Cime 2 kvartál 2024

Od železné rudy k ušlechtilé oceli

Cesta od železné rudy po ocelový výrobek, jako je třeba plotový dílec, nerezová komínová roura nebo různé ozdobné ocelové prvky či svařovaná kari síť, je dlouhá. Všechny operace spadají do těžkého průmyslu s vysokou přidanou hodnotou a vyžadují skutečnou odbornost. Zjistěte, jak vypadá celý proces výroby od železa po ušlechtilou ocel. Výroba oceli, železných kovů a jejich slitin, je energeticky i technologicky náročný proces. Zatímco zpracováním železných a především ocelových výrobků se zabývá mnoho firem, včetně těch malých, samotnou produkci kovů lze vzhledem k nutnému vybavení najít jen u několika málo subjektů.

1. Těžba železné rudy

Železná ruda je vstupní surovinou pro výrobu všech železných kovů obecně. Jde o horninu s podílem mnoha dalších prvků a zdaleka ne každá železná ruda je tak vhodná pro následné zpracování v hutích. „Samotný obsah železa nad hranicí 22 % je jen jednou z nutných, nikoli však jediných, podmínek – minimálně stejně důležitý je i obsah oxidu křemičitého, který určuje výslednou zásaditost rudy,“ říká Patrik Duda, CEO společnosti Atreon, www.atreon.cz.

  • Ze všech existujících železných rud se dnes k dalšímu zpracování nejvíce používá hematit, magnetit a limonit. Jejich světově významná ložiska se nacházejí v Rusku, Číně, USA, Švédsku nebo Brazílii. 

Těžba probíhá častěji v povrchových než v hlubinných dolech a první operací je vždy zbavování hlušiny – pro výrobu železa neproduktivních přísad rudy. Až pak má vzniklá surovina dostatečně zvýšený podíl železa a je možné ji v procesu výroby využít dál.

2. Zpracování rudy ve vysokých pecích v hutích

Ruda se nejprve pomocí drcení, třídění a propírání zbavuje maxima nežádoucích složek, které by bránily tavení a měnily požadované vlastnosti výsledného kovu.  Pak už může být dopravena do vysoké pece – desítky metrů vysoké šachty z žáruvzdorných materiálů. Z vnějšího pohledu má pec tvar kužele s širokou základnou, uvnitř se ale přibližně od své jedné třetiny výšky směrem dolů zužuje také. To proto, aby byla schopna konstrukčně ustát extrémní zatížení nejen teplem, ale i tlakem tekutého kovu. Horní vyústění pece tvoří sazebna, kudy se do jejích útrob vsypává vsázka rudy, koksu, tavidla v podobě vápence a případně potřebných přísad. 

Procesy v jednotlivých částech pece se dají rozdělit do 4 fází:

  • Působením teplot v rozmezí 200 až 500 °C dochází nejdříve k vysušování vsázky.
  • Následně nastává fáze chemické redukce při teplotách 500-900 °C, kdy se ruda zbavuje kyslíku.
  • Nauhličování je proces, kdy se čisté železo sytí uhlíkem uvolňovaným z koksu a výsledkem je tzv. surové železo. Teploty v této části pece se pohybují kolem 900-1100 °C.
  • Při dosažení teplot až ke 2000 °C probíhá tavení a může dojít k odpichu – odpouštění surového železa do nístěje – a současně i k finálnímu oddělení strusky jako vedlejšího produktu.

3. Samotná výroba oceli

V praxi se ve skutečnosti jen těžko můžete setkat s čistým železem. Ve skutečnosti je svět kolem nás plný oceli – slitiny sice stále s vysokým obsahem železa, ale také podílem uhlíku a dalších prvků. 

Určující pro rozlišení, zda jde o železo nebo ocel, je právě obsah uhlíku. 

  • O oceli mluvíme ve chvíli, kdy je obsah C nižší než 2,14 %. Ocel je pro většinu aplikací vhodnější pro svou pevnost, pružnost, houževnatost a dobré vlastnosti pro další tváření.

„Výroba oceli ze surového železa probíhá v ocelárnách procesem zvaným zkujňování. Jeho účelem je snížení obsahu uhlíku pod zmíněnou hranici, zbavení kovu nežádoucích prvků a naopak obohacení – legování – jinými prvky, které dodají požadované vlastnosti. Nejčastěji se pro výrobu oceli využívá zařízení zvané kyslíkový konvertor. Do lázně uvnitř jeho masivního těla je vháněn čistý kyslík, jehož reakcí s uhlíkem obsaženým v železe vzniká teplo nutné pro tavení,“ říká Patrik Duda, CEO společnosti Atreon, www.atreon.cz.

4. Ušlechtilé vlastnosti ušlechtilé oceli

Protože ocel ve své základní podobě nemusí vyhovovat všem účelům použití, naučilo se lidstvo efektivně manipulovat s jejími vlastnostmi. Metalurgie jako obor práce se složením a charakterem výsledného kovu je schopna poměrně přesně předem definovat výslednou pevnost, tvrdost i třeba odolnost vůči korozi.

K takovým změnám ve složení a charakteristice oceli slouží elektrické obloukové pece ?

  • V zařízení se třemi elektrodami mezi kterými vzniká elektrický oblouk o obrovské teplotě až 3800 °C se taví vsázka pro další zpracování. 
  • Ocel zpracovaná v konvertoru je smíchána s legujícími prvky – legurami – a odpadovými přísadami. 
  • Výsledkem je pak nástrojová nebo konstrukční ocel, případně ocel s přidanými prvky zajišťujícími právě korozivzdornost. 
  • Na samotném konci popsaných ocelářských procesů jsou slitky základních tvarů jako vstupní polotovary pro válcovny plechů, ocelových trubek a dalších výrobků.

Česká ocel do celé Evropy

Tuzemská stopa ve výrobě oceli je soustředěna především v oblasti severní Moravy, tradičními sídly oceláren jsou Ostrava a Třinec. Roční produkce českých výrobců se pohybuje kolem 4,7 milionů tun surové oceli, přičemž dovoz ocelových výrobků představuje přibližně 8 milionů tun. Nejčastějšími adresáty české oceli jsou naši sousedé, tedy Německo, Rakousko a Polsko. Po kritickém omezení poptávky a zároveň růstu cen vstupů v covidových letech poptávka zásadně zesílila a ocelářství tak v České republice opět patří k perspektivním oborům tvořícím podstatnou část HDP.