Çelik nasıl üretilir? Demirden Çelik Nasıl Yapılır? Demirin çıkarılması, işlenmesi ve çelik eldesinin aşamaları hakkında bilgi.
Demirden Çelik Nasıl Yapılır?
Çelik
Çelik, demirin karbon ya da öteki elementlerle olan işlenebilir bütün alaşımlarını içerir. Ancak karbon oranının %2’yi aşmaması gerekir. Çeliğin bütün çeşitlerinde manganez, az az oranda silikon, kükürt, fosfor ve %0.5-1.25 oranında karbon bulunur. Çelik alaşımlarındaysa ayrıca nikel, krom, vanadyum, tungsten, molibden, kobalt, magnezyum, alüminyum, niyobyum vb. elementler de vardır. Bu elementler madene sertlik, işlenebilirlik, paslanmayı önleme gibi özellikler sağlar. Tavlama (çeliği kızdırdıktan sonra hemen soğutarak sertleştirmek ve çeliği, kızdırdıktan sonra yavaş yavaş soğutarak yumuşatmak) gibi bazı özel işlemler yukarıdaki özellikleri daha da güçlendirebilir.
Demirin Çıkarılması
Çok derinlere inmeden çıkarılabilecek demir cevheri, günümüzdeki tüketim için hâlâ yeterlidir. Bu nedenle demir açık maden ocaklarından çıkartılır. Yeraltı maden ocakları ancak makineleşmenin, yüklemeciliğin ve taşımacılığın çok geliştiği bölgelerde görülebilir. Demir filizinin değeri gerçekte çok düşüktür. Fiyatlar daha çok taşıma giderlerine göre belirlenir. Bu giderleri düşük tutabilmek için de filizler eritme ocaklarına taşınmadan önce, daha yataktayken bazı ön işlemlerden geçirilir. Düşük nitelikli maden filizlerinde amaç demir oranını yükseltmektir. Bu da yüzdürme, yıkama, çöktürme ve özellikle manyetik ayırma gibi klasik yöntemlerle sağlanmaktadır. Bu yöntemlerden sonuncusu özellikle demir filizinin ayırılmasında etkilidir. Yüksek nitelikli demir filizinin değerlendirilmesinde amaç, ürünü en az yer tutacak bir biçimde işlemek ve eritme ocaklarında arıtılırken bunlara en çok verimi sağlayacak biçim ve boyutu kazandırmaktır. İnce maden filizinden oluşturulan bu tür küçük külçelerin yapımına 1950’lerin ortalarında başlanmıştır. Bu madenler daha yaşken bentonit (volkanik bir kil türü) gibi yapıştırıcı bir maddeyle karıştırılır ve “somun” biçiminde pişirilir. Böylelikle filizdeki nem giderilir ve yükleme aşamasından eritme ocağına verilişine kadar yapılacak olan işlemler için sağlam bir duruma getirilmiş olur.
İşlenmesi
Eritme ocaklarında, madendeki demir oksitler metalik demire dönüştürülür. Önce külçe biçimine getirilemeyen küçük filiz parçaları (6 mm’den daha küçük) ayrı olarak toplanır ve birleştirilerek büyük parçalara dönüştürülür. Sonra bunlar kömür ve kireçle ısıtılır, böylelikle eritme ocağında sürekli artan gazla beliren patlama tehlikesi giderilmiş olur. Genel olarak bir eritme ocağı yüksek ve geniş bir kuyu biçimindedir. Yukarıdan aşağı doğru sıralanmış olan maden ve kok kömürü tabakalarına aşağıdan uzanan bir kolondan sürekli sıcak hava (100°C) verilir. Havadaki oksijenin kok kömürüyle tepkimeye girmesi sonucunda karbonmonoksit (CO) oluşur, güçlü bir indirgeyici olan karbonmonoksit demiroksitle tepkimeye girerek demiri açığa çıkarır. Bu işlem sırasında erimiş demir ve bunun yüzeyinde kalan cüruf devamlı olarak ocağın altından dışarı akar, yavaş dibe çöker. Bu yolla elde edilen pik demirde çoğunlukla %2.5-4 oranında karbon, çok az silikon, fosfor ve manganez bulunur. Gerekli eritici maddelerin eklenmesiyle özellikle kükürt gibi öteki artıklar da cürufla birlikte dışarı atılır. Erimiş ya da dökme demir daha sonra çelik yapımının uygulandığı bölümlere aktarılır.
1970 lerde üretimin hızla artması sonucu, yeni yöntemler bulunarak küçük oranlardaki filizler verimli bir biçimde işlenmeye başlanmıştır. Demir filizinin bu yolla arıtılması, kömür gibi katı bir madde ya da demirin erime derecesinden daha düşük bir ısıdaki metan gazıyla sağlanır. Bu işlem sonucunda sünger gibi, gözenekli maden parçaları elde edilir. Bu parçalar eritilmeden elde edildiklerinden içlerine karışmış gereksiz maddeler çok azdır.
Çelik eldesi
Çelik yapımında temel amaç pik demir, doğrudan arıtılmış demir ya da artık demirdeki karbon ve silikon oranını düşürmek ve madeni, fosfor, kükürt artığı gibi gereksiz maddelerden temizlemektir.
Çelik yapımında kullanılan yöntemlerden en eskisi Bessemer yöntemidir. Bu yöntemde bir kapta az oranda erimiş demirin içinden 18-20 dakika süreyle hava geçirilir. Böylece havadaki oksijen, madendeki artıkları okside eder. Ancak bu işlemle fosfor ayrışmadığı için bu yöntemin yerine yeni bir yöntem geliştirilmiştir.
Thomas yöntemi adı verilen bu yöntemde demir parçalarındaki fosfor oksitlerini temizlemek için bazı temel eritici maddeler kullanılır. Günümüzde her iki işlem de çok az uygulanmaktadır. 20. yy başından 1970 yılma dek Martin yöntemi en çok kullanılan yöntemdi. Bu yöntemde erimiş demir, sıcak oksitleyici alev içinden geçirilir. Bu arada bütün artıklar cürufla (fosfat gübresi) birlikte ayrılır. Bu son yöntem öteki iki yöntemden daha uzun sürer (420 tonluk bir pota için 6-8 saat),ancak demir kaybı çok azdır ve oluşan çelikteki hidrojen oranı da çok daha düşüktür. Artık demir ve doğrudan arıtılmış demirin işlenmesinde elektrikli-ark ocaklarının kullanımı yaygınlık kazanmaktadır. Alaşımlı çelik yapımında arı alaşım elementleri yerine daha basit yüksek dereceli demir alaşımları (%20-80 alaşımlı) kullanılır.
