Demir, dünyadaki en yaygın elementlerden biridir. Neredeyse her insan yapısı biraz demir içerir. Aynı zamanda en eski metallerden biridir ve ilk olarak en az 3.500 yıl önce kullanışlı ve dekoratif objeler haline getirilmiştir.
Saf demir yumuşak, grimsi beyaz bir metaldir. Demir ortak bir element olmasına rağmen, saf demir doğada neredeyse hiç bulunmaz. Doğal olarak var olduğu bilinen tek saf demir, düşmüş meteorlardan gelir. Çoğu demir, demirin diğer elementlerle birleşmesiyle oluşan minerallerde bulunur. Demir oksitler en yaygın olanlardır. Dünyanın yüzeyine yakın en yüksek demir içeriğine sahip mineraller, demir cevherleri olarak bilinir ve ticari olarak çıkarılır.
Demir cevheri, çeşitli işlemlerle, çeşitli demir türlerine dönüştürülür. En yaygın işlem, daha az miktarda diğer elementlerle yaklaşık % 92-94 demir ve %3-5 karbon olan pik demir üretmek için yüksek bir fırının kullanılmasıdır. Pik demirin yalnızca sınırlı kullanımı vardır ve bu demirin çoğu, karbon içeriğini daha da azaltarak ve çeliğe eşsiz özellikler vermek için manganez ve nikel gibi diğer elementleri ekleyerek çeşitli çelik alaşımlarına dönüştürüldüğü bir çelik fabrikasına gider.
Demir Kullanımı
Dökme demir olarak çok az miktarda demir kullanılır. Yaklaşık %92 saftır ve az miktarda silikon (% 1-3), manganez, fosfor ve kükürt ile birlikte kırılgan hale getiren bir miktar karbon (% 2-5) içerir. Geleneksel olarak ısıtma radyatörleri, şömineler, oluklar, direkler ve lamba direkleri gibi ürünler için kullanılmıştır. Bununla birlikte, kırılganlığı ve paslanma eğilimi nedeniyle, bu kullanımların çoğunun yerini başka malzemeler almıştır, ancak yine de estetik nitelikleri için dökme demir nesneler üretilmektedir.
Ferforje, % 0.15’ten daha az karbon içerir ve katı halde demir cevherinin indirgenmesi ve ardından cürufu çıkarmak için dövülerek yapılmıştır. Bükülebildiği ve dövülebildiği için, ‘geleneksel’ kapılar, bahçe mobilyaları ve diğer dekoratif ürünler için kullanılır. Bunlar çoğunlukla çelikten yapılmıştır ve gerçek ferforje artık herhangi bir miktarda üretilmemektedir.
Demir, genellikle bir oksit karışımı olan demir cevherinin karbon, karbon monoksit ve hidrojen kullanılarak indirgenmesiyle üretilir. Yüksek fırın baskın indirgeme süreci olsa da, daha küçük ölçekte çalışan diğer teknolojiler ortaya çıkmaktadır. Bunlar, bol miktarda doğal gaz veya düşük kaliteli kömür arzının olduğu yerlerle bağlantılıdır.
Demir Üretimi
Demir üretiminin iki aşaması vardır: hammaddelerin hazırlanması ve demir oksidin demire indirgenmesi.
Hammaddelerin Hazırlanması
Demir, dünyadaki en bol bulunan elementlerden biridir ve cevherleri genellikle oksijen, silikon, manganez, fosfor ve kükürt içerir. Cevherlerde bulunan başlıca mineraller arasında hematit (Fe2O3) ve manyetit (Fe3O4) bulunur. Cevherin çoğu Avustralya, Brezilya, Çin, Hindistan, Rusya ve ABD’de çıkarılmaktadır.
Cevherler % 60’tan fazla demir içerir ve maden hallerinde yüksek fırında kullanılır. Bundan daha azını içeren cevher önce ezilir ve bir toz haline getirilir ve yüzdürme ile konsantre edilir. Daha sonra bilyeler halinde yuvarlanır ve mermer boyutunda peletler üretmek için bir fırında ısıtılır. Bu işlem maden yakınında gerçekleşir ve atık malzemelerin (killer ve diğer silikatlar) uzun mesafeli taşınmasını azaltır.
Gözenekli bir katı olan kok, indirgeme reaksiyonları için karbon sağlar ve aynı zamanda fırında kullanılan ana yakıttır. Yerinde, kömürü kok fırınlarının bataryasında 20 saate kadar havasız ortamda yaklaşık 1200 K’ye ısıtmak suretiyle yapılır. Kalıntı koktur ve bir dizi uçucu bileşik uzaklaştırılır. Bir gaz, kömür gazı (esas olarak karbon monoksit ve hidrojen) ve benzen gibi yararlı bileşiklerin elde edilebildiği siyah bir katran da üretilir. Sahada yakıt olarak kömür gazı kullanılmaktadır.
Demir Oksidin Demire İndirgenmesi
Yüksek fırınlar, bir kısmı 30 m yüksekliğe kadar çelik silindir olan, çok yüksek sıcaklıklara dayanabilen özel tuğlalarla kaplı ana mühendislik yapılardır. Bunlar aynı zamanda su soğutmalıdır. Fırının en geniş noktası olan alttaki ocak, daha büyük olmasına rağmen tipik olarak 9 m çapındadır. Fırınlar, 5 atmosfere kadar basınçlarda ve 2000 K’yi aşan iç sıcaklıklarda 15 yıla kadar sürekli olarak çalışır. Kullanım ömrü boyunca 50 milyon tona kadar günde 10.000 ton erimiş demir üretebilirler.
“Korozyon Nedir?” başlıklı blog yazımıza gidebilir ya da Kar-Tes Kesici Takımlar Blogu’muza geri dönebilirsiniz.