Co se vyrábí ve vysoké peci?
Všechny kovové výrobky lze rozdělit na dva velké typy – výrobky z neželezných kovů, které neobsahují železo, a výrobky z neželezných kovů, které železo obsahují. V souladu s tím vznikla dvě odvětví – hutnictví neželezných kovů a hutnictví železa. Hlavními produkty hutnictví železa jsou výroba oceli a litiny.
Hlavním rozdílem mezi litinou a ocelí je procento uhlíku. Pokud slitina obsahuje méně než 2 % uhlíku, jedná se o ocel, pokud více, o litinu. Ocel je tažnější než litina, ale litina je tvrdší než ocel.
Litiny se zase dělí na bílé a šedé.
Bílá litina svými vlastnostmi zaujímá mezipolohu mezi ocelí a šedou litinou. V bílé litině je uhlík ve formě karbidů (Fe3C). Cementit na lomu bílé litiny má světlou barvu, odtud název takové litiny. Bílá litina se obvykle nepoužívá v čisté formě, přidává se při výrobě temperované litiny.
Šedá litina obsahuje velké procento křemíku (1,2-3,5%), stejně jako další nečistoty – mangan, fosfor, síra. Uhlík v šedé litině je ve formě lamelárního grafitu, proto při lomu má taková litina šedou barvu.
Vysokopecní výroba litiny
Litina se taví v šachtových pecích, které se nazývají vysoké pece. Vysoké pece mají poměrně složitou konstrukci a velmi velké rozměry. Stavba vysoké pece probíhá již několik let. Trouba má na vnější straně odolný ocelový plášť. Vnitřek vysoké pece je vyzděn žáruvzdornými šamotovými cihlami.
Pracovní prostor vysoké pece zahrnuje (zdola nahoru): nístěj, ramena, páru, šachtu a vršek. Vsázka se do pece vkládá přes speciální zavážecí zařízení umístěné v horní části pece.
Výška vysoké pece dosahuje 35 metrů, užitečný objem je od 2000 do 5000 metrů krychlových.
Spalování paliva ve vysoké peci se provádí přívodem ohřátého vzduchu přes dmýchací trubice, které jsou umístěny v horní části nístěje. Vyčištěný vysokopecní plyn je přiváděn do hořáku, který vstupuje do spalovací komory, kde je spalován. Horký plyn prochází tryskou, ohřívá ji a je odváděn komínem.
Proces výroby železa ve vysoké peci zahrnuje redukci oxidů železa, oxidu uhelnatého, vodíku a pevného uhlíku, které jsou obsaženy v železné rudě a uvolňují se při spalování paliva.
Vsázka vložená do vysoké pece se začíná ohřívat, tavit a na její místo se postupně přivádějí nové části vsázky. Jak vsázka klesá, dochází k procesům redukce železa z oxidů rud. Redukované železo je obohaceno uhlíkem a po pádu do spodní části nístěje je odstraněno ve formě tekuté litiny.
Kromě litiny se ve spodní části vysoké pece hromadí struska sestávající z tavených oxidů hlušinové rudy, tavidel a popela. Jelikož má struska ve srovnání s litinou nižší hustotu, hromadí se na povrchu tekuté litiny. Strusky obsahují oxidy hliníku, vápníku, hořčíku, křemíku, manganu, železa a sulfidu vápenatého. Složení strusky se postupně mění, jak proudí do pece.
Tekutá litina se uvolňuje litinovým odpichem každé 3-4 hodiny, struska se uvolňuje odpichem strusky přibližně 2x častěji (každé 1-1,5 hodiny). Odpichový otvor se otevře speciální vrtačkou a po vypuštění strusky nebo litiny se uzavře speciální žáruvzdornou hmotou.
Průměrná doba nepřetržité vysokopecní kampaně je 7-10 let.
Tři stupně provozu vysoké pece
Poté, co je vysoká pec postavena nebo prošla většími opravami, musí být uvedena do provozu. Spouštění vysoké pece se nazývá foukání. Předvysoká pec prochází všemi potřebnými zkouškami a kontrolami výkonu. Zvláštní pozornost je věnována kvalitě zdiva žáruvzdorného materiálu a stupni jeho vysušení. Ohnivzdorné zdivo se suší několik dní.
Proces foukání začíná přípravou speciální foukací vsázky a jejím naložením do vysoké pece. Dmychací vsázka má proměnlivé složení – do spodní části vysoké pece se nakládá koks, do kterého se přidává vysokopecní struska a vápenec. Ruda se zavádí do následujících částí dmýchací vsázky a postupně se zvyšuje její množství. Dokud se vysoká pec nezahřeje, je množství vysokopecní rudy několik dní udržováno pod normálem. Vysoká pec dosáhne provozního režimu během 7-10 dnů.
Po ukončení foukání pece pracuje pec v provozním režimu. Hlavním úkolem personálu údržby je získat maximální množství litiny požadované jakosti při minimální spotřebě koksu. Problém je řešen nalezením optimálního režimu tavení, který se volí individuálně pro každou vysokou pec.
Postupně žáruvzdorné zdivo vysoké pece vyhoří a stane se nepoužitelným. Přichází chvíle, kdy musí být vysoká pec odstavena z důvodu velkých oprav. Proces zastavení vysoké pece a její uvolnění od vsázkových materiálů a produktů tavení se nazývá foukání.
Suroviny pro výrobu litiny
Technologie výroby litiny zahrnuje použití vhodných surovin, kterými jsou železné rudy, palivo a tavidla ve formě vsázky. Vysokopecní tavení také používá kouřový prach, okuje, otevřenou nístěj a svařovací strusku obsahující železo, mangan, oxid vápenatý a oxid hořečnatý.
Železné rudy jsou samozřejmě hlavní surovinou pro tavení železa. Protože železo se v zemské kůře nenachází v čisté formě, získává se z rud bohatých na železo. V přírodě asi 350 minerálů obsahuje železo v různém množství. Nejvíce železa je obsaženo v magnetitech, hematitech a goethitech, kterým se také říká magnetické, červené a hnědé železné rudy.
Magnetická železná ruda se v přírodě zpravidla nachází ve formě silné kusové horniny obsahující až 55-60% železa. Magnetit získal své jméno pro svou vysokou magnetickou susceptibilitu, takže tento druh rudy lze obohacovat elektromagneticky.
Hematit je bezvodý oxid železa a je produktem zvětrávání magnetitů. Červená železná ruda se vyskytuje v kusové nebo prašné formě. Procento železa v hematitech kolísá kolem 50-60%.
Goethit (limonit) je vodnatý oxid železa. Hnědá železná ruda vzniká v přírodě při oxidaci jiných druhů železných rud. Goethity jsou v zemské kůře nejčastější, ale kvůli obtížnému procesu obohacování se používají v malém množství. Hnědé železné rudy obsahují od 25 do 50 % železa a složení rudy se liší i v rámci stejného ložiska.
Světová výroba surového železa
Technologii výroby litiny jako první zvládli Číňané, kteří se naučili odlévat mince z litiny již v 10. století. Ve 13-14 století používali mongolští Tataři z éry Zlaté hordy kotle vyrobené z litiny.
První použití litiny ve vojenských záležitostech bylo zaznamenáno během stoleté války, kdy Francouzi spolu s bronzovými děly používali i litinu. Na začátku 15. století se na anglických lodích objevila litinová děla a kamenné dělové koule byly nahrazeny dělovými koulemi odlévanými z litiny. První litinová děla v Rusku se začala odlévat za dob Ivana Hrozného.
Litina se začala odlévat v Rusku na začátku 18. století. První várka litiny byla odlita v roce 1701 na Uralu a o necelé století později se Rusko stalo světovým lídrem v tavení litiny s výrobou 9908000 19 XNUMX liber litiny ročně, před Anglií, Francií, Švédskem a USA. v tomto ukazateli. Vedení však brzy přešlo na Brity, kteří v polovině XNUMX. století produkovali polovinu světové tavby železa. Ale na konci století Američané chytili „dlaň“ od Britů.
Podle World Steel Association činila v roce 2017 celosvětová produkce surového železa 1,175 miliardy tun.
Lídrem ve výrobě surového železa je Čína, která tvoří více než 60 % světové produkce – 710 mil. tun. Dále následuje Japonsko, Indie, Rusko, Jižní Korea.
Ruští metalurgové v roce 2017 vytavili 51,6 milionu tun surového železa.
Proces výroby litiny v Rusku
Většina podniků vyrábějících litinu v Rusku je soustředěna v Uralském federálním okruhu (36,3 % všech kapacit nebo 19,1 milionů tun ročně). Dále následuje Centrální federální okruh (25,7 % nebo 13,5 milionů tun); Severozápadní, Sibiřský a Volžský federální okruh (17,5 % nebo 9,2 milionů tun; 12 % nebo 6,5 milionů tun; 7,6 % nebo 4 miliony tun, v tomto pořadí).
Sortiment litiny vyrobené v Rusku:
- Nelegované surové železo – 99 %;
- Litina – 0,8 %
- Legované surové železo – 0,005 %
Celkem se výrobou surového železa zabývá více než 40 podniků, z nichž největší jsou (80 % výroby z celkového objemu surového železa):
- Novolipetské železárny – 20 % celkové produkce;
- Magnitogorské železárny – 19 %;
- Cherepovets Iron and Steel Works “Severstal” – 18%;
- Západosibiřské železárny a ocelárny – 12 %
- Železárny a ocelárny Nižnij Tagil – 10 %.
Největší ruští výrobci litiny:
- OJSC Tulachermet (32,4 % celkové produkce)
- Metalurgický závod OJSC Kosogorsk (30,7 %).
Hlavními spotřebiteli ruské litiny v zahraničí jsou Itálie, Türkiye a Španělsko.