|
[[Soubor:Hattingen - Henrichshütte 07 ies.jpg|náhled|[[Bessemerův konvertor]]]]
<br />
'''Výroba oceli''' je [[Metalurgie|metalurgický]] postup získání [[ocel]]i, technické slitiny [[Železo|železa]] s nižším obsahem [[uhlík]]u, než mají [[Litina|litiny]], ze [[Surové železo|surového železa]] odstraňováním přebytečného uhlíku a dalších nežádoucích [[chemický prvek|prvků]], jako je [[fosfor]] a [[síra]], a dodáním žádoucích legujících prvků, např. [[mangan]]u, [[hliník]]u, [[křemík]]u a dalších. Ocel se vyrábí ve specializovaném hutním provozu, který se nazývá [[ocelárna]]. Ocel se ve značné míře [[Recyklace kovů|recykluje]] a další surovinou pro ocelárny je [[Kovový šrot|železný šrot]].
== Historie ==
[[Soubor:ÖNB 12955377, Friedland Eisenhütte.jpg|náhled|Železárny ve [[Frýdlant nad Ostravicí|Frýdlantu nad Ostravicí]] na konci 19. století]]
V nejstarších dobách byla nízkouhlíková ocel získávána přímo ze železné rudy ve formě houbovitého polotovaru v [[Dýmačka|dýmačce]], jednoduché redukční peci, která nebyla schopna výrobek roztavit. Polotovar se pak zpracovával kováním v [[hamr]]u.
Zvětšováním objemu a zejména výšky pece se zvyšovala nejen účinnost zařízení, ale také teplota procesu. Při dosažení výšky pece cca 4 m dosáhla teplota ve spodní části pece přes 900 °C, kdy dochází k nauhličování železa za vzniku karbidu železa. Zvyšováním obsahu karbidu železa dochází ke snižování teploty tavení (viz [[Binární diagram železo-uhlík]]), takže při dosažení teploty nad 1150 °C dojde k roztavení produktu a vzniká tak [[surové železo]]. Tento meziprodukt bylo možno využít k výrobě oceli, až když byla vyvinuta technologie jeho zkujňování, tedy odstraňování příliš velkého množství [[grafit]]ického uhlíku - [[dejlování]]m, později [[pudlovna|pudlováním]] atd.
V moderní době tedy ocel vzniká zkujňováním surového železa. Mezi nejstarší a již překonané metody zkujňování patří tzv. pudlování, při kterém se roztavené surové železo promíchávalo s [[hematit]]em ([[minerál]] Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) a jeho vlivem docházelo ke „spalování“ uhlíku i dalších příměsí. Vzniklé tzv. [[Svářková ocel|svářkové železo]] se poté na ocel zpracovávalo náročnými metodami jako je ''cementace'' (dlouhodobé zahřívaní tyčového železa s [[Dřevěné uhlí|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. ''[[Konvertor (metalurgie)|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]].<ref name="Greenwood&Earnshaw-1325"/> Vlivem nové metody se výroba oceli významně zlevnila, například v [[Spojené království|Británii]] během 10 let cena klesla ze 70 na 15 liber za jednu tunu. V [[Spojené státy americké|USA]] musel [[Andrew Carnegie]] přizpůsobit postup železné rudě od [[Hořejší jezero|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.<ref name="Greenwood&Earnshaw-1325">[[#Greenwood&Earnshaw|Greenwood&Earnshaw, 1993]], str. 1325</ref>
[[Soubor:Thomas-Bier.jpg|náhled|vlevo|[[Thomasův konvertor]]]]
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 [[fosfor]]u, 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]].<ref name="Greenwood&Earnshaw-1325"/>
Několik let po Bessemerovu způsobu zavedl sir [[William Siemens]] (původem z [[Německo|Německa]]) tzv. ''Siemensův-Martinův proces'' zkujňování železa. Oxidace příměsí probíhala v [[Siemensova-Martinova pec|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.<ref name="Greenwood&Earnshaw-1325"/>
V roce [[1952]] byl v [[Rakousko|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 ve výrobě oceli.<ref name="Greenwood&Earnshaw-1325"/> 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 surové železo taví účinkem tepla vznikajícího přímo průchodem [[elektrický proud|elektrického proudu]] surovým železem, nebo nepřímo vznikem [[elektrický oblouk|elektrického oblouku]] nad povrchem železa. Tento energeticky náročnější způsob se používá při výrobě slitinových a vysoce kvalitních ocelí.<ref name="Greenwood&Earnshaw-1325"/>
== Výrobní postup ==
[[Soubor:Práce na martinské peci.jpg|náhled|vlevo|[[Siemensova-Martinova pec]]]]
Výchozím [[Látka|materiálem]] pro výrobu ocele je zpravidla surové železo. [[Výroba železa|Výroba surového železa]] probíhá ve [[Vysoká pec|vysoké peci]] redukcí oxidů železa obsažených v železné rudě. Ruda, [[koks]] a [[vápenec]] jsou vsazovány do vysoké pece a zde za vysokých teplot [[Redoxní reakce|redukovány]] a taveny. Surové železo a [[vysokopecní struska]] jsou periodicky odebírány z vysoké pece a buďto odlévány do tzv. ''housek'' nebo jako tekutý kov transportovány přímo do [[Ocelárna|oceláren]].
V současnosti se nejvíce používá některý ze zásaditých kyslíkových [[Konvertor (metalurgie)|konvertorů]] nebo elektricky vytápěné pece,<ref name="Greenwood&Earnshaw-1322">[[#Greenwood&Earnshaw|Greenwood&Earnshaw, 1993]], str. 13252</ref> zatímco výroba v [[Siemens-Martinova pec|Siemens-Martinových pecích]] je na ústupu. Celý proces zpracování surového 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 %.<ref name="Greenwood&Earnshaw-1322"/> 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 ''[[kalení]]m'' (zahřátím do červeného žáru a prudkým zchlazením vodou nebo [[minerální olej|minerálním olejem]]) nebo ''[[popouštění]]m'' (zahřátím na 200 až 300 °C a pomalým chlazením).<ref name="Greenwood&Earnshaw-1322"/> Slouží k výrobě drátů, plechů, hřebíků a podobných produktů.
[[Soubor:Zámrsk, steel ingots - 2.JPG|náhled|Ocelové ingoty]]
Další zkvalitnění vyrobené oceli se dosahuje [[legování]]m, tedy přídavky definovaných množství jiných [[kovy|kovů]] za vzniku [[slitina|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<ref>http://www.contractorsunlimited.co.uk/toolbox/stainless-steel.shtml</ref>). 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 [[hliník]]u nebo [[křemík]]u. Existuje více než 2 000 různých druhů ocelí s přesně definovaným složením a mechanickými vlastnostmi jako je [[pevnost (fyzika)|pevnost]], [[tvrdost kovů|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 [[železobeton]]u nebo ke konstrukci mostů, skeletů výškových budov a věží, elektrárenských [[turbína|turbín]], nádob [[jaderný reaktor|jaderných reaktorů]] a mnoho dalších. Část polotovarů slouží jako výchozí materiál pro výrobu výkovků v kovárnách.
== Statistika výroby oceli ==
V roce 2007 bylo na světě vyrobeno 1 348 107 tis. tun. Zdaleka nejvíce oceli bylo vyrobeno v [[Čínská lidová republika|Číně]] – 489 712 tisíc tun. Druhým nejsilnějším výrobcem oceli jsou ostatní asijské země s 268 673 tis. tunami; státy evropské unie vyprodukovaly celkem 210 260 tis. tun, čímž se umisťují na třetím místě ve světové produkci oceli.<ref name="ws">[http://www.worldsteel.org/?action=stats&type=steel&period=latest&month=13&year=2010 World Steel Association – Search statistics]</ref> Pro srovnání v [[Česko|České republice]] se výroba oceli zvýšilla oproti loňskému roku o 0,8 %, tedy na 5,31 milionů tun.
{| class="wikitable"
|'''Teritorium'''
|'''2007'''
|'''2011'''
|'''2012'''
|'''2013'''
|'''2014'''
|'''2015'''
|'''2016'''
| colspan="2" |'''změna v %'''
|-
|
|tis.t
|tis.t
|tis.t
|tis.t
|tis.t
|tis.t
|tis.t
|16/15
|16/07
|-
|Země EU-28
|210 260
|177 791
|168 589
|166 356
|169 301
|166 115
|162 037
|<nowiki>-2,5</nowiki>
|<nowiki>-22,9</nowiki>
|-
|Ostatní Evropa
|30 533
|39 079
|39 917
|38 627
|38 374
|35 778
|37 651
|5,2
|23,3
|-
|Země SNS
|124 169
|112 663
|110 739
|108 408
|106 079
|101 552
|102 360
|0,8
|<nowiki>-17,6</nowiki>
|-
|Severní Amerika
|132 618
|118 675
|121 586
|118 978
|121 093
|110 938
|110 624
|<nowiki>-0,3</nowiki>
|<nowiki>-16,6</nowiki>
|-
|Jižní Amerika
|48 232
|48 165
|46 379
|45 822
|45 043
|43 899
|40 220
|<nowiki>-8,4</nowiki>
|<nowiki>-16,6</nowiki>
|-
|Afrika
|18 675
|15 696
|15 337
|15 963
|14 885
|13 701
|13 099
|<nowiki>-4,4</nowiki>
|<nowiki>-29,9</nowiki>
|-
|Střední Východ
|16 452
|23 230
|24 979
|26 967
|29 986
|29 429
|31 480
|7,0
|91,3
|-
|Čína
|489 712
|701 968
|731 040
|822 000
|822 750
|798 785
|808 370
|1,2
|65,1
|-
|Ostatní Asie
|268 673
|293 489
|295 761
|301 646
|316 917
|309 048
|317 873
|2,9
|18,3
|-
|Oceánie
|8 783
|7 248
|5 805
|5 588
|5 466
|5 717
|5 837
|2,1
|<nowiki>-33,5</nowiki>
|-
|'''Celkem svět'''
|'''1 348 107'''
|'''1 538 004'''
|'''1 560 132'''
|'''1 650 355'''
|'''1 669 894'''
|'''1 614 962'''
|'''1 629 551'''
|'''0,9'''
|'''20,9'''
|-
| colspan="10" |Zdroj: Statistika Worldsteel association (WSA), worldsteel 103, březen 2017
|}
V roce 2016 patřily mezi největší producenty oceli tyto společnosti:<ref>{{Citace elektronického periodika |titul=World Steel Association – Top steel producers 2014 |url=http://www.worldsteel.org/statistics/top-producers.html |datum přístupu=2015-09-25 |url archivu=https://web.archive.org/web/20160719102615/http://www.worldsteel.org/statistics/top-producers.html |datum archivace=2016-07-19 |nedostupné=ano }}</ref>
{| class="wikitable"
! Pořadí !! Název !! Mil.t/rok
|-
| 1 || [[ArcelorMittal]] ||95.45
|-
| 2 ||China Baowu Group||63.81
|-
| 3 ||HBIS Group||46.18
|-
| 4 ||NSSMC Group||46.16
|-
|5||POSCO||41.56
|}
=== Česko ===
V Česku bylo v roce 2016 vyrobeno 5,306 milionů tun oceli<ref name="ws">[http://www.worldsteel.org/?action=stats&type=steel&period=latest&month=13&year=2010 World Steel Association – Search statistics]</ref>, což bylo více než v loňském roce i v roce 2009, kdy následkem [[Ekonomická krize od 2007|ekonomické krize]] dosáhla výroba oceli v Česku historického minima 4,6 milionů tun.<ref name="v4">{{Citace elektronického periodika |titul=Výroba ocelářského průmyslu |url=http://www.hz.cz/cz/vyroba-ocelarskeho-prumyslu |datum přístupu=2012-01-05 |url archivu=https://web.archive.org/web/20110718172800/http://www.hz.cz/cz/vyroba-ocelarskeho-prumyslu |datum archivace=2011-07-18 |nedostupné=ano }}</ref> Největším výrobcem oceli byl [[ArcelorMittal Ostrava]], následovaný [[Třinecké železárny|Třineckými železárnami]] a [[Evraz Vítkovice Steel]].<ref>[http://www.patria.cz/Zpravodajstvi/1782556/tuzemskym-hutim-se-od-pocatku-roku-dari-arcelormittal-ostrava-nezvlada-uspokojit-poptavku.html Tuzemským hutím se od počátku roku daří, ArcelorMittal Ostrava nezvládá uspokojit poptávku]</ref>
{| class="wikitable"
|
