Vysoká pec

Vysoká pec je agregát na výrobu surového železa. Je to prvé zariadenie, v ktorom sa začína spracovanie železnej rudy na železo. Okrem železa sa vysoká pec používa aj na výrobu iných technických materiálov, napríklad kremíka.
História.
Najstaršie známe vysoké pece sa stavali v Číne v 1. storočí pred Kr., ale artefakty z liateho železa sa v Číne datujú už skôr a to už v 5. storočí pred Kr. Takže je možné, že história stavby vysokej pece je staršia ako je nám zatiaľ známe. Tieto rané vysoké pece mali hlinené steny a na výtok použité minerály obsahujúce fosfor. Prvé známe vysoké pece na západe boli postavené vo Švédsku niekedy medzi rokmi 1150 a 1350. Nie je jasné, či tu vznikli pece samostatne, alebo či sa do Európy dostali z Číny.
V roku 1706 vyvinul Abraham Darby vysokú pec využívajúcu namiesto drevného uhlia ako palivo koks.
Opis.
Zhora sa do "kychty" (7) (alebo presnejšie sadzobne) sype koks, železná ruda, vápenec a iné látky aby bolo zloženie taveniny eutektické, t. j. ľahšie sa tavila. Aby sa dosiahol eutektický bod alebo ledeburitový bod podiel uhlíka musí byť 4,3 %. Dole je tavná zóna, na spodku ktorej je "tekuté železo" a na ňom pláva "troska", kvôli nižšej mernej hmotnosti. Nad tým je ohnisko alebo "zarážka" (9). Do tej sa fúka "vietor" (1), čo je vzduch predhriaty asi na 700 °C. Priestor medzi kychtou a zarážkou sa nazýva "rozpor" (8). Spodná časť vysokej pece sa nazýva "nistej" a úplne dole je tzv. dno pece. Samozrejme vysokú pec je potrebné chladiť. Najčastejšie sa to deje pomocou vody. Na samotnom pancieri (plášť pece) sú namontované tzv. chladnicebloky v ktorých sú zaliate rúrky cez ktoré cirkuluje voda a chladí okolie. Tieto chladnice môžu byť aj z medi (napr. VP2 v USS KE resp. aj iné) aj z iných materiálov. Rozmery chladníc sú cca. 1 100 x 1 800 x 300 mm, hmotnosť jednej Cu chladnice okolo 1 700 kg. Chladenie dna môže byť taktiež vodou alebo vzduchom.
Funkcia.
Vsádzkové suroviny do vysokej pece musia byť požadovanej zrnitosti, aby mohol medzi nimi prúdiť redukčný plyn. Surové železo sa odpichuje do pojazdného miešača (torpéda), pre ďalšie spracovanie na oceliarni alebo do kokíl na ďalšie spracovanie, pozri: zkujnenie a upokojovanie.
Vysoká pec funguje nepretržite aj 10 rokov, potom sa vykonáva generálna oprava. Pri tejto príležitosti sa často inovuje technológia. V rámci modernizácie to môže byť napr. výmena pancierov, výmena chladníc v peci alebo výmena celého chladiaceho systému.
Palivo.
Palivo vo vysokej peci slúži na výrobu tepla pre hutnícky proces, teda na redukciu rudy a tavenie surového železa a prísad. Tiež dodáva uhlík alebo oxid uhoľnatý, nevyhnutný na redukciu železných rúd a v neposlednom rade dodáva vytavenému železu potrebný uhlík (nauhličuje), aby malo surové železo požadovaný obsah uhlíka nad 4,2 %.
Najstarším palivom, splňujúcim tieto požiadavky je drevné uhlie s nízkym obsahom síry. Je vhodné iba pre nižšie pece pre svoju malú pevnosť a dnes je využívané iba výnimočne.
Jeho náhradou sa stal hutnícky koks. Obyčajné uhlie je nepoužiteľné, pretože pri istej teplote mäkne, speká sa a neprepúšťa plyny prúdiace vysokou pecou. Tiež nedosahuje také teploty ako koks. Koks sa vyrába vysokotepelnou karbonizáciou, čiže zahrievaním spekaného čierneho uhlia asi pri 1000 °C bez prístupu vzduchu, prípadne s určitou prímesou nespekaného čierneho uhlia.
Vzduch.
Do vysokej pece sa privádza predohriaty vzduch, aby palivo horelo a dosahovali sa potrebné teploty. Na tonu vyrobeného surového železa treba priemerne 3000 m3 vzduchu. Vzduch (vietor) sa do pece vháňa piestovými dúchadlami alebo turbodúchadlami tlakom 0,08 - 0,2 MPa.
Vzduch sa pred vpustením ohrieva v "Cowperových ohrievačoch" ("Cowperoch"), čo sú valcovité nádoby z oceľového plechu vymurované žiaruvzdorným materiálom. Ich priemer je 6 - 8 m, výška 30 - 40 m. Do spaľovacej komory sa najprv potrubím privádza "vysokopecný (kychtový) plyn" (11), ktorý sa tesne pred vstupom do ohrievača mieša so vzduchom a potom sa v komore spaľuje. Toto obdobie vykurovania ohrievača trvá 2 - 5 hodín. Po vyhriatí muriva na 900 - 1000 °C sa prívod plynu zastaví. Opačným smerom sa potom vháňa studený vzduch, ktorý sa ohrieva pre vysokú pec. Dúchanie trvá 2 hodiny, potom sa proces opakuje vykurovaním.
Každá vysoká pec má 3 - 4 ohrievače (minimálne 2), ktoré sa striedajú. Účelom predhrievania vzduchu je úspora koksu, zvýšenie teploty a tým zvýšenie výkonu vysokej pece.