ÇELİK NASIL ÜRETİLİR?

Çelik, günümüzde en çok kullanılan metallerden biridir. İnşaat, otomotiv, makine ve beyaz eşya gibi birçok sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çelik Üretiminde kullanılan 2 ana yöntem vardır, bunlardan birincisi demir cevherinden üretim ikincisi ise çelik hurdası kullanılarak yapılan üretimdir. Bu yazımızda Cevherden üretim yöntemini inceleyeceğiz.

CEVHERDEN ÜRETİM

Cevherden Üretim yönteminin ana girdisi demir cevheri olup bu yolla çelik üreten tesislere entegre tesis denir. Entegre tesis olarak isimlendirme yapılmasının sebebi ise bu üretim modelinde birbiri ile entegre şekilde çalışan tesislere ihtiyaç duyulmasıdır. Ana hatları ile bu tesisleri yüksek fırın, bazik oksijen fırını, döküm tesisi ve haddeleme tesisi olarak sayabiliriz.

YÜKSEK FIRIN

Yüksek fırın, demir cevherinden çelik üreten entegre tesislerin en temel bileşenidir. Bu devasa fırınlar, demir cevherini metalürjik işlemlerden geçirerek sıvı demirin elde edilmesi amacı ile kullanılırlar. Yüksek fırınlar genellikle 30 metreden daha yüksek, çapları ise 10 metreye kadar ulaşabilen devasa yapılardır. Türkiye’de toplamda 10adet yüksek fırın bulunur. 2’si Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları (Erdemir) tarafından, 4’ü İskenderun Demir ve Çelik Fabrikaları (İSDEMİR) tarafından ve 4’ü Kardemir tarafından işletilmektedir.

Yüksek fırınların kapasiteleri, yıllık 1,5 milyon tondan 4 milyon tona kadar değişmektedir. Türkiye’deki yüksek fırınların toplam kapasitesi, yaklaşık 15 milyon tondur.

Yüksek fırınlarda çeliğin üretim süreci şu şekilde gerçekleşir;

1. Demir Cevherinin Hazırlığı:Çelik üretim süreci, demir cevherinin önceden hazırlanmasıyla başlar. Demir cevheri, maden sahasından çıkartıldıktan sonra kırılır, öğütülür ve ardından pellet haline getirilir. Bu işlemler, demirin yüksek fırında daha etkili bir şekilde eritilebilmesini sağlar.

2. Yüksek Fırına Yükleme:Hazırlanan demir cevheri, yüksek fırına yüklenir. Ayrıca, kok (karbon içeren malzeme) ve kireçtaşı gibi katkı maddeleri de eklenir. Kok, yüksek sıcaklıklarda yanarak demiri eritmeye yardımcı olurken, kireçtaşı gibi malzemeler, demirin oksidasyonunu kontrol etmeye ve ergiyen çelikteki istenmeyen bileşenleri absorbe etmeye yardımcı olur.

3. Sıcaklık Yükseltme ve Tuyerlerin Kullanımı:Yüksek fırın, içindeki malzemeleri yüksek sıcaklıklara ulaştırarak demiri eritir. Bu aşamada, tuyer adı verilen özel nozullar devreye girer. Tuyerler, yüksek basınçlı hava, oksijen veya buhar kullanarak ergiyen demiri karıştırır ve fırın içerisinde havada tutar. Bu işlem,demirin karbon içeriğini ayarlamak ve çeliğin istenen özelliklerini kazanmasını sağlamak için önemlidir.

Yüksek fırınların şarj malzemeleri şunlardır;

Demir cevheri:

Hematit (Fe2O3) ve magnetit (Fe3O4) gibi oksitler ile az oranda hidroksitler ve karbonatlardan oluşur.

Genelde cevherdeki demir içeriği %30 ile %65 arasında değişir.

Pelet:

0,5 mm’nin altında ki toz cevher bentonit, kireçtaşı gibi bir takım ilaveler yardımıyla topaklaştırılır (10-25 mm). Topaklaşma,pelet üretim prosesindeki en önemli aşamadır, bu aşamada pelete mukavemet, boyut, çarpma dayanımı ve diğer özellikleri kazandırır.

Sinter:

Küçük boyutlu (<20 mm) demir cevherinin kok tozuyla karıştırılıp kavrulması ile uygun boyutlu, sert, gözenekli parçalar elde edilir. Demir tenörü ise %50’nin üzerindedir. Manyetit tipi cevherlerde hematite dönüşürler. (Fe₂O₃ redüksiyon verimi yüksek) Sistemdeki S’de S+O₂=>SO₂ reaksiyonu ile gaz halinde uzaklaşır. (Kükürt ve Fosfor çelikte kırılganlığa neden olur.)

Metalurjik kok:

Taş kömürü koklaştırma prosesine tabi tutularak bünyesindeki uçucu ve zararlı maddeler rafine edilir ve kalorifik değeri artırılır.cMetalürjik kok; yüksek fırında enerji ihtiyacını, redüktan ihtiyacını karşılar ve şarj malzemelerin tüyer bölgesinde askıda kalmasına yardımcı olur.

Tüyer bölgesi enjeksiyonları:

Reaksiyon verimini ve tüyer bölgesi sıcaklığını artırmak için yapılır.

PCI, benzin, katran, hidrojen, su buharı, atık plastik gibi karbon (C) esaslı malzemeler kullanılır.

Bir yüksek fırından elde edilen ürüne ‘Pik demir’ denir. Pik demirde %92-93 demir vardır. Geri kalan ise C, Si, Mn, P, S gibi elementlerdir.

BAZİK OKSİJEN FIRINI (BOF)

Bazik oksijen fırınları sıvı demirin çeliğe dönüştürülmesinde kullanılan fırınlardır. Yüksek fırından alınan sıvı ham demire bazik oksijen fırınlarında saf oksijen üflenerek bünyedeki karbonun uzaklaştırılması sağlanır. İşlem esnasında çıkan aşırı ısıdan refrakerleri korumak için şarjın yaklaşık %20’si kadar da hurda eklenir. Herhangi bir ilave ısının verilmediği konverterlerde oksijen üfleme süresi 18 dakika civarında olup dökümden döküme geçen süre 40 dakikanın altındadır. Oksijen verilmeye başladığında üst kattaki bir silodan belirli miktarlarda kireç(CaO), fuluşpat(CaF2), dolomit, kolemanit ve tufal(FeO) gibi cüruf yapıcı katkı maddeleri fırına ilave edilir.Kireç sıcak pik demir içerisindeki Si ve P gibi istenmeyen elementlerle birleşerek cürufu meydana getirir. Basınçlı oksijen kısmen fırın içerisini karıştırdığından dolayı reaksiyonlar hızlanır. Oksijen sıvı şarjın üzerine çarptığında hemen demir oksidin oluşumuna neden olan reaksiyonlar meydana gelir. Demir oksidin bir kısmı fırın içerisine dağılır. Bu sırada karbon yanarak karbon monoksit(CO) ve karbon dioksit(CO2) meydana gelir. Bu da şiddetli bir kaynama oluşturur. İşlem sırasında silisyum, manganez, fosfor ve kükürt oksitlenir.Sıvı metaldeki silisyum SiO2’ye dönüşür ve bu SiO2 diğer cüruf yapıcılarla reaksiyona girer. Ayrıca sıvı demirdeki manganın, demirin ve fosforun oksidasyonu ortama bir miktar ısı ilavesi sağlar.Bu egzotermik oksidasyon reaksiyonları önemli ölçüde ısı açığa çıkartmaktadır. Bundan dolayı ortama ilave edilen çelik hurdası ile sıcaklığı düşürmek hedeflenir.Kontrol dışı sıcaklıklara çıkılırsa kompozisyona Fe cevheri ilave edilir.Bazik Oksijen Fırını prosesi, gereksinim duyduğu enerjiyi proses esnasında meydana gelen egzotermik reaksiyonlar sonucu üretebilmelerinden dolayı Elektrik Ark Ocaklarından (EAO) ayrılmaktadırlar.

DÖKÜM

Bazık oksijen fırını vasıtası ile sıvı demirden sıvı çeliğe dönüştürülen malzemenin bloklar halinde katı maddeye çevrildiği prosese döküm denir. Nihai mamulun uzun ürün yada yassı ürün olmasına bağlı olarak 2 çeşit dökğm çıktısı bulunur. Uzun ürün üretilecek ise kare kesitli kütük dökümü, yassı ürün üretilecek ise dikdörtgen kesitli slab dökümü yapılır. Dökülen kütük ve slablar sıradaki proses olan haddelemenin girdisi olarak kullanılırlar.

HADDELEME

Haddeleme işlemi kütük ve slabların nihai mamule dönüştürülmelerindeki son aşamadır. Döküm sonrası elde edilen Çelik bloklar öncelikle bir fırın içerisinde ısıtalarak haddelemeye uygun sıcaklığa getirilirler. Daha sonra merdaneler yardımı ile inceltiltilerek yassı ürün veya yine merdaneler yardımı ile şekillendirilerek çeşitli uzun ürünler elde edilir.

Yassı ürün haddeleme süreci sıcak haddeleme ile başlar, slabların kalınıkları sebebiyle oda sıcaklığında ezilerek inceltilmeleri mümkün olmadığı için belirli bir sıcaklığa ulaştırılarak işleme alınırlar. Bu prosesin sonucu olarak sıcak

haddelenmiş bobin veya levhalar elde edilmiş olur. S235JR gibi yapısal yassı çelikler sıcak haddelenmiş yassı ürünler için iyi bir örnektir. Yassı ürünlerde istenen son mamulun 2 mm ve altında kalınlıklara sahip olması amaçlanıyor ise sıcak haddelemeden sonra soğuk haddeleme prosesine geçilir. Bu proseste girdi olarak öncelikle sıcak haddelenmiş ve akabinde asit ile yüzeyi temizlenmiş rulo halinde çelik malzeme kullanılır. Soğuk haddelemede, bu sefer ortam sıcaklığında, yine merdaneler vasıtası ile çelik inceltilmeye devam edilir ve soğuk haddelenmiş yassı ürün elde edilir. DC01 gibi yassı çelikler soğuk haddelenmiş yassı ürünler için iyi bir örnektir.

Uzun ürün haddeleme süreci de kütüklerin ısıtılması ile başlar, haddeleme sayesinde elde edilen son ürün, yuvarlak kesitli filmaşin, inşaat çeliği veya çok çeşitli şekillerde kestilere sahip yapısal profiller olabilir. Elde edilen uzun ürünlere örnek olarak H , I şekilli profiler, koşebent, ray, lama gibi çelik mamullerinden bahsetmek mümkündür.

Ferineks Çelik, Kocaeli, İzmir, Manisa ve Gebze bölgelerinde çelik, sac hizmetlerinde öncülük etmektedir. Daha fazla bilgi için bizimle iletişime geçebilirsiniz.