Stal jest najważniejszym materiałem inżynieryjnym i budowlanym na świecie. Stosowana w każdym aspekcie naszego życia takich jak samochody, produkty budowlane, lodówkach, statkach towarowych i skalpelach chirurgicznych. Można go wielokrotnie przetwarzać bez utraty własności. Zobacz także:
Historia stali
Wydaje się, że starożytni ludzie używali żelaza już w 4000 r. p.n.e. do produkcji różnych narzędzi, broni i innych przedmiotów. Najwyraźniej uzyskali żelazo z meteorytów. Skład tych najwcześniejszych artefaktów żelaza był wyższy w niklu niż rodzimych rud żelaza na Ziemi, zgodnie ze składem meteorytów. W rzeczywistości słowo „żelazo” pochodzi od starożytnego terminu oznaczającego „metal z nieba”. Interesujące jest to, że kiedy admirał Robert Peary odwiedził Grenlandię w 1890 roku, odkrył, że Eskimosi od wielu lat robią narzędzia żelazne z 30-tonowego meteorytu żelaza, który spadł tam wieki wcześniej.
Chociaż nie wiadomo dokładnie, kiedy ludzie nauczyli się usuwać żelazo z jego rud, to w 1200 rudę żelaza zmieszalismy z palącym się drewnem lub węglem drzewnym. Zmieniliśmy go w gorące masy, z których metal żelazny mogliśmy „kuć” przez wielokrotne młotkowanie. Umieszczenie żelaza z powrotem w palącym się węglu wydawało się utrudniać i wzmacniać. Żelazo wychwyciło węgiel z węgla drzewnego, zwłaszcza wzdłuż jego powierzchni, zamieniając go w twardy materiał, który stał się znany jako stal.
W pierwszym tysiącleciu p.n.e. w Indiach, w regionie niedaleko Hajdarabadu, wyprodukowano wyrób stalowy o wysokiej jakości. Znany ze swojej wytrzymałości i falistej, wzorzystej powierzchni, był szczególnie pożądany do produkcji ostrzy mieczowych. Niektórzy uważają, że znaleziona w tym rejonie ruda po prostu miała odpowiednie zanieczyszczenia, aby nadać stali specjalne właściwości. Gorące żelazo było wielokrotnie kute i składane w celu wyprodukowania metalu o bardzo wysokiej jakości, który stał się sławny w całym starożytnym świecie. Szczególnie poszukiwany był przez Europejczyków, którzy nazywali je „wootz” przez Maurów mieszkających w Hiszpanii. Którzy używali go do produkcji ostrzy Toledo, oraz przez Arabów, którzy używali go w swoich słynnych mieczach Damaszku.
Co to jest stal?
Stal to stop żelaza i węgla zawierający mniej niż 2% węgla i 1% manganu oraz niewielkie ilości krzemu, fosforu, siarki i tlenu. Stal jest najważniejszym materiałem inżynieryjnym i budowlanym na świecie. Jest stosowany w każdym aspekcie naszego życia; w samochodach i produktach budowlanych, lodówkach i pralkach, statkach towarowych i skalpelach chirurgicznych.
Jak powstaje stal?
Stal jest wytwarzana dwiema głównymi drogami: drogą wielkiego pieca-zasadowego pieca tlenowego (BF-BOF) i drogą elektrycznego pieca łukowego (EAF). Istnieją również odmiany i kombinacje tras produkcyjnych.
Kluczową różnicą między trasami jest rodzaj zużywanych surowców. W przypadku trasy BF-BOF są to głównie ruda żelaza, węgiel i stal z recyklingu, podczas gdy trasa EAF wytwarza stal przy użyciu głównie stali z recyklingu i energii elektrycznej. W zależności od konfiguracji zakładu i dostępności stali z recyklingu, inne źródła metalicznego żelaza, takie jak żelazo z bezpośrednią redukcją (DRI) lub gorący metal, możemy również stosowane na szlaku EAF.
Około 75% stali produkuje się na drodze BF-BOF. Po pierwsze, rudy żelaza są redukowane do żelaza, zwanego także gorącym metalem lub surówką żelaza. Następnie żelazo przekształca się w stal w BOF. Po odlaniu i walcowaniu stal jest dostarczana jako cewka, płyta, sekcje lub pręty.
Stal wytwarzana w EAF wykorzystuje energię elektryczną do topienia stali z recyklingu. Dodatki, takie jak stopy, stosuje się w celu dostosowania do pożądanego składu chemicznego. Energię elektryczną można uzupełnić tlenem wstrzykiwanym do EAF. Dalsze etapy procesu, takie jak odlewanie, podgrzewanie i walcowanie, są podobne do etapów występujących na drodze BF-BOF. Około 25% stali jest wytwarzamy drogą EAF.
Inna technologia produkcji stali, piec z otwartym paleniskiem (OHF), stanowi około 0,4% światowej produkcji stali. Proces OHF jest bardzo energochłonny i spada z powodu niekorzystnych warunków środowiskowych i ekonomicznych.
Większość produktów stalowych pozostawiamy w użyciu przez dziesięciolecia, zanim oddamy je do recyklingu. Dlatego nie ma wystarczającej ilości stali z recyklingu, aby zaspokoić rosnący popyt przy użyciu samej metody wytwarzania stali EAF. Zapotrzebowanie jest zaspokajane poprzez łączne zastosowanie metod produkcji BF-BOF i EAF.
Wszystkie te metody produkcji mogą wykorzystywać jako surowiec złom stalowy z recyklingu. Większość nowej stali zawiera stal z recyklingu.
Rodzaje stali
Stal nie jest pojedynczym produktem. Istnieje ponad 3500 różnych gatunków stali o wielu różnych właściwościach fizycznych, chemicznych i środowiskowych. W ciągu ostatnich 20 lat opracowano około 75% nowoczesnych stali. Gdybyśmy dziś przebudowali Wieża Eiffla, inżynierowie potrzebowaliby tylko 1/3 pierwotnie użytej stali. Nowoczesne samochody budujemy z nowych stali, które są mocniejsze, ale nawet o 35% lżejsze niż w przeszłości.
Który kraj produkuje najwięcej stali?
Trzej najwięksi producenci stali na świecie to Chiny, Stany Zjednoczone i Japonia, w tej kolejności. Stany Zjednoczone i Japonia produkują około 100 milionów ton (90 milionów ton metrycznych) stali rocznie, a Chiny miały produkcję w 2000 roku około 140 milionów ton (127 milionów ton metrycznych). Żelazo i stal stanowią około 90 procent wszystkich metali produkowanych na świecie. Największą firmą stalową w Stanach Zjednoczonych jest United States Steel, która produkuje około 20 procent stali w kraju.
Ile stali produkuje się w ciągu roku?
Światowa produkcja stali surowej osiągnęła 1 808,6 mln ton (Mt) w roku 2018.
Co to jest inteligentna produkcja?
Inteligentna produkcja to nie tylko posiadanie inteligentnej fabryki. Jest to znacząca zmiana w sposobie pozyskiwania surowców, produkcji i sprzedaży naszych produktów poprzez integrację poziomego i pionowego łańcucha dostaw. Jest to koncepcja którą głęboko skoncentrowaliśmy na kliencie.
Ta zmiana nie jest procesem jednoetapowym, ponieważ istnieją oczywiste wyzwania związane z zaufaniem i bezpieczeństwem danych, które należy pokonać między różnymi podmiotami w łańcuchu dostaw. Istnieje wiele przykładów wczesnych użytkowników w przemyśle stalowym; zwłaszcza w pionowej integracji w ramach segmentów biznesowych, w których budowane są elementy składowe inteligentnych fabryk.
Czy stal jest trwała i przyjazna środowisku?
Stal jest bardzo przyjazna dla środowiska. W całości nadaje się do recyklingu, ma dużą trwałość i, w porównaniu z innymi materiałami, wymaga stosunkowo niewielkich ilości energii do wytworzenia. Innowacyjna lekka stalowa konstrukcja (na przykład w samochodach i pojazdach szynowych) pomaga oszczędzać energię i zasoby. Przemysł stalowy poczynił ogromne wysiłki w celu ograniczenia zanieczyszczenia środowiska w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Wytwarzanie dziś jednej tony stali wymaga zaledwie 40% energii, którą wyprodukowano w 1960 r. Emisje pyłu zmniejszyli jeszcze bardziej.
Czy stal nadaje się do recyklingu?
Tak, bardzo łatwo. Unikalne właściwości magnetyczne stali sprawiają, że jest to łatwy materiał do odzyskania ze strumienia odpadów do recyklingu. Właściwości stali pozostają niezmienione bez względu na to, ile razy stal jest poddajemy recyklingowi. W metodzie elektrycznego pieca łukowego (EAF) do produkcji stali można stosować wyłącznie stal z recyklingu. W szlaku wielkiego pieca-podstawowego pieca tlenowego (BF-BOF) można stosować do 30% stali z recyklingu.
Dlaczego stal rdzewieje?
Wiele pierwiastków i materiałów przechodzi reakcje chemiczne z innymi pierwiastkami. Gdy stal wchodzi w kontakt z wodą i tlenem, dochodzi do reakcji chemicznej i stal zaczyna powracać do swojej pierwotnej postaci – tlenku żelaza. W większości nowoczesnych zastosowań stalowych problem ten można łatwo rozwiązać przez powlekanie. Na stal można nakładać wiele różnych materiałów powłokowych. Farbę stosuje się do pokrywania samochodów, a emalię stosuje się w lodówkach i innych urządzeniach gospodarstwa domowego. W innych przypadkach elementy takie jak nikiel i chrom dodajemy do stali nierdzewnej, co może pomóc w zapobieganiu rdzy.