Çeliğin eritilmes

Yüksek fırınlarda demir filizinden eritilerek elde edilen ham demirin metalürjik içyapısı yüksek miktarda karbon, fosfor ve silisyum içermekte ve bu nedenle ne haddelenebilmekte ne de çekiçle dövülerek şekil verilebilmektedir. İşlenebilirliği sağlamak için önce sözü edilen maddelere özellikle de karbona ait miktarların diğer maddelerin katkısıyla azaltılması gerekir. Çelik üretiminde bu maddeler “Isıl İşlem” diye adlandırılan bir yöntem kullanılarak kireç ilavesi ile oluşturulan bazik cüruf ile bağlanır. Çeliğin ısıl işleme tabi tutulmasında güdülen amaç şunlardır:

ƒ Karbon miktarını istenilen çelik cinsine göre azaltmak

ƒ Büyük miktarda fosfor uzaklaştırılırken, silisyum ve manganın okside edilmesini sağlamak.

Isıl işlem sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyon sonucunda karbon azalmakta ve bu durumda oluşan karbon monoksitin (CO) büyük bir kısmı da gaz halinde uçmaktadır. Isıl işlem için gereken oksijen ya havadan, diğer bir deyimle havanın neminden, ya da saf oksijen üflenerek oksijen üfleme yönteminde olduğu gibi veya oksijenin bağıl halde bulunduğu demir filizinden ve miktarı az da olsa hurda demirden temin edilir. [2]

Isıl işlemler farklı yöntemlerle yürütülebilir.

a) Simens-Martin Yöntemi: En eski üretim sistemi olarak bilinen Simens-Martin fırınları sektörde halen teknolojik değişiklikler geçirerek önemini korumaktadır.

Simens-Martin teknik deyimi ile yansımalı fırın, duvarları ve tavanı ateşe dayanıklı tuğlalarla örülmüş uzun, yassı ve sığ bir fırındır. Bu fırınlarda büyük miktarda ham demir ve hurda demir eritilir. Ham demir hem katı, hem de sıvı halde fırına konabilir. Sıvı haldeki ham demirin kullanılması daha ekonomik olmaktadır. Kullanılan bu yöntem için gerekli ergime sıcaklığı gazların yanmasıyla sağlanır. Oksijen veya endüstriyel yağ kullanılarak bu işlemin verimi arttırılabilir. Simens-Martin yönteminde yüksek miktarda hurda demir kullanılması sakıncalıdır. Çeşitli katkı maddeleri oluşmaktadır ve bunların çeliğin olumlu özelliklerini kısmen de olsa bazen olumsuz yönde etkiledikleri bilinmektedir. [2]

b) Elektrik Arkı Yöntemi: Elektrik arkı yöntemi, Simens-Martin yöntemi gibi bir ergitme yöntemidir. Katkı maddesi olarak genelde hurda demir veya ince demir filizleri veya ham demir kullanılır. [2]

Hurda çelik, elektrik arkı ocağına üstten vinçle boşaltılır, ardından ocağın kapağı örtülür. Bu kapak ark ocağına indirilen üç tane elektrod taşır. Elektrodlardan geçen elektrik bir ark oluşturur ve açığa çıkan ısı hurdayı eritir. Bu işlemde kullanılan elektrik miktarı 100.000 kişilik bir şehrin ihtiyacını karşılayacak kadar fazladır. Eritme sürecinde diğer metal alaşımlar gerekli kimyasal kompozisyonu sağlamak için ilave edilir. Çeliği saf hale getirmek için ayrıca oksijen de üflenir. (Şekil 2.13) {1}

Şekil 2.13 Elektrik arkı ocağı {17}

c) Oksijen Üfleme Yöntemi: Bu yöntemde ham demir, devrilebilme özelliği taşıyan bir konvertörde üfleme suretiyle saf oksijenle zenginleştirilir. Bu sırada açığa çıkan ısı miktarı, soğutma yapılmaksızın eriyiğin banyo sıcaklığının, dönüşüm sıcaklığının üstüne çıkmasına neden olur. Soğutma işlemi için hurda demir ve demir filizleri kullanılır. Genelde ana katkı maddesi ham demir olmak üzere, kullanılan demir filizleri ve bunun yanı sıra hurda demir de istenmeyen katkı maddelerini (fosfor, kükürt, arsen ve kalay gibi) az miktarda içerdiklerinden, eriyen çeliğin kimyasal saflık derecesi iyi bir düzeyde olur. [2]

2.1.2.2. Deoksidasyon

Deoksidasyon işlemi sırasında çeliğin katı eriyiğinde gereksiz derecede yüksek bulunan oksijen veya oksijen birleşiklerinin miktarı, her seferinde öngörülen bir ergitme yöntemi yardımıyla azaltılır. Genelde katı eriyiğe oksijenle olan afinitesi yüksek olan maddeler katılır. Örneğin, bunlar silisyum veya alüminyum olabilir. Böylece ısıl işlem sırasında bileşimde bağıl durumda olan oksijenin çözülerek serbest kalması sağlanır. Deoksidasyon işlemi potada gerçekleştirilir. Elektrik arkı yönteminde çelik, eritme yapılan kapta dahi kendi kendine deokside olabilir.

Her durumda deoksidasyon gerçekleşmeyebilir. Çelik, potada iken ve henüz döküm işlemi başlamadan evvel oksijeni açığa çıkarmak veya çözmek için oksijene karşı afinitesi olan maddeler eklendiği takdirde, sıvı haldeki çelikte yürütülen ısıl işlem sırasında oluşan gaz halindeki karbon monoksitin miktarı artar ve oluşumun yoğunluğuna bağlı olarak banyoda şiddetli hareketlenmelere neden olur. Katı eriyik kaynamaya başlar. Bu durumda elde edilen çeliğe “gazı alınmış çelik” veya

“dinlendirilmiş çelik” adı verilir. Bu nitelikteki bir çeliğin kalıplara döküldükten sonra hızlı bir şekilde katılaşması durumunda, öncelikle karbon miktarı düşük ve metalurjik açıdan çok saf bir dış yüzey elde edilir. Kimyasal birleşimi açısından bu yumuşak demire karşı gelir. Gazı alınmamış (dinlendirilmemiş) çeliklerde bu tür dış yüzey oluşumu çeliğe soğuk şekil verme kolaylığını sağlamaktadır. Fakat katılaşma süreci hızlı seyrettiğinden karbon monoksit tamamen uçamamakta ve katı haldeki çeliğin, yüksek saflık derecesine sahip dış yüzey tabakasının hemen altında gaz kabarcıkları oluşmaktadır. Bunlar kızıl kırılmaya ve yorulmaya neden olurlar ve böylece çeliğin sertlik durumunu kötüleştirirler. Çekirdekte meydana gelen çözülmeler çeliğin işlenmesine ve özellikle kaynak işlemine olumsuz yönde etki yaparlar.

Çelik mutlaka deokside olmalıdır, diğer bir deyimle çeliğin gazı alınmalıdır. Çeliğe oksijenle kolayca birleşebilen, oksijeni kısmen veya tamamen bağlayabilen maddeler ilave edilir. En bilinen deoksidasyon maddeleri silisyum ve alüminyumdur. Oksijenle kolayca birleşebilen diğer maddeler ise mangan, krom, titan ve zirkondur. [2]