ÇELİK NASIL ÜRETİLİR

Çelik Nasıl Üretilir?

Günümüzde çelik üretimi iki farklı üretim yöntemi ile yapılmaktadır. Entegre demir çelik tesislerinde uygulanan, çelikhanelerdeki yüksek fırınlarda “Oksijen Üfleme Yöntemiyle” çelik üretimi ve “Elektrik Ark Ocağında” çelik hurdasının girdi hammaddesi olarak kullanıldığı üretim.

Oksijen Üfleme Yöntemiyle ile Üretim

Çelik üretiminin en yaygın üretim yöntemi olan Oksijen Üfleme ile Üretim Yöntemi, entegre demir çelik fabrikalarında yapılır. Temelde, Demir-Oksit halindeki cevherden oksijen üfleme yöntemi ile içeriğindeki fazla Karbon (C)’un Oksijen (O2) ile Karbonmonoksit (CO) haline getirilerek sistemden atılması ve akabinde alaşımlandırma, deoksidasyon işlemlerinin yapılması prensibine dayanır.

Entegre demir çelik fabrikaları, Demir-Oksit halindeki cevheri, muhtelif zenginleştirme metodları ile daha yüksek tenorlü (demir oranı artırılmış) hale getirdikten sonra yüksek fırında kok kömürü ve ağırlıklı olarak Kalsiyum Oksit (CaO) içerikli akı (flux) malzemesi ile birlikte ergitme işlemine tabi tutarlar. Yüksek fırından çıkan malzeme yaklaşık 1.300 °C ’de ve %4,3 C içeriğine sahip olur. Oysa ki, çelik elde etmek için alaşımın içindeki C oranının %2,1’den düşük olması gerekmektedir. Bu amaçla, malzeme çelikhaneye alınır ve eriyik malzemenin içine oksijen üflenmesi yoluyla, fazla karbonun, oksijen ile birleşerek, Karbonmonoksit (CO) olarak sistemden atılması sağlanır. Bu tepkime bir yanma (ekzotermik) tepkimesi olduğu için, açığa çıkan yüksek sıcaklığı tekrar istenilen düzeye getirmek için, imal edilecek çeliğin muhteviyatına göre belirlenen bir oranda, eriyik malzemeye hurda yüklemesi yapılır.

Bu işlemin dışında üretilecek olan çeliğin özelliklerine göre karbon dışındaki diğer alaşım elementleri de (Mn, Ti,V vb) sisteme eklenir. Çeliğin içindeki fazla oksijenin tekrar sistem dışına cüruf olarak alınması için Aluminyum (Al) ve Silisyum (Si) gibi malzemeler de oksijen giderici olarak sisteme çelikhane aşamasına yüklenir.

Çeliğin kullanım aşamasında mekanik özelliklerini olumsuz yönden etkileyen en önemli iki unsur, içinde bulunan Hidrojen (H) ve Kükürt (S) muhtevasıdır.

H, çeliğin katılaşmasından sonra çelik içinde H atomlarının yayınım ile birleşmesi neticesinde bir araya gelerek H2 baloncuklarının oluşmasına sebebiyet vermekte ve çeliğin mekanik özelliklerini son derece olumsuz etkilemektedir. Bu sebepten dolayı, Azot (N) üfleme ya da vakum altında gaz giderme gibi yöntemlerle , çeliğin içindeki hidrojen sistem dışına alınmaktadır.

Kükürt ise, çelikteki Demir (Fe) elementi ile birleşerek FeS bileşiğini oluşturmaktadır. FeS bileşiğinin ergime sıcaklığı yaklaşık 1.094 °C derece olup, hadde esnasında katı halde olan çeliğin içinde sıvıya dönüşen FeS bileşikleri “sıcak yırtılma” diye tabir edilen kopmalara/yırtılmalara sebebiyet vermektedir. Bunun giderilmesi için hadde aşamasına geçilmeden kükürt giderme işlemi yapılarak ya da alaşıma Mangan (Mn) eklenerek, MnS oluşumu sağlanıp, sıcak yırtılmaların oluşması engellenmektedir.

Tüm bu aşamalardan sonra sıvı çelik, haddehanelere aktarılmakta, sürekli döküm yöntemi ile istenilen ölçülerdeki kalıplara dökülmekte ve katılaşma sürecine alınmaktadır. Sonraki aşamada çeliğin nihai kullanımında istenilen mekanik ve yüzey özelliklerine göre malzeme sıcak hadde/soğuk hadde aşamalarından geçilmekte, sonrasında ise paketleme vb. diğer nihai işlemlere tabi tutulmaktadır.

Elektrik Ark Ocağıyla Üretim

Ark ocaklı tesislerde, girdi olarak cevher yerine, üretilecek çeliğin alaşımına uygun hurda kullanılmaktadır. Bu fırınlarda (elektrik ark ocakları) çok yüksek sıcaklıklara ulaşılabildiği için doğrudan çelik hurdası kullanılabilmektedir. Hurda, ocakta ergitildikten sonra, entegre tesislerdeki çelikhane süreçlerinin aynısı olan oksijen üfleme, alaşımlama, deoksidasyon gibi işlemler yapılmaktadır. Sonrasındaki sürekli döküm (veya ingot döküm), haddehane vb. işlemler de entegre tesislere benzer şekilde icra edilmektedir.