hutnictwo
 
Encyklopedia
hutnictwo,
gałąź przemysłu obejmująca otrzymywanie metali z: rud i koncentratów, metalonośnych półproduktów z procesów metalurgicznych (pyły, szlamy z procesów elektrolizy i elektrorafinacji metali, głównie cynku i miedzi, oraz żużle), złomu (m.in. akumulatorowego), a także recykling oraz przeróbkę plastyczną odlanych do form metali (odlewanie) w zakładach przeróbki plastycznej (walcowniach, kuźniach, ciągarniach, prasowniach, tłoczniach) na półwyroby i wyroby gotowe, znajdujące zastosowanie w gospodarce, a zwłaszcza w przemyśle maszynowym, budownictwie i transporcie.
Mimo konkurencji tworzyw sztucznych, stal nadal pozostaje najważniejszym materiałem konstrukcyjnym. Wykorzystanie tworzyw sztucznych na powłoki ochronne do wyrobów ze stali albo jako składników materiałów, z których są zbudowane elementy konstrukcyjne, rozszerzyło możliwości zastosowania stali. O znaczeniu hutnictwa świadczy fakt, że do połowy XX w. produkcję stali na 1 mieszkańca traktowano jako miernik rozwoju gospodarczego. Cechą charakterystyczną hutnictwa jest koncentracja produkcji w niewielkiej liczbie dużych zakładów w regionach dysponujących bazą surowcową i energetyczną, w tym również w pobliżu portów morskich, do których surowce są dowożone. Hutnictwo jest jedną z gałęzi przemysłu najbardziej niekorzystnie oddziałujących na środowisko przyrodnicze. Teoretycznymi podstawami hutnictwa zajmuje się metalurgia.
Hutnictwo dzieli się na hutnictwo żelaza i hutnictwo metali nieżelaznych. W hutach żelaza wytwarza się stopy żelaza z węglem (żeliwo, staliwo, stal), zawierające pewne ilości innych pierwiastków w postaci domieszek i zanieczyszczeń oraz celowo wprowadzanych dodatków stopowych. Pierwszym etapem procesu technologicznego jest otrzymywanie w wielkim piecu surówki, która jest następnie przerabiana na stal albo staliwo w procesie martenowskim, procesie konwertorowym lub piecu elektrycznym albo przetapiana na żeliwo w żeliwiaku. W hutach metali nieżelaznych stosuje się różnorodne procesy metalurgiczne (pirometalurgia, elektrometalurgia, metalurgia próżniowa i in.). Zazwyczaj dąży się do otrzymania jako produktu końcowego metalu o jak największej czystości (przerabianego często plastycznie) lub stopów — odlewniczych albo do obróbki plastycznej.
Historia. Metale znano wcześniej niż nauczono się otrzymywać je z rud. Już w czasach prahistorycznych wyrabiano przedmioty użytkowe z miedzi rodzimej, złota, srebra oraz żelaza meteorytowego (znaleziska z terenu Egiptu i z Ur w Mezopotamii, IV–III tysiąclecia p.n.e.). Za początek hutnictwa można uważać otrzymywanie miedzi z rudy w ognisku (ok. 3800 p.n.e., tereny Egiptu), otrzymywanie brązu (brązu epoka) przez przetapianie rudy miedzi z rudą cyny (ok. 3500 p.n.e., Egipt). Żelazo z rud w ognisku zaczęto wytapiać ok. 2000 p.n.e. (Azja Mniejsza). Wysoki poziom osiągnęła technika wytwarzania stopów miedzi i technika odlewnictwa w starożytnej Grecji, np. odlany posąg Heliosa na Rodos (Rodyjski Kolos). Umiejętności te przejęli Rzymianie, którzy rozwijali produkcję ołowiu, srebra i rtęci. Początki hutnictwa żelaza w środkowej i zachodniej Europie przypadają na IX w. p.n.e. (żelaza epoka) i są związane z kulturami okresów: halsztackiego, lateńskiego i okresu rzymskich wpływów. W okresie wędrówki ludów nastąpiło zahamowanie produkcji hutniczej.
Nowy okres rozwoju hutnictwa w Europie przypada na VIII w., przy czym podstawowym piecem do wytopu żelaza była wówczas dymarka. Stopniowa zmiana kształtu i zwiększenie wymiarów dymarek (m.in. budowa dymarek naziemnych, zastosowanie w XII w. we Francji energii wodnej do napędu miechów) doprowadziły w XIV w. do przekształcenia ich w wielki piec, w którym otrzymywano ciekłą surówkę. Z surówki tej wykonywano odlewy żeliwne lub, przez utlenianie domieszek we fryszerkach (fryszowanie), otrzymywano żelazo zgrzewne. Opisy hutnictwa metali w XVI w. podali w swych dziełach V. Biringuccio i G. Agricola. Próby zastąpienia węgla drzewnego węglem kamiennym do wytopu żelaza przeprowadzono w końcu XVII w. w Anglii. W 1735 A. Darby (syn) pierwszy wytopił surówkę stosując koks, a 1784 H. Cort opracował pudlarski proces przerobu surówki na stal. Szybki rozwój hutnictwa rozpoczął się w Europie w XIX w.: 1828 J.B. Neilson zastosował gorący dmuch do wielkiego pieca; 1857 E.A. Cowper wprowadził nagrzewnicę dmuchu; 1839 I. Nesmyth zbudował pierwszy młot parowy; 1856 H. Bessemer opatentował konwertor (konwertorowy proces) do świeżenia surówek niskofosforowych (w którym po raz pierwszy otrzymał ciekłą stal), 1878 S.G. Thomas — konwertor do przerobu surówek wysokofosforowych; 1864 E. Martin zbudował, przy udziale W. Siemensa, piec (martenowski proces) z regeneratorami ciepła (wynalezionymi 1856 przez braci F. i W. Siemens). W końcu XIX i na początku XX w. opracowano proces rafinowania stali w piecach elektrycznych (łukowym, indukcyjnym); 1952–53 zastosowano w Austrii bardzo wydajny konwertorowy proces tlenowy (proces L.D.) do otrzymywania stali z surówki.
Metale nieżelazne, których wiele odkryto w końcu XVIII w. i początkowo używano jako składników stali stopowych (wprowadzanych w postaci żelazostopów), w stanie czystym zaczęto produkować na skalę przemysłową w 2. połowie XIX w.; otrzymano: 1848 czysty nikiel, 1860–72 czysty cynk, 1854 aluminium (1872 w produkcji zastosowano metodę elektrolizy). W 2. połowie XIX w. wprowadzono proces konwertorowy do otrzymywania miedzi. W XX w. rozwinęła się produkcja metali nieżelaznych dawniej nieużytkowanych (np. chromu, wolframu, molibdenu, wanadu, niobu, tantalu, tytanu i cyrkonu), jak również otrzymywanie metali o bardzo dużej czystości, co jest ściśle związane z rozwojem elektroniki, techniki jądrowej i rakietowej; są produkowane również stopy lekkie, m.in. stopy aluminium, magnezu, tytanu na potrzeby lotnictwa.
Hutnictwo w Polsce. Hutnictwo żelaza na ziemiach polskich ma bardzo stare tradycje. Świadczą o tym m.in. pochodzące sprzed 2000 lat ślady dymarek, odkryte koło Nowej Słupi. W II–III w. w Zagłębiu Staropolskim powstał jeden z największych w Europie ośrodków hutniczych żelaza, który swój rozkwit przeżywał w XVI–1. połowa XVII w. (głównie w dobrach biskupstwa krakowskiego); na początku XVII w. uruchomiono pierwsze wielkie piece w zakładach Caccich w Bobrzy (1613) i J. Gibboniego w Samsonowie (1641), a w okręgu częstochowskim duże zakłady hutnicze z 4 wielkimi piecami M. Wolskiego w Pankach (budowane 1610–20) i Łaźcu (1620–30). Zagłębie Staropolskie, a zwłaszcza tereny położone wzdłuż rzeki Kamiennej, pozostało największym okręgiem hutnictwa żelaza do połowy XIX w. Zadecydowało o tym: występowanie rud żelaza, obfitość lasów dostarczających węgla drzewnego oraz wykorzystanie spadku wód jako źródła energii do poruszania urządzeń w kuźniach. Okres największej świetności hutnictwa żelaza w tym regionie przypadł na 1. połowę XIX w. Powstał wówczas opracowany przez S. Staszica projekt utworzenia nad rzeką Kamienną kombinatu metalurgicznego, którego zakłady zlokalizowane w górnym biegu rzeki dostarczałyby surowce, w środkowym — półwyroby, a w dolnym — wyroby gotowe. Po Staszicu realizację tego projektu kontynuował K. Drucki-Lubecki, a później Bank Polski, finansujący do 1843 rozwój przemysłu i handlu. Podobne czynniki zadecydowały o rozwoju hutnictwa żelaza na Śląsku Opolskim nad rzeką Małą Panwią. Zastosowanie koksu do wytopu żelaza spowodowało, że w 2. połowie XIX w. największym okręgiem hutnictwa stał się Górny Śląsk. Rozwój hutnictwa żelaza w tym regionie zapoczątkowało uruchomienie 1796 w Gliwicach pierwszego w kontynentalnej części Europy wielkiego pieca opalanego koksem (zbudował go Szkot J. Baildon). W 1802 uruchomiono w Chorzowie jedną z największych w tym czasie i najnowocześniejszych w Europie Hutę Królewską. Kolejne huty żelaza powstały m.in. w Katowicach, Świętochłowicach, Siemianowicach Śląskich, Bytomiu i Dąbrowie Górniczej. Poza Górnym Śląskiem zbudowano również huty w starych okręgach hutnictwa żelaza w Zawadzkiem (1836) i Ostrowcu Świętokrzyskim (1837). Pod koniec XIX w., opierając się na miejscowych rudach żelaza i węglu kamiennym dowożonym koleją, powstały huty w Zawierciu i Częstochowie, a na przełomie XIX i XX w. — wykorzystująca rudy żelaza dostarczane drogą morską i węgiel kamienny dostarczany Odrą — huta w Szczecinie. W 1937 w ramach programu uprzemysłowienia kraju, przygotowanego z inicjatywy E. Kwiatkowskiego, rozpoczęto inwestycje przemysłowe w widłach Wisły, Sanu i Dunajca (Centralny Okręg Przemysłowy). Spośród tych inwestycji najważniejsza była budowa na terenie wsi Pławo, w lesie nad Sanem, kombinatu metalurgicznego Stalowa Wola (elektrownia cieplna, huta z 2 piecami martenowskimi — pierwszy spust 1938, i 3 elektrycznymi, zakład mechaniczny). Po 1945 nakłady inwestycyjne w hutnictwie żelaza przeznaczono głównie na usunięcie zniszczeń wojennych; 1947 produkcja stali przekroczyła poziom z 1938; w następnych latach rozbudowano i zmodernizowano wiele hut z XIX w. na Górnym Śląsku, w Częstochowie (budowa wydziału surowcowego) i Ostrowcu Świętokrzyskim (budowa stalowni) oraz zbudowano hutę stali szlachetnych w Warszawie (1957) i 2 największe w historii polskiego hutnictwa kombinaty metalurgiczne o pełnym cyklu produkcji: Hutę im. Lenina (1954) i Hutę „Katowice” w Dąbrowie Górniczej (1976). W krakowskiej hucie znajduje się jedyna w Polsce walcownia blach cienkich stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym (blachy karoseryjne) oraz w wyrobach powszechnego użytku (np. pralki, lodówki). Niezwykle ważną inwestycją, chociaż nieporównywalnie mniejszą, była uruchomiona 1972 w Strzemieszycach (obecnie Dąbrowa Górnicza) mikrohuta wytwarzająca szlachetną galanterię hutniczą, m.in. implanty chirurgiczne (metalowe elementy do łączenia kości). Rozwojowi hutnictwa w Polsce po II wojnie światowej sprzyjała polityka przemysłowa preferująca przemysł ciężki. Znacznemu zwiększeniu zdolności produkcyjnych stali nie towarzyszył proces unowocześnienia jej produkcji. W 1991 aż 29,1% produkcji stali surowej pochodziło z pieców martenowskich, dość uciążliwych dla środowiska przyrodniczego, a udział półwyrobów hutniczych otrzymywanych metodą ciągłego odlewania stali wynosił zaledwie 7,6% (w tym czasie w krajach EWG przekroczył 80%; zaprzestano wytopu w piecach martenowskich). Na początku lat 90. hutnictwo żelaza w Polsce stanęło przed koniecznością restrukturyzacji organizacyjnej i technicznej, której celem było osiągnięcie poprawy efektywności i konkurencyjności produkcji, m.in. przez zastępowanie pieców martenowskich piecami elektrycznymi, budowę linii ciągłego odlewania stali, zwiększenie produkcji stali szlachetnych i wyrobów płaskich.
Hutnictwo metali nieżelaznych w Polsce obejmuje hutnictwo cynku i ołowiu, miedzi oraz aluminium. Hutnictwo ołowiu i towarzyszącego mu srebra było znane na ziemiach polskich już w XII–XIII w. (okolice Bytomia i Olkusza); występujący w tych samych złożach cynk był traktowany jako odpad i gromadzony na hałdach. Hutnictwo cynku rozwinęło się w 2. połowie XVIII w. Do końca XIX w. Górny Śląsk był największym okręgiem hutnictwa cynku na świecie, dostarczając początkowo 40%, a następnie 20% światowej produkcji. Hutnictwo miedzi, mimo istnienia w przeszłości na ziemiach polskich niewielkich ośrodków wytopu miedzi w Sudetach i Górach Świętokrzyskich, jest zaliczane do nowych gałęzi przemysłu. Jego rozwój jest związany z odkryciem 1957 bardzo zasobnych (zalicza się je do najzasobniejszych w Europie) złóż miedzi na Dolnym Śląsku i powstaniem Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Hutnictwo cynku i ołowiu oraz miedzi jest związane z regionami eksploatacji rud, tj. z Górnym Śląskiem (rudy cynkowo-ołowiowe) i Dolnym Śląskiem (rudy miedzi). Głównymi ośrodkami hutnictwa cynku i ołowiu są: Katowice i Trzebinia, w których huty rozbudowano i unowocześniono po wojnie, oraz Bukowno i Tarnowskie Góry, w których zbudowano nowe huty; hutnictwa miedzi natomiast: Legnica, Głogów (Żukowice) i Orsk. Spośród metali towarzyszących miedzi odzyskuje się na skalę przemysłową srebro, którego produkcja 1970–90 w Polsce wzrosła z 231 t do 832 t (1988 przekroczyła nawet 1000 t). Zupełnie nową dziedziną produkcji w Polsce, zbudowaną od podstaw w okresie powojennym, jest hutnictwo aluminium, dla którego surowcem jest importowany tlenek glinu. Metody otrzymywania tlenku glinu z krajowych surowców opracowane przez T. Bretsznajdera i J. Grzymka nie zostały wdrożone na skalę przemysłową. Energochłonność produkcji aluminium powoduje lokalizację hut w pobliżu elektrowni. W Polsce pierwszą hutę aluminium uruchomiono 1954 w Skawinie w sąsiedztwie elektrowni opalanej węglem kamiennym. W 1981 ze względu na znaczną uciążliwość dla środowiska przyrodniczego i bardzo złe warunki pracy, zagrażające zdrowiu zatrudnionych, zaprzestano w niej wytopu aluminium, pozostawiając jego przetwórstwo. Produkcja aluminium odbywa się jedynie w hucie w Koninie, zbudowanej (1966) w sąsiedztwie elektrowni opalanej węglem brunatnym. Przetwórstwo metali nieżelaznych odbywa się zarówno w hutach, jak i zakładach przetwórczych niezwiązanych z hutami, np. w Warszawie i we Wrocławiu. Rozwój hutnictwa na ziemiach polskich był ściśle związany z kształceniem kadr, w czym istotną rolę odegrał uruchomiony 1922 wydział hutnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej im. S. Staszica w Krakowie.
Ilustracje
Huta Katowice, wielki piec, spust surówkifot. L. Zielaskowski/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Dymarka, przekrój pieca — Muzeum Starożytnego Hutnictwa Świętokrzyskiego, Nowa Słupiafot. A. Czerny/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia