Çelik Nedir? Nasıl Üretilir? İnşaat Mühendisliğinde Çeliğin Önemi

Çelik Nedir?

Çelik, modern dünyada en çok kullanılan metallerden biridir. Ucuz, güçlü ve inanılmaz derecede çok yönlüdür. Dünya çapında yılda yaklaşık 1 milyar ton üretimi yapılan çelik, çimento ile birlikte ikinci en çok üretilen malzemedir.

Çelik geri dönüştürülebilir ve üretmek için nispeten az enerji gerektirir. Çelik endüstrisinin çabaları nedeniyle, enerji tüketimi ve karbondioksit salınımı, 1960’lı yıllardakinin yarısından azdır. Bu, çeliği çevre dostu ve sürdürülebilir kılar.

Çeliğin kullanım alanları burada listelenmek için çok fazla sayıda olmakla birlikte şunları söyleyebiliriz: Demiryolları, petrol ve gaz boru hatları, gökdelenler, asansörler, metrolar, köprüler, otomobiller, gemiler, bıçaklar ve çatallar, jiletler ve cerrahi aletler.

Gördüğünüz gibi çelik her yerde!

Demirin Tarihi

Çelık nedir sanalsantiye.com — Görsel: Demir Cevheri

Demir, dünyanın kabuğunun% 5’inden fazlasını oluşturan dördüncü, en çok bulunan elementtir.

İnsanlar tarafından demir üretimi M.Ö 2000 civarında güney-batı veya güney-orta Asya’da başladı. Bu, aletler ve silahlar için bronzun yaygın şekilde yerine demir takıldığını gösteren Demir Çağı’nın başlangıcını işaret ediyordu. Bu dönemde, dövme demir, demiri ısıtan ve bir örs üzerinde kirleri çıkaran demirciler tarafından üretildi. Elde ettikleri demir sertti ancak dövülebilirdi.

Orta çağlarda, daha yüksek sıcaklıklar kullanılarak yeni bir demir türü geliştirildi. Bu, dövme demirden daha zor fakat daha kırılgan olan dökme demir olarak bilinirdi.

Demir, insanlık medeniyetinin maddi temelini üç bin yıldan fazla bir süredir MS 1870’de çelık üretimine kadar oluşturdu.

Bundan sonra devir, çelik devriydi.

Çeliğin Kompozisyonu

Çelik demir ve karbon alaşımıdır. Az miktarda silikon, fosfor, kükürt ve oksijen de içerebilir.

Çeliğin karbon içeriği yüzde 0,08 ila 1,5 arasındadır. Bu, çeliği, dövme demirden daha sert hale getirir, ancak dökme demir kadar kırılgan değildir. Çelik benzersiz bir sertlik, esneklik ve çekme dayanımı dengesine sahiptir. Daha dayanıklıdır ve yumuşak dövme demirden daha kolay şekil alır. Aynı zamanda, kırılgan dökme demirden daha iyi şoka ve gerilime dayanır.

Çelik nedir sanalsantiye.com — Tablo 1: Çeliğini Kimyasal Kompozisyonu

Çelik Nasıl Yapılır?

Celik yapmak için; demir cevheri, safsızlıkların giderildiği ve karbon ilave edildiği fırınlarda ısıtılır ve eritilir.

Bugün, çoğu çelik iki işlemden birini kullanılarak üretiliyor:

Yüksek fırın
Elektrikli Ark Ocağı (EAF)

Yüksek fırınlar, çelik yapmak için bazı hurda çelikle birlikte esas olarak hammadde (demir cevheri, kireçtaşı ve kömür) kullanır, oysa Elektrik Ark Fırınları’nda çoğunlukla hurda celik kullanır.

Yüksek Fırın Nedir?

Yüksek fırın 1850’lerin ortalarında Henry Bessemer adlı bir İngiliz tarafından icat edildi. Bessemer, malzemeyi oksitlemek ve safsızlıkları ayırmak için erimiş demirden hava üfleterek çelik üretmenin bir yolunu buldu.

Modern yüksek fırın, silindir şeklinde ve ısıya dayanıklı tuğla ile kaplı büyük bir celik kabuktur. Demir cevheri, kömür (kok) ve kireçtaşı ocaktan yukarıdan beslenir ve alçaldıkça ısınırken yavaş yavaş aşağı doğru batar. Fırının üst yarısında, yanan kok kömüründen çıkan gaz, demir cevheri oksijeni serbest bırakır. Fırının alt yarısında kireçtaşı, cevherdeki yabancı maddelerle reaksiyona girmeye başlar ve bir cüruf oluşturur.

Fırının dibinde, sıcaklıklar 3000 Fahrenheit’ten (1 648.88889 derece Celsius) fazladır. Erimiş cüruf, erimiş çeliğin üzerinde yüzerek fırının içindeki cüruf çentiğinden boşaltılmasını sağlar.

Erimiş çelık, fırının ocağından bir musluk deliğinden salınır.

Elektrik Ark Fırınları (EAF) Nedir?

İlk elektrik ark fırını (EAF) 19. yüzyılın sonlarında ortaya çıktı. EAF, hurda çeliği eritmek ve / veya doğrudan indirgenmiş demiri eritmek için bir elektrik akımı kullanarak çelik ürettiği için yüksek fırından farklıdır. EAF, erimiş çelık üretmek için hurda ve elektrik kullanır.

EAF’ler temel olarak diğer metallerle alaşımlı özel kalite çelikler üretmek için kullanılır. EAF’ler ayrıca sıradan alaşımsız çelikler üretmek için de kullanılabilir.

Fırınların aksine, EAF’ler sıcak metal kullanmazlar. Geri dönüştürülmüş ürünler ve hurda çeliği kullanırlar.

Hurda çelik EAF’ye üstten bir vinç ile takılır. Fırın dolduğunda, kapak fırının üst kısmını örterek kapatılır. Kapak, fırına indirilen elektrotlar içerir. Elektrotlar, ısı üreten ve böylece hurdayı eriten güçlü bir elektrik akımı ile yüklenir.

Hurda eridiğinde, ferro (Demir içeren) alaşımlar olarak bilinen diğer metaller, istenen kimyasal bileşimi vermek için çeliğe eklenir. Çeliği saflaştırmak için fırına oksijen üfletilir. Kirlilik ve florit, safsızlıklar ile kaynaşması ve cüruf oluşturması için ilave edilir.

Erimiş cüruf, erimiş çeliğin tepesinde yüzer ve fırın, yatırılarak dökülebilir hale gelir.

EAF’lerde çelık alaşımları oluşturmak için diğer metaller birleştirilerek bir dizi özel kalite çelık üretilebilir. Bunlardan en yaygın kullanılanı korozyona dayanıklı özellikler kazandırmak için krom ve nikel eklenmiş paslanmaz çeliktir. EAF’lerde yapılan diğer özel çelikler arasında mühendislik, havacılık ve zırh kaplamalarında kullanılan çelikler bulunur.