanlığı Varyantlar Grup Müdürlüğü Alt Yapı laboratuarında, TS 7043 standardının gerektirdiği testler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar Tablo 4’te verilmiştir. ERDEMİR çelikhane cürufu kullanılarak yapılan test sonuçları, TS 7043’de belirtilen balast özelliklerini taşımaktadır.
2.3. Çelikhane Cürufunun Çimento Üretiminde Kullanımı
Dünyada Kanada, ABD, Avustralya, Çin ve Hindistan gibi ülkelerde çelik cüruf katkılı çimento üretiminin gerçekleştirildiği, hatta ABD’de CemStarSM prosesi adı altında patentlendiği belirlenmiştir [10,11]. Çelik cüruf katkılı çimentoların; ilerleyen süreyle birlikte yüksek mukavemet değerlerine ulaştığı, düşük sıcaklıklarda hidrate olduğu, iyi aşınma-donma ve korozyon direnci gösterdiği araştırmacılar tarafından bildirilmiştir [12,13]. Elektrik ark ocağı, yüksek fırın ve bazik oksijen fırın cüruflarına çimento üretiminde kullanım imkânı sunan CemStarSM prosesiyle, çok az bir yatırım yapılarak, düşük emisyonlarla klinker üretiminde artış saptanmıştır [14].
Çelik cüruf çimentosu; endüstriyel ve inşaat mühendisliği uygulamaları, yol yapımı ve masif beton yapılar için uygundur. Çelik cüruf çimentosunun uygulama alanları aşağıda sıralanmıştır:
İnşaat mühendisliği uygulamaları Endüstriyel bina uygulamaları Baraj yapımı uygulamaları Yol yapımı uygulamaları
Yapılan araştırmalara göre, çelik cürufunun geleneksel çimentodan farklı özellikleri;
1. İlerleyen süreyle birlikte yüksek mukavemet 2. Düşük sıcaklıkta hidratasyon
3. İyi aşınma direnci 4. İyi geçirgenlik 5. Mikro genleşme
6. İyi donma ve korozyon dayanımıdır.
Çimento deneyleri kapsamında, TÇMB AR-GE Enstitüsü Laboratuarları ile işbirliği yapılmıştır. Yapılan ön deneyler ile %20 Çelikhane Cürufu + %80 Portland Çimento karışımında hacim genleşmesinin standartlara uygun olduğu
tespit edilmiştir. Bu sebepten dolayı, çelikhane cürufunun portland çimentoya %20 oranında katkı olarak kullanılmasına karar verilmiştir. Portland Çimento ve %20 oranında çelik cüruf (5 adet çelik cürufu ve 1 adet yüksek fırın cürufu) katkılı çimento numuneleri, farklı boyutlardaki çelik cüruf numunelerinden eşit miktarda alınarak harman yapılmıştır. Karışım çimento harman numunelerinde;
basınç dayanımı, priz süreleri, hacim genleşmesi, kıvam suyu, ve su emme oranları gibi fiziksel ve mekanik testler gerçekleştirilmiş ve deney sonuçları Tablo 5’te verilmiştir . Portland çimentoda çelik cürufunun kulanılabilmesi için optimum ön öğütme süresi 55 dakika olarak tespit edilmiştir. Çelik cüruf numunelerinin priz süresi, hacim genleşme değerleri ve kıvam suyu miktarları , portland çimento ile kıyaslandığında benzer sonuçlar verdiği ve standartlara uygun olduğu görülmüştür. Referans portland çimentodan farklı olarak başlangıç priz süreleri daha geç başlamakta ve priz daha uzun sürede sona ermektedir.
TÇMB AR-GE Laboratuvarlarında çelik cürufunun klinkerizasyona (klinker oluşumu ve pişme prosesine) etkisinin incelenmesi amacı ile ERDEMİR çelik cürufu numunesi ile bir çimento fabrikasından temin edilen farin ve kil hammadde olarak kullanılmış ve hazırlanan farinin klinkerizasyon prosesleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan araştırma ile; % 16.85 ve %20 oranında ERDEMİR No.4 havada soğutulmuş çelik cürufu kullanılarak, normal klinkerleşme sıcaklığının 100 οC altında klinkerleşme prosesi gerçekleştirilmiştir. Kimyasal, fiziksel ve mekanik test sonuçlarına göre Portland Çimento 32,5 (PÇ 32,5) çimento sınıfına uygun çimento elde edilmiştir.
Ülkemizde bir ilki gerçekleştirerek yapılmış olan bu Ar-Ge çalışması sonucunda çelikhane cürufunun çimento ve klinker üretiminde kullanılabilmesi ve ülkemizdeki çimento fabrikalarının bu üretime başlayabilmesi için, TS EN 197-1 Çimento-Bölüm 1 – Genel Çimentolar – Bileşim, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri standardına “ulusal ek”
hazırlanması için başvurulmuştur.
Portland Çimentosuna %20 oranında çelik cüruf ikamesiyle oluşturulan katkılı çimento numunelerinde 7 ve 28 günlük kür işlemi sonucunda oluşan fazların belirlenmesi amacıyla SHIMADZU XRD-6000 model X-Işını difraktometresi kullanılmıştır. 7 günlük kür işleminde numune katılaşmadığından dolayı, 9 numaralı çimento karışımı için, sadece 28 günlük numuneye analiz yapılabilmiştir.
Hanawalt yöntemine göre yapılan kalitatif faz (mineralojik) analizlerinde, çimento karışımlarında 7 ve 28 günlük kür işlemi sonucunda aynı fazların olduğu belirlenmiştir.
Çimento karışımlarının içerdiği fazlar Tablo 6’da verilmiştir.
Tablo 5. Basınç Dayanımları ve Priz Süreleri
Karışım No
Çimento Kodu
Basınç Day. N/mm2 Priz süreleri (saat:dakika) Hacim (%)
2. gün 7. gün 28. gün 90. gün Başlangıç Son Gen.(mm) Kıvam Suyu
1 PÇ 17.3 30.0 39.4 42.9 03:00 03:55 1 23.8
2 20C (YFC) 13.6 23.7 32.0 38.2 03:45 04:25 0 24.3
3 20C (hızlı) 15.1 24.8 32.9 - 03:40 04:20 2 22.5
4 20C (yavaş) 14.9 25.9 33.3 - 03:20 04:05 2 23.3
5 20C (havada*) 15.1 26.2 33.6 38.9 03:25 04:15 1 23.3
5’ 20C (havada*) 14.9 27.0 35.2 - 03:55 04:40 2 24.0
6 20C (havada) 14.6 25.5 33.0 - 03:15 03:55 3 23.0
7 20C (stok) 13.5 23.8 31.7 - 03:10 03:50 3 23.0
8 10C (havada*) + 10C
(YFC) 12.1 22.4 30.0 - 03:45 04:30 0 23.8
9 45C (havada*) + 45C
(YFC) - 0.9 7.4 - 09:00 - 36 23.5
Tablo 6. Çimento karışımları kalitatif faz analiz sonuçları
Belirlenen faz Formül PDF No
1) Portlandite Ca(OH)2 4-733
2)Larnite Ca2SiO4 33-302
3)Ettringite Ca6Al2(SO4)3(OH)12. 26H2O 41-1451
4)Kalsit CaCO3 5-586
5)Wollastonite CaSiO3 43-1460 PDF No: Toz difraksiyon kart numarasıdır.
2.4. Çelikhane Cürufunun Betonda Kullanımı
Çelikhane cürufunun yüksek fırın cürufuyla birlikte betonda agrega olarak kullanılabilirliğinin belirlenmesi amacıyla İstanbul Büyükşehir Belediyesi İSTON A.Ş.
Kalite Kontrol ve AR-GE Laboratuvarları ile işbirliği yapılmıştır. Beton agrega testleri sonuçlarına göre beton karışım reçeteleri hazırlanmıştır. Beton karışım reçetelerinde; No.1 (4-8 mm) hızlı soğutulmuş cüruf Mıcır (I) yerine, No.2 (0-4 mm) yavaş soğutulmuş cüruf taş tozu yerine, No.6 (0-4 mm) yüksek fırın cürufu deniz kumu yerine, No.1 (8 mm’den büyük) hızlı soğutulmuş cüruf Mıcır (II) yerine, No.4 (0-4 mm) havada soğutulmuş cüruf taş tozu yerine kullanılmıştır. Beton karışımları deneme sonuçları Tablo 7’de verilmiştir.
No.1 (4-8 mm ve 8 mm’den büyük) hızlı soğutulmuş cüruf kullanılarak yapılan C20 hazır beton karışımı ile TS EN 206-1 ile istenilen 28 günlük küp basınç dayanımı sonucu en az olması gereken 250 kgf/cm2 luk değer sağlanmıştır.
Beton karışımlarında çelik cüruflarının en iyi sonuçları, 4-8 mm ve 8 mm’den büyük boyutlarda verdiği görülmüştür.
Bu nedenle beton karışım reçeteleri planlanırken, bu boyutlardaki cürufun Mıcır I ve Mıcır II yerine kullanılmasının uygun olduğuna karar verilmiştir. 28 günlük mukavemetler esas alındığında Deneme 1 ( 1 No 4- 8 mm cürufun Kırmataş I mıcır ile %100 ikamesi) ve Deneme 3 (1 No > 8 mm cürufun Kırmataş II mıcır ile
%100 ikamesi) ün C 20 beton sınıfını (250 kgf/cm²) sağladığı görülmüştür.
Çelik cürufları ile yapılan beton karışımları maliyet değerlendirilmesi için, agregaların yaklaşık aynı tane büyüklüğüne sahip çelikhane cürufu ile %100 oranında ikame edilmesi yoluyla karşılaştırma yapılmıştır. Beton karışımları reçete maliyetleri göz önüne alındığında;
Kırmataş I ve II [ 7,8 YTL/ton ] yerine çelikhane cürufunun [ 2,5 USD/ton ( ~ 3,4 YTL/ton) ] ikame edilmesinin maliyet avantajı sağladığı görülmüştür.
Betonda agrega ile %100 ikame edilerek TS EN 206-1’de belirtilen mukavemet şartını sağlayamayan diğer cürufların,
%100 yerine değişik oranlarda (%25, 50, 75 vb) ikamesine dönük denemelerine devam edilmesi uygun bulunmuştur.
Ayrıca; Türkiye’den ERDEMİR ve TÜBİTAK-MAM/ME ile birlikte Çek Cumhuriyeti’nden 2 ve Sırbistan Karadağ’dan 2 adet proje ortağı olan TİDEB destekli ECOUTIRESMAT “Economical and Ecological Utilisation
of Selected Residual Materials for Landscape Creation”
konulu EUREKA projesine Mart 2004’te İSTON A.Ş.
projenin 7.ortağı olarak kabul edilmiştir. İSTON A.Ş. bu kapsamda ERDEMİR çelik cürufu ile beton denemelerini 2006 yılı sonuna kadar sürdürecektir.
3-GENEL SONUÇLAR
Türkiye’de ve Dünya’daki diğer çalışmalara paralel olarak TÜBİTAK-MAM/Malzeme Enstitüsü’nde yoğun araştırma geliştirme çalışmaları 2000 yılından bu yana devam etmektedir. TÜBİTAK MAM, Malzeme Enstitüsü’nde çelikhane cürufu konusunda yapılan araştırma geliştirme çalışmalarındaki amaç; ülkemizde hali hazırda efektif bir kullanımı olmayan çelik cürufunu değerli bir yan ürün ve farklı endüstri dallarında yararlı bir hammaddeye dönüştürmektir. Bu çalışmaların sonucunda devletimizin de desteği ile sınırlı doğal kaynakların hızlı tüketimi önlenecek ve hem atıkların neden olduğu çevre problemlerine bir ölçüde çözüm getirilecek, hem de çelik cürufunun inşaat sektöründe katkı maddesi olarak kullanılmaya başlanmasıyla birlikte çevre kirliliğinin önüne geçilebilecektir.
ERDEMİR çelikhane cürufunun asfalt katkı maddesi olarak kullanımında gradasyon limitleri; bitümlü temel tabakası için % 100 cüruf, binder tabakası için % 70 cüruf + % 30 kalker ve aşınma tabakası için % 50 cüruf + % 50 kalker olarak belirlenmiştir. Çelikhane cürufu için optimum bitüm oranı; bitümlü temel tabaka için % 4 0.5, binder tabakası için % 5 0.3 ve aşınma tabakası için % 5.3 0.3 bulunmuştur. Çelikhane cürufunu serbest kalsiyum oksit oranı ve hacimsel genleşme sonuçlarına göre, bitümlü temel ve binder tabakasında kullanmanın uygun olacağı belirlenmiştir. Yapılan fizibilite araştırması sonuçlarına göre, çelikhane cürufunun Karadeniz Ereğli ve civarında asfalt betonu agregası olarak kullanımı, kırmataşın agrega olarak kullanımına göre %11- 12 oranında daha ekonomik olduğu belirlenmiştir.
Çelikhane cürufunun organik kökenli madde miktarı, aşınma ve dona dayanımı ve su emme özelliklerinin D.D.Y.
şartnamesinde istenilen balast malzeme değerlerini sağladığı belirlenmiştir.
No.1 (4-8 mm ve 8 mm’den büyük) hızlı soğutulmuş cüruf kullanılarak yapılan C20 hazır beton karışımı TS EN 206-1 ile istenilen 28 günlük küp basınç dayanımı sonucu en az olması gereken 250 kgf/cm2 luk değeri sağlamıştır.
ERDEMİR çelikhane cüruflarının çimento ve betonda belirlenen şartlarda ve oranlarda kullanımının maliyet hesapları yapılmış ve beton karışımları reçete maliyetleri göz önüne alındığında; Kırmataş I ve II yerine çelikhane cürufunun ikame edilmesinin maliyet avantajı sağladığı görülmüştür. Çimento üretiminde farin kompozisyonuna
değişik oranlarda (% 1,46; % 5,0 ve % 10, %16 ve %20) çelikhane cürufunun katıldığı durumlarda maliyet analizi yapılmış ve karışım oranına bağlı olarak çelikhane cürufunun farin üretiminde %20’ye kadar kullanımının maliyet avantajı sağladığı görülmüştür.
Çelik cürufunun Türk endüstrisine tanıtılması ve çelik cürufunun kullanımının yaygınlaştırılması için LAFARGE, SET BETON VE AKÇANSA Firmaları ile elde edilen sonuçlar paylaşılmıştır. Çelikhane cürufunun çimento katkısı olarak değerlendirme araştırması ve uygulanması çalışmaları kapsamındaki bulgular ile 1 Haziran 2005 tarihinde Türk Standartları Enstitüsü (TSE)’ne TSE EN 197/1 “Genel Çimentolar” standardına, çelikhane cürufunun “katkı maddesi” olarak “ulusal ekine” ilave edilmesi için başvuruda bulunulmuştur.
TÜBİTAK MAM, Malzeme Enstitüsü; EUREKA projesi kapsamında çelik cüruflarının ekolojik testlerini takiben, tarımda kullanım şartlarının belirlenmesi ile ilave beton testlerine İSTON A.Ş. ve Set Beton Firmalarıyla devam etmektedir.
Teşekkür
Çelik cüruflarının değerlendirilmesi için gerekli koordinasyonu ve maddi desteği sağlayan TÜBİTAK- TİDEB ve Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları T.A.Ş.
(ERDEMİR) Yetkililerine teşekkür ederiz. Çelik cüruflarını ERDEMİR’e değerli bir yan ürün olarak sunabilmek için, çalışmaların başlatılması sırasında emeğini ve sonsuz desteğini esirgemeyen Sn.Erol BAŞ’a şükranlarımızı sunarız. Asfalt denemeleri için İSFALT A.Ş.’ye, çimento deneyleri için TÇMB Ar-Ge Enstitüsü’ne ve beton ile ilgili deneysel kısmın ve maliyet hesaplamalarının gerçekleştirilmesi kapsamında destek sağlayan İstanbul Büyükşehir Belediyesi-İSTON A.Ş.
yetkililerine özellikle teşekkür ederiz. Çalışmalarda çeşitli aşamalarda verdikleri desteklerden ötürü AKÇANSA A.Ş., Lafarge Aslan Çimento Fabrikası yetkililerine ve çalışanlarına teşekkürlerimizi sunarız. Projenin sağlıklı bir şekilde yürümesine imkân tanıdığı için, MAM Merkez Başkanı, Malzeme Enstitü Yönetimi ve emeği geçen Malzeme Enstitüsü Laboratuvar sorumlu ve teknisyenlerine teşekkürü bir borç biliriz.
4. KAYNAKLAR
[1] Sahay J., Nagpal O.P., Prasad S., “Waste Management of Steel Slag”, Steel Times International, 2000, March, 38- 41
[2] Wintenborn, J.L., “Steel Making Slag: A Safe and Valuable Product” NATIONAL SLAG ASSOCIATION- NSA yayınları, Kasım 1998.
[3] TİDEB -3020032, EUREKA E!2936 “Endüstriyel Atık Malzemelerin Çevre Düzenlemesi Amaciyla Ekonomik ve
Ekolojik değerlendirilmesi” projesi, 2004 yılı 1 ve 2.
dönem, 2005 yılı 1. dönem proje gelişme raporları, TÜBITAK-MAM, Gebze-Kocaeli .
[4] Emery, J.J. and Ferrand, B.L., “Recent improvements in the quality of steel slag aggregate” In Proceedings of the International Symposium on Resource Conservation and Environmental Technologies, Aug., 1994, pp.99-106.
[5] Heaston, B.S., “Steel Plant Slag in Road Pavements”, Australian Civil Engineering Transactions, IEAust, 1993, Vol CE35, No 1
[6] Bagampadde, U., Al-Abdul Wahhab, H.,I. And Aiban S.A., “Optimization of Steel Slag Aggregates for Bituminous Mixes in Saudi Arabia”, Journal of Materials in Civil Engineering, 1999, Feb., Vol. 11, No. 1, pp. 30-35 [7]
Berkmen E., “Demiryollar”, Cilt 3, İTÜ Matbaası, Gümüşsuyu, 1966, s.9,23.
[8] “Yollar Fenni Şartnamesi”, Karayolları Genel Müdürlüğü, Yayın No:170/2, Karayolları Genel Müdürlüğü Matbaası
[9] TS 7043, Balast- Demiryollarında Kullanılan, Mayıs 1989.
[10] Li, Y.; Sun, S.; Wang, J.; Zhu, G. “Steel Slag Cement”, Conference: Proceedings of the McMaster Symposium on Iron and Steelmaking, May 11-13 1994, Hamilton, Ont, Canada
[11] Idemitsu, T., Takayama, I,S., Watanabe, A.,
“Utilisation of Converter Slag as Constitutent of Slag Cement”, Transactions of the Japan Concrete Institute, Vol.3, 1998, pp.33 – 38.
[12] Wang,Y., and Lin, D., “Steel Slag Blended Cement”, Silicate Industries, 1983, V.6, pp. 121-126.
[13] Sun,S., Yuan, Y., “Study of Steel Slag Cement”, Silicate Industries, 1983, 2, pp.31-34.
[14] Rom D. Young, TXI, “Method and apparatus for using balast furnace slag in cement clinker production”, U.S. Patent No. 5,494,515, February 27, 1996. (Patent reissued without amendments, January 22, 2002).
Tablo 7 . Beton karışım deneme sonuçları
Deneme No / Kullanılan cüruf
Beton özgül ağırlığı*
(kg/m³)
Curuf özgül ağırlığı (kgf/m³)
Slump (cm)
Su / Çimento
(w / ç)
7 günlük muk.
(kgf/cm²)
28 günlük muk.
(kgf/cm²) Deneme 1
(No.1,hızlı soğutulmuş
cüruf, 4-8 mm)
2556 3695 7,5 0,81 273 333
Deneme 2 (No.6,yüksek fırın cürufu, 0-4
mm)
2214 2625 11 0,73 188 226
Deneme 3 (No.1,hızlı soğutulmuş
cüruf, 8 mm’den
büyük)
2437 3692 9 0,68 218 274
Deneme 4 (No.4,Havada soğumuş cüruf,
0-4 mm)
2382 3738 18 0,81 171 -
Deneme 5 (No.2, Yavaş
soğutulmuş cüruf, 0-4 mm)
2270 3053 11 0,65 152 194
Deneme 6
(şahit) 2402 - 15 0,55 182 422
*Beton birim ağırlıkları cürufların hacimce karışım oranları ile birlikte değerlendirilmelidir.
