Vysoká pec
Vysoká pec je špeciálny typ pece na tavenie železa z rudy. Vysoké pece sú veľmi veľké. Môžu mať výšku až 60 metrov a priemer 15 metrov. Vysoká pec je najväčší chemický reaktor. Vysoké pece sa nazývajú aj vysoké pece.
Vysoká pec sa zvyčajne stavia s oceľovou skriňou a tehlami z oxidu horčíka alebo iného žiaruvzdorného materiálu vo vnútri skrine. Horúca pec nemôže tieto tehly roztaviť. Pec sa ochladzuje vodou, ktorá tečie do časti skrine a tehál.
Proces výroby železa je jednoduchý. Železná ruda je v podstate oxid železitý. Železo sa vyrába odstránením kyslíka. Vznikne surové železo nazývané surové železo. Tento proces odstraňovania kyslíka sa nazýva tavenie. Pri redukčnom procese sa používa uhlík, pričom sa ruda zahrieva na vysokú teplotu. Uhlík pri vysokých teplotách ľahko odoberá kyslík z rudy.
Schéma vysokej pece1 . Horúci výtlak ("vietor") z Cowperových pecí 2. Zóna tavenia (bosh) 3. Redukčná zóna oxidu železitého (barel) 4. Redukčná zóna oxidu železitého (komín) 5. Zóna predhrievania (hrdlo) 6. Prívod rudy, vápenca a koksu7 . Výfukové plyny8 . Kolóna rudy, koksu a vápenca9 . Odstraňovanie trosky10 . Odčerpávanie roztaveného surového železa11 . Odber odpadových plynov
Proces
Do hornej časti vysokej pece sa vo vrstvách ukladá ruda, vápenec a uhlík vo forme koksu. Zároveň sa do vnútra pece vháňa horúci vzduch nazývaný "vietor". Na vháňanie vzduchu do pece sa používajú špeciálne dýzy nazývané "tuyeres". Dýzy sa nachádzajú v spodnej časti pece. Tento proces sa nazýva "tryskanie". Preto sa pec nazýva "vysoká pec". Koks sa vznieti (zapáli) a horí. Vzniká pritom oxid uhoľnatý, pretože na tvorbu oxidu uhličitého nie je dostatok kyslíka. Oxid uhoľnatý potom redukuje oxid kovu na kov a vytvára oxid uhličitý. Tento proces sa používa na výrobu železa. Vápenec vytvára s horninou železnej rudy látku nazývanú troska.
Spodná časť pece sa nazýva ohnisko. Keď sa naplní tekutým surovým železom a troskou, troska sa odstráni. Tento postup sa nazýva odpopolňovanie. Troska je ľahšia ako železo a nemieša sa so železom. Pláva na povrchu železa. V ohnisku sa špeciálnym vrtákom urobí otvor na úrovni trosky. Tekutá troska sa otvorom presúva do nádoby nazývanej troskový hrniec. Železo sa potom z ohniska vypustí. Tento postup sa nazýva odbíjanie. Na dne sa urobí otvor a tekuté surové železo vychádza von. Buď sa použije priamo na výrobu ocele, alebo sa naloží do špeciálneho železničného vagóna nazývaného torpédový vagón, alebo sa z neho vyrobia formy. Keď sa odstráni všetko surové železo, na uzavretie dvoch otvorov sa použije ohňovzdorná hlina. Hlina veľmi rýchlo stuhne v dôsledku vysokého tepla.
Surové železo obsahuje približne 4 % uhlíka a bolo by príliš tvrdé a krehké na použitie. Prebytočný uhlík sa musí najprv spáliť. Surové železo sa zušľachťuje na oceľ oduhličením (spálením prebytočného uhlíka). Moderná metóda na oduhličenie surového železa a jeho zušľachtenie na oceľ je základná kyslíková pec. V minulosti sa používali aj iné metódy, napríklad Bessemerov konvertor, otvorená pec a pudlovacia pec.
Plyny stúpajú nahor a zhromažďujú sa na vrchole pece. Keďže plyn obsahuje veľa oxidu uhoľnatého, je cenným palivom. Plyn, ktorý sa zhromažďuje na vrchu vysokej pece, sa nazýva vysokopecný plyn. Potom sa premyje a vysuší a všetky pevné častice, ako sú sadze alebo rudný prach, sa zachytia. Plyn sa potom spaľuje v špeciálnych peciach nazývaných Cowperove pece alebo horúce vysoké pece na oxid uhličitý. Teplo zo spaľovania vysokopecného plynu sa potom využíva na predhrievanie tryskacieho vzduchu, "vetra", ktorý sa následne vyfukuje do samotnej vysokej pece.
Troska nie je odpad. Dá sa použiť rôznymi spôsobmi. Môže sa z nej vyrobiť tehla a použiť na stavbu alebo sa môže zmiešať s betónom. Betón, ktorý obsahuje vysokopecnú trosku, je pevnejší ako bežný betón a je takmer čisto biely, pričom bežný betón je špinavo sivý.
Vysoká pec môže zvyčajne pracovať 10 až 20 rokov bez zastavenia. To sa nazýva "kampaň".
Chemický príklad
Pri teplote 900 - 1600 °C dochádza k redukcii uhlíkom:
| 1. | 3 {\displaystyle 3} | Fe2O3{\displaystyle Fe_{2}O_{3}} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 2 {\displaystyle 2} | Fe3O4{\displaystyle Fe_{3}O_{4}} |
| 2. | F e 3 O 4 + C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 3 {\displaystyle 3} | FeO{\displaystyle FeO} | |
| 3. | F e O + C {\displaystyle FeO+C} | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | Fe{\displaystyle Fe} |
Teraz je železo vyrobené.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to vysoká pec?
Odpoveď: Vysoká pec je veľká pec používaná na tavenie železa z rudy.
Otázka: Aké veľké môžu byť vysoké pece?
Odpoveď: Vysoké pece môžu mať výšku až 60 metrov a priemer 15 metrov.
Otázka: Aký je iný názov pre vysokú pec?
Odpoveď: Vysoké pece sa nazývajú aj vysoké pece.
Otázka: Z akých materiálov sa vyrábajú vysoké pece?
Odpoveď: Vysoké pece sú zvyčajne postavené z oceľového plášťa a tehál z oxidu horčíka alebo iných žiaruvzdorných materiálov.
Otázka: Ako sa vysoká pec chladí?
Odpoveď: Vysoká pec sa chladí vodou, ktorá tečie do časti telesa a tehál.
Otázka: Aký je proces tavenia a ako sa vyrába železo?
Odpoveď: Proces výroby železa je tavenie, ktoré zahŕňa odstránenie kyslíka zo železnej rudy. Pri redukčnom procese sa používa uhlík, pričom ruda sa zahrieva na vysokú teplotu. Vzniká surové železo nazývané surové železo.
Otázka: Aká je úloha uhlíka v procese redukcie pri výrobe železa?
Odpoveď: Uhlík ľahko odoberá kyslík z rudy pri vysokých teplotách.
