Výroba železa
Železo je svým výskytem druhým nejrozšířenějším kovem na Zemi. Předpokládá se, že Zemské jádro je tvořeno převážně železem, kobaltem a niklem. Železo mělo také ale i významné postavení v historii.
Historie jeho výroby je spojena s objevem dřevěného uhlí a to již 3000 let př. n. l, kdy začali jako první železo vyrábět Chetité, kteří jeho postup přípravy tajili. Železná ruda se tavila v mělkých jámách, kde jako redukční činidlo se používalo dřevěné uhlí. Po rozpadu Chetitské říše se výroba železa rozšířila, což vedlo k pojmenování celého období jako doby železné. Ve středověku byly mělké jámy nahrazeny malými šachtovými pecemi, ze kterých se postupem času vyvinuly dnešní vysoké pece. Velký zlom nastal s objevem a využíváním koksu jako redukčního činidla v 18.století, které nahradilo do té doby používané dřevěné uhlí. Jeho používání lze považovat za jeden z faktorů průmyslové revoluce. Nyní si povíme, jaký je postup přípravy železa.
Železo se dnes vyrábí vysokoteplotní redukcí železné rudy ve vysokých pecích. Mezi základní suroviny, které se pro výrobu železa používají, jsou již zmiňované železné rudy, které obsahují různé množství železa. Nejčastěji se pro zpracování používá krevel (Fe2O3) nebo magnetit (Fe3O4). Aby se zpracování železné rudy ekonomicky vyplatilo, tak kovnatost (obsah kovu v hornině) musí být minimálně 25%. Zbytek je hlušina, která je nejčastěji tvořená SiO2, Al2O3, CaO a MgO. Hlušina se před nadávkování železné rudy do vysoké pece ještě odstraňuje a dále se železná ruda upravuje na cílový produkt, který lze nadávkovat do vysoké pece.
Hlušina, která zůstala vsurovině, vytváří strusku. Mezi struskotvorné látky, které se dále přidávají do vysoké pece, patří vápenec (CaCO3) a dolomit (CaMg(CO3)2). Tyto látky se přidávají do vysoké pece, aby struska měla požadované složení. Poměr mezi kyselými a zásaditými složkami (přednostně (CaO+MgO)/SiO2 ) dosahuje hodnoty mezi 1,5-2. Struska plní v zásadě dvě hlavní funkce ve vysoké peci. Váže do sebe hlušinu ze železné rudy. Struska má nižší hustotu než železo, a tak ho chrání před horkým vzduchem, který se vhání do vysoké pece. Ten by způsobil jeho oxidaci.
Jako palivo se ve vysoké peci využívá koks. Dnes se však stále častěji používají i pomocná paliva, mezi které patří například zemní plyn, ropné frakce, či práškové uhlí.
Schéma vysoké pece
zdroj: Obecná anorganická technologie, Univerzita Pardubice
Jak bylo uvedeno v předchozích odstavcích, tak výroba železa dnes probíhá ve vysokých pecích. Výška zařízení se pohybuje kolem 30m. Vysoká pec je vyrobena z ocele, kde vnitřní vyzdívka je tvořena šamotem, který vydrží vysoké teploty. Suroviny (palivo, železná ruda a struskotvorné suroviny) jsou přiváděny pomocí vozíčků do horní části vysoké pece. Protiproudně (z dolní části) je přiváděn horký vzduch, který se předehřívá v ohřívačích (Cowperech) na 1000°C. Z horní části se vysoká pes rozšiřuje až do nejširší části, která se nazývá rozpora. Pod ní se opět vysoká pec zužuje a tato část se nazývá níšeň. Ve vysoké peci probíhá několik reakcí, které vedou k tvorbě železa. Tyto reakce probíhají při různých teplotách. Díky protiproudému uspořádání se nachází v různých výškách odlišná teplota a suroviny, které jsou dávkovány shora projdou všemi teplotními oblastmi.
Další článek o zpracování železa naleznete v následujícím článku - Zpracování železa
Autor: Jaroslav Kocík, KocikJ@seznam.cz
