Wytwarzanie żelaza technicznego. Proces wielkopiecowy

Znaczenie żelaza jako metalu użytkowego — jak wiadomo — o wiele przewyższa znaczenie wszystkich innych metali. Do większości zastosowań technicznych czyste żelazo jest jednak zbyt miękkie. Wszystkie gatunki żelaza technicznego, które teraz omówione będą pokrótce, zawierają większe lub mniejsze ilości węgla oraz innych domieszek.

Do celów technicznych otrzymuje się żelazo na olbrzymią skalę przez redukcję naturalnych tlenków żelaza za pomocą koksu w tzw. wielkich piecach (rys. 163). Są to piece szybowe zbudowane z żelaza, wyłożone wewnątrz cegłą ogniotrwałą i wspierające się na żelaznym rusztowaniu. Wysokość współczesnych wielkich pieców dochodzi do 30—40 metrów. Większą część tej wysokości zajmuje szyb wielkiego pieca, mający kształt stopniowo rozszerzającego się ku dołowi uciętego stożka. Poniżej najszerszej części pieca, zwanej przestronem i leżącej mniej więcej na V3 wysokości, piec w swej dalszej części, zwanej spadem, dosyć szybko się zwęża. W dolnej części, zwanej garem, zbiera się powstające w procesie wielkopiecowym ciekłe żelazo. Dno garu (spodek) zbudowane jest z cegły ogniotrwałej, ułożonej w ten sposób, by utrudnić wznoszenie się jej w stopionym żelazie.

Przez górny wylot pieca (gardziel), zamykany za pomocą specjalnej konstrukcji dzwonowej, wprowadza się do pieca na przemian warstwy rudy, koksu i tzw. topników, służących do przeprowadzenia towarzyszących rudzie jałowych skał (tzw. „złoża”) w łatwo topliwy żużel. Jeśli złoże składa się przeważnie z krzemionki (złoże o charakterze kwaśnym), dodaje się topników zasadowych, najczęściej wapienia — i odwrotnie. Od dołu przez specjalne otwory (dysze), znajdujące się tuż nad garem, wdmuchuje się do pieca sprężone powietrze. Dzięki uprzedniemu ogrzaniu go do około 800°C temperatura, jaką osiąga się w dolnej części pieca przez spalanie koksu, dochodzi do 1600°C. W miarę wznoszenia się ku górze temperatura obniża się. Z początku spadek odbywa się dość szybko, tak iż w przestronie panuje temperatura tylko około 800 °C. W większej części szybu obserwuje się znacznie powolniejsze opadanie temperatury (800—600°C) i dopiero w pobliżu gardzieli spadek jest znów szybszy.