Surové železo

Odpich surového železa.

Roztavené surové železo.

Surové železo je bezprostredný produkt tavenia železnej rudy s koksom, vápencom a ďalšími prísadami vo vysokej peci. Má vysoký obsah uhlíka - viac ako 2,14 %, typicky aj viac ako 3,5 %. Vplyvom vysokého obsahu uhlíka je tvrdé a krehké, pri ohriatí na teploty 1150 °C až 1250 °C sa taví bez prechodu cez tvárny stav. Preto ho nie je možné tvárniť za tepla ani za studena. Nazýva sa tiež nekujné železo a jeho priame použitie je veľmi obmedzené. Je však východiskovým materiálom pre výrobu ostatných druhov technického železa.

Výroba surového železa bola v Číne známa už v období neskorej dynastie Zhou (1122 - 256 pred naším letopočtom). V Európe nebol postup bežne známy až do 14. storočia.

Forma uhlíka

V surovom železe môže uhlík existovať v dvoch formách:

1. Pri pomalom chladnutí, a pri väčšom obsahu kremíka (2 - 4%) sa vylúči uhlík vo forme kryštálov grafitu, medzi kryštálmi železa. Takéto železo má sivý lom, preto sa nazýva sivé surové železo. Obsah uhlíka býva 3,5 - 4,2%.
2. Pri rýchlom chladnutí, nie je pre kryštalizáciu dostatok času a súčasne pri väčšom obsahu mangánu (do 6%) tvorí uhlík so železom zlúčeninu - karbid železa (Fe₃C), nazývaný aj cementit. Takéto železo má biely lom, preto sa nazýva biele surové železo. Obsah uhlíka býva až 4,5 %.

Rozdelenie

Surové železo a následné produkty sa delia:

1. sivé surové železo - čím viac uhlíka sa vylúči vo forme grafitu, tým má tmavšiu farbu, je mäkšie a lepšie sa obrába. Dobre sa odlieva, väčšina sa preto používa na lejárske účely.
   • oceliarske
   • lejárske:
     • sivá liatina
       • tvrdená liatina
       • očkovaná liatina
       • tvárna liatina
       • legovaná liatina
       • nelegovaná liatina
2. biele surové železo - vylúčený cementit spôsobuje jeho tvrdosť, väčšina sa preto ďalej spracováva v oceliarňach na oceľ.
   • oceliarske
   • lejárske:
     • biela liatina
       • nelegovaná temperovaná liatina
3. špeciálne surové železo - ferozliatina - okrem uhlíka obsahuje ďalšie prvky najčastejšie mangán, kremík, chróm, vanád, molybdén, vanád. Používajú sa ako prísady pri výrobe zliatinových - legovaných ocelí a liatin.

Výroba

Surové železo sa vyrába vo vysokých peciach redukciou železných rúd oxidom uhoľnatým, alebo uhlíkom pri vysokých teplotách. Do procesu vstupujú nasledovné suroviny s obsahom železa:

• železná ruda - najčastejšie magnetit, hematit, limonit a siderit,
• oceľový odpad- najčastejšie okoviny, ktoré vznikajú pri tvárnení ocele za tepla a obsahujú až 55% železa,
• pyritové výpražky - odpad pri výrobe kyseliny sírovej a obsahujú až 60% železa,
• vysokopecný prach - získaný prečistením vysokopecného plynu.

Okrem nich do procesu vstupuje:

• koks - ktorý plní 3 úlohy:
  • slúži ako palivo pre dosiahnutie potrebnej teploty, .
  • uhlík z neho vstupuje do reakcie ako redukčné činidlo,
  • uhlík z neho nauhličuje vyrobené čisté železo,
• vzduch - potrebný pre udržanie horenia, do pece sa vháňa predohriaty.
• troskotvorné prísady - umožňujúce lepšie oddelenie hlušiny a popola a vytvorenie trosky, napríklad vápenec.

Produktmi vysokej pece sú:

• surové železo - hlavný produkt,
• vysokopecný plyn - využíva sa ako palivo,
• vysokopecná troska - táto sa ďalej spracováva na vysokopecný cement, troskovú vlnu, dlažobné kocky, troskový štrk, troskový piesok a iné produkty.

Príprava rúd

Pred vstupom do vysokej pece je potrebné železné rudy pripraviť. Kusy rudy by mali mať veľkosť 25 až 80 milimetrov a mali by byť zbavené vody a síry v čo najväčšej miere. Na tieto účely sa rudy drvia v drvičoch a triedia v magnetických triedičoch (oddelenie hlušiny). Ďalej sa drobné kusy a vysokopecný prach spájajú lisovaním - briketovaním, alebo spekaním - aglomeráciou. Niektoré rudy sa upravujú aj pražením. Pre dosiahnutie priemerného obsahu železa a hospodárnej prevádzky vysokej pece sa miešajú rôzne rudy, tento proces sa nazýva homogenizácia.

Chemické reakcie

Vo vysokej peci prebiehajú tieto hlavné reakcie:

• spaľovanie koksu za vzniku oxidu uhličitého alebo uhoľnatého

C + O₂ → CO₂

2 C + O₂ → 2 CO

• redukcia železa oxidom uhoľnatým alebo uhlíkom

6 CO + 2 Fe₂O₃ → 4 Fe + 6 CO₂

3 C + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO

• vznik trosky

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Bilancia procesu

Na výrobu 1 tony surového železa sa spotrebuje:

• 2 - 2,4 t železnej rudy,
• 1 - 1,4 t koksu,
• 700 – 800 kg troskotvorných prísad,
• 4000 m³ vzduchu.

Zároveň vznikne:

• 3600 – 4000 m³ vysokopecného plynu,
• 0,5 - 0,8 t vysokopecnej trosky.

Chemický portál