Piec do wytwarzania stali jak działa? Jakie piece znamy?

Przemysł stalowy jest jedną z największych i najważniejszych gałęzi przemysłu na świecie. Zawsze była główną siłą napędową gospodarki. Jej produkty są niezbędne na przykład w przetwórstwie metali, przemyśle motoryzacyjnym, inżynierii mechanicznej i budownictwie. Tylko najnowocześniejsze, wysoce zautomatyzowane i wyjątkowo niezawodne linie produkcyjne gwarantują sukces gospodarczy w produkcji stali.

Piec Bessemera

Proces Bessemera polega na umieszczeniu surówki lub kutego żelaza z wieloma zanieczyszczeniami  w przedziale dużej maszyny, zwanej piecem Bessemera, który wieje powietrzem pod konwerter, pod żelazo. Powietrze jest wtłaczane do ognia rozpalonego pod konwerterem. Kiedy płomień uderza, zimne powietrze, osiąga 3000 stopni Fahrenheita. Ciepło usuwa wszystkie zanieczyszczenia z żelaza i pozostawia 99,445% żelaza, co stanowi odpowiednią ilość żelaza w stali. Reszta to zanieczyszczenia: 0,294% węgla, 0,014% fosforu, 0,199% manganu, 0,105% miedzi i 0,033% krzemu. Ponieważ konwerter Bessemera był w stanie wyciągnąć tak wiele zanieczyszczeń, które znajdują się w żelazie, stal była mocniejsza.

piec bessemera

Elektryczne piece łukowe

Elektryczne piece łukowe służą do topienia złomu stalowego do produkcji stali. Energia elektryczna jest wykorzystywana do stopienia złomu stalowego. Łuk elektryczny powstaje między naładowanym materiałem, a elektrodami. Ciepło generowane przez ten łuk topi złom. Elektryczny piec łukowy składa się z trzech części (dolnego naczynia, górnego naczynia i dachu) i można go hydraulicznie przechylać. Naczynie dolne, naczynie górne i dach są wewnątrz wyłożone materiałem ogniotrwałym. Zewnętrzne boki naczyń i dach zasadniczo składają się z chłodzonej wodą konstrukcji stalowej.

Transformator piecowy znajduje się w sąsiedztwie elektrycznego pieca łukowego. Ten specjalny transformator mocy jest zwykle chłodzony olejem i instalowany w osobnym skarbcu, aby chronić go przed ciepłem. Uzupełnieniem systemu jest hydrauliczny zespół napędowy do ruchu elektrody i podnośnik dachowy, system wody chłodzącej, system sprężonego powietrza, system ssący dla gazów procesowych i samochód kadzi.
Czujniki ifm są zainstalowane w agregacie hydraulicznym, w układzie chłodzenia i w zasilaniu sprężonym powietrzem.

piec elektryczny łukowy

Wielki piec i jego budowa

Wielki piec ma gruszkowaty kształt dwóch stożków ściętych złączonych podstawami. Cała konstrukcja ma około 40 metrów wysokości w której rudy żelaza (głównie FeO, Fe 2 O 3 i Fe 3 O 4 ) przetwarzamy na metal z żelaza. Część pieca otwieraliśmy przez górny stożek, nazywamy szybem i jest zasobnikiem surowca. Rude żelaza, koksu i wapnia ładujemy od góry pieca. Podczas gdy koks jest przekształcany w tlenek węgla (CO), który następnie działa jako czynnik redukujący:

2 C + O 2 → 2 CO

3 CO + Fe 2 O 3 → 2 Fe + 3 CO 2

Stopione żelazo opada na dno pieca. A wapień reaguje z zanieczyszczeniami silikatowymi tworząc stopiony żużel, który unosi się na powierzchni żelaza. Co pewien czas surówka i żużel odprowadzamy z pieca przez oddzielne otwory spustowe. Wydajność wielkiego pieca to 2 do ponad 10 tysięcy ton surówki na dobę.

budowa pieca

Piec martenowski

piec martenowski - do czego służy i zasada działania

Co to jest piec martenowski i jakie jest jego znaczenie?

Wielu z nas może kojarzyć piec martenowski z piosenki polskiego zespołu Perfect „AutoBiografia”, gdzie Grzegorz Markowski śpiewa „Ojciec, Bóg wie gdzie martenowski stawiał piec […]”. Niemniej jednak tajemnicza nazwa pieca, nie mówi o nim zbyt wiele, czym tak naprawdę jest to urządzenie i do czego służy. Nazwa pieca martenowskiego pochodzi od nazwiska jego wynalazcy– francuskiego metalurga Pierre-Émila Martina. To on jako pierwszy w 1864 roku opracował proces wytapiania stali przy pomocy tego właśnie urządzenia. Zwany również jako piec Siemensa-Martina to nic innego, jak sporych rozmiarów hutniczy wannowy piec płomieniowy. Funkcjonuje przy wykorzystaniu odzyskiwania ciepła spalin. Najczęściej wykorzystuje się go do wytapiania stali z surówki odlewniczej i złomu metalowego. 

Do czego służy piec martenowski i zasada jego działania

Wymyślony w 1856 roku proces Bessemera stał się najpowszechniejszą metodą wytwarzania stali. Święciła ona swoje triumfy na całym świecie przez prawie wiek. Niedługo potem, Francuz Pierre Martin wynalazł alternatywną metodę produkcji stali. Nowa technologia, jak również urządzenie do niej wykorzystywane, zostały nazwane jego od jego nazwiska martenowskim. I tak w latach sześćdziesiątych XX w. tylko 2% stali na świecie było wytwarzanych przy wykorzystaniu dawnego procesu. Z kolei, aż 90% powstawało w procesie martenowskim. Pozostałe 8% przypadało na nowoczesne technologie, w których wykorzystywano pojawiające się dopiero elektryczne piece łukowe.

Piec martenowski, a w zasadzie proces w nim zachodzący, polega na spalaniu gazu węglowego nad ładunkiem surówki i wapienia. Twórca zauważył, że w poprzedniej metodzie marnowane były duże ilości energii w momencie przedmuchiwania chłodnym powietrzem przez roztopione żelazo. W swojej wersji postanowił zapobiec marnowaniu energii i wykorzystać ją na swoją korzyść. Gorące gazy powstające po spaleniu gazu węglowego wykorzystał do ogrzania tego gazu i wdmuchiwaniu do pieca powietrza, w którym potem gaz się spalał. Zastosowanie tej metody pozwoliło podnieść temperaturę panującą w piecu, która z łatwością zaczęła topić złom stalowy dodawany do surówki. Z czasem zaczęto zauważać dodatkowe plusy, jakie niosła ze sobą nowa technologia, a mianowicie znacząco spadły koszty produkcji.

Schemat i jego budowa

piec martenowski schemat

Cały proces produkcji żelaza, przy wykorzystaniu pieca martenowskiego zaczyna się od załadowania go od góry mieszanką rudy, koksu i kamienia wapiennego. W trakcie topnienia surówki i złomu z wapieniem, na powierzchni stopionego metalu wytrąca się żużel. Jest to nic innego jak proces usuwania niepożądanych zanieczyszczeń znajdujących się w stopie. Jednocześnie wdmuchiwane przed dysze powietrzne, znajdujące się na dole komory. Strumienie gorącego powietrza powodują reakcje chemiczne, w których tlenki żelaza ulegają redukcji. Cały proces wytopu trwa od 4 do nawet 12 godzin. Surówka żelazna, wraz z oddzielonym już wcześniej żużlem, zbiera się oddzielnie u dołu pieca. Po zakończeniu procesu stal spuszcza się otworem, znajdującym się w tylnej ścianie komory roboczej.

Martenowski piec w Polsce i na świecie

W obecnych czasach w Polsce, jak i na świecie, ze względów technologicznych i ekonomicznych, piecy martenowskich nie wykorzystuje się tak często. Wykorzystuje się je jeszcze do produkcji niewielkich ilości stali specjalnych, w szczególności stali nierdzewnych. Stara już metoda martenowska zostaje wypierana przez konwertorowy proces tlenowy i częściowo przez proces elektryczny zachodzący w piecach łukowych.