Metaller arasında en çok kullanılan demir ve çelik günlük yaşantımızın her alanında karşımıza çıkmaktadır. Bununla birlikte tarihte insanların demiri, altın, bakır ve tunçtan çok daha sonra kullanmaya başladıkları bilinmektedir. Günümüzde demir, sanayinin temel hammaddesini oluşturmakta ve ülkelerin ekonomik kalkınmasında önemli bir rol oynamaktadır. Ülkelerin ekonomik gelişmişlik göstergeleri kişi başına düşen gayri safi milli hasıla yanı sıra kişi başına düşen demir-çelik tüketimi ile de ölçülebilmektedir.
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.
