Výroba železa

1. Vlastnosti železa:

– čisté železo je striebro biele (sivobiele), lesklé a mäkké
- je ťažné a za tepla sa dá dobre kovať
- na vlhkom vzduchu ľahko koroduje, preto sa povrch chráni pozinkovaním, pochrómovaním, poniklovaním a pocínovaním
- rozpúšťa sa v zriedených kyselinách, pričom vzniká príslušná železná soľ a vodík

2. Podľa obsahu uhlíka rozdeľujeme železo na:

a)nekujné – obsah uhlíka je tu od 2 do 5 % a zaraďujeme sem surové železo
b)kujné – kde obsah uhlíka je do 2 %. Patrí sem oceľ.

Za surové železo považujeme každú zliatinu železa získanú redukciou rúd, kým nie je kujná. Osalitné druhy surového železa sa nazývajú ferozliatiny, kt. sa používajú ako oceliarske prísady. Surové železo nie je kujné a spracúvava sa odlievaním. Kujné železo sa získava zo surového odstránením nadbytočného uhlíka, od nekujného sa líši tým, že pred dosiahnutím teploty topenia získava tvárnosť.

Proces výroby železa vo vysokej peci:

Za vstupné suroviny v tomto procese považujeme:

a)upravené želznú rudu
b)troskotvorné prísady – vápenec
c)palivo (hutnícky koks)
d)horúci vzduch
e)voda na chladenie

Železná ruda nie je čistá, obsahuje aj nekovové zložky, ktoré nazývame hlušina, kt. odstraňujeme troskotvornou prísadou (vápencom). Samotný proces prebieha vo vysokej peci (zo šamotových tehiel), ktorá pracuje protiprúdne, kde sa železná ruda, palivo a troskotvorné prísady navážajú zhora do pece a klesajú vlastnou hmotnosťou do nižších priestorov pece:

1)Spaľovaním koksu horúcim vzduchom vzniká

C + O2 → CO2 + teplo (Q)

2)Vzniknutý oxid uhličitý sa dostáva do styku s koksom sa rozkladá sa na

CO2 + C→ 2 CO

3)Oxid uhoľnatý zapríčiňuje nepriamu redukcii železnatej rudy

Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2
Fe3O4 + 4 CO→ 3 Fe + 4 CO2

- táto fáza prebieha v hornej časti pece, kde prebieha redukcia z oxidu železitého na oxid železnatý, pričom vzniká železo. Prebiehajú pri teplote 400 – 1000 °C.

4)Priama redukcia, ktorá prebieha pri teplote vyššej ako 1000 °C a ide vlastne o redukcii uhlíka

3 Fe2O3 + C → 2 Fe3O4 + CO

Fe2O3 + 4 C → 3 Fe + 4 CO
FeO + C → Fe + CO

Železo obohatené uhlíkom má nižšiu teplotu topenia než čistý kov, taví sa a padá na dno pece v podobe kvapiek, kt. sú obalené troskou. Surové železo, ktorého teplota je 1400 – 1500 °C sa zhromažďuje v spodnej časti pece (NISTEJ) a odpichuje sa po 2 -3 hodinách do parných vozov, kt. sa odvážajú do oceliarní.

Ďalšie produkty vysokej pece:

- okrem surového železa patrí medzi produkty vysokej pece troska a vysokopecný plyn.
- troska sa používa na výrobu dlaždíc, zmiešaných cementov, troskotvorných tehiel atď. Plyn, kt. odchádza z vysokej pece má teplotu 150 – 300 °C a využíva sa na vykurovanie.

Výroba ocele

Oceľ sa získava skujňovaním surového železa, pričom sa spracúva aj železný odpad. Pri skujňovaní železa sa zníži obsah uhlíka pod 1,7 %.

Oceľ sa vyrába troma spôsobmi:

1.v konvektoroch

– prívodom vzduchu do tekutého surového železa sa spaľuje kremík, mangán, uhlík a fosfor v tomto poradí. Teplota vzduchu však stúpa, pretože spaľované teplo týchto prvkov je veľké. Spálené prvky odchádzajú von v podobe plynov alebo prechádzajú do trosky. Získaná oceľ je horúca, tekutá a odlieva sa do kokíl na ignoty.

2.v plameňových peciach

– martinské pece, týmto spôsobom sa skujňuje železo, u ktorého nepoznáme presné zloženie. V toto type pece sa spracováva so surovým železom aj odpadové železo. Na vykurovanie sa používa plyn, ktorý sa zmiešava so vzduchom a privádza sa šikmými kanálmi. Hotová oceľ sa odpichuje do odlievacej panvy, odkiaľ sa nalieva do foriem a má takýto priebeh – najskôr sa vsádza ľahký odpad, potom vápno, železný odpad a tekuté surové železo. Po roztavení tuhých častíc sa spáli všetok obsah kremíka a mangánu a začína sa spaľovať uhlík a tým získame oceľ. Pri požadovanom percente sa skujňovanie zastaví a zabráni prísunu kyslíka do zmesi.
3.v elektrických peciach

– v týchto zariadeniach sa vyrába kvalitná uhlíková a zliatinová oceľ. Vstupné suroviny sú tie isté ako pri výrobe ocele v plameňovej peci. Teplota je tu vyššia, čo umožňuje dokonalé odstránenie síry a fosforu. Vzniknutá oceľ má dobrú jemnosť zrna.