Demir - Metalik Madenler

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.

Demir çelik  sektörünün ana hammaddesi demir cevheridir.  Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi için işletilmesi   ve kullanılmasının  ekonomik olması gerekmektedir.  Çelik sanayisinde kullanılan demir cevherlerinin harman tenörünün   en az %57 Fe olması  arzu edilmektedir.

Demir cevherleri doğada  Manyetit (Fe3O4), Hematit (Fe2O3), Limonit (2Fe2O3. 2H2O), Götit (Fe2O3.  H2O), 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: Alüminanın   % 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. Yüksek fırına beslenecek  cevherin kalitesi;  cevherin bulunabilirliğine, fırının özelliklerine,   üretilecek pik ya da çeliğin kullanım amacına göre   tüketiciler tarafından belirlenir. Genel olarak  cevherin yüksek Fe içermesi, silis, kükürt, alkali, titan, fosfat gibi safsızlıkları içermemesi ya da  kabul edilebilir oranlarda  düşük olması istenmektedir. Demir cevheri, demir metali ve çelik yapımı dışında en çok çimento ve yoğun ortam hazırlamada, daha az miktarlarda ferro alaşımlar, boya sanayii, yoğunluğu yüksek beton aglomerası ve hayvan yemlerinde kullanılır.