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 
V surovom železe môže uhlík existovať v dvoch formách:
 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%.
  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 
Surové železo a následné produkty sa delia:
 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.  
 oceliarske
 lejárske:
 sivá liatina
 tvrdená liatina
 očkovaná liatina
 tvárna liatina
 legovaná liatina 
 nelegovaná liatina 
 biele surové železo - vylúčený cementit spôsobuje jeho tvrdosť, väčšina sa preto ďalej spracováva v oceliarňach na oceľ. 
 oceliarske
 lejárske:
 biela liatina
 nelegovaná temperovaná liatina
 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 
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, .
 uhlík z neho vstupuje do reakcie ako redukčné činidlo,
 uhlík z neho nauhličuje vyrobené čisté železo,
 vzduch - potrebný pre udržanie horenia, do pece sa vháňa predohriaty.
 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 
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 priemerného obsahu železa a hospodárnej prevádzky vysokej pece sa miešajú rôzne rudy, tento proces sa nazýva homogenizácia.

 Chemické reakcie 
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 
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.

Kategória:Hutníctvo
Kategória:Zliatiny železa
Kategória:Výroba surového železa