Pokud se v ocelárnách Arcelor Mittal bavíme o hmotnostech, tak ve stovkách tun. Pokud o teplotách, tak v tisících stupňů celsia. Pokud o rozloze filtračních tkanin, tak v desetitisících metrů čtverečních. Výroba železa je opravdu "heavy metal". A to i přesto, že desítky let staré pece dnes řídí počítače a komínům předcházejí takové filtry, že vyfukují plyny s menším množstvím prachu, než kolik ho často máme od aut před okny redakce v Radlické ulici v Praze 5.
Jak se dělá železo: ruda se musí spéct, aby neucpala pec
Vsázka (náplň, která se do pece nasype) vysoké pece se skládá z velkého množství základních surovin, které tvoří velké kusy. Jemné částice by totiž pec ucpaly.
Čelní výklopník pro vykládku surovin ze železničních vozů
Suroviny na polních skladech
Prachová železná ruda se přiváží na železničních vozech. Z těch se vysype na výsypce a putuje na skládku, kde se sype tak, aby se homogenizovala (promíchá se různá kvalita mnoha dodávek, čímž se dlouhodoběji stabilizuje složení rudy).
Korečkové rypadlo nabírá rudné pelety (peletizované kuličky z rudy o průměru asi 2-3 cm).
Homogenizovaná prachová ruda (tzv. agloruda) se těží podobně jako rudné pelety korečkovým rypadlem. Putuje na pásech do aglomerace, kde se smíchá s recykláty (ocelárenská struska + okuje), bazickými přísadami (dolomit, vápno, vápenec) a palivem (koksprach nebo antracit).
Vozík aglomerace, na kterém probíhá spékání rudy, je vlastně pojízdný rošt.
Plynové hořáky, které zapalují směs železné rudy a koksu.
Směs se nasype na aglomerační vozíky, které tvoří nekonečný pás. Palivo zapálí seshora mohutné plynové hořáky, zespodu je pás prosáván a zahájí proces spékání shora dolů směrem k roštnicím. Spaliny jsou odváděny odsávacím traktem směrem na filtry.
Jedním z rozhodujících parametrů na výkon aglomerace je prosávaná plocha. Na severu má rozměry 3×95 metrů čtverečních, na jižní aglomeraci má rozměry 2×75 m. Jeden vozík má rozměr přibližně 1×2,5 m.
Nekonečný pás, na kterém se spéká prachová ruda na vozících.
Výkon zařízení určuje měrný výkon, např. v tunách na metr čtvereční za 24 hodin (t/m.24 hod). V roce 2011 to bylo 21,57 t/m.24h. Sleduje se také hodinový výkon, v roce 2011 to bylo 77,96 tuny za hodinu.
Jak ve vysoké peci vzniká železo
Ve společnosti Arcelor Mittal jsou čtyři vysoké pece. Momentální obvyklé požadavky odběratelů uspokojuje produkce ze tří vysokých pecí. Vysoká pec č. 1 je odstavena.
Vnitřní profil pece je kruhový, ale mění se, protože se přizpůsobuje měnícímu se objemu vsázky. Nejprve se rozšiřuje a po roztavení vsázky se zužuje. Vnější povrch je z chlazeného pancíře. Před žárem ho chrání více než metrová vyzdívka. Vysoká pec je v nepřetržitém provozu kolem deseti let.
Horní část vysoké pece tvoří sazebna, přes kterou se vysoká pec plní. Tři čtvrtiny rudné vsázky vysoké pece tvoří spékané rudy z aglomerace. Zbytek jsou pelety, kusové rudy a recyklované suroviny. Vysokopecní koks je dodáván sousední koksovnou. Část metalurgického koksu a tekutá paliva (těžký topný olej nebo hnědouhelný generátorový dehet) závod nakupuje. Vsázku ještě tvoří bazické přísady: vápenec a dolomitický vápenec.
Vysoká pec má čtyři ohřívače "větru", ve kterých se ohřívá vzduch obohacený kyslíkem na teplotu vyšší než 1 000°C.
Vzduch o běžné venkovní teplotě by ochlazoval obsah vysoké pece. Proto se předehřívá na teplotu 1 050 až 1 100 °C v ohřívačích vzduchu, kterému se říká Cowper. Aby se do vysoké pece nemuselo vhánět obrovské množství vzduchu, obohacuje se kyslíkem podporujícím hoření.
Cowper tvoří ocelový válec zakončený kopulí, který je uvnitř vyzděn kanálovou vyzdívkou. Pracuje ve střídavém provozu. Nejprve se vyzdívka spalováním kychtového plynu z vysoké pece "ohřeje" na teplotu až 1 400°C. Poté se opačným směrem vhání kyslíkem obohacený vzduch. Vítr se prouděním kolem rozpálené vyzdívky ohřeje na teplotu 1 050 až 1 100 °C.
Ohřívače vzduchu. Vpravo je vysoká pec.
Po vsazení surovin do vysoké pece dochází k postupnému poklesu vsázky. Příčinou je odpuštění surového železa a strusky a děje probíhající v peci. Postupně, jak klesá vsázka, roste teplota.
Nejprve probíhá nepřímá redukce oxidů železa oxidem uhelnatým. Poté v peci následuje oblast nepřímé a přímé redukce a ve spodní části pece s nejvyšší teplotou je pak oblast přímé redukce. V dolní části šachty a v rozporu je vyredukované železo v podobě železné houby, která obsahuje málo uhlíku (pod 1%).
Teplota tání železné houby je příliš vysoká (kolem 1450°C). Není ji možno v této části pece dosáhnout. V rozporu pece ale dochází k intenzivnějšímu styku železné houby s uhlíkem, který do který do ní postupně proniká.
Nauhličováním železa se snižuje jeho teplota tání a začnou se objevovat první kapičky surového železa. Vzniklé kapky surového železa stékají do nístěje a po cestě se setkávají se žhavým uhlíkem paliva.
Před žárem chrání obsluhu vysoké pece speciální pláště i obuv - pod ocelovými kryty, na kterých pracovníci stojí, právě teče surové železo o teplotě 1 500 °C. Běžné podrážky by se už tavily.
Odpich surového železa. Zahájí se vrtačkou, ukončí ucpávačem. Rozžhavené železo je v peci v podstatě pořád, pec se "nevypíná". To by bylo ekonomicky neúnosné.
Železné rudy obsahují vedle sloučenin železa doprovodné horniny, které jsou obvykle těžkotavitelné. Při obvyklých teplotách, které jsou ve vysoké peci, by zůstaly v tuhém pevném stavu. Problém řeší struska, která hlušiny z pece "odstraní".
Chemickými pochody nejprve vznikne tekutá prvotní struska, která stéká do dolní části pece. Při tom v ní probíhají chemické reakce. Pod výfučnami větru z ohřívačů přichází tato struska do styku s popelem paliva, který mění její chemické složení a vzájemný poměr hlavních složek. Tím vzniká struska konečná, která vytéká z pece při odpichu.
Stroj uzavírá odpich. Zaměstnanec kontroluje odtok strusky.
Blíží se konec odpichu. Struska při něm "prská".
Operace, při které se z pece vypouští roztavené surové železo o teplotě cca
1 450 °C, se nazývá odpich. Teplota strusky, která vznikla roztavením vápence a dolomitů, se neměří.
Odpich začíná provrtáním odpichového otvoru speciálním stojem, jakousi obří vrtačkou. Na konci odpichu je otvor ucpán speciální hmotou pomocí ucpávacího stroje, který hmotu natlačí do odpichového otvoru pod vysokým tlakem (250 atm).
Struska je "lehčí" než železo, a proto na něm při odpichu "plave". Díky tomu se odděluje od železa na principu rozdílných měrných hmotností v zařízení podobném sifonu. Jelikož struska vytéká z pece společně s železem (zpravidla ve druhé polovině odpichu), je její teplota podobná teplotě surového železa.
Množství strusky je závislé na bohatosti vsázky (obsah železa ve vsázce a její bazicita, tedy zásaditost). V současné době vyteče z vysoké pece asi 380 kg strusky na tunu surového železa. Struska na sebe váže všechny "pevné" neželezné části vsázky s výjimkou části uhlíku.
Místo, odkud se napouští surové železo o teplotě kolem 1 500 °C do železničního vozu nazývaného Veronika.
Poslední tuny surového železa z odpichu do Veroniky.
Tekuté surové železo se nalije do speciálních dvanáctinápravových železničních vozů, kterým se v Ostravě říká romanticky Veronika. Do torpéda (název užívaný celosvětově pro tento typ vozů) se vejde 100 tun tekutého železa. Hmotnost prázdné Veroniky je 150 tun.
Plnění Veroniky tekutým surovým železem.
Veronika.
Technologie výroby oceli musí respektovat přírodní zákony. Laicky jde o to, aby ocel co nejméně vychladla a nemusela se dále ohřívat. Nejde jen o úsporu energie, ale především o zamezení nežádoucích změn krystalické struktury materiálu. |
Během přepravy na ocelárnu se teplota surového železa sníží o 70-90 °C. Na ocelárně otočný mechanismus torpéda otočí s nádobou a obsah vylévá do ocelárenských pánví nebo pecí, ve kterých se vyrábí ocel. Z ní se v nedalekých provozech vyrábí hutní výrobky.
Vznikají hotové výrobky nebo polotovary pro další zpracování ve strojírenství (některé z nich vyrábí dceřiné společnosti). Z areálu tak odjíždí svodidla, která lemují české silnice, nebo ocelové disky kol pro automobilový průmysl. Důležitým produktem je ocel pro stavebnictví nebo ocelové svitky, ze kterých se dělají plechy. Horníci zase potřebují důlní výztuže. Jiní zákazníci odebírají dráty nebo trubky.
Část surového železa putuje ve Veronikách do společnosti Evraz Vítkovice Steel (z vítkovických vysokých pecí je nyní unikátní muzeum).
Pánev s tekutou struskou před odvozem na haldu.
Dalším produktem vysokých pecí je vysokopecní struska. Převáží se na haldu také po železničních kolejích v pánvi na strusku. Místní jim říkají koliby. V jedné kolibě se převáží přibližně 20 tun strusky.
Vysokopecní struska se přednostně odlévá na granulaci, kde se proud tekuté strusky nalévá do proudu vody. Výsledným produktem je granulát používaný v cementářském průmyslu.
Zbytky ztuhlé strusky se po zchladnutí zpracují na kamenivo různé zrnitosti. V regionu jsou ze strusky desítky, možná stovky místních zpevněných komunikací.
Stanislav Najvert zapálil 1. ledna 1952 vysokou pec č1. (vysoká pec č. 1 již není v provozu, nyní se používají pece č. 2 a č. 4). Zapálení přihlížel tehdejší československý prezident Antonín Zápotocký.
Petr Kostka, současný tavič vysoké pece, a Stanislav Najvert, bývalý zaměstnanec ArcelorMittal Ostrava, který před 60 lety zapálil první vysokou pec v NHKG.
Jedním z mnoha využití vysokopecní strusky je zpracování na kamenivo pro zimní posyp silnic. Toto kamenivo odebírají silničáři po obou stranách hranice. Posyp se ale pod koly aut rozpadá na prach...
Nejšpinavější hutní provoz se změnil v "čističku vzduchu"
Znečištění ovzduší je takřka synonymem pro vysoké pece a právě ocelářský průmysl. Realita je dnes ale poněkud jiná. Pokročilé systémy filtrace rapidně snížily produkci škodlivých plynů a částic.
Ještě před dvaceti lety platilo, že nejšpinavějším hutním provozem byla takzvaná aglomerace. To je provoz, ve kterém se prachová ruda speče do drobných kousků, které mohou přijít do pece. Aglomerace se z venkovního pohledu vyznačovala tlustými nízkými komíny, ze kterých se do okolí valil těžký červenohnědý dým.
V případě prachu je nyní možné konstatovat, že ze soustavy filtrů mnoho dní v roce vystupuje čistší vzduch, než je do aglomerace z okolí nasáván. Nečistot se však musí ocelárny pochopitelně zbavovat stále, jen už nejsou vypouštěny komínem do okolí, ale zůstávají "uvězněné" v účinných filtrech. Nakonec se nákladně ekologicky likvidují.
Odprášení a filtrace
Miliardovou investicí bylo v roce 2011 za stávajícími elektrostatickými odlučovači vybudováno nové vylepšení odprášení, které snížilo množství vypouštěného prachu o 70 % a dioxinů a oxidů síry o 60 %.
Vylepšený proces začíná reaktorem a pokračuje vysoce účinným tkaninovým filtrem.
Odprášení aglomerace
V reaktoru se do proudu spalin dávkuje vápenný hydrát (reaguje s oxidy síry) a hnědouhelný koks (odstraní zejména dioxiny).
Reakcí s nebezpečnými plyny vznikají jemné pevné částice, které odstraní tkaninové filtry o celkové ploše 44 tisíc metrů čtverečních. Tyto filtry o rozloze sedmi fotbalových hřišť pohltí i mikročástice, které nedokázal zachytit elektrostatický filtr. Emise prachu proto dosahují hodnot pod 20 mg/m3.
Nové odprášení aglomerace. Díky němu funguje bývalý nejšpinavější hutní provoz jako čistička vzduchu.
Z vysoké pece vychází takzvaný kychtový plyn, což je směs plynů tvořená převážně dusíkem, oxidem uhelnatým, oxidem uhličitým a vodíkem "obohacená" prachem. Tento relativně málo výhřevný plyn se vyčistí a dále se používá v technologickém procesu vysoké pece jako čisté palivo.
