Ekstraktif metalürji, yazı dizimin başında da dile getirdiğim gibi cevherden başlayıp kullanılabilir metal elde edilinceye kadar uygulanan işlemler bütünüdür.
Demir için bu yolculukta aynı şekilde başlar. Fakat önemli bir farkı mevcuttur. Diğer metaller saflaştırıldıktan sonra genellikle öyle bırakılırlar ve diğer fiziksel metalürjik işlemleri yapacak fabrikalara ya ingot ya da külçe şeklinde saflaştırılmış metalleri gönderirler. Demir için önemli bir nokta olan çelik üretimi, endüstriyel anlamda da çok büyük önem arz etmektedir.
Saf demirin ne kadar zayıf olduğunu bir önceki yazım olan Çelik ve Özellikleri’nde bahsetmiştim. Demirin bu şekilde kullanılmasına imkân yoktur. Cevherden üretilen indirgenmiş pik demirinde ihtiva ettiği çok yüksek karbon oranından ötürü bazı alanlarda kullanımı mümkün değildir. Bu yüzden pik demirde karbon azaltma işlemleri veya gerektiğinde farklı alaşım elementlerinin ilavesi gibi işlemler yapılarak çelik üretilir.
Önceki yazılarımda da bahsettiğim gibi pik demir %3 ~ %4,5 oranlarında karbon ihtiva eder. Pik demirden çelik elde etmenin belki on farklı yöntemi vardır. Günümüze kadar birçok metot denenmiştir. Bunların arasından en yüksek verimli olanları günümüz endüstrisinde kullanılmaktadır. Thomas-Bessemer, Siemens- Martin vb. birçok üretim metodunda kullanılacak pik demirin kalitesinin iyi olması – iyi indirgenmiş olması- gereklidir. Ayrıca ocak içine hurdada atamazsınız. Atılırsa verim ve çelik kalitesi düşer. Bu kadar çok yöntem varken, en verimlisi ve yaygın kullanılan –kafanızı da onlarca metotla karıştırmamak adına- bazik-oksijen kaleme almayı uygun buldum.
Bessemer metodunun bazı eksikliklerinin giderilmesiyle Linz-Donawitz metodu olarak piyasaya çıkan bu metot sülfür, fosfor, karbon gibi aşırı oranlarda istenmeyen ametallerin giderilmesindeki en verimli ve en kesin yoldur.
Bazik-Oksijen fırınına bazik denmesinin sebebi, fırın duvarlarının bazik özellikteki ateşe ve yüksek sıcaklığa dayanıklı oldukça porozlu bir refrakter tuğla ile örülü olmasıdır. Tuğla bazikliği 3-3,5 pOH düzeyindedir. Oksijen üfleme metodu olduğundan dolayı oksijen fırını olarak adlandırılmıştır.
Bazik-Oksijen fırınından döküm yapıldığı an.
Kaynak: http://www.made-in-china.com/showroom/hyqhaio/product-detailnbKQrcYEvtVO/China-BOF.html
Ergitme işlemi için yüksek frekanslı alternatif akım geçirme –indüksiyon- veya geleneksel ısıtma metodu kullanılabilir. Günümüzde uygulamalarında ise çoğunlukla indüksiyon enerjisi kullanılır.
Ergiyen pik demir içerisine basınçlı ve yüksek sıcaklığa ısıtılmış saf oksijen üflenir. Ergimeye bağlı olarak serbest hale geçmiş ve yüksek sıcaklıktan dolayı oldukça aktifleşmiş karbon, yine ısıtmadan dolayı çok yüksek aktifliğe ulaşmış oksijeni gördüğü anda reaksiyon verir. Yanma tepkimesi sonucu karbondioksit gazı açığa çıkar ve ortamdan ayrılır. Bu esnada bir miktar sülfürde yanmaya uğrar ve oda sülfürdioksit olarak sıvı demirden ayrılmaya başlar. Ametal oksitlerin asidik olduğunu düşünürsek, fırın duvarlarımızında bazik-bazik oksit tuğlalarla kaplı olduğunu hatırlarsak, aralarında bir reaksiyon olacağını kestirebiliriz.
Yüksek sıcaklıkta bulunan ametal oksit gazları (CO2,SO2) bazik- bazik oksit tuğlalarca tutulur. Böylece baca ile uzaklaştırılamayan bu gazlarında büyük bölümü tuğlalarca giderilmiş olur. Tabi ki tuğlaların belli bir ömrü vardır ve arada değiştirilmeleri, temizlenmeleri gerekmektedir. Ayrıca bu ateş tuğlalarına zarar vermemek adına şarj içerisine %20 oranında hurdada ilave edilir. Fırının şematik görünümü ve ilgili reaksiyonları aşağıdaki resimde veriyorum.
Kaynak: http://www.steelplantech.co.jp/english/products/steelmaking/bof/
BOF yöntemini cazip kılan bir yönüde, üfleme süresinin 18 dakika gibi oldukça kısa olması ve iki döküm arasının 40 dakikadan az sürmesidir. Böylece endüstriyel anlamda zamandan çok büyük tasarruf sağlanır. 12-18 saat gibi sürelerin telaffuz edildiği Bessemer metoduna göre kıyaslarsanız, neden bu yöntemi kaleme aldığımı daha iyi anlayacaksınız.
Ekstraktif metalürjisinin en önemli konularından biri olan pik demirden çelik üretimini Bazik-Oksijen Fırınında gerçekleştirmeyi kaleme almış oldum, umarım açıklayıcı ve yararlı olmuştur. Sizleri fazla sıkmamak adına yazımı burada sonlandırmamın iyi olacağı kanaatindeyim. Ekstraktif Metalürji yazı dizimin geri dönüşleri şimdiden memnun eder düzeyde. Takibiniz ve geri dönüşleriniz için çok teşekkür ederim.
Okan Gençoğlu
Ondokuz Mayıs Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
Kaynaklar:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Basic_oxygen_steelmaking
- http://www.steelplantech.co.jp/english/products/steelmaking/bof/basic-oxygen-furnace-system/
- http://www.steel.org/en/Making%20Steel/How%20Its%20Made.aspx
- Yard. Doç. Dr. Sevim Alışır – Ekstraktif Metalürji Ders Notları
