ÇELİK ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Yukarıda da bahsedildiği gibi günümüze kadar çok çeşitli yöntemler kullanılarak çelik üretimi gerçekleşmiştir. Her ne kadar M.Ö. 4500 yıllarında demir cevheri insanoğlu tarafından keşfedilerek kullanılmaya başlansa da modern anlamda çelik üretimi 1856 yılında konvertörün bulunmasıyla başlamış ve yılda 22 ton ile başlayan dünya ticari çelik üretimi, günümüzde 1 milyar tonu aşmıştır. 1950 yılından 1970’lere kadar hızlı artış gösteren çelik üretimi 1990’ların başına kadar dalgalı ve yavaş bir seyir izlemiştir. 1994 yılına gelindiğinde ise tekrar üretim artışları görülmüş ve bu artışlar 2000 yılına kadar normal bir seyir halinde devam etmiştir.

(UNCTAD, 2005)

Dünyada çelik üretimi sıralamasında sekizinci, Avrupa’da ise ikinci sıraya sahip olan Türkiye’de günümüzde çelik üretimi, demir cevheri ve kok kömürün

3 Daha ayrıntılı bilgi için, http://www.tr.wikipedia.org

5 yüksek fırınlarda ergitilmesi yoluyla ve hurda metalden geri dönüşüm yoluyla olmak üzere iki şekilde gerçekleşmektedir.

1.2.1.Demir Cevherinden Üretim

Demir çelik sektörünün ana hammaddesi demir cevheridir. Demir cevherinden çelik üretim serüveni bu cevherin entegre tesislerde veya elektrik ark ocaklarında ergitilmesiyle başlamaktadır. Peki ya demir ve demir cevheri nasıl elde edilmektedir?

Çeliğin hammaddesi olan demir elementi doğada serbest olarak çok nadir bulunabilmektedir. Saf haline genellikle yeryüzüne düşen göktaşlarında rastlanabilen demirin doğada en çok bulunabilen filizleri hematit, limonit, magnetik demir oksit, siderit ve prittir. Demir elde etme işleminde öncelikle eldeki filizlerin oksit halinde olup olmadığına bakılmaktadır, oksit halinde olmayan filizler kavrularak oksit haline getirilmektedir. Oksitleme işleminden sonra 30-40 metre yüksekliğindeki yüksek fırınlarda kok kömürü ve yanmayı destekleyecek çeşitli gazlar kullanılarak genellikle 1650C ısıya ulaşılıp, indirgeme işlemi yapılmaktadır. Yüksek fırınların içerisi 2.000C’ye kadar dayanabilen tuğlalarla örülüdür ve günde ortalama 2.000 ton demir işleyebilmektedir. Bu süreç sonrasında elde edilen kırılgan yapıdaki demire “pik” adı verilmektedir. (DMHB, 2012)

1 ton pik demir üretebilmek için 2 ton kadar demir cevheri, 1 ton kok kömürü, 0,5 ton kireç taşı ve 3,5 ton kadar gaz gerekmektedir. Gazlar (CO, H2, CO2, H20, N2, O2) kok kömürünün yanması için gereklidirler. Aynı zamanda CO demirle bir araya geldiği zaman indirgeme etkisi yapmaktadır. Kireç taşı ise yüksek oranda CaCO₃ içerdiğinden dolayı ergiyik demir üzerinde safsızlıkları çekerek ergiyik cürüf oluşturur ve temizlik etkisi yapar. Fakat her ne kadar elde edilen pik saf halde olsa da dökme demir ve çelik üretimi için ilave rafine işlemleri gerekmektedir (DÇÜD, 2014).

Demir cevherinden çelik üretim yöntemi, Rönesans sonrası dönemde sürekli geliştirilmiştir. Sanayi devriminden hemen önce Bessemer yöntemi uygulanmaya

6 başlamıştır. Bessemer yöntemi pik demirinin ergitilmesi yöntemiyle çelik üretimini sağlayan bir yöntemdir. Zaman içerisinde bu yöntemde biraz geliştirilmiş ve günümüzde en yaygın olarak elektrik ark ocakları ile bazik oksijen fırınları kullanılarak çelik üretilmektedir.

1.2.1.1.Bazik Oksijen Fırını

Bazik Oksijen Fırını (BOF), 1800’lü yıllarda ortaya çıkan Bessemer yönteminin geliştirilmiş halidir. Tek seferde 200 tona yakın çelik üretimi yapabilen bazik oksijen fırınının Bessemer’den en önemli farkı Bessemer’de safsızlıkları yakmak için hava kullanılırken, BOF’da oksijen kullanılmasıdır. Üretim aşaması eriyik haldeki pik demirinin yüksek fırınlardan çıkarılıp BOF’a taşınmasıyla başlamaktadır. Çelik elde etmek için pik demirine ayrıca kireç ilave edilmektedir.

Daha sonra eriyik demir yüzeyinin 1,5 metre üzerinde olacak şekilde saf oksijen borusu BOF’a sabitlenerek, saf oksijen bu boru yardımıyla BOF’un içerisine yüksek hızda üflenmektedir. Eriyik demirin yüzeyinde oluşacak ısınma ve yanma sonucu fazla karbon sıvı çelikten uzaklaşacaktır ve diğer safsızlıklar ise oksitleneceklerdir.

Rafine işlemi bittikten sonra ilk olarak eriyik çelik fırından alınır ve alaşım elementleri ile diğer ilaveler eriyik çeliğe katılır. Son olarak da cüruf alınır ve elde edilen çelik işlemeye hazır bir hale getirilmiş olur (DÇÜD, 2014).

1.2.1.2. Elektrik Ark Fırını

Elektrik ark fırınları, çelik üretimi bakımından bazik oksijen fırınlarından daha maliyetlidirler. Günümüzde daha çok hurda metalden çelik üretimi için kullanılmaktadırlar. Elektrikli ark fırınlarının üst kapakları ve gövdeleri hareketlidir bu sayede üst kapak açılarak yükleme yapılır ve ergitilen çelik, fırının alttan eğilmesiyle boşaltılabilmektedir. Ergitilmiş çelik, kullanılacağı alana göre istenilen şekil verilebilecek kıvama gelmiş haldedir. Dolayısıyla elektrik ark fırınından kalıba veya bir diğer şekil vericiye dökülerek, çelik üretimi sağlanmış olmaktadır.

7 1.2.2. Hurda Metalden Üretim

Dünya çapında en çok görülen çelik üretim şekli hurda metalin yeniden ergitilerek dönüştürülmesiyle gerçekleşmektedir. Hurda metalin ergitilmesi için en çok kullanılan fırın sistemi elektrik ark ocaklarıdır.

Elektrik ark fırınları aracılığıyla hurda metalden çelik üretme işleminin demir cevheri kullanımından en büyük farkı, fırının sıcak ergitilmiş demirle değil, soğuk hurdayla doldurularak işe başlanılacak olmasıdır. Hurda metal vinç yardımıyla elektrik ark ocaklarına üst kapaktan doldurulur ve kapağın kapanmasıyla birlikte kapakta yer alan üç adet elektrot ısı yaymaya başlar. Bu ısı hurda metali ergitmektedir. Ergitme süreci başladıktan sonra fırına oksijen verilerek saf çelik oluşturulabileceği gibi çeşitli kimyasallar ve alaşım elementleri katılarak istenilen kalitede çelik üretilebilir. Bir sonraki aşamada eriyik çelikten örnekler alınarak laboratuvara gönderilmektedir. Elektrikli ark fırınının iki yanında kanallar yer almaktadır. Örnekler alındıktan sonra fırın önce cüruf kanalının olduğu tarafa yatırılarak cüruf, daha sonra ise tam tersi istikamete yatırılarak elde edilmiş olan sıvı çelik potaya dökülmektedir⁴.

Potaya dökülen eriyik haldeki çelik genellikle sürekli döküm adı verilen yüksek merdane sistemlerine yukarıdan dökülerek, merdaneler arasında soğuyarak şekil almaktadır. Genellikle dikdörtgenler prizması haline gelen çelik 3,6 veya 12 metre uzunluğunda kütükler olarak başka bir banda alınır ve böylece hurda metalden çelik üretim süreci tamamlanmış olur.