Cesta od železné rudy k ušlechtilé oceli

Všechny operace spadají do těžkého průmyslu s vysokou přidanou hodnotou a vyžadují skutečnou odbornost. Zároveň jde o 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.

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,“ vysvětluje Patrik Duda, CEO společnosti Atreon.

• 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.

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.

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,“ objasňuje Duda.

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.

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.