Stal - pytania i odpowiedzi

Co to jest stal?

Żelazo powstaje poprzez usunięcie tlenu i innych zanieczyszczeń z rudy żelaza. Po połączeniu żelaza z węglem, recyklingowaną stalą i niewielkimi ilościami innych pierwiastków powstaje stal.

Stal to stop żelaza i węgla zawierający mniej niż 2% węgla i 1% manganu oraz niewielkie ilości krzemu, fosforu, siarki i tlenu.

Stal to najważniejszy na świecie materiał inżynieryjny i budowlany. Jest używana w każdym aspekcie naszego życia; w samochodach i produktach budowlanych, lodówkach i pralkach, statkach towarowych i skalpelach chirurgicznych. Stal stosuje się również do budowy schodów, nowoczesnych ścianek działowych w stylu industrialnym, mebli itp.

Jak powstaje stal?

Stal produkowana jest dwoma głównymi metodami:

1. metodą wielkiego pieca‐zasadowego (BF-BOF)
2. metodą elektrycznego pieca łukowego (EAF).

Istnieją również warianty i kombinacje ścieżek produkcyjnych.

Zasadniczą różnicą pomiędzy tymi metodami jest rodzaj zużywanych przez nie surowców. W przypadku metody BF-BOF są to przede wszystkim ruda żelaza, węgiel i stal z odzysku, natomiast metoda EAF wytwarza stal głównie z wykorzystaniem stali z odzysku i energii elektrycznej. W zależności od wyposażenia zakładu i dostępności stali z recyklingu, w procesie EAF można wykorzystywać również inne źródła żelaza metalicznego, takie jak żelazo bezpośrednio zredukowane (DRI) lub gorący metal.

W sumie około 70% stali jest produkowane przy użyciu szlaku BF-BOF. Najpierw rudy żelaza są redukowane do żelaza, zwanego również gorącym metalem lub surówką. Następnie żelazo jest przetwarzane w BOF na stal. Po odlaniu i walcowaniu stal dostarczana jest w postaci kręgów, płyt, kształtowników lub prętów.

Stal produkowana w EAF wykorzystuje energię elektryczną do topienia stali z recyklingu. Dodatki, takie jak stopy, są stosowane w celu osiągnięcia pożądanego składu chemicznego. Energia elektryczna może być uzupełniona o tlen wtłaczany do EAF. Kolejne etapy procesu, takie jak odlewanie, podgrzewanie i walcowanie, są podobne do tych, które występują w przypadku trasy BF-BOF. Około 30% stali jest produkowane w procesie EAF.

Inna technologia produkcji stali, piec z otwartym paleniskiem (OHF), stanowi około 0,4% światowej produkcji stali. Proces OHF jest bardzo energochłonny i odchodzi do lamusa ze względu na swoje wady środowiskowe i ekonomiczne.

Ile jest typów stali?

Stal nie jest pojedynczym produktem. Istnieje ponad 3500 różnych gatunków stali o wielu różnych właściwościach fizycznych, chemicznych i środowiskowych.

Około 75% nowoczesnych gatunków stali zostało opracowanych w ciągu ostatnich 20 lat. Gdyby wieża Eiffla miała zostać odbudowana dzisiaj, inżynierowie potrzebowaliby tylko jednej trzeciej stali, która została pierwotnie użyta.

Nowoczesne samochody budowane są z nowych gatunków stali, które są mocniejsze, ale jednocześnie do 35% lżejsze niż w przeszłości.

Ile stali produkuje się rocznie?

Światowa produkcja stali surowej osiągnęła 1.950,5 mln ton (Mt) w roku 2021.

Czy stal jest bezpieczna dla środowiska?

Stal nadaje się w całości do recyklingu, jest bardzo wytrzymała i w porównaniu z innymi materiałami wymaga stosunkowo niewielkich ilości energii do jej wytworzenia. Innowacyjne lekkie stale (takie jak te stosowane w samochodach i budynkach) pomagają oszczędzać energię i zasoby. W ostatnich dekadach przemysł stalowy poczynił ogromne wysiłki w celu ograniczenia zanieczyszczenia środowiska.

Wyprodukowanie jednej tony stali wymaga dziś zaledwie 40% energii, która była potrzebna w 1960 roku.

Czy stal nadaje się do recyklingu?

Zdecydowanie tak! Unikalne właściwości magnetyczne stali sprawiają, że jest ona materiałem łatwym do odzyskania z odpadów w celu poddania go recyklingowi. Właściwości stali pozostają niezmienione bez względu na to, ile razy jest ona poddawana recyklingowi.

Do produkcji stali metodą elektrycznego pieca łukowego (EAF) można stosować wyłącznie stal pochodzącą z recyklingu. W metodzie BF-BOF (ang. blast furnace-basic oxygen furnace) można wykorzystać do 30% stali z recyklingu.

Kto wynalazł stal?

Brytyjskiemu wynalazcy, Henry'emu Bessemerowi, przypisuje się wynalezienie pierwszej techniki masowej produkcji stali w połowie lat 50. XIX wieku. Stal jest nadal produkowana przy użyciu technologii opartej na procesie Bessemera, polegającej na wtłaczaniu powietrza do roztopionej surówki w celu utlenienia materiału i oddzielenia zanieczyszczeń.

Dlaczego stal rdzewieje?

Większość pierwiastków i materiałów wchodzi w reakcje chemiczne z innymi pierwiastkami. Kiedy stal wchodzi w kontakt z wodą i tlenem, zachodzi reakcja chemiczna i stal zaczyna powracać do swojej pierwotnej postaci - tlenku żelaza.

W większości nowoczesnych zastosowań stali problem ten można łatwo przezwyciężyć poprzez zastosowanie odpowiedniej powłoki. Na stal można nakładać wiele różnych materiałów powłokowych. Farba jest używana do pokrywania samochodów, a emalia jest stosowana na lodówkach i innych urządzeniach domowych. W innych przypadkach do stali nierdzewnej dodaje się pierwiastki takie jak nikiel i chrom, co pomaga zapobiegać rdzy.