Jakie są różne surowce do produkcji stali?
Stal jest ważną częścią konstrukcji od XIX wieku ze względu na jej wszechstronność jako materiału budowlanego. Jego popularność wynika głównie z siły i łatwości produkcji. Surowce do produkcji stali różnią się, ponieważ można wytwarzać różne stale do ich zastosowań końcowych, w tym miękką stal do obróbki lub bardzo twardą stal na urządzenia zabezpieczające lub sejfy. Wszystkie produkty stalowe są cenione za ich wytrzymałość, trwałość i łatwość recyklingu, gdy nie są już potrzebne.
Kluczowym składnikiem stali jest żelazo znajdujące się w ziemi jako tlenek, chemiczna mieszanina żelaza i tlenu zmieszana ze skałą. Utlenione żelazo jest powszechne w produktach stalowych w miarę starzenia, ponieważ ta sama cząsteczka jest znana jako rdza, która pojawia się, gdy żelazo i tlen łączą się z czasem. Do przygotowania czystego metalu z surowej rudy służy naczynie wysokotemperaturowe zwane wielkim piecem. Zanim żelazo może być umieszczone w piecu, zwykle przechodzi kilka etapów przetwarzania w celu usunięcia odpadowej skały i skoncentrowania procentu żelaza w rudzie.
W wielkim piecu ruda żelaza i inne surowce do stali są dodawane i podgrzewane do bardzo wysokich temperatur. Gdy mieszanina jest stopiona, tlen jest wtryskiwany za pomocą pustej rury zwanej lancą, co powoduje, że mieszanina staje się jeszcze gorętsza. W bardzo wysokich temperaturach tlen jest oddzielany od tlenku żelaza, w wyniku czego powstaje czysty metal. Zanieczyszczenia zwane żużlem unoszą się na szczyt pieca i są usuwane, co prowadzi do stopionej mieszaniny żelaza i innych dodatków.
Istnieją setki różnych kompozycji stali lub stopów, ale istnieje kilka popularnych surowców do stali. Węgiel jest kluczowym składnikiem całej stali, ale występuje w niskich stężeniach. Tlen w rudzie reaguje z węglem dodawanym do pieca, usuwając go z cząsteczki tlenku żelaza. Czysta forma węgla zwana koksem jest potrzebna w wielkim piecu i jest przygotowywana przez ogrzewanie węgla do wysokich temperatur w celu usunięcia jakichkolwiek związków organicznych.
Żelazo o zawartości węgla większej niż dwa procent jest określane jako żeliwo, które jest twarde, ale bardziej kruche. Inne surowce do produkcji stali obejmują różne metale, krzem i wapień. Wapień, którym jest węglan wapnia, nazywany jest topnikiem i jest dodawany do pieca w regularnych odstępach czasu w celu utworzenia żużla i usunięcia zanieczyszczeń. Krzem usuwa tlen z pieca i sprawia, że stal jest bardziej obrabialna lub łatwiejsza do gięcia lub obróbki.
Wielki piec może wykorzystywać pewną ilość stali z recyklingu, ale zwykle jest ograniczony do około 30 procent wagowych. Stal łatwo poddaje się recyklingowi, ale inny procent zwany elektrycznym piecem łukowym jest stosowany do wyższego odsetka stali z recyklingu. Elektryczny piec łukowy wykorzystuje dwie elektrody zawieszone wewnątrz pieca, a wysoki prąd elektryczny przepływa między nimi, tworząc wysokie temperatury. Surowce do stali są już zawarte w materiale pochodzącym z recyklingu, a do uzyskania pożądanego składu stali mogą być potrzebne tylko niewielkie ilości dodatków.