Surové železo

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
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[upraviť | upraviť zdroj]

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[upraviť | upraviť zdroj]

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.
  2. biele surové železo - vylúčený cementit spôsobuje jeho tvrdosť, väčšina sa preto ďalej spracováva v oceliarňach na oceľ.
  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[upraviť | upraviť zdroj]

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, do pece sa vháňa predohriaty.
    • uhlík z neho vstupuje do reakcie ako redukčné činidlo,
    • uhlík z neho nauhličuje vyrobené čisté železo,
  • vzduch - potrebný pre udržanie horenia,
  • 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[upraviť | upraviť zdroj]

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 priemrného obsahu železa a hospodárnej prevádzky vysokej pece sa miešajú rôzne rudy, tento proces sa nazýva homogenizácia.

Chemické reakcie[upraviť | upraviť zdroj]

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[upraviť | upraviť zdroj]

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.

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]