Demir nedir nasıl oluşur

25 Temmuz 2013 Yazan  
Kategori BİLİM TEKNİK

Demir ve çelik :

Demir ve çelik günlük yaşantımızın her alanında kullanılan Metaller arasındadır.Tarihte insanları demiri, altın, bakır ve tunçtan çok daha sonra keşfedip kullanmaya başladıkları bilinmektedir.Günümüzde demir, sanayinin temel hammaddesini oluşturmaktadır. Ülkelerin ekonomik kalkınmasında önemli bir rol oynamaktadır.

Geçmişte, yüksek fırında aranan özelliklere sahip demir cevheri doğrudan maden ocaklarında yapılan üretimle karşılanmıştır. Ancak sanayide demire olan gereksinimin hızla artması ve yüksek fırına doğrudan yüklenebilir özellikteki cevherin giderek azalması, düşük tenörlü cevherlerin de değerlendirilmesini zorunlu kılmıştır.

Dünyadaki çelik üretiminde ülkemiz 1980 yıllarında 2.5 milyon ton ile 33 üncü, 1995 yılında 12.7 milyon ton ile 15. sırayı almıştır. 1995 yılında kişi başına düşen çelik üretimimiz 156 kg, 1998 yılında da 196 kg olmuştur. Avrupa Birliği ortalaması 302 kg’dır. Dünyadaki demir cevheri rezervleri 167 milyar ton olarak bilinmektedir. Bu rezervlerin büyük bir bölümü Avustralya, Brezilya, Kanada, Hindistan, ABD, Güney Afrika, Liberya, İsveç, Peru, Çin ve Rusya’da bulunmaktadır.

Demir cevherinin tanımı ve sınıflandırması:

Demir çelik sektörünün ana hammaddesi demir cevheridir. Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi için işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekmektedir. Çelik sanayiinde kullanılan demir cevherlerinin harman tenörünün en az %57 Fe olması arzu edilmektedir. Demir cevherleri doğada Manyetit (Fe304), Hematit (Fe203), Limonit (2Fe203. 2H20), Götit (Fe203. H20), Siderit (FeCO3) ve Pirit (FeS2) mineralleri şeklinde bulunmaktadır. Demir madenciliğinde kullanılan tanımları şu şekilde açıklayabiliriz: Tüvenan cevher: Ocaktan doğal halde çıkarılmış ve hiçbir işleme tabi tutulmamış cevherdir.

Parça cevher: Kırılıp elendikten sonra ayrılan 10-150 mm boyutları arasındaki cevherdir. Toz cevher: 0-10 mm boyutları arasındaki cevherdir.

Sinterlik cevher: 0.15 mm elek altı en çok %10, 6.35 mm elek üstü en çok % 5 olan 0. 15- 6.35 mm boyutları arasındaki cevherdir.

Pelet: Zenginleştirme amacı ile belirli boyuta öğütülmüş ve sinterlenemeyecek boyuttaki cevher konsantresinin aglomera edilerek 4-16 mm arasında boyutlandırılmış, belirli bir ısısal işlem ile yüksek fırında kullanılabilecek dayanıma getirilmiş şeklidir.

Sinterlik konsantre cevher : Zenginleştirilmiş 2-25 mm boyutlarında cevherdir.

Kalibre cevher: 10-30 mm boyutlarındaki cevherdir. Safsızlıklar: Cevher içinde istenmeyen maddelerdir. Bazen bu safsızlıkları zenginleştirme yöntemleri ile ekonomik olarak cevher bünyesinden uzaklaştırmak mümkün değildir. Cevher bünyesinde bulunan bu safsızlıkların başlıcaları; SiO2, A1203, S, Cu, As, Ti, P, Na20, K20, Pb, Zn gibi element ve bileşiklerdir.

Bu safsızlıkların yüksek fırındaki etkileri aşağıda belirtilmiştir: SiO2: Cevher içindeki SiO2 fazlalığı metalurjik proses sırasında fazla miktarda curuf oluşumuna sebep olur. Bu silisi nötralize etmek için ilave edilen kireç taşı, sıvı demir verimliliğini düşürür, yüksek fırında curuf miktarını ve yakıt tüketimi artırır. A1203: Alümünanın % 0.8-% 1.5 arasında olması istenir. Alümina yüzdesinin fazla olduğu durumlarda gerekli sıvı demirin akışkanlığını sağlamak için, yüksek fırın ısısının artırılması gerekir. Bu da yakıt tüketiminin artmasına neden olur. S: Yüksek fırın işletmeciliğinde pik demirin bünyesine giren çok küçük oranlaradaki S bile çeliğin kırılganlığını arttırır. Cevher, kömür ve manganez bu kükürdün kaynağı olabilir. Kükürt yüzdesini düşürmek için yüksek fırın harmanınına CaCO3 ve SiO2 ilave edilmesi gerekir. Bu da yüksek fırın verimliliğini olumsuz yönde etkiler.

Alkaliler:

Yüksek fırına şarj malzemesi ile giren alkaliler, fırın cidarlarına yapışarak kabuk oluşturup yüksek fırın hacmini azaltır. Bu arada yapıştıkları yüksek fırın tuğlalarının içine doğru nüfus ederek bu tuğlaların refrakterlik özelliklerini olumsuz yönde etkiler. Çinko: ZnO, fırın üst cidarlarında tabakalaşma yapmasının yanı sıra, fırın tuğlası içindeki alümina ile reaksiyona girerek tuğlanın şişmesine neden olur. Çinkonun varlığı, yüksek fırında indirgenmesi zor ve üretim kayıpları meydana getiren fayalit ve gersenit gibi bileşiklerin oluşmasına neden olur. Cevher içinde çinkonun % 0.2’den az olması istenir. Kurşun: Kurşun demir cevherlerinde nadir olarak bulunur. Pik demire geçmez, fakat refrakter tuğlaya olumsuz yönde etki eder.

Titanyum:

Titanyum, demir cevherinde ilmenit FeTiO2 ve rutil TiO2 olarak bulunur. Cevherde ortalama TiO2 % 1 den az ise bu cevher yüksek fırında herhangi bir problem yaratmadan kullanılabilir.

Arsenik: Arsenik oranının fazlalığı çeliğin soğukta kırılganlığını arttırırken kaynak yapılabilme özelliğini azaltır. Normal çelikte % 0.15-0.25 arası ve su vermede % 0.05-0.10 arsenik kabul edilebilir sınırlardır.

Bakır: Bakır oranının % 0.3-0.4’ün üzerine çıkması durumunda çeliğin haddelenmesi ve şekil verilmesi sırasında, çeliğin yüzeyinde bakırca zengin, ergime derecesi düşük bir alaşım oluşur ve bu alaşım hadde sınırlarından geçerek yüzeyde küçük çatlaklar meydana getirir.