Çelik, %2’den az karbon ve az miktarda manganez, silikon, fosfor, kükürt ve oksijen içeren bir demir ve karbon alaşımıdır. Çeliğin gelişimi, Demir Çağı’nın başlangıcına, yaklaşık olarak 4000 yıl öncesine kadar izlenebilir. Daha önce en çok kullanılan metal olan bronzdan daha sert ve daha güçlü olduğu kanıtlanan demir, silah ve aletlerde bronzun yerini almaya başlamıştı. Bununla birlikte, birkaç bin yıl boyunca, üretilen demirin kalitesi, üretim yöntemlerine olduğu kadar cevher türüne da bağlı olacaktı.
Geleneksel Yöntem
Bu demir üretimi yöntemi, demir oksit bileşiğinden oksijeni ayırma yoluyla olmaktadır. Dövülmüş demir cevheri, odun yakılarak ısıtılan ocak ya da fırınlara, odun kömürüyle birlikte dolduruldu. Kömür, havadaki oksijen ile yanarak demir oksit bileşiğinden oksijeni koparmak için gereken ısı enerjisini ve karbon monoksiti temin ederken, sıcaklık derecesini de artırmaktaydı. Sonuç olarak cevher parçacıklarının yüzeyinde demir metali meydana gelir. Ortaya çıkan ürün dövülüp ve tekrar ocağa geri konulur ve bu süreç, demir karbon alaşımı gereken özelliğe erişinceye kadar birkaç kez tekrar edilirdi.
Bessemer Süreci ve Modern Çelik Üretimi
Hem Avrupa hem de Amerika’da 19. yüzyıl boyunca demiryollarının büyümesi, hala verimsiz üretim süreçleriyle mücadele eden demir endüstrisi üzerinde büyük bir baskı yarattı. Bu dönemde çelik henüz yapısal bir ürün olarak kendini ispat edememişti, ayrıca üretimi yavaş ve maliyetliydi.
Fakat bu durum, Henry Bessemer’ın karbon içeriğini azaltmak adına erimiş demire oksijen vermek için daha etkili bir yol bulduğu 1856 yılında tamamen değişti. Henry Bessemer, oksijen üflenirken demirin ısıtılabileceği “dönüştürücü” olarak adlandırılan armut biçimli bir kap tasarladı. Oksijen, erimiş metalden geçerken, karbonla reaksiyona girer, karbondioksit açığa çıkarır ve daha saf bir demir üretir. İşlem hızlı ve ucuzdu, karbon ve silisyumu demirden birkaç dakika içinde uzaklaştırabilmekteydi.
Fakat, işlemin bu yüksek verimliliğinin bir dezavantajı vardı, bu işlemle demirden çok fazla miktarda karbon çıkarılıyordu ve son üründe çok fazla oksijen kalıyordu. Aynı dönemde, İngiliz metalürji uzmanı Robert Mushet, spiegeleisen olarak bilinen bir demir, karbon ve manganez bileşiğini test etmeye başladı.
Manganezin, erimiş demirden oksijeni çıkardığı biliniyordu ve spiegeleisen doğru miktarlarda eklendiğinde, içindeki karbon içeriğinin de yardımıyla Bessemer’in sorunlarına çözüm sağlayacaktı. Bessemer bu materyali büyük başarı ile metoduna eklemeyi başardı.
Çelik Endüstrisinin Doğuşu
Daha ucuz, daha kaliteli malzeme sağlayan çelik üretimindeki devrim, zamanın birçok iş adamı tarafından bir yatırım fırsatı olarak kabul edildi. Andrew Carnegie ve Charles Schwab dahil, 19. yüzyılın sonlarındaki kapitalistler, çelik endüstrisine milyonlarca, Carnegie durumunda ise milyarlarca dolar yatırım yaptı. Carnegie’nin 1901’de kurulan ABD Çelik Şirketi, bir milyar dolardan fazla değere sahip ilk şirket oldu.
Oksijen Çelik Üretimi
Günümüzde küresel çelik üretiminin çoğunluğu, yaklaşık %75’i, yüksek (blast) fırın – temel oksijen fırını (BF-BOF) tesislerinde üretilmektedir. Bazik oksijen fırınları oksijeni büyük miktarlarda erimiş demir ve hurda çeliğine üfler ve bir şarjı (beslemeyi) açık ocak yöntemlerinden çok daha hızlı bir şekilde tamamlayabilir. 350 metrik tona kadar büyük demir gemiler, bir saatten daha kısa sürede çeliğe dönüşebilir.
Bu yöntemler arasındaki temel fark, tükettikleri ham madde türüdür. Çelik üretimi için BF-BOF’de ağırlıklı olarak demir cevheri, kömür ve geri dönüştürülmüş çelik kullanılmaktadır. EAF yönteminde ise esas olarak geri dönüştürülmüş çelik ve elektrik kullanılarak çelik üretmektedir.
Çelik, %100 Geri Dönüştürülebilir
Çelik ürünler, hafif potansiyelleri, dayanıklılıkları ve geri dönüştürülebilirlikleri ile doğal olarak kaynak korumasına katkıda bulunur.
Çeliğin tamamıyla geri dönüştürülebilirliği, üretimine yatırılan kaynakların kaybolmamasını ve sınırsızca tekrar kullanılmasını sağlar. Manyetik özellikleri nedeniyle, çeliklerin atık akışlarından ayrılması kolaydır, yüksek geri kazanım oranları sağlar. Kullandığımız birçok ürün aslında %100’e kadar geri dönüştürülmüş çelikten imal edilmiştir.