Výroba oceli

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Výroba oceli je metalurgický postup získání oceli ze surového železa odstraňováním přebytečného uhlíku a dalších nežádoucích prvků jako je fosfor a síra a dodáním žádoucích prvků, např. manganu, hliníku, křemíku a dalších. Ocel se vyrábí ve specializovaném hutním provozu, který se nazývá ocelárna.

Výrobní postup[editovat | editovat zdroj]

Výchozím materiálem pro výrobu ocele je zpravidla surové železo. Výroba železa probíhá ve vysoké peci redukcí oxidů železa obsažených v železné rudě. Ruda, koks a vápenec jsou vsazovány do vysoké pece a zde za vysokých teplot redukovány a taveny. Železo a vysokopecní struska jsou periodicky odebírány z vysoké pece a buďto odlévány do tzv. housek nebo jako tekutý kov transportovány přímo do oceláren.

Ocel vzniká odstraňováním příliš velkého množství grafitického uhlíku ze surového železa. Tento proces se v různých dobách prováděl různými způsoby. Mezi nejstarší a již překonané metody patří tzv. pudlování, při kterém se roztavené surové železo promíchávalo s hematitem (minerál Fe2O3) a jeho vlivem docházelo ke „spalování“ uhlíku i dalších příměsí. Vzniklé tzv. svářkové železo se poté na ocel zpracovávalo náročnými metodami jako je cementace (dlouhodobé zahřívaní tyčového železa s dřevěným uhlím) nebo kelímkový proces (tavení železa s přesným množstvím dřevěného uhlí). V polovině 19. století však již tento způsob nedokázal pokrýt stále rostoucí poptávku po oceli a hledala se jiná možnost.

V roce 1856 si nechal Henry Bessemer patentovat nový zkujňovací postup, po něm pojmenovaný jako tzv. bessemerování. Provádělo se v tzv. konvertorech oxidací uhlíku profukováním roztaveného železa vzduchem. Alkalické příměsi se zachycovaly v podobě strusky na vyzdívce konvertoru. Síra byla odstraňována pomocí zrcadloviny (feromangan) obsahující mangan, což navrhl Robert Forester Mushet.[1] Vlivem nové metody se výroba oceli významně zlevnila, například v Británii během 10 let cena klesla ze 70 na 15 liber za jednu tunu. V USA musel Andrew Carnegie přizpůsobit postup železné rudě od Hořejšího jezera a roce 1872 začal vyrábět kolejnice za 170 dolarů za tunu, ale v roce 1898 se cena snížila na 17 dolarů za jednu tunu.[1] Další modifikaci zavedli roku 1897 Sidney Gilchrist Thomas a Percy Carlyle Gilchrist, když na vyzdívku konvertoru použili vápenec nebo dolomit. Tímto tzv. zásaditým způsobem bylo umožněno zpracování surového železa s vysokým obsahem fosforu, neboť veškeré kyselé příměsi včetně fosforu zreagují s vyzdívkou za vzniku zásadité strusky, která našla uplatnění jako hnojivo. Postup podle Bessemera včetně modifikací se udržel skoro až do roku 1910.[1]

Několik let po Bessemerovu způsobu zavedl sir William Siemens (původem z Německa) tzv. Siemensův-Martinův proces zkujňování železa. Oxidace příměsí probíhala v Siemensově-Martinově peci, kterou lze opatřit podle typu surového železa vyzdívkou zásaditou nebo kyselou. Vytápění je na rozdíl od ostatních způsobů vnější. Siemensův-Martinův způsob vytlačil Bessemeraci díky hospodárnějšímu provozu a snadnější regulaci složení oceli.[1]

V roce 1952 byl v Rakousku zaveden tzv. zásaditý kyslíkový konvertorový proces, který spolu se svými modifikacemi vytlačil méně ekonomický Siemensův-Martinův způsob. Je také méně časově náročný a proto patří k nejběžnějším v průmyslu výroby oceli.[1] Hlavní princip je profukování proudem čistého kyslíku vysouvatelnými ocelovými tryskami skrz roztavené surové železo. Nečistoty přitom tvoří se zásaditou vyzdívkou pece strusku, která se odstraňuje vylitím (nakloněním) konvertoru.

V roce 1878 si nechal William Siemens patentovat metodu zkujňování železa v elektrické peci, při kterém se železo taví účinkem tepla vznikajícího přímo průchodem elektrického proudu surovým železem, nebo nepřímo vznikem elektrického oblouku nad povrchem železa. Tento energeticky náročnější způsob se používá při výrobě slitinových a vysoce kvalitních ocelí.[1]

V současnosti se nejvíce používá některý ze zásaditých kyslíkových konvertorů, často se také pracuje v Siemens-Martinových pecích, popř. v elektricky vytápěných pecích.[2] Celý proces zpracování železa na ocel je pečlivě řízen tak, aby výsledný produkt obsahoval pouze požadované množství uhlíku. Pro výrobu běžných typů ocelí se obsah uhlíku obvykle snižuje pod 1,5 %.[2] Získaná tzv. nelegovaná neboli měkká ocel je poměrně měkká a snadno se mechanicky zpracovává (tažení, kování, ohýbání atd.). Mechanické vlastnosti se dají dále upravovat tepelným zpracováním, například kalením (zahřátím do červeného žáru a prudkým zchlazením vodou nebo minerálním olejem) nebo popouštěním (zahřátím na 200 až 300 °C a pomalým chlazením).[2] Slouží k výrobě drátů, plechů, hřebíků a podobných produktů.

Ocelové ingoty

Další zkvalitnění vyrobené oceli se dosahuje legováním, tedy přídavky definovaných množství jiných kovů za vzniku slitiny. Tzv. nízkolegované oceli obsahují maximálně 5 % legovacích kovů, vysoce legované oceli mohou mít i přes 30 % kovů jiných než železo (např. superduplexní korozivzdorná ocel UNS S32750[3]). Hlavními prvky pro legování ocelí jsou nikl, chrom, vanad, mangan, wolfram, kobalt a ve speciálních aplikacích ještě mnoho dalších. Po oduhličení a přisazení legujících prvků je tavenina odlévána do ingotů v kokilách nebo kontinuálně odlévána. Takto vyrobený polotovar je potom výchozím materiálem pro další zpracování válcováním nebo kováním. Rozlišujeme tzv. uklidněné a neuklidněné oceli. U uklidněných ocelí je rozpuštěný kyslík vázán přísadou hliníku nebo křemíku. Existuje více než 2 000 různých druhů ocelí s přesně definovaným složením a mechanickými vlastnostmi jako je pevnost, tvrdost, chemická odolnost a řada dalších.

V současné době je ocel vyráběna převážně v tzv. integrovaných hutních provozech, kde je koncentrována celá výroba od surového železa přes ocelárnu a válcovnu až k hotovému polotovaru. Rozšířeny jsou i tzv. miniocelárny, kde je ocel vyráběna z ocelového odpadu v elektrických pecích a odlévána v kontinuálním licím zařízení na bramy, sochory apod. Ocelové polotovary jsou dále zpracovány ve válcovnách na drát, plech, nosníky, kolejnice, profily, které jsou široce používány v průmyslu, ve stavebnictví jako součást železobetonu nebo ke konstrukci skeletů výškových budov a věží (Eiffelova věž nebo Petřínská rozhledna), elektrárenských turbín, nádob jaderných reaktorů a mnoho dalších. Část polotovarů slouží jako výchozí materiál pro výrobu výkovků v kovárnách.

Statistika výroby oceli[editovat | editovat zdroj]

V roce 2010 bylo na světě vyrobeno 1 414 milionů tun. Zdaleka nejvíce oceli bylo vyrobeno v Číně – 626,7 milionů tun, tedy 44,3 % světové produkce. Pokud je považována za celek, druhá je Evropská Unie – 172,9 (12,2 %); v rámci státu EU pak byl nejvíce oceli vyrobeno v Německu – 43,8 (tedy skoro čtvrtina produkce EU). Z celosvětového hlediska pak dalšími byly Japonsko a Spojené státy americké.[4] Pro srovnání České republice bylo vyrobeno 5,2 milionů tun, což jí zařadilo do první čtyřicítky producentů.

Pořadí Země Mil.t/rok  % světové
produkce
Pořadí Země Mil.t/rok  % světové
produkce
1. Čína 626,6 44,3 10. Turecko 29,0 2,1
Evropská Unie (27) 172,9 12,2 11. Itálie 25,8 1,8
2. Japonsko 109,6 7,8 12. Čínská republika 16,6 1,4
3. USA 80,6 5,7 13. Mexiko 17,0 1,2
4. Rusko 67,0 4,7 13. Španělsko 16,3 1,2
5. Indie 66,8 4,7 14. Francie 15,4 1,1
6. Jižní Korea 58,4 4,1 15. Kanada 13,0 0,9
7. Německo 43,8 3,1 16. Írán 12,0 0,9
8. Ukrajina 33,6 2,4 17. Spojené království 9,7 0,7
9. Brazílie 32,8 2,3 18. Jihoafrická republika 8,5 0,6

V roce 2009 patřily mezi největší producenty oceli tyto společnosti:[5]

Pořadí Název Země Mil.t/rok
1 ArcelorMittal Globální 77,5
2 Baosteel Čína 31,3
3 POSCO Jižní Korea 31,1
4 Nippon Steel Japonsko 26,5
3 JFE Holdings Japonsko 25,8

Česká republika[editovat | editovat zdroj]

V České republice bylo v roce 2010 vyrobeno 5,2 milionů tun oceli[4], což bylo více než v roce 2009, kdy následkem ekonomické krize dosáhla výroba oceli v České republice historického minima 4,6 milionů tun.[6]. Největším výrobcem oceli je ArcelorMittal Ostrava, následovaný Třineckými železárnami a Evraz Vítkovice Steel. [7]

Výroba surové oceli v České republice v milionech tun[6][8]
rok 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
výroba 10,7 10,1 8,0 7,3 6,8 7,1 7,2 6,5 6,8 6,5 5,6 6,2 6,3 6,5 6,8 7,0 6,2 7,1 6,4 4,9 4,6 5,2

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Logo Wikimedia Commons Obrázky, zvuky či videa k tématu Steel industry ve Wikimedia Commons

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b c d e f Greenwood&Earnshaw, 1993, str. 1325
  2. a b c Greenwood&Earnshaw, 1993, str. 13252
  3. http://www.contractorsunlimited.co.uk/toolbox/stainless-steel.shtml
  4. a b World Steel Association – Search statistics
  5. World Steel Association – Top steel producers 2009
  6. a b Výroba ocelářského průmyslu
  7. Tuzemským hutím se od počátku roku daří, ArcelorMittal Ostrava nezvládá uspokojit poptávku
  8. Výroba ocelářského průmyslu do roku 2003

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • GREENWOOD, N. N; EARNSHAW, A. Chemie prvků II.. 1. čes. vyd. Praha : Informatorium, 1993. [reference viz Greenwood&Earnshaw, 1993]. ISBN 80-85427-38-9. S. 1320–1374.  

Související články[editovat | editovat zdroj]