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:

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 %.
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:

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
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
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

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.