Çelikle üretim nasıl yapılır?
Çelik Üretimi: Nasıl Yapılır?
Çelik üretimi dediğimizde aslında tek bir yöntemden bahsetmiyoruz. Bu işin temelinde demir cevherini alıp, içindeki karbon oranını ayarlayıp ona istediğimiz özellikleri kazandırmak yatıyor. Deneyimlerime göre, bu süreçte iki ana yol var ve hangisini seçeceğin, elindeki ham maddeye ve nihai ürüne göre değişiyor.
Yüksek Fırın ve Konverter Yöntemi
En klasik ve yaygın yöntem budur. Burada ana kahramanımız yüksek fırın. Bu devasa ocaklara demir cevheri, kok kömürü (bir çeşit yakıt) ve akışkanları (mermer gibi) belirli oranlarda sürekli olarak dolduruyoruz. Yüksek sıcaklıkta (yaklaşık 1500-2000 °C) bu malzemeler reaksiyona giriyor. Kok kömürü hem yakıt hem de indirgeyici görevi görüyor, yani cevherdeki oksijeni çekip saf demiri ortaya çıkarıyor. Buradan çıkan sıvı demir, yani dökme demir, hala çok fazla karbon ve diğer istenmeyen elementler içeriyor. İşte bu noktada konverter devreye giriyor.
Konverterler, dökme demiri alıp içindeki gereksiz karbonu ve diğer kirleri yakarak uzaklaştırdığımız devasa kazanlar gibidir. En bilineni oksijen konverteridir. Bu yöntemde, sıvı dökme demirin üzerine saf oksijen püskürtülür. Oksijen, demirdeki karbonu karbondioksit olarak, silisyumu silisyum dioksit olarak ve diğer kirleri de cüruf olarak havaya ve üstteki katmana gönderir. Bu işlem çok hızlıdır, bazen 20-30 dakika gibi kısa sürede gerçekleşir. Çıkan sıvı çeliğin karbon oranı, istenen kaliteye göre ayarlanır.
Önemli bir detay: Yüksek fırınlar genellikle daha fazla miktarda ve daha homojen bir ham madde üretmek için kullanılırken, oksijen konverterleri daha esnek bir üretim sağlar. Örneğin, bir oksijen konverteri, aynı anda birden fazla farklı kalitede çelik üretebilir.
Elektrik Ark Fırını (EAF) Yöntemi
Diğer önemli yöntem ise elektrik ark fırınıdır. Bu yöntem, daha çok hurda çeliğin geri dönüştürülmesinde kullanılır. Adından da anlaşılacağı gibi, burada ısıyı elektrik arkından alıyoruz. İki büyük grafit elektrot, fırının içindeki hurda çeliğe çok yakın bir mesafeden yüksek voltajlı elektrik akımı uygular. Bu akım, elektrotlar ve hurda arasında devasa bir ark (yani elektrik deşarjı) oluşturur. Bu arkın sıcaklığı 3500 °C'yi aşabilir. Bu yüksek sıcaklık, hurda çeliği eritir.
Hurda çeliğin geri dönüşümü hem çevresel hem de ekonomik açıdan büyük avantajlar sunar. TÜİK verilerine göre, Türkiye'de üretilen çeliğin önemli bir kısmı hurda bazlıdır. Hurda çelik, zaten işlenmiş bir malzeme olduğu için, demir cevherinden başlamak yerine daha az enerjiyle yüksek kaliteli çelik elde etmemizi sağlar.
EAF'nin bir diğer avantajı da hassas kontrol imkanıdır. Elektrik enerjisinin miktarı kolayca ayarlanabildiği için, çeliğin istenen kimyasal bileşimini tutturmak daha kolaydır. Ayrıca, bu fırınlar belirli alaşımlı çelikleri (örneğin paslanmaz çelik) üretmek için daha uygundur. Alaşımlı elementler (krom, nikel, molibden gibi) doğrudan erimiş çeliğe eklenerek istenen özellikler kazandırılır.
Çeliğin Son Şekillendirilmesi ve Kalite Kontrolü
Fırından çıkan sıvı çelik, hemen kullanıma hazır değildir. Genellikle ikincil metalurji adı verilen işlemlerden geçer. Bu, çeliğin daha da saflaştırılması, gazlarının alınması (örneğin vakum altında gaz giderme) ve istenen özelliklerin hassas bir şekilde ayarlanmasıdır. Deneyimlerime göre, bu aşama, özellikle otomotiv, havacılık gibi yüksek performans gerektiren sektörler için üretilen çeliklerde kritiktir.
Ardından, sıvı çelik kalıplara dökülerek veya sürekli döküm makinelerinde katılaştırılır. Sürekli döküm, daha uzun ve kesintisiz ürünler (kütük, blum gibi) elde etmemizi sağlar. Bu yarı mamuller, daha sonra sıcak veya soğuk haddeleme gibi işlemlerle istenen şekil ve boyutlara getirilir. Örneğin, inşaatlarda kullanılan nervürlü demirler veya ince sac levhalar bu aşamalarda üretilir.
Pratik bir ipucu: Eğer bir çelik ürünü alıyorsan, ürünün hangi üretim yönteminden geçtiğini bilmek, kalitesi hakkında sana fikir verebilir. Örneğin, yüksek mukavemet gerektiren bir parça için EAF ile üretilmiş, hassas alaşımlı bir çelik daha uygun olabilir.