Çeliğin Tarihi
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.
Bu demir yapma yöntemi, demir oksit bileşiğinden oksijenin çıkarılmasından oluşur. Dövülebilir demir cevheri, odun fırınlarına veya fırınlara kömürle dolduruldu. Havadaki oksijenle birlikte yanan kömür, oksijeni demir oksit bileşiğinden uzaklaştırmak için gereken ısı enerjisini ve karbon monoksiti sağlarken aynı zamanda sıcaklığını da yükseltir. Sonuç olarak, cevher parçacıklarının yüzeyinde demir metali oluşur. Ortaya çıkan ürün dövülerek tekrar fırına verildi ve bu işlem, ferrokrom karışımı gerekli özelliklere ulaşana kadar birkaç kez tekrarlandı.
Bessemer Süreci ve Modern Çelik Üretimi
19. yüzyılda Avrupa ve Amerika'da demiryollarının büyümesi, hala verimsiz üretim süreçlerinden muzdarip olan çelik endüstrisi üzerinde büyük bir baskı oluşturdu. Bu dönemde çelik henüz bir yapı ürünü olarak yerleşmemişti ve üretimi yavaş ve pahalıydı. Ancak, 1856'da Henry Bessemer karbon içeriğini azaltmak için erimiş demiri oksijenlendirmek için daha etkili bir yöntem keşfettiğinde bu durum değişti. Henry Bessemer, içine oksijen üflerken demiri ısıtabilen "dönüştürücü" adı verilen armut biçimli bir kap tasarladı. Oksijen erimiş metalden akarken, karbon ile reaksiyona girerek karbondioksit salar ve daha saf demir üretir. İşlem hızlı ve ucuzdu, karbon ve silikonu demirden dakikalar içinde çıkardı. Ancak, bu işlemin yüksek etkinliğinin sakıncaları vardı. Bunun nedeni, demirden çok fazla karbon çıkarılarak nihai üründe çok fazla oksijen kalmasıdır. Aynı sıralarda İngiliz metalürji uzmanı Robert Muschette, Spiegelisen olarak bilinen demir, karbon ve manganez bileşiklerini test etmeye başladı. Manganezin erimiş demirden oksijeni uzaklaştırdığı bilinmektedir ve doğru miktarda eklendiğinde Spiegelisen, içerdiği karbon sayesinde Bessemer sorununu çözer. Bessemer, bu materyali büyük bir başarıyla yöntemine dahil edebildi.
Ucuz ve kaliteli malzeme sunan çelik üretimindeki devrim, dönemin birçok iş adamı tarafından bir yatırım fırsatı olarak görüldü. Andrew Carnegie ve Charles Schwab da dahil olmak üzere 19. yüzyılın sonlarında kapitalistler, çelik endüstrisine milyonlar ve Carnegie'nin durumunda milyarlarca yatırım yaptı. 1901'de Amerika Birleşik Devletleri'nde kuruldu. Carnegie's Steel Company, işletme değeri 1 milyar doları aşan ilk şirket oldu.
Oksijen Çeliği Üretimi
Bugün dünya çelik üretiminin çoğunluğu (yaklaşık %0,1) yüksek fırın fabrikalarında (BF-BOF) üretiliyor. Basit bir oksijen fırını, oksijeni büyük miktarda sıcak metal ve demir hurdaya üfler ve şarjı açık bir ocaktan çok daha hızlı tamamlayabilir. 350 tona kadar olan büyük çelik gemiler bir saat içinde çeliğe dönüştürülebilir. Bu yöntemler arasındaki temel fark, tüketilen ham maddenin türüdür. BF-BOF, çelik üretimi için ağırlıklı olarak demir cevheri, kömür ve geri dönüştürülmüş çelik kullanıyor. Öte yandan, EAF işleminde demir, esas olarak geri dönüştürülmüş demir ve elektrikten yapılır.