Surové železo

Odlité polotovary surového železa – tzv. housky

Roztavené surové železo

Surové železo se vyrábí ve vysoké peci tavením železné rudy s koksem, vápencem a dalšími přísadami. Má vysoký obsah uhlíku 3,0–4,3 %, a další příměsi 0,5–3,0 % křemíku, 0,5–3,0 % manganu, 0,05–2 % fosforu a až 0,1 % síry. Vlivem vysokého obsahu uhlíku je tvrdé a křehké, při ohřátí na teploty 1150 °C až 1250 °C se taví bez přechodu přes tvárný stav. Proto ho není možné tvářet za tepla ani za studena. Nazývá se také nekujné železo a jeho přímé použití je velmi omezené. Je to především výchozí surovina pro výrobu ostatních druhů technického železa – oceli a litiny.

Výroba surového železa byla ve starověké Číně známa už v období rané dynastie Čou (1122–256 př. n. l.). V Evropě nebyl postup běžně znám od počátku doby železné, tj. od 9.–8. století př. n. l.

Formy uhlíku

V surovém železe může uhlík existovat ve dvou formách:

1. Při pomalém chladnutí a při větším obsahu křemíku (2–4 %) se vyloučí uhlík ve formě krystalů grafitu mezi krystaly železa. Takovéto železo má šedý lom, proto se nazývá šedé surové železo. Obsah uhlíku bývá 3,5–4,2 %.
2. Při rychlém chladnutí není pro krystalizaci dostatek času a současně při větším obsahu manganu (do 6 %) tvoří uhlík se železem sloučeninu – karbid železa (Fe₃C), nazývaný cementit. Takovéto železo má bílý lom, proto se nazývá bílé surové železo. Obsah uhlíku bývá až 4,5 %.

Rozdělení

Surové železo pro výrobu oceli se obvykle dopravuje v tekutém stavu. Odlité surové železo a následné produkty se dělí:

1. šedé surové železo – čím více uhlíku se vyloučí ve formě grafitu, tím má tmavší barvu, je měkčí a lépe se obrábí. Dobře se odlévá, více se proto používá pro slévárenské účely. Odlévá se do pískového licího pole.
   • ocelářské
   • slévárenské:
     • šedá litina
       • tvrzená litina
       • očkovaná litina
       • tvárná litina
       • legovaná litina
       • nelegovaná litina
2. bílé surové železo – vyloučený cementit způsobuje jeho tvrdost, většinou se proto dále zpracovává v ocelárnách na ocel. Odlévá se do kovového licího pole.
   • ocelářské
   • slévárenské:
     • bílá litina
       • nelegovaná temperovaná litina
3. speciální surové železo – feroslitina – kromě uhlíku obsahuje další prvky nejčastěji mangan, křemík, chróm, vanad, molybden. Používají se jako přísady při výrobě slitinových – legovaných ocelí a litin.

Výroba

Na tuto kapitolu je přesměrováno heslo Výroba železa.

Surové železo se vyrábí ve vysokých pecích redukcí železných rud oxidem uhelnatým nebo uhlíkem při vysokých teplotách. Do technologického procesu vstupují následující suroviny s obsahem železa:

Základní suroviny pro výrobu

• železná ruda – nejčastěji magnetit, hematit, limonit a siderit
• ocelový odpad – nejčastěji okuje, které vznikají při tváření ocele za tepla a obsahují až 55 % železa, ale také silně znečištěný železný šrot
• pyritové výpražky – odpad při výrobě kyseliny sírové a obsahují až 60 % železa
• vysokopecní prach – získaný přečištěním vysokopecního plynu

Další látky a suroviny pro výrobu

• koks – slouží jako zdroj uhlíku:
  • jako palivo pro dosažení potřebné teploty
  • jako chemikálie:
    • vstupuje do reakce jako redukční činidlo
    • slučuje se s železem na karbid železa (cementit)
• vzduch – potřebný pro udržení hoření, do vysoké pece se vhání předehřátý, může být i obohacený o kyslík.
• struskotvorné přísady – umožňující lepší oddělení zbytků hlušiny, nežádoucích příměsí a popela a vytvoření strusky – například vápenec

Produkty výroby ve vysoké peci

• surové železo – hlavní produkt
• vysokopecní plyn – odvádí se a využívá se dále jako palivo
• vysokopecní struska – dále se zpracovává na vysokopecní cement, struskovou vlnu (vatu), dlažební kostky, struskový štěrk, struskový písek a jiné produkty

Příprava rud

Před vstupem do vysoké pece je potřeba železné rudy náležitě připravit. Kusy rudy by měly mít velikost 25–80 mm a měly by být zbaveny vody a síry v co největší míře. Pro tyto účely se rudy drtí v drtičkách a třídí v magnetických třídičích (oddělení hlušiny). Dále sa drobné kusy a vysokopecní prach spojují lisováním – briketováním nebo spékáním – aglomerací. Některé rudy se upravují i pražením. Pro dosažení průměrného obsahu železa a hospodárného provozu vysoké pece se míchají různé rudy, tento proces se nazývá homogenizace.

Chemické reakce

Ve vysoké peci probíhají tyto hlavní reakce:

• spalování koksu za vzniku oxidu uhličitého nebo oxidu uhelnatého

${\mathsf {C+O_{2}\ \to \ CO_{2}}}$

${\mathsf {2\,C+O_{2}\ \to \ 2\,CO}}$

• redukce železa oxidem uhelnatým nebo uhlíkem

${\mathsf {6\,CO+2\,Fe_{2}O_{3}\ \to \ 4\,Fe+6\,CO_{2}}}$

${\mathsf {3\,C+Fe_{2}O_{3}\ \to \ 2\,Fe+3\,CO}}$

• vznik strusky

${\mathsf {CaO+SiO_{2}\ \to \ CaSiO_{3}}}$

Bilance procesu

Materiál potřebný na výrobu 1 tuny

• 2,0–2,4 tuny železné rudy
• 1,0–1,4 tuny koksu
• 700–800 kilogramů struskotvorných přísad
• 4000 m³ vzduchu

Zároveň vzniká

• 3600–4000 m³ vysokopecního plynu
• 0,5–0,8 tuny vysokopecní strusky

Odkazy

Související články

• Technické železo

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Surové železo na Wikimedia Commons

Autoritní data	NKC: ph126284 PSH: 5310 GND: 4178347-5 NDL: 00570793