Kimyasal Metalurji’nin hem üretim açısından hem de bilimsel çalışma açısından en gelişmiş dalını Demir Esaslı Metaller Metalurjisi oluşturmaktadır. Bu dalın ilgi alanı olan malzemelerin esas bileşimini demir oluşturmakta ve dünya çapında demir üretiminin %99’u yüksek fırınlar ile gerçekleştirilmektedir. Bu fırınlarda demir üretimi temel kimyasal mekanizmalarla gerçekleştirilir. Bu mekanizmalarda amaç oksitli yahut diğer elementlerle bileşik halde bulunan cevheri demir haline indirgemek ve saflığı olabildiğince korumaktır.
Dünya üzerindeki demir cevherlerinin çok büyük bir kısmını oksitli demir cevherleri oluşturur. Bunların başlıcaları Hematit (Fe2O3) ve Manyetit (Fe3O4)’tir.
Amaç, demiri oksijenden ve diğer yapılardan ayırmak olduğu için oksijeni ve diğer yapıları demirden koparıp kendine bağlayacak maddelere ihtiyaç duyulur. Yüksek Fırınlarda bu ihtiyacı Metalurjik Kok karşılar.
Metalurjik Kok’un bileşimi ise şu şekilde olmalıdır:
Bu özelliklere sahip olan kokun üretimi doğadan elde edilen kömüre bir dizi işlemler gerektirir. Bu yöntemlerin başlıcaları Kovan Yöntemi ve Yan Ürün Yöntemi’dir.
Kovan Metodu: Bu yöntemde kömür kovan şeklinde fırınlara yüklenir. Fırın kapağı aralıklı bırakılır ve içeriye hava girmesi sağlanır. Fırın sıcaklığından dolayı uçucu maddeler damıtılmaya başlanır. Kömür ısındıkça sıcaklık, damıtma gazlarının sıcaklığının üstüne çıkmaya başlar ve bu gazlar kömürün üstündeki boşlukta fırın içerisinde yanar. Bu yanma da ısı açığa çıkarır ve damıtmanın devam etmesini sağlar. Damıtma ile kömürdeki koklaşma üstten alta doğru devam eder.
Burada kok elde edilmesinde verim %60 civarındadır. Damıtma ve koklaşma bitince fırından alınan kok depo edilir. Bu yöntemde verim istenen seviyeden düşüktür ve üretilen koktaki kül miktarı yüksektir. Kovan Yöntemi’nin yerine Yan Ürün Yöntemi geliştirilmiştir.
Yan Ürün Metodu: Bu yöntemin farkı hava kullanılmamasıdır. Koklaşma sırasında elde edilen gazlar dışarıdan yüklenerek ısıtma sağlanır. Fırına dışarıdan verilen ısı ile kömür koklaşır ve metalurjik kok elde edilir.
Şekil1
Görüldüğü üzere Yüksek Fırın’a yakıt olarak verilecek metalurjik kokun elde edilmesi için kömür bazı proseslerden geçirilmektedir. Bu ise demir üretiminde maliyeti arttırmakta, yakıt için ayrı tesisler gerektirmekte ve üretim hızını düşürmektedir.
Metalurji Mühendisliği ile ilgilenen bilim ve teknik insanları, bu sorunlara çözüm aramış ve Yüksek Fırın’a alternatif olan tek üretim yöntemini geliştirmişlerdir: Corex Prosesi
COREX PROSESİ
Corex Prosesi demir üretiminde indirgeyici madde ve enerji kaynağı olarak metalurjik kok yerine kömürün kullanıldığı prosestir.
İlk ticari Corex tesisi 300 000 ton/yıl kurulu kapasite ile 1989’un son aylarında Güney Afrika’da Iscor Preteria işletmelerinde sıvı demir üretiminde başlamıştır.
Bu proses iki aşamalıdır. Birinci aşamada amaç demir cevherlerini şaft fırınında %90 oranında metalizasyona indirgeyecek süreçtir. İkinci aşamada ise %90 metalizasyonu sağlanmış maddenin, şaft fırınının altında yer alan ergitici gazlaştırıcı adı verilen ikinci fırında kömürün gazlaşması ile açığa çıkan indirgeyici gaz ile son redüksiyon, oluşan sünger demirin ergitilmesi ve cüruf-metal reaksiyonlarını meydana getirmektir.
Sıvı metal ve cüruf, fırın altından yüksek fırına benzer yöntemle alınır. Döküm sıcaklığı 1400-1500 °C olacak şekilde ayarlanır.
Şaft fırınında şarj malzemesinin indirgenmesi için gerekli olan indirgeyici gaz, fırının alt kısmındaki kömür yatağından, karbonun (C) kısmi oksidasyonu sonucu ortaya çıkar. Burada gaz sıcaklığı 1600-1800 °C civarındadır. Bu gaz %65-70 CO, %20-25 H2 ve %2-4 CO2 içerir. Ergitici gazlaştırıcıyı terk eden sıcak gaz, soğuk gaz ile karıştırılarak sıcaklığı 850°C’ye düşürülür. Gaz temizlenir ve indirgeyici gaz olarak tekrar fırına verilir.
Şaft fırınına cüruf yapıcı olarak dolomit ve kireç taşı da ilave edilir.
Üretilen sıvı metalin bileşiminde %0.3 Si, %4.2 C ve %0.05 S bulunur.
COREX PROSESİ’NİN ÖZELLİKLERİ
- Kok yerine kömür kullanıldığı için ayrıca kok üretimi gerekmez.
- Hammadde olarak değişik parça, sinter ve pelet kombinasyonları kullanılabilir.
- Yan ürün olarak açığa çıkan gaz başka işletmelerde kullanılabilir.
- Üretimi basit ve yüksek fırınlardan 3-10 kat daha hızlıdır.
- Sıvı metalin viskozitesi istenilen şekilde ayarlanabilir.
- Kok tesislerine gerek olmadığı için çevreye çok daha az kükürt (S) ve toz yayılır.
Hamdi Ekici
İstanbul Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği
Kaynaklar:
- World Steel in Figures-1993, Iron and Steel Engineer, vol. 70, No:9, September 1993
- Direct From Midrex, Vol:18, No:2, Ist Quarter, 1993
- Hot News Corex, No:4, May 1993
- Lemparle, M. Maschlanka, W. Corex Today and Tomorrow, Metallurgical Plant and Technology International, 4, 70-76. 1993
- Aydın, S., Sıvı Ham Demir Üretiminde Yeni Prosesler, Metalurji Dergisi, Sayı:74, 50-55, 1991
