İngiltere Ulusal Laboratuvarı’nın (NPL) 20 yılı aşkın bir süredir yürüttüğü, malzeme üretimi ve geliştirme ile metalurjik proseslerde bilgisayar aracılığıyla hesaplamalar yapmaya imkan sağlar.
Endüstrinin yüzleştiği birçok proses geliştirme sorunları çok karmaşık olup curuf, mat, cam, seramik, çimento, mineral, gaz ve su içeren çözeltiler gibi birçok farklı tür malzemelerin birbirleriyle etkileşimini gerektirmektedir. Bu karmaşık etkileşim, endüstriyel proseslerin iyi bir şekilde anlaşılıp etkin kontrolunun sağlanmasında her zaman için bir engel olmuştur. Mevcut proseste fizibilite çalışmaları yada deneysel iyileştirme çabaları bu birçok etken nedeniyle çok pahalıya mal olmaktadır. MTData, kimyasal ve faz dengelerini bileşim ve proses koşulların bir fonksiyonu olarak bilgisayar ortamında hesaplayarak maliyeti azaltır ve verimliliği arttırır.
Demir-Çelik sektöründe MTData
- Yüksek ve ark fırınlarında proses iyileştirme çalışmaları
- Metal-Curuf-Gaz etkileşim hesapları
- Optimal curuf kompozisyonu heasbı
- Optimal refrakter seçimi ve korunumu
- Sinter, pelet üretimi ve kok yapımı
- Çelik arındırma ve alaşımlama
- Kükürt giderme ve inklüzyonların kontrolü
Demir-Dışı metaller sektöründe MTData
- Ergitme fırınlarında proses iyileştirme
- Metal-Curuf-Mat-Gaz etkileşim hesapları
- Metal üretimi ve rafinasyonu hesapları
- Cevher zenginleştirme ve kavurma
- En uygun curuf bileşimi tayini
- En uygun refrakter seçimi
MTData kullanımının faydaları; prosesleri daha iyi anlama ve tahmin etme, yapılacak denemelerin daha etkili bir şekilde planlanmasını sağlama, enerjiden tasarruf etme, endüstriyel kirlenmeyi azaltma ve korozyon kontrolü olarak sıralanabilir. MTData endüstriyel firmaların yanısıra, araştırma merkezleri ve üniversiteler tarafından çok başarılı bir şekilde dünya çapında kullanılmaktadır.
MtData Veritabanları
SGTE Pure Substance Databases (SGSUB): SGTE (Scientific Group Thermodata Europe) geliştirilmekte olup saf maddeler ve gazların termodinamik bilgilerini içermektedir. Her madde için;
- 298.15 K sıcaklıktaki entalpi oluşum değeri
- 298.15 K sıcaklıktaki standart entropi
- 298.15 K den başlayarak sıcaklığa bağlı ısı kapasitesi (normal basınç altında)
- gaz olmayan maddeler için hal değişim sıcaklığı ve entalpisi
Bu bilgiler herbir maddenin Gibbs enerji değerini sıcaklığın bir fonksiyonu olarak hesaplanmasını sağlayıp MTDATA gibi bir proğramla faz dengesi hesaplamaları yapmasına imkan vermektedir. Organik maddeler de dahil yaklaşık 4200 ün üzerinde maddeyi içermektedir.
SGTE Solution Database (SGSOL): Çok bileşenli ideal olmayan çözelti (eriyik) fazlarını içermektedir. Mevcut versiyonu aşağıda gösterilen elementleri içermektedir;
Ag, Al, Am, As, Au, B, Ba, Be, Bi, C, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Fe, Ga, Gd, Ge, Hf, Hg, Ho, In, Ir, K, La, Li, Lu, Mg, Mn, Mo, N, Na, Nb, Nd, Ni, Np, O, Os, P, Pa, Pb, Pd, Pr, Pt, Pu, Rb, Re, Rh, Ru, S, Sb, Sc, Se, Si, Sm, Sn, Ta, Tb, Te, Th, Ti, Tl, Tm, U, V, W, Tb, Zn, Zr.
Yukarıdaki elementlerin ikili yada daha yüksek bileşimli karışımlarının termodinamik bilgilerini içerir. Aluminyumu örnek alırsak eriyik, katı solüsyon ve stokiyometrik faz bilgileri aşağıdaki kombinasyonlar için veritabanında bulunacaktır.
Al-Ag, Al-As, Al-Bi, Al-Ca, Al-Cr, Al-Cu, Al-Fe, Al-Ga, Al-Ge, Al-Hg, Al-In, Al-Mg, Al-Mn, Al-Ni, Al-P, Al-Pb, Al-Sb, Al-Si, Al-Sn, Al-Ti, Al-V, Al-Zn, Al-Ca-Si, Al-Mg-Si, Al-Si-Zn.
NPL Alloy Solution Database (MTSOL): Çoğu alaşım sistemlerinin faz dengesi ve termodinamik özelliklerini hesaplamak amacıyla geliştirilmiştir. Özellikle çelik alaçımları, aluminyum alaşımları ve Grup III-V yarı iletken sistemler için çok iyidir. Aynı zamanda lehimler gibi düşük ergimeli sistemleri de kapsar.
NPL Aluminum Database (MTAL): Bu veritabanı aluminyum bazlı alaşımların faz dengeleri ve termodinamik hesaplamalarını yapmak için geliştirilmiştir. Mevcut versiyonu aşağıdaki yedi elementi içerir;
Al-Fe-Mg-Mn-Si-Cu-Zn
Şu aşamada yukarıdaki sisteme Ti, Ni ve Cr ilave edilmektedir. Veritabanı Gibbs enerjisinin basınca bağlılığını da içerdiği için basıncın faz dengesine olan etkisi ve yoğunluk hesaplamalarına imkan sağlamaktadır.
TCAB Database for Steels (TCFE): Çelikler için geliştirilmiş bir veritabanı olup aşağıdaki elementleri kapsamaktadır.
Al-B-C-Co-Cr-Cu-Fe-Mg-Mn-Mo-N-Nb-Ni-O-P-S-Si-Ti-V-W
NPL Database for Solders (MTSolders): Lehimler ve diğer düşük sıcaklıkta ergiyen alaşımların faz dengelerinin hesaplanması için geliştirilmiştir ve aşağıdaki elementlerden içerir.
Ag, Al, Au, Bi, Cu, Ge, In, Pb, Sb, Si, Sn, Zn
NPL Semiconductor Database (MTSemi): Bu veritabanı Al-As-Ga-In-P-Sb sisteminde bulunan katı fazları ve gaz bileşikleri içermektedir. Aynı zamanda Zincblend fazının kimyasal buhar kaplama (CVD) prosesinde oluşum koşullarının hesaplanmasına imkan sağlar.
NPL Salts Database (SALTS): Bu veritabanı 90`dan fazla ikili sistemi içerir ve hem tek fazlı hemde çok bileşikli solüsyon fazlarına ait Gibbs enerji bilgilerini içermektedir. Ikili sistemler aşağıdaki bileşkelerin kombinasyonlarıdır.
LiF, LiCl, LiBr, LiI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, KF, KCl, KBr, KI, RbF, RbCl, RbBr, RbI, CsF, CsCl, CsBr, CsI, CaCl2, MgCl2, ZnCl2, Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, Na2SO4, K2SO4, Na2CrO4, NaOH, InI, TlCl, TlI.
NPL OXIDE Database (NPLOX): Oksit veritabanı İngiltere Mineral Endüstrisi Araştırma Organizasyonu (MIRO), Ingiltere Ticaret ve Sanayi Bakanlığı (BERR) ve uluslararası maden firmalar tarafından desteklenmektedir. Oksit veritabanı halihazırda Na2O-K2O-CaO-Fe-O-MgO-Al2O3-SiO2 ana sistemi ve ZnO, Cu-O, B2O3, MnO, ZrO2, PbO, Cr-O, NiO, Li2O ilaveleriyle tüm ergimiş oksit, kristal solüsyonu ve stokiyometrik fazları içermektedir. Sıvı oksit içindeki S, SO42-, OH-, F-, PO43- seyrelti halinde bulunmaktadır. Curuf-mat türü hesaplamaları yapabilmek için Cu-Fe-Ni-S-O sistemi de bu veritabanının bir parçası olarak geliştirilmektedir.
NPL Oksit veritabanı alaşım ve gaz veritabanları ile birleştirilerek birçok endüstriyel problemin çözümüne imkan sağlamıştır. Bunlardan sadece birkaçı: Cinko Yüksek fırınlarda demir oluşumu, bakır ve platin grubu değerli metallerin ayrıştırılması, cam ergitmede cam ergime sıcaklığının ve o sıcaklıktaki ana fazların belirlenmesi, nükleer santral reaktörünün merkezinin ergimesi durumunda meydana gelecek fazların belirlenmesi ve kömür yakma tesislerinde atık küllerin davranışı.
MTDATA Teaching Databases: Üniversitelerde thermodinamiğin temellerini bilgisayar ortamında öğretmek amacıyla mevcut eğitime tamamlayıcı olarak geliştirilmiştir. Öğrenciler MTDATA proğramını kullanarak veritabanı ile gelen örnekleri çözebilmekte ve derste öğrendiklerini pekiştirebilmektedirler. Bu modül endüstride çalışan mühendislere yönelik pratik endüstriyel problemlerin çözümlerine yönelik içermektedir.