Sprężone powietrze w przemyśle metalurgicznym
Przemysł metalurgiczny obejmuje zarówno produkcję metali, jak również ich obróbkę. Oznacza to, że produkcja stali i metali (nieżelaznych), odlewnie oraz obróbka metali stanowią część przemysłu metalurgicznego.
Branża należy do energochłonnych gałęzi przemysłu. Znajdujące wszechstronne zastosowania sprężone powietrze stosowane jest w rozmaitych procesach produkcji przez zakłady zajmujące się obróbką i wytwarzaniem metali. W perspektywie zmniejszania energochłonności, a co z tym idzie związanego z tym wzrostu efektywności energetycznej, sprężone powietrze jest często niedocenianym czynnikiem.
Oprócz wpływu sprężonego powietrza na efektywność energetyczną właściwa jakość tego powietrza jest decydującym czynnikiem pomagającym zapobiegać problemom w produkcji i wadom wyrobów końcowych. Uzdatniając sprężone powietrze adekwatnie do potrzeb, przedsiębiorstwa produkujące i obrabiające metale mogą obniżyć koszty sprężonego powietrza, zwiększyć efektywność energetyczną i zapobiegać przestojom produkcyjnym.
Zastosowania w branży metalurgicznej
Produkcja stali
Proces produkcji stali w wielkim piecu obejmuje dwa etapy; w pierwszym etapie z rudy żelaza, poprzez redukcję, powstaje surówka, w drugim etapie następuje dalsze przetwarzanie w konwerterze, w którym powstaje stal surowa. W pierwszym etapie stosowane jest sprężone powietrze: wielki piec zasilany jest od góry, przez co warstwy koksu i rudy żelaza układane są na przemian. Na dole, przez dysze powietrzne, dostarczany jest tzw. gorący dmuch. Dmuch ten jest sprężony, nagrzany oraz wzbogacony w tlen i paliwo węglowo-wodne. Jest ono niezbędne do efektywnego wytopu żelaza.
Sprężone powietrze jest również wykorzystywane do chłodzenia w powietrzu. Chłodzenie to ma wpływ na właściwości stali, dlatego chłodzenie stali i stosowane medium podlegają szczególnym wymaganiom. Przykładem jest przyspieszone chłodzenie, które następuje w powietrzu będącym w ruchu.
Obróbka strumieniowo-ścierna
W procesie produkcji metali i części metalowych powierzchnia musi zostać dokładnie oczyszczona z osadów i cząstek, ponieważ mogłyby one mieć negatywny wpływ na dalszy proces obróbki, np. na obróbkę powierzchniową. Metodą jest obróbka strumieniowo-ścierna, zwana również oczyszczaniem pneumatycznym. Technika ta jest wykorzystywana do oczyszczania materiału z pozostałości lakierów, zabrudzeń i rdzy, kształtowania obrabianych przedmiotów i zmian właściwości powierzchni.
Sprężone powietrze służy do przyspieszenia ścierniwa podczas przechodzenia przez dyszę, ponieważ w obróbce ścierniwo musi padać z dużą prędkością na powierzchnię.
Obróbka powierzchni
Malowanie proszkowe, zwane również lakierowaniem proszkowym, jest technologią nanoszenia powłok na przedmioty metalowe i niemetalowe. Stosowane są dwie metody – malowanie elektrostatyczne oraz powlekanie fluidyzacyjne.
Sprężone powietrze jest wykorzystywane do odmuchiwania obrabianego przedmiotu, transportu proszku bądź fluidyzacji. Ponadto sprężone powietrze może być stosowane w kabinie zasypowej jako powietrze dozujące i powietrze strumieniowe. Jakość sprężonego powietrza ma wpływ na wyrób końcowy, np. zanieczyszczone olejem sprężone powietrze może powodować problemy, takie jak otwarte punkty (kratery) w warstwie lakieru lub pęcherzyki bądź kratery w naczyniu fluidyzatora.
Inną metodą, w której rolę odgrywa sprężone powietrze, jest tzw. anodowanie w roztworach kwasu siarkowego przy użyciu prądu stałego, metoda elektrolityczna często stosowana w produkcji aluminium. W oksydowaniu elektrolitycznym wymagany jest ruch elektrolitu. W tym celu wdmuchiwane jest oczyszczone, bezolejowe sprężone powietrze.
Ponadto istnieją metody natryskiwania cieplnego służące do modyfikacji powierzchni. W związku ze sprężonym powietrzem warto tutaj nadmienić natryskiwanie płomieniowe oraz łukowe. Sprężone powietrze w tym zastosowaniu pełni zadanie rozpylanego gazu, który natryskuje materiał przyszłej powłoki na powierzchnię.
Cięcie i spawanie
W cięciu i spawaniu metali często stosuje się metody wykorzystujące laser. Zarówno w metodzie spawania laserowego, jak również w metodzie cięcia laserowego zastosowanie znajduje sprężone powietrze. Bezolejowe, osuszone i czyste sprężone powietrze pozwala tutaj uniknąć problemów w procesie i wad wyrobu końcowego.
W cięciu laserowym sprężone powietrze pod ciśnieniem do maks. 8 barów stosowane jest do ochrony układu optycznego do spawania przed cząstkami i oparami materiału oraz zapobiegania uszkodzeniom. Proces ten realizuje tzw. układ cross-jet.
W cięciu laserowym sprężone powietrze, w zależności od metody, wykorzystywane jest do przepłukiwania kanału zwierciadeł oraz do wydmuchiwania roztopionego materiału. Sprężone powietrze może również pełnić funkcję gazu tnącego w procesie cięcia. Czyste sprężone powietrze schładza powierzchnię materiału i poprawia jakość cięcia. Sprężone powietrze służy również do usuwania odparowywanego materiału i innych materiałów.
Narzędzia pneumatyczne
Również w przemyśle metalurgicznym sprężone powietrze wykorzystywane jest do napędzania rozmaitych narzędzi i sterowania nimi. Adekwatna jakość sprężonego powietrza jest nieodzowna, ponieważ nadmiar pary wodnej w maszynach i urządzeniach, jak również korozja w przewodach rurowych jest częstą przyczyną przestojów w produkcji.
Przykładem narzędzia pneumatycznego jest młot pneumatyczny (zob. również Produkcja stali), który wykorzystywany jest do wypychania rdzenia oraz do odspajania substancji w piecach i kadziach. Stosowane są również ubijaki oraz szlifierki pneumatyczne.
Druk 3D ze sproszkowanego metalu
Metoda druku 3D z metalu ma kilka zalet na tle metod stosowanych do tej pory: produkcja addytywna umożliwia wytwarzanie skomplikowanych części, oszczędza materiał, skraca czas produkcji i ogranicza źródła wad. W przypadku selektywnego topienia laserowego (SLM) elementy powstają warstwowo. Proces ten przebiega przeważnie w atmosferze gazu ochronnego. Jako gaz ochronny często stosowany jest azot, który po części wytwarzany jest w generatorze azotu ze sprężonego powietrza. Sprężone powietrze musi mieć określoną jakość, aby zanieczyszczenia nie wywierały negatywnego wpływu na komponenty i procesy oraz aby uniknąć kosztów ewentualnych awarii, czyszczenia i wymiany.
