Rys historyczny oraz nowe tendencje techniczne w procesie nagrzewania wsadu stalowego przed przeróbką plastyczną

• Autorzy: Boryca Jarosław , Wyleciał Tomasz , Skuza Zbigniew , Musiał Dorota , Bala-Litwiniak Agnieszka , Wyczółkowski Rafał

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2025.2.3

Warianty tytułu

EN

Historical outline and new technical tendencies in the process of heating the steel charge before plastic processing

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nagrzewanie wsadu przed przeróbką plastyczną to jeden z kluczowych procesów w produkcji stali zarówno ze względu na jego energochłonność, jak również emisję zanieczyszczeń do atmosfery. Historia pokazuje jak bardzo ważne na przestrzeni wieków okazały się badania naukowe, które pozwoliły na uzyskanie zaawansowanych technologii zapewniających opracowanie odpowiednich jednostek grzewczych, jak też uzyskanie zminimalizowanie zużycia paliwa i uwzględnienie aspektów ekologicznych. W pracy zaprezentowano przegląd historyczny najważniejszych konstrukcji pieców grzewczych oraz historię rozwoju procesu nagrzewania wsadu i nowoczesne trendy tego procesu.

EN

Heating the charge before plastic processing is one of the key processes in steel production, both due to its energy consumption and the emission of pollutants into the atmosphere. History shows how important scientific research has been over the centuries, which has allowed for obtaining advanced technologies ensuring the development of appropriate heating units, as well as minimizing fuel consumption and taking into account ecological aspects. The paper presents a historical review of the most important heating furnace designs and the history of the development of the charge heating process and modern trends in this process.

Słowa kluczowe

PL

nagrzewanie wsadu stalowego; piece grzewcze; historia metalurgii stali

EN

heating of steel charge; heating furnace; history of the steel metallurgy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 92, nr 2
• Strony: 12--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 51 poz., rys.

Twórcy

autor

Boryca Jarosław

• Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Zarządzania Produkcją, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0001-9411-6116

autor

Wyleciał Tomasz

• Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Zarządzania Produkcją, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-0187-0767

autor

Skuza Zbigniew

• Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Zarządzania Produkcją, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-4528-9456

autor

Musiał Dorota

• Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Zarządzania Produkcją, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-0667-3033

autor

Bala-Litwiniak Agnieszka

• Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Zarządzania Produkcją, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0003-2859-849X

autor

Wyczółkowski Rafał

• Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Zarządzania Produkcją, Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-6015

Bibliografia

• [1] Kieloch M.: Energooszczędne i małozgorzelinowe nagrzewanie wsadu stalowego, Wyd. WIPMiFS Politechniki Częstochowskiej, Seria Metalurgia nr 29, Częstochowa 2002.
• [2] Kieloch M.: Racjonalizacja nagrzewania wsadu, Wyd. WIPMiFS Politechniki Częstochowskiej, Seria Monografie nr 8, Częstochowa 2010.
• [3] Hałaczkiewicz K.: Analiza kształtu i ułożenia wsadu na wydajność procesu nagrzewania dla warunków brzegowych pierwszego rodzaju, Praca magisterska, Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2009.
• [4] Kieloch M., Wyczółkowski S.: Modelowanie numeryczne pola temperatury w piecu przelotowym z uwzględnieniem założonej technologii nagrzewania, W.: Mat. VII Ogólnopolskiej Konf. n.t. Gospodarka cieplna i eksploatacja pieców przemysłowych, Poraj k. Częstochowy 1999, s.125-140.
• [5] Kieloch M.: Optymalizacja szybkości nagrzewania wsadu płaskiego, W.: Mat. II Ogólnopolskiej Konf. n.t. Gospodarka cieplna i eksploatacja pieców przemysłowych, Częstochowa-Poraj 1994, s.163-176.
• [6] Senkara T.: Obliczenia cieplne pieców grzewczych w hutnictwie, „Śląsk”, Katowice 1981.
• [7] Szecówka L. (red): Wymiana ciepła w piecach przemysłowych. Wyd. Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa 2006.
• [8] Kieloch M.: Technologia i zasady obliczeń nagrzewania wsadu, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 1995.
• [9] Hahn D.W., Necati Özişik M.: Heat Conduction, John Wiley&Sons, Inc., Hobolen, New Jersey 2012.
• [10] Han J.-C.: Analytical Heat Transfer, CRC Press, 2012, http://www. crcpress.com, 31.03.2025 r.
• [11] Kostowski, E.: Przepływ ciepła. Wydawnictwo Pol. Śląskiej, Gliwice 2000.
• [12] Słupek S., Nocoń J., Buczek A.: Technika cieplna – ćwiczenia obliczeniowe, Wyd. AGH, Kraków 2002.
• [13] Marín E., Does Fourier’s Law of Heat Conduction Contradict the Theory of Relativity?, Lat. Am. J. Phys. Educ., Vol. 5, (2011) No. 2, p. 402 – 405.
• [14] Song C.H., Thermal Engineering, Machinery Industry Press, Beijing 2013.
• [15] Wang Y.,Wang P., Application of Fourier’s Law in One-Dimensional Steady Heat Conduction Calculation of Cylinder Wall, J. Phys.: Conf. Ser. 2381 012002, 2022.
• [16] Logan J. D., Applied Partial Differential Equations, Springer Verlag, New York 2015.
• [17] Kieloch M., Krężołek I., Nagrzewanie wsadu. Podstawy teoretyczne, Skrypt Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1988.
• [18] Shahnazari M. R., Ahmadi Z., Masooleh L. S., Perturbation analysis of heat transfer and a novel method for changing the third kind boundary condition into the first kind, J. Porous Media 20 (2017), p. 449 – 460.
• [19] Tu T. W., Exact solution of heat transfer in a slab with time- -dependent boundary conditions of first kind, Data Journal of Aeronautics, Astronautics and Aviation, Vol: 47 (2015), Issue: 2, p. 123 – 130.
• [20] Senkara T.: Piece grzewcze w hutnictwie żelaza, „Śląsk”, Katowice 1974.
• [21] Piech J.: Wyłożenia ogniotrwałe pieców i urządzeń cieplnych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 1999.
• [22] Michałowski M., Wessely R.: Atlas pieców grzewczych, „Śląsk”, Katowice 1972.
• [23] Kowalewski M.: Blaski i cienie hutnictwa żelaza na ziemiach polskich. Refleksje historyczne cz. I. Od zarania dziejów do roku 1939, Wydawnictwo PCz., Częstochowa 1989 r.
• [24] Musiał D., Kieloch M.: Remont i zabezpieczenie antykorozyjne zabytkowego koła wodnego, Wyd.: Dziedzictwo przemysłowe jako atrakcyjny produkt dla turystyki i rekreacji. Doświadczenia krajowe i zagraniczne, II Konferencja Międzynarodowa, Katowice 2005, s. 165-170.
• [25] Boryca J., Kieloch M., Wysocki A., Żabicki Ł: Remont i konserwacja zabytkowego koła wodnego w Muzeum Zagłębia Staropolskiego, Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Zabytki starego hutnictwa jako dziedzictwo kulturowe Europy”, Sielpia 2009, s. 12-18.
• [26] Morton G.R.: The wrought iron trade of the west midlands, Journal of The Iron and Steel Institute V. 211, No 2, 1973, pp. 93-105.
• [27] Kieloch M.: Tradycje Zagłębia Staropolskiego w produkcji żelaza, Mat. Międzynarodowej Konferencji Naukowej „Zabytki Starego Hutnictwa jako Dziedzictwo Kulturowe Europy”, Sielpia 2009, s. 57-63.
• [28] Dąbrowska M.: Rekonstrukcja pieca pudlingowego, Praca magisterska, Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2005.
• [29] Gil S., Bialik W., Gradoń B., Machulec B., Kozłowski S.: Rozwój pieców grzewczych w hutnictwie, Materiały konferencji Dziedzictwo kulturowe zabytków techniki oraz ich wpływ na rozwój współczesnych technologii przemysłowych (red.) Boryca Jarosław, Sielpia 2019, s. 55-63.
• [30] Senkara T.: Obliczenia pieców grzewczych w hutnictwie żelaza, „Śląsk”, Katowice 1968.
• [31] Wusatowski Z.: Piece walcownicze i kuźnicze T.I, Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Stalinogród 1954.
• [32] Wusatowski Z.: Piece walcownicze i kuźnicze T.II, Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze, Stalinogród 1954.
• [33] Szargut J.: Metody numeryczne w obliczeniach cieplnych pieców przemysłowych. Śląsk, Katowice 1997.
• [34] Szargut J., Białecki R., Fic A., i inni: Modelowanie numeryczne pól temperatury. WNT, Warszawa 1992.
• [35] Tajc N.Ju.: Technologija nagriewa stali. Metallurgizdat, Moskwa 1950.
• [36] Terlecki E.: Ustalenie technologii szybkiego nagrzewania wlewków stalowych w zależności od ich składu chemicznego. Praca doktorska. Częstochowa 1968.
• [37] Semrau Z.: Prace nad szybkościowym nagrzewaniem stali do obróbki plastycznej, W.: Mat. Konf. n.t. „Piece i urządzenia do nagrzewania stali w kuźniach matrycowych”. Poznań 1973, s.88- 103.
• [38] Kieloch M.: Strata stali w piecach grzewczych przy zmiennej temperaturze nagrzewnia, Wydawnictwo Pol. Częstochowskiej, Częstochowa 1991.
• [39] Kieloch M.: Rationalization of the scale formation process, Archives of Metallurgy v.43, 1998, nr 2, s.149-167.
• [40] Wyleciał T., Boryca J., Urbaniak D.: Analysis of the effect of the excess air combustion ratioon the loss of steel and scale adhesion in the process of heating the steel charge including changes in technology, Archives of Metallurgy and Materials, Vol. 68 (2023) Iss. 3, p. 1025-1028.
• [41] Boryca J., Kolmasiak C., Wyczółkowski R., Bagdasaryan V., Aghbalyan S., Calculation model of heating curves of a steel charge heated in a walking beam furnace before plastic working, Metalurgija, 63 (2024) 3-4, p. 457- 460.
• [42] Krzywański J., Boryca J., Urbaniak D., Otwinowski H., Wyleciał T., Sosnowski M., Fuzzy Logic Approach for Modeling of Heating and Scale Formation in Industrial Furnaces, Materials, Vol. 17 (2024) Iss. 21.
• [43] Boryca J., Wyleciał T., Urbaniak D., Otwinowski H., How Charge Arrangement Affects Heat Transfer in Chamber Furnaces During Steel Heating, International Journal of Heat and Technology, 43 (2025) 1, p. 11-18.
• [44] Musiał D.: Numerical analysis of the process of heating of a bed of steel bars, Archives of Metallurgy and Materials, 58(2013) 1, 63-66.
• [45] Gołdasz A., Malinowski Z.: Identification of the Heat Transfer Coefficient at the Charge Surface Heated at the Chamber Furnace, Arch. Metall. Mater., Vol. 62 (2017), Issue 2, pp. 509-513.
• [46] Hadała B., Rywotycki M., Malinowski Z., Kajpust Sz., Misiowiec S.: Optimization of long charge heating in a rotary furnace, Archives of Metallurgy and Materials, 2021, vol. 66, no. 2, pp.659-668.
• [47] Malinowski Z., Rywotycki M.: Modelowanie nagrzewania pasma w piecach pokrocznych, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 2008, vol. 75, no. 4, s.601-604.
• [48] Hetmański, M., Laskowski, K., Kulbacki, M., Kopeć, J. (2024). Stal nisko- czy zeroemisyjna? Jak zdekarbonizować produkcję stali w Polsce. Instrat Policy Paper 02/2024, https://instrat.pl/ wp-content/uploads/2024/10/Instrat-Policy-Paper-02-2024-Stal- nisko-czy-zeroemisyjna.-Jak-zdekarbonizowaA%C2%87-pro dukcjA%C2%99-stali-w-Polsce.pdf, 30.03.2025 r.
• [49] httpwww_bg_utp_edu_plartpiscmoib52010piscmoib5sladeczek142- 1.pdf
• [50] Bukowski, M., & Bocian, K. (2024). Przemysł stalowy w Polsce. Analiza sektora, wyzwania, wizja przyszłości. WiseEuropa, https://wise-europa.eu/wp-content/uploads/2024/08/Przemysl_ stalowy_w_Polsce.pdf, 31.03.2025 r.
• [51] Boryca J., Wyleciał T., Urbaniak D., Fuel consumption reduction strategies for heating steel charge prior to plastic processing, International Journal of Heat and Technology, 41 (2023) 3, p. 563 – 571.