DEMİR-ÇELİK SANAYİİ 
Demire dayah bir metalürji dalı olan demir çelik sanayii, bu metali, yükseltgenmiş doğal halinden yola çıkarak elde etmeye, sonra ham metali arıtmaya dayanır. Yöntemin bu basit anlatımı, ritmi 1850 yılından bu yana özellikle hızlanmış olan birçok buluşu kapsar.
Demir, Tarihöncesi toplumların yaşamına çok erken girmiş olsa da, az bulunuyor ve doğal göktaşlarından elde ediliyordu; nitekim, ateş ve gökyüzüyle bir tutulan demir, uzun süre kutsal bir metal olarak görüldü. Zaten, demir çelik sanayiinin Fransızca karşılığı olan «siderurgie» kelimesi de, Latince sidus («gökcismi», «yıldız») kökünden gelmektedir. Birkaç bazalt içinde küçük taneler biçiminde bulunması dışında, demir yerkabuğunda asla saf halde bulunmaz. Temel olarak, demir III oksit, Fe2Ö3 (hematitler), manyetik oksit, Fe3044 (manyetitler) veya karbonatlar halinde mevcuttur. Bu bileşikler her zaman, gangı oluşturan cevherle bir aradadır.
BUYUK EVRELER
Demir-çelik sanayiinin gelişimi bazı büyük evrelere ayrılır; bu evreleri belirleyen etmenler, demir oksitlerin kimyasal indirgenme tepkimelerinin niteliği ve her dönemin teknik imkânları olmuştur. Demir-çelik sanayii süreçlerinin termodinamiğine ilişkin bilgiler, ancak XX. yy’ın başında ortaya kondu.
Başlangıç dönemleri
Modern demir-çelik sanayiinin doğmasına yol açan uzun gelişme evresi, demir ve çeliklerin hazırlanmasında ve kullanımında karşılaşılan büyük problemleri ve zaman içinde art arda getirilen çözümleri açıklar.
Demir Çağı’ndan Roma dönemine. Demirden yapılma ilk nesneler, çağımızdan 3 000 ila 3 500 yıl öncesine dayanır; bunların nikel bakımından zengin bileşimleri, göktaşı kökenli olduklarını göstermektedir. Bu nesneler, basit bir şekilde, soğuk dövme yoluyla biçimlendiriliyordu.
Tunç (bronz) metalürjisinden sonra ortaya çıkan demir metalürjisi, MÖ 1200-1000 yılları arasında belli bir hız kazandı ve esas olarak, silah yapımına yönelikti (Anadolu, İran). Bu dönemde cevher yaklaşık 1 200 °C’de odunkömürüyle indirgeniyor, böylece doğrudan yöntemle üretilmiş küçük külçeler sıcak dövme yoluyla istenen biçimde kaynaştırılıyordu. Öğütülmüş cevher ve odunkömürü karışımı, toprağa kazılmış bir çukurun içinde yakı-
lan odunkömürü ateşinin üzerine yerleştiriliyordu. Fırınlar mi çeşitliydi ve indirgeme koşulları bazen bir bacanın yar la oluşturuluyordu.
Doğrudan indirgeme yönteminde demir oksiderin indirç si, metal hamurumsu haldeyken, görece düşük bir sıcaklı* çekleştirilir. Cürufların akışkanlaşması ve oluşmakta olan tanelerinden ayrılması için, sıcaklığı yaklaşık 1 200 °C’y£ yükseltmek gerekir. Bu sıcaklık, yapay hava üflemesiyle el lebilir. Cürufların büyük bölümü, fırının alt bölümünde top geri kalan bölümse, gözenekli demir içinde, belli bir m odun kömürüyle birlikte, katışkı biçiminde hapsolur. O dc: fırının ortasında toplanmış demir kütlesinin sıcak halde da si, katışkıların bir bölümünü gidermeye imkân veriyordu.
Odunkömürü miktarı demirinkine oranla büyük oldu sonunda elde edilen ürün dökülebilir olan, ama yassılaşab: vülgen) olmayan bir dökme demir’di. Dolaylı indirgeme y; dökme demirin bilinçli olarak üretildiği ilk yüksek fırınla likte, Hanlar dönemi (MÖ 200 yılma doğru başlayan) sı Çin’de ortaya çıktı. Dökme demirin arıtılarak çeliğe dön; mesi, muhtemelen toprağa kazılmış bir ocak içinde gerçek mişti. Kuvvetli bir hava akışı, erime noktasına getirilmiş demire, karbon giderme işleminin uygulanmasına imkân v du. Çinliler, özellikle dökme demir üretiminde, demir-çel: yiileri için gerekli havayı üreten körükleri çalıştırmak içir lik kuvvetten ilk yararlananlar oldular.
Ortaçağ. Bu yöntem Avrupa’da XIII. yy’dan itibaren u; maya başladı ve ağırlığı 100 kg’a kadar varan külçelerin ei meşine imkân verdi. Ne var ki, kuvvedi hava üflemesir.4 yöntemler yeni teknikler gerektiriyordu; nitekim bu ara sonucunda 1345’te Namur Bölgesi’nde ilk gerçek yüksek 2 niği ortaya çıktı.
Demirin bileşiminde karbonun bulunması, erime n:
1 534 °C’den (saf demir) yaklaşık 1 200 °C’ye (% 4,3 kar: ren dökme demir için, 1 153 °C) düşürdüğünden dökm< (demirin, sönmüş ocak içinde topak biçiminde katı halde zanıldığı doğrudan indirgeme yönteminin tersine), yükse, alt bölümünde sıvı halde toplanabiliyordu. Diğer yandan indirgenmesiyle oluşan cüruf da, kirecin katılmasıyla, sn elde ediliyordu; bu teknikte bileşime kirecin katılması, ga de bulunan silise rağmen, erime noktası düşük olan bir t oluşmasına yol açıyordu.
Dökme demir, top üretiminde kullanılıyordu. Ne var i çok yumuşaktı ve dolayısıyla toplar için uygun değildi; dı dan tuncun maliyeti daha yüksekti. Ancak, çelik de he: nimsenmedi, çünkü çelik elde edebilmek için dökme den bon giderme işleminin uygulanması, odunkömürü tüket tırıyordu.
Ortaçağ sonrası dönem. Dolaylı indirgeme yolunun senmesi zaman aldı, çünkü doğrudan indirgeme tekniğ: ekonomik üstünlüğü zayıftı. Bu arada dökme demir, top luların yapımında giderek daha fazla kullanılıyordu. Boy: tan yüksek fırınlar daha kârlı hale geldi, çünkü daha az; ketiyorlardı.
Avrupa’da, yüksek fırınlar, XVI. yy’m başında, Ardens Bray Ülkesi’nde gelişti. Çalışma ilkeleri, eskilerinkiyle aynı me demirin ve cürufun taban bölümünde ayrı ayrı toplanır rolik güçle çalıştmlan körükler aracılığıyla hava üflenmesi ■ tisiz üretim. Ama boyutlar artmıştı ve yüksekliği on metre ulaşan yüksek fırın, her altı günde bir, 4 ila 5 t dökme de tebiliyordu. Dökme demirin çeliğe dönüştürülmesi, eritn hava akımı içinde yükseltgeme yoluyla gerçekleştiriliyord len çelik daha sonra dövülüyor ve tavlanıyordu. Bu ikinci iı m ocakta veya kömürle ısıtılan bir başka ocakta yapılabil;;
Yüksek fırının gelişme evreleri: 1720-1
Cam sanayiinde olduğu gibi, kurşun ve bakır metalün yoğun olan kömür kullanımı, XVII. yy’da demir-çelik sa: birtakım güçlükler doğuruyordu. Gerçekten de, kömürle dökme demir, demirhanede giderilemeyecek kadar faz! içeriyordu. Bu arada aşırı odun tüketimi, demirhaneleı arasında birtakım sürtüşmelerin çıkmasına ve büyük i. runlarının (1 t dökme demir üretmek için, 1 500 kg odu yordu) oluşmasına neden oldu. 1735’te Ingiltere’de i Darby’nin, az miktarda kükürt içeren kokkömürii’nü kul başlamasıyla birlikte, kesin bir adım atıldı. O zamanlard mürü, tıpkı odunkömürü gibi ve aynı ilkeyle, taşkömürür ediliyordu. Kok kullanımı Fransa’da 1785’te Creusot’da Diğer yandan, buhar makinelerinin ortaya çıkmasıyla
Yanbitmiş çeliklere uygulanan ısıl işlemler. Bir çelik parçasına ısıtma işlemi uygulanabilir; bu işlem, malzemenin kullanım özelliklerini değiştirmeye imkân verir. Böylece, ısıtmadan sonra soğutma yavaş olabilir (tavlama) veya çok hızlı olabilir (suverme); bu şekilde, sanayide 100 °C düzeyindeki bu hızlı soğutmanın ardından austenit çok sert bir bileşik olan martensite dönüşür.
İÇİNDEKİLER
BÜYÜK EVRELER MODERN DEMİR ÇELİK SANAYİİ GELİŞME
DÖKME DEMİR HADDESİNİN ÇALIŞMA ŞEMASI (CEVHERDEN DÖKME DEMİRE)
— Başlıca devreler —-Yeniden elde etme devreleri
Kalburlanmış cevher
Cevher kırma ve kalburlama Stok ————s——
Kömür tozlar
%
Kömür tozları —“5*-[
Yağsız kömür
Homojenleştirme
)EMİR-ÇELİK SANAYİİNİN KİMYASAL YANLARI
;mir, üç farklı oksite sahiptir: FeO (demir II oksit), Fe304 (manyetit) Fe203 (hematit); bunlara, hidratlı biçimlerini de eklemek gerekir, .rbon, oksijenle iki bileşik oluşturur: karbon dioksit (C02) ve karbon Dnoksit (CO). Bu durumda karbonun yanması, bir C+CO+CO2 kaiminin oluşmasına yol açar. Bu üç kimyasal türün derişimleri, sıcak-a ve basınca bağlı olarak, Boudouard dengesiyle birbirine bağlıdır. Demir oksitlerin, kokkömürü (karbon) eşliğinde indirgenmesi, as-da CO’dan kaynaklanır. Hematit, çok küçük miktarlarda CO eşliğin-manyetite indirgenir; görece düşük sıcaklıklardan itibaren tepkime ndır. Daha sonra, Fes04, ya sıcaklık 570 °C’den düşükse doğrudan ğruya ya da sıcaklık 570 °Cden yüksekse ara ürün olarak FeO’nun ışmasıyla, metalik demire indirgenir (Chaudron kimyasal dengele-Bu tepkimelerin tam olması için, C0/C02 kanşımı içindeki hacim-CO derişimi, 450 °C’ye doğru yüzde 50’den ve 1 100 °C’ye doğru, zde 80’den yüksek olmalıdır.
Gang içinde bulunan bakır, nikel, kobalt, kalay vb oksitler gibi, de-r oksitler dışındaki birçok metal oksit, C0/C02 karışımı tarafından, mir oksitlerden daha kolay indirgenir. Buna karşılık, silis ancak )00°C’nin üzerinde, kireç, magnezya ve alümin ise, 2 000 °C’nin erinde indirgenir. Bu arada, bu oksitlerin, eriticilerin katılmasıyla el-edilen bazı derişim koşullarında bileşmesi, gangın erime noktasını, *u zaman 1 200-1 300 °C dolaylarına düşürür.
Demir çelik sanayiinde, bir başka temel tepkime daha vardır: kartı monoksitle temas halinde bulunduğunda, demirin karbürlenmesi. mir sementite (FegC), karbon monoksit ise karbon dioksite dönüşür, ıkme demir içindeki karbon, arıtmayla kısmen giderilir. Bu, karbon oksijenin, gaz halde karbon monoksit vermek üzere sıvı dökme de-: içinde bileştikleri bir yükseitgenme tepkimesidir. Dökme demir ide çözünmüş Si, Mn, P, Al, Ti, V gibi elementlerin yükseltgenmesi, ıların cüruflar halinde giderilmesine imkân verir; Cu, Ni, Mo gibi la yükseltgenebilir olmayan elementlerse, demirin içinde kalır.
;sek fırının taban bölümüne hava üflemeye yönelik yöntem-yetkinleşti; hava üflemesi daha güçlü hale geldi, yüksek fırın ıdeki sıcaklık arttı ve bu da, gangı ortamdan daha iyi uzaklaş-lak ve kükürt giderme işlemini iyileştirmek için eritici kullanıla imkân verdi.
D dönemden itibaren yüksek fırınların, odun ve su kaynakla-n yakınına kurulması yasaklandı. Bunlar, kömür ve demir ma-ı ocaklarının yakınlarına kurulmaya başlandı. Nitekim, XVIII. boyunca İngiltere’de, bir yüksek fırının dökme demir üretimi tada 36 t’a ulaşıyordu. Bu durumda, yüksek fırınların yüksek-ve özellikle hacmi önemli ölçüde artabiliyordu, çünkü kokkö-rü, odunkömürüne oranla ezilmeye karşı çok daha dayanıklı. 1750’de, bir yüksek fırın yaklaşık 4 m’lik bir çapa ve 57 lük bir hacime erişebiliyordu (Ingiltere’de, Maryport).
[IX. yy boyunca, üfleme makinelerinin gücündeki ve tüyerlerin ısındaki artışa paralel olarak, yükseklik ve hacim daha da arttı, ‘erler içine gönderilen havanın basıncı 1800-1870 yılları arasın-lörde katlandı. Havaya önısıtma uygulanmaya başlandı ve buda, metalin niteliğini ve cürufun akışkanlığını artırdı. Ama bu uygulama ancak, ateşe dayanıklı malzemelerin kullanıldığı ısı değiştiricilerinin bulunduğu 1850 sonralarında etkin bir biçim aldı.
Dökme demirin arıtılma yöntemleri: 1850-1970
Dökme demirin arıtılmasına yönelik olarak 1850’den itibaren bulunan dört büyük yöntem, çelik üretim ve kullanımında önemli bir ilerlemeye ve kalitesinde hızlı bir iyileşmeye imkân verdi. Söz konusu yöntemler, yükseltgen maddenin yapısına bağlı olarak iki grupta toplanabilir. Rüzgâr konverteri denen dönüştürücülerde (Bessemer ve Bessemer-Thomas) hava kullanılıyordu; burada yükseitgenme hızlıydı ve dış ısı katkısı gerektirmiyordu. Re-verber fırın denen yansımalı fırınlardaysa (Martin, Heroult), dökme demire karıştırılması gereken demir oksit kullanılıyordu; bu yöntemde, bir dış ısı katkısı gerekliydi. Bu tipteki iki yöntem, dışarıdan sağlanan ısının üretim yöntemi bakımından farklılık gösteriyordu: Martin-Siemens fırınında bir gazın yakılması; Heroult fırınında, bir elektrik arkı.
Bessemer konverteri. 1850’lerde İngiltere’de Bessemer ve ABD’de Kelly, dökme demirin karbon derişimini düşürmek amacıyla yeni bir yöntemi incelemeye aldılar. Söz konusu yöntem, yükseltgenebilir tüm bileşenleri yakmak için, sıvı dökme demir içinden güçlü bir hava akımı geçirmeye dayamyordu. Bu kimyasal tepkimenin açığa çıkardığı ısı, sıvı banyonun sıcaklığım yaklaşık 1 200 °C’den (dökme demirin erime noktası), 1 600 °C’ye (demirin erime noktası) yükseltmek için yeterliydi. Bessemer konverteri, kısa sürede rekabet edebilecek hale geldi. Bu yöntemle 5 t demir üretmek için 1 saat gerekiyordu, oysa potada gerçekleştirilen klasik yöntemde, 50 kg demir için 4 ila 6 saat ve pud-laj yönteminde, 250 kg demir için 2 saat gerekiyordu.
Thomas konverteri. Bessemer konverterinden türeyen ve 1878’de İngiltere’de geliştirilen bu dönüştürücü, fosforlu dökme demirlerin işlenmesine yönelikti. Gerçekten de fosfor, ortamdan uzaklaştırılması bazik bir eritici gerektiren P2O5 biçiminde yük-seltgenir. Bu durumda, Bessemer konverterinin, asitli bir maddeden yapılmış iç kaplamasını tahrip eden, yine bazik bir cüruf oluşur. Thomas ve Gilchrist, magnezya ve dolomiden yapılma, dayanıklı, bazik bir kaplama geliştirilmeyi başardılar.
Her iki tip konverterde de (Bessemer ve Thomas), bulunmaması gereken bir element olarak bileşime giren azot, çeliklerin mekanik özelliklerine zararlı nitrütler oluşturur. Bunun oranını düşürmek için çeşitli yöntemler kullanılmıştır: dönüştürme sonunda banyo sıcaklığının azaltılması, aşırı oksijenli havanın veya azotsuz gaz karışımlarının (02/H20, 02/C02) kullanılması gibi. 1950-1960 yılları arasında geliştirilen saf oksijenle dönüştürme yöntemi, sözü edilen diğer yöntemleri tahtından indirmiştir.
Martin-Siemens fırını. 1865’te Fransa’da Pierre ve Emile Martin tarafından geliştirilen bu fırında, yakıt olarak havagazı, kok fırını gazları veya doğalgaz kullanılıyordu. Havaya ve gaza, bir ısı reküperatörü yardımıyla 1 100 °C’ye kadar önısıtma uygulanıyordu. Bu arada kireçtaşı, cevher ve hurda karışımı, erime noktasına getiriliyordu. Bu durumda, sıvı dökme demir fırına gönderiliyordu. Dökme demirin içindeki karbonun FeO tarafından yükseltgenmesi gaz halde karbon monoksit oluşumuna neden oluyordu, bu gaz da banyoyu çalkalıyordu. Demir II oksit daha sonra, fırının yükseltgen atmosferi içinde yenileniyordu. Tepkimeler oldukça yavaştı (8-10 saat arası). Kükürtün ortamdan uzaklaştırılma oram düşüktü. Fırının iç kaplamasının yapısına bağlı olarak, kükürt ve fosfor bakımından zayıf, silisli dökme demirler için asidi ortamda gerçekleşitirilen (silis) Martin arılaştırması ile en çok kullanılan Martin bazik arılaştırması söz konusuydu.
Heroult fırını. 1900’de Fransa’da Paul Heroult tarafından geliştirilen bu fırın, kemerden inen, grafitten yapılma elektrotlar ile metalik banyo arasında oluşan elektrik arklarıyla ısıtılıyordu, ilk evrede, kireçten, cevherden, döndüler’den (hurda atıkları) ve dökme demirden oluşan katı yük, erime noktasına getiriliyordu. Yöntemin karakteristiği olan ikinci evre, metale ileri düzeyde bir oksit giderme ve kükürt giderme işleminin uygulanmasına ve sonuç olarak, indirgeyici ve bazik bir cürufun (kireçtaşı ve kokkömürü-nün katılması) oluşmasına imkân veriyordu. Kükürt derişimi, yüzde 0,008’e düşüyordu. Ulaşılan yüksek sıcaklıklar, gazların, özellikle de azotun (derişimi % 0,004 – % 0,01 arasında değişen) soğurulmasını kolaylaştırıyordu. Gene de, bu şekilde hazırlanan çelikler yüksek bir nitelik taşıyordu. 1950’lerde çeşidi yöntemler (Duplex, Perrin…), elektrikli fırınlarda elde edilen çeliklerin kalitesini yükseltmeye devam etti.
TÜRKİYE’DE DEMİR-ÇELİK SANAYİİ
Türkiye’de, ilk çelik fabrikası 1932’de Kırıkkale’de, Askerî Fabrikalar Genel Müdürlüğü’ne bağlı olarak çalışmaya başladı. Bu fabrika 1950’de Makine ve Kimya Endüstrisi Kurumu’na (MKEK) devredildi. Askerî amaçlı bu tesisten sonra ma-denkömürü havzasına yakın olmasının ekonomikliği göz önüne alınarak, 1939’da, ilk ağır sanayi kuruluşu olan Karabük Demir ve Çelik Tesisi Sümerbank’a bağlı olarak kuruldu. 1955?te Sümerbank’tan ayrılarak Türkiye Demir ve Çelik işletmeleri Genel Müdürlüğü adıyla bağımsız bir İktisadî devlet teşekkülü özelliğini kazandı. Devletçe kurulan bu demir ve çelik tesislerini, 1950’li yıllarda özel kesimin küçük kapasiteli dört köşe levha ve kütük işleyen haddehaneleri, 1960’Iı yıllarda da ark ocaklı çelik izabe tesisleri izledi. 1960’ta, yine devletin kurduğu Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları (ERDE-MlR), 1975’te İskenderun Demir ve Çelik Fabrikaları’mn (ISDEMİR) ilk birimi, 1979’da ikinci birimi işletmeye açıldı. Bunlar dışında MKEK, özel kesime ait Çolakoğlu, Metaş, Asil çelik ve yeni kurulan Borçelik Türkiye çelik üretiminde önde gelen kuruluşlardandır.
Üretim bakımından ele alındığında, Türkiye’nin son yıllarda önemli bir gelişme gösterdiği görülebilir: 1990’da 9,4 Mt olan üretim, 1992’de 10,2 Mt’a, 1994’te de 12 Mt’a ulaşmıştı. 1994’te, üretilen demir-çeliğin yüzde 36,4’ü entegre tesislerden (Karabük, Ereğli, İskenderun’daki fabrikalar), yüzde 63,6’sıysa ark ocaklı tesislerden (sayıları yirmi dolayında) elde edildi.
«Ayşe». Zonguldak Ereğli’deki demir-çelik tesisi Erdemir’in yüksek fırınlarından.
DEMİR-ÇELİKTE DÜNYANIN İLK ON KURULUŞU
(1993)
Grup Ülke Üretim (milyon ton/yıl)
Nippon Steel Japonya 25,8
Usinor-Sacilor Transa 25,8
Posco Güney Kore 22,5
British Steel İngiltere 12,3
NKK Japonya 11,1
US Steel ABD 10,2
Sumitomo Japonya 10
Metal înd. Japonya 10,2
Kawasaki Japonya 10,1
Magnitogorsk Rusya 9,9
SAÎL Hindistan 9,8
Dökme demirin dökülmesi. Bir dizi karmaşık tepkime, yüksek fınn içinde demir cevherini kok ile birlikte sıvı halde ham dökme demire dönüştürür; kanşım, daha sonra antılmak ve çeliğe dönüştürülmek üzere, döküm yoluyla, dönemsel olarak haznelerin (yüksek fınnın tabanındaki) içinde toplanır. Kireç, katışkılarla tepkimeye girerek, sıvı dökme demirin üzerinde yüzen cürufu oluşturur.
Bir kalıp içine döküm. Sıvı çelik, arzu edilen biçime göre katılaştığı bir kalıp içine dökülür.
Sürekli döküm. Günümüzde, sanayileşmiş ülkelerde, çelik bu yöntemle, doğrudan doğruya çubuklar ve ince şeritler halinde dökülmektedir. Erimiş çeiik, bir hazne (A) içine dökülür ve buradan, bakırdan yapılma, soğutulan bir kalıp içine akar (B). Kalıbın alt bölümündeki bir tapa çıkanlır (C) ve bu, kısmen katılaşmış çubuğu kendisiyle birlikte sürükler; söz konusu çubuk aynı zamanda, ince su damlacıktan püskürtülerek soğutulur ve metal hadde silindirleri arasından çekilir (D). İlk makineler (E), uzun, doğrusal soğutma kesitlerinin yerleş tirilmesi için çok yer gerektiriyordu; günümüzde, yeni makinelerde (F), kısa ve eğri soğutma kesitlerinden yararlanılmaktadır. Soğutmadan sonra, çubuklar istenen uzunlukla kesilir.
MODERN DEMİR-ÇELİK SANAYİİ (1970-1990)
Demir-çelik sanayiinin işlemleri üç evrede gerçekleştirilir: birincil metalürji, ham çeliği hazırlamaya dayanır; ikincil metalürji, ham çeliği, arıtma ve alaşım elementlerinin katılmasıyla, ayarlı çeliğe dönüştürür; üçüncül metalürjiyse, ayarlı çeliği bitmiş bir ürüne dönüştürür.
Birincil metalürji
Birincil metalürjide, hammaddeleri ve yöntemleri bakımından farklılık gösteren iki çelik üretim süreci ayırt etmek mümkündür. Dökme demir süreci’nde, demir cevherini indirgemek ve sonra da dönüştürme işlemi için, yüksek fırından yararlanılır. Elektrik süre-c/’nde, modern elektrik fırını versiyonlarında, büyük ölçüde hurdalar işlenir.
Dökme demir süreci. Son yıllarda, demir bakımından zengin cevherlerin deniz yoluyla taşınma maliyetlerinin azalması nedeniyle, demir cevherleri ekonomisi önemli ölçüde gelişme gösterdi. Nitekim, demir cevheri, petrol ürünlerinden hemen sonra gelen, önemli bir uluslararası ticaretin doğmasına yol açtı. Türkiye’de kullanılan cevherin yüzde 70’i kendi topraklarımızdan, geri kalan yüzde 30’uysa ithal edilmek suretiyle sağlanmaktaydı (1994).
Metalürjik kokkömürü. Kokkömürü, yüksek fırın içinde üç temel işlevi yerine getirir: yükselen gazların dolaşımını kolaylaştırır (geçirgenleştirici rol); tepkimenin sürmesi için gerekli ısıyı sağlar; demirin indirgenmesine ve karbürlenmesine imkân verir. Kokkömürü, özellikle cevherin akışmaz hale geldiği yüksek fırının alt bölümünde, geçirgenleştirici rolünü yerine getirebilmesi için, homojen, hafif ve mekanik olarak dayanıklı bir düzeyde olmalıdır. Diğer yandan, dökme demiri kirletmemesi için, kükürt oram düşük olmalıdır. Yaklaşık yüzde 96 oranında karbon içeren bir kömürün, yani «kokyağı»nın, kokkömürü fırınlarında havasız
334
ortamda ısıtılmasıyla elde edilir.
Yüksek fınn. Tabanlarından birbirine bağlı iki kesik kcr^ oluşur. Fırının en üstteki gövde bölümüne, üst üste katmanla: linde uygun bir şekilde hazırlanmış kok kömürü ve demir ce. ri konur. Tabandaki hazne bölümünde, erimiş haldeki rr-(dökme demir) ve bundan daha hafif olan cüruf toplanır. Dedelikleri düzenli aralıklarla açılır, dökme demir ve cüruf ayn kanallardan potalara akıtılır. Haznenin üst bölümündeki tuyî içeri sıcak hava üfler. Tepkimeden sonra, gazlar gövdede tor-î Bu durumda, gazların ve katiların çelişkili bir durumu ortay: kar: gazlar, yüksek fırın içinde, ancak yaklaşık bir dakika kal^ katilar, gazlarla olan temaslarının tam bir indirgemeye imkâr. mesi için, burada saatlerce kalmak zorundadır.
Yüksek fırınlar çok büyük boyutlara erişebilir. Yaygın sıra! gulamada, bir yüksek fırın, üretilen 1 t dökme demir için, 1 kg topaklaştırılmış cevher, 300 kg kokkömürü, 150 kg konr-40 m’5 oksijen tüketir.
Oksijenli dönüştürme. 1949-1952 yılları arasında Av_î-ya’da bulunan LD yöntemine göre oksijen üflenmesi, öze.-azotun giderilmesiyle, daha az maliyetle, daha saf çelikler,” : edilmesine imkân verir. Maliyetin düşük olması; azot okf. seyrelttiği için, eylemsiz gazın ısıtılma ısısının ısıl bilançov. şürmemesinden kaynaklanır. 1982’den bu yana oksijen üfle~ si, erimiş metali daha iyi harmanlamak için, konverterin he~ tünden hem de altından uygulanmaktadır.
1990’da, 770 Mt’luk dünya çelik üretiminin, 432 Mtluk ” mü, yani yüzde 57’si, oksijenli dönüştürme yoluyla elde ed„ ti. LD tipi yöntemlerde, hurdalar hammadde olarak kullam_£ ama bunlar özellikle dökme demirlere yöneliktir. Bakım r.:_ leri düşük olan konverterlerin bir diğer ayırt edici niteliği, * tisiz dökümü beslemek için gerekli üretim düzenlilikleridir
Elektrik süreci. 1990’da, Martin fırını artık kullanılma muşsa da, bu yöntemle çelik üretimi, dünya üretiminin hâlâ de 15’ini (121 Mt) oluşturuyordu. Artık, geçiş ekonomilı (mesela, eski Sovyetler Birliği cumhuriyetleri) dışında pek :■ nılmamaktadır. Çelik üretiminin önemli bir bölümü, dölcr mir süreci hariç, giderek daha çok elektrikli fırınlarla sağlar, tadır (1990 yılında, 217 Mt’la dünya üretiminin % 29,4’ü
Elektrikli fırın ilkesi, 1960’lara kadar fazla gelişme gös:= miştir. Çok yüksek güçlü transformatörlerle donatılmış i boyutlu fırınların yapılması ve yüksek miktarda ve ucuz r ların kullanılabilmesi, bu tekniğin bir atılım yapmasına yc Birçok bakımdan daha da gelişmesi gerekmektedir (ot; çalışma, üretim düzenliliği). Bu arada, oksijenli konverter üstünlükleri büyüktür: düşük bir yatırım ve üretim ma üretim ritminde çok daha büyük bir esneklik ve daha az tüketimi.
Eskiden özel çeliklerin üretiminde kullanılan elektrikli fa: ton demirleri piyasasını fethetmiştir; ray, kiriş, inşaat çelik! zarında da önemli bir payı vardır ve ince, yassı ürünler p, hedeflemektedir. Elektrikli fınnın hammaddesi, temel olar. dalardan oluşur. Kullanım sonunda toplanan bu hurdalar, bir rol oynamaktadır, çünkü kurulmuş veya kurulmak! ekipmanlar, olağanüstü bir kaynak oluşturur. Hurdaların da kullanılabilirliği artmıştır; buna karşılık fiyatlar, genel i me eğilimi göstermektedir.
İkincil metalürji
İkincil metalürji, saflığı ve bileşimi, üçüncül metalürji için kesin olarak tanımlanmış sıvı çelikler sağlar. Çeliğe, altında birtakım işlemler uygulanır; söz konusu işlemler, nun üstündeki kısmî basınçların değiştirilmesiyle, çelik
DEMİR ÇELİK SANAYİİ
oksijen, hidrojen ve azotun giderilmesine imkân verir, elementlerini katmaya imkân veren işlemler gibi, bu işle henüz kesintili ve çoğu zaman çok sayıdadır. Günü-ikincıl metalürji bunları bir araya toplamayı hedeflemek-
mcül metalürji
iş ürünler elde etmeye yönelik klasik sistem, çeliği külçemde kalıplar içine dökmeye dayanıyordu. Külçeler daha atılıyor ve sıcak haddeleme, ardından da soğuk haddele-ulanıyordu. Sürekli döküm yöntemi, enerji ve zaman ma-
i yüksek olan bu işlemlerden kurtulmaya imkân verdi. Ay-stal verimi, yüzde 10 ile yüzde 15 arasında arttı.
nir-çelik sanayii ürünleri
s rağmen çelik, sonu umutsuz bir malzeme değildir; günü-demir-çelık sanayii, özel ihtiyaçlara uygun, çok çeşitli : önermekte ve yüksek fırınlardan çıkan yan ürünleri delirmektedir.
niş ürünler. Geleneksel olarak, iki temel ürün tipi ayırt yassı olanlar ve uzun olanlar. Yassı ürünler, levhaları ve inan kapsar, ince saclar çıplak ve kaplanmış olabilir. Bu ürün->mobil, makine yapımı, elektrikli ev aletleri, ambalaj (tene-şaat sanayiilerinde ve yapı işlerinde kullanılır. Uzun ürün-nşaatlarda kaynak yapılarak kullanılan çelik hasırları oluş-:elleri (bunlar, otomobil lastiklerinin takviye katmanlannda lanılır), kabloları ve demiryolu rayları veya inşaat çubukla-ağır profilleri kapsar. Paslanmaz çelikler, korozyona karşı ıklı olmaları nedeniyle, tarıma dayalı gıda sanayiinde, elek-:v aletlerinde ve ayrıca, inşaatlarda, otomobillerde ve sına-manlarda kullanılır. Bunlar, uzun ürünler ve yassı ürünler le hazırlanır.
tı ürünler. Kokhane, yüksek fırın ve «dökme demir» üretim Lnde, oksijenli konverter tarafından üretilen gazlar veya ikli fırın tarafından oluşturulanlar, geri kazanılır ve gerek fı-ı ısıtmak, gerekse elektrik üretmek için yerinde kullanılır, şekilde, tozlar ve çamurlar da yeniden çevrime sokulur, anelerde, birtakım kimyasal sentez birimleri, gaz, katran, ıyum sülfat, benzol vb gibi birincil ürünlerin geri kazanımı-vam ettirir. Yüksek fırın cürufları, betonarme üretiminde nılan çimentolar biçiminde değerlendirilir. Bunlar, yolların nında veya demiryolu balastı olarak da kullanılır.
iELİŞME
73’ten bu yana çelik üretimi ekonomik koşulları önemli ölçü-iğişmiştir. Gerçekten de üretim ikinci Dünya Savaşı’nın sonun-itibaren hızla artmışsa da (1945’te yılda 114 Mt olan m, 1950’de 200 Mt’u, 1964’te 400 Mt’u, 1972’de 600 Mt’u :>rdu ve 1974’te 710 Mt’a erişmişti), hammaddelerin maliyetin-nemli bir artışa yol açan ilk petrol şokundan sonra, bir yıldan rine büyük değişimler olmak üzere, bu artış hayli yavaşladı, retici ülkeler arasında önemli aykırılıklar ve farklı gelişmeler anabilir. 1993’te dünya ham çelik üretimi 725,3 Mt olarak ekleşti. Bu üretimde birinci sırayı 99,6 Mt’la Japonya aldı. Bu :yi 89,4 Mt’la Çin, 83,1 Mt’la ABD, 58,2 Mt’la Rusya, 37,6 Mt ianya, 33 Mt’la Güney Kore ve 30,5 Mt’la Ukrayna izlemek-r.
Jretimdeki kriz, çelik pazarındaki krizi yansıtmaktadır. Dün-;elik tüketimi, özellikle AET ve Japonya’daki durgunluk nede-le gerilemektedir. Bununla birlikte, ABD’de ve ayrıca geliş-kte olan Latin Amerika ve Asya ülkelerinde tüketimin arttığı demlenmektedir.
Demir-çelik sanayiinin yeniden yapılandırılması, üretim kalitelerinin düşürülmesi ve ayrıca ürün yönetimi ve kalitesinin leştirilmesi, bu uyum sağlama girişiminin temel öğeleridir. :ekim, 1980’lerde İngilizler ve Fransızlar, demir-çelik sanayi-rini derinlemesine bir şekilde yeniden yapılandırmalardır, ıçlü gruplar kurulmuştur: İngiltere’de British Steel ve Fran-da dünyanın ikinci büyük demir-çelik sanayii grubu olan inor-Sacilor. Ama, üretkenlik kazancına ve donanımların mo-rnleşmesine imkân vermiş olsa da bu yeniden yapılanma sü-îinin önemli toplumsal etkileri de olmuştur; Usinor-Sacilor’da :ya 1987’denönce bu grubu oluşturan şirketlerde), 1984-1992 asında, toplam çalışan sayısı yüzde 62 azalmıştır (50 000 iş-n çıkarma). Aynı süre içinde, üretkenlik bir sıçrama göstermiş-çünkü 1982’de 1 t çelik üretmek için 7 saat 20 dakika gererken, on yıl sonra bu süre 3 saate inmiştir. 1 t çeliğin üretilme .alıyetine gelince, bu da azalarak 1991 ’de Fransa’da 505 dolar,
buna karşılık Almanya’da 548 dolar, Japonya’da 544 dolar, ama Tayvan’da 445 dolar ve Güney Kore’de ise 425 dolar düzeylerinde seyretmiştir.
Yannın demir-çelik sanayii
Belli sayıda yeni yöntem, sınaî ölçekte veya bazı örnek fabrikalarda, daha şimdiden etkin durumdadır. Tercih ölçütleri, ilgili ülkelere göre değişmektedir. Sanayileşmiş ülkelerde, ince şeritlerin, kirişlerin veya tellerin sürekli dökümünün gelişmesi, muhtemelen demir-çelik sanayiini daha ekonomik ve daha esnek olan mini fabrikalara (yılda 0,5 ila 1 Mt’luk üretim) doğru yöneltecektir. Bakir alanlara, yüksek fırınlardan, kok fırınlarından, oksijenli konverterlerden oluşan entegre fabrikaların kurulması, belki hurdaların akla yatkın bir fiyatla kullanılabilir olmadığı, Gelişmekte Olan Ülkeler (mesela Çin) dışında, seyrek görülen bir olay olacaktır. Entegre fabrikaların yeniden gündeme getirilmesi, zor kararların alınmasına yol açacaktır ve bunların kapatılması eğilimi, malî ve toplumsal sorunlar yaratabilecektir. Demir-çelik sanayi-i, büyük bir üretim esnekliğine doğru yönelmek zorunda kalacaktır. Bu bağlamda, klasik dökme demir süreci avantajlı değildir. Zararlı atıkların (gazlar, tozlar vb.) azaltılması, hammadde, enerji tasarrufu yoluyla, çevre korumasının göz önüne alınması gerekecektir ve bu da, hurdaların yeniden çevrime sokulması yaklaşımına ayrıcalıklı bir yer kazandıracaktır. Daha genel olarak, hammaddelerin (cevher, kömür, gaz vb.) mevcut olduğu yer, bunların çıkarılma ve taşınma maliyetleri, teknolojik tercihlerde önemli bir rol oynayacaktır. Elektrikli fırının yetkinleştirilmesi, hurdaların değerlendirilmesi, dökme demir sürecinden daha ucuz, daha esnek ve daha az kirletici olan yeni yöntem erit-me-indirgemenin derinlemesine incelenmesi, demir-çelik sanayiinin en olası hedefleridir, □
Örnek bir çelikhane (Fos-sur-Mer, Fransa). Yüksek fırınlarda oluşan tepkimelerin ve birçok kimyasal dengenin bilinmesi, günümüzde, çelikhaneierin çok duyarlı bir şekilde yönetilmesine imkân vermektedir.
AYRICA BAKINIZ
– IM6U demir
– EMİ Maden Çağı
– h,-v.-j metaller ve alaşımlar
– [MİD metalürji
– Hami tepkime (kimyasal’
► ISânsli tunç
