Vysoká pec

Vysoká pec je speciální typ pece na tavení železa z rudy. Vysoké pece jsou velmi velké. Mohou být až 60 metrů vysoké a mít průměr 15 metrů. Vysoká pec je největší chemický reaktor. Vysoké pece se také nazývají vysoké pece.

Vysoká pec se obvykle staví z ocelového pláště a cihel z oxidu hořečnatého nebo jiného žáruvzdorného materiálu uvnitř pláště. Horká pec nemůže tyto cihly roztavit. Pec se chladí vodou, která proudí uvnitř části skříně a cihel.

Proces výroby železa je jednoduchý. Železná ruda je v podstatě oxid železitý. Železo se vyrábí odstraněním kyslíku. Vznikne surové železo zvané surové železo. Tento proces odstraňování kyslíku se nazývá tavení. Při redukci se používá uhlík a ruda se zahřívá na vysokou teplotu. Uhlík při vysokých teplotách snadno odvádí kyslík z rudy.

Schéma vysoké pece1 . Horký výduch ("vítr") z Cowperových pecí 2. Tavicí zóna (bosh) 3. Redukční zóna oxidu železitého (barel) 4. Redukční zóna oxidu železitého (komín) 5. Předehřívací zóna (hrdlo) 6. Přívod rudy, vápence a koksu7 . Výfukové plyny8 . Kolona rudy, koksu a vápence9 . Odstraňování strusky10 . Odběr roztaveného surového železa11 . Odběr odpadních plynů

Proces

Do horní části vysoké pece se ve vrstvách vkládá ruda, vápenec a uhlík ve formě koksu. Současně se dovnitř pece vhání horký vzduch, kterému se říká "vítr". K vhánění vzduchu do pece se používají speciální trysky zvané "tuyeres". Trysky jsou umístěny ve spodní části pece. Tento proces se nazývá "tryskání". Proto se jí říká "vysoká pec". Koks se zapálí (vzplane) a hoří. Vzniká přitom oxid uhelnatý, protože není dostatek kyslíku, aby se vytvořil oxid uhličitý. Oxid uhelnatý pak redukuje oxid kovu na kov a vytváří oxid uhličitý. Tento proces se používá k výrobě železa. Vápenec tvoří s horninou železné rudy látku zvanou struska.

Spodní část pece se nazývá topeniště. Když se naplní tekutým surovým železem a struskou, struska se odstraní. Tomuto postupu se říká odpeckování. Struska je lehčí než železo a nemísí se s ním. Vznáší se nad železem. V ohništi se speciálním vrtákem udělá otvor na úrovni strusky. Tekutá struska se otvorem přesune do nádoby zvané struskovnice. Poté se železo z ohniště vypustí. Tomuto postupu se říká vyklepávání. Na dně se udělá otvor a tekuté surové železo vytéká ven. Buď se použije přímo k výrobě oceli, nebo se naloží do speciálního železničního vagonu zvaného torpédový vůz, nebo se z něj vyrobí formy. Když je všechno surové železo odstraněno, použijí se k uzavření obou otvorů žáruvzdorné hlíny. Hlína vlivem vysokého žáru velmi rychle tuhne.

Surové železo obsahuje asi 4 % uhlíku a pro použití by bylo příliš tvrdé a křehké. Přebytečný uhlík se musí nejprve spálit. Surové železo se zušlechťuje na ocel oduhličením (spálením přebytečného uhlíku). Moderní metodou oduhličování surového železa a jeho rafinace na ocel je základní kyslíková pec. Historicky se používaly i jiné metody, například Bessemerův konvertor, otevřená pec a pudlovací pec.

Plyny stoupají vzhůru a shromažďují se v horní části pece. Protože plyn obsahuje velké množství oxidu uhelnatého, je cenným palivem. Plyn shromážděný na vrcholu vysoké pece se nazývá vysokopecní plyn. Poté se promyje a vysuší a zachytí se všechny pevné částice, jako jsou saze nebo rudný prach. Plyn se pak spaluje ve speciálních pecích zvaných Cowperovy pece nebo horké vysoké pece na oxid uhličitý. Teplo ze spalování vysokopecního plynu se pak používá k předehřívání tryskacího vzduchu, "větru", který je následně vháněn do samotné vysoké pece.

Struska není odpad. Lze ji využít různými způsoby. Lze z ní vyrobit cihly a použít ji ve stavebnictví nebo ji smíchat s betonem. Beton, který obsahuje vysokopecní strusku, je pevnější než běžný beton a je téměř čistě bílý, zatímco běžný beton je špinavě šedý.

Vysoká pec může obvykle pracovat 10 až 20 let bez přestávky. Tomu se říká "kampaň".

Chemický příklad

Při teplotě 900-1600 °C dochází k redukci uhlíkem:

1.	3 {\displaystyle 3} $3$	Fe2O3{\displaystyle Fe_{2}O_{3}} $Fe_{2}O_{3}$ + {\displaystyle +} $+$ C{\displaystyle C} $C$	⟶ {\displaystyle \longrightarrow } $\longrightarrow$	2 {\displaystyle 2} $2$	Fe3O4{\displaystyle Fe_{3}O_{4}} $Fe_{3}O_{4}$ + {\displaystyle +} $+$ CO{\displaystyle CO} $CO$
2.		F e 3 O 4 + C {\displaystyle Fe_{3}O_{4}+C} $Fe_{3}O_{4}+C$	⟶ {\displaystyle \longrightarrow } $\longrightarrow$	3 {\displaystyle 3} $3$	FeO{\displaystyle FeO} $FeO$ + {\displaystyle +} $+$ C O {\displaystyle CO} $CO$
3.		F e O + C {\displayystyle FeO+C} $FeO+C$	⟶ {\displaystyle \longrightarrow } $\longrightarrow$		Fe{\displaystyle Fe} $Fe$ + C O {\displaystyle +CO} $+CO$

Nyní bylo vyrobeno železo.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to vysoká pec?

A: Vysoká pec je velká pec používaná k tavení železa z rudy.

Otázka: Jak velké mohou být vysoké pece?

Odpověď: Vysoké pece mohou být až 60 metrů vysoké a mít průměr 15 metrů.

Otázka: Jaký je jiný název pro vysokou pec?

Odpověď: Vysokým pecím se také říká vysoké pece.

Otázka: Z jakých materiálů se vysoké pece vyrábějí?

Odpověď: Vysoké pece jsou obvykle postaveny z ocelového pláště a cihel z oxidu hořečnatého nebo jiných žáruvzdorných materiálů.

Otázka: Jak se vysoké pece chladí?

Odpověď: Vysoká pec se chladí vodou, která protéká uvnitř části skříně a cihel.

Otázka: Jaký je proces tavení a jak se vyrábí železo?

Odpověď: Proces výroby železa je tavení, při kterém se ze železné rudy odstraňuje kyslík. Při redukci se používá uhlík, přičemž se ruda zahřívá na vysokou teplotu. Vzniká surové železo, které se nazývá surové železo.

Otázka: Jakou roli hraje uhlík v procesu redukce při výrobě železa?

Odpověď: Uhlík snadno odvádí kyslík z rudy při vysokých teplotách.