Visoka peč (plavž) — definicija in delovanje za taljenje železa

Visoka peč (plavž): jasna definicija in delovanje pri taljenju železa — gradnja, proces redučanja z ogljikom, temperature in proizvodnja surovega železa.

Avtor: Leandro Alegsa

07-10-2025 14:59

Visoka peč (pogosto imenovana tudi plavž) je posebna vrsta peči, namenjena taljenju železa iz rude. Gre za industrijski obrat velike velikosti: visoke peči so lahko visoke do okoli 60 metrov in imajo premer tudi do 15 metrov. Zaradi obsega in neprekinjenega procesa jih pogosto opisujemo kot enega največjih stalnih kemijskih reaktorjev v industriji.

Konstrukcija in glavne komponente

Visoka peč je običajno zgrajena iz debelega jeklenega ohišja, v notranjosti katerega je obloga iz opek iz magnezijevega oksida ali drugega ognjevzdržnega materiala. Te opeke prenesejo visoke temperature in kemijsko obremenitev; njihova talilna temperatura je precej večja od delovnih temperatur peči, zato jih vročina ne more stopiti. Celotna konstrukcija je pogosto opremljena s hladilnimi sistemi, kjer se peč ohlaja z vodo, ki teče znotraj dela ohišja in opeke, kar preprečuje pregrevanje jeklenega ovoja.

Glavne dele visoke peči sestavljajo:

nabiralna odprtina (top) za doziranje surovin;
stacks (stabilni valj) in krivulja (bosh), kjer so temperature najvišje;
srce peči (hearth), kjer se zbira talino;

(vbrizgovalne cevi), skozi katere se vnaša segret zrak (hot blast);

odvzemne odprtine za talino (surovec) in za žlindro (slag).

Kako deluje postopek taljenja

Postopek izdelave železa v visoki peči temelji na redukciji železove rude, ki je večinoma železov oksid. Cilj je odstraniti kisik iz oksida, da ostane kovinsko železo. Ta odstranjevanje kisika poteka z uporabo ogljika (v obliki koksa) kot redukcijskega sredstva in z dovajanjem velike količine toplote.

Osnovni vhodni materiali so:

železova ruda (oksidi železa),
koks (ogljik), ki služi kot gorivo in redukcijsko sredstvo,
apnenec ali kreča kot topilo (flux), ki pomaga odstranjevati primesi v obliki žlindre.

V peči poteka več temperaturnih in kemičnih con. Na dnu pri najvišjih temperaturah poteka zgorevanje koksa, ki ob stiku z dovedenim vročim zrakom tvori CO in CO2. Nastali CO potuje navzgor in v stiku z železovimi oksidi odvzame kisik, s čimer nastaja kovinsko železo. Poenostavljene reakcije so:

C + O2 → CO2 (zgorevanje koksa)
CO2 + C → 2CO (redukcija CO2 v CO pri visokih temperaturah)
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (redukcija železovega oksida s CO)

Rezultat je talino železa, imenovano surovec, in tekoča žlindra, ki se loči zaradi razlik v gostoti. Talino redno odvajajo skozi odprtino v dnu peči, žlindra pa se odvaja ločeno.

Izhodi in stranski produkti

Poleg surovca (taljenega železa) visoka peč proizvaja tudi plin (blast-furnace gas), ki vsebuje CO, CO2, N2 in sledove ogljikovodikov. Ta plin se pogosto očisti in ponovno uporabi za ogrevanje peči ali v drugih industrijskih procesih. Žlindra se reciklira in uporablja kot sestavina v gradbeni industriji (npr. pri proizvodnji cementa).

Temperatura in učinkovitost

V najvročjih predelih peči (bosh) so temperature lahko tudi okoli 2000 °C, medtem ko so v drugih conah nižje. Visoke peči delujejo neprekinjeno več let, vendar je za visoko učinkovitost potrebno natančno uravnavanje vnašanja surovin, pretoka zraka in vzdrževanja obloge.

Modernizacija in okoljski vidiki

Sodobne visoke peči uporabljajo različne tehnologije za izboljšanje energetske učinkovitosti in zmanjšanje emisij: predgrevanje zraka v hot blast pečeh, uporaba vbrizgavanja mletega premoga (PCI), povratna izraba blast-furnace plina in boljši sistemi za čiščenje dimnih plinov. Kljub temu pa so visoke peči pomemben vir CO2, zato poteka veliko raziskav za zmanjšanje ogljičnega odtisa v železarstvu (npr. uporaba vodika kot redukcijskega sredstva v prihodnosti).

Vzdrževanje in varnost

Vzdrževanje visoke peči vključuje menjava oziroma obnova ognjevzdržne obloge (relining), nadzor delovanja opek in sistemov hladilnih voda ter preventivno vzdrževanje tuyere in odprtin za odtok taline. Zaradi visoke temperature in prisotnosti strupenih plinov so varnostni postopki in nadzor ključni za zdravje delavcev in varnost obratovanja.

Visoka peč torej predstavlja osrednji element tradicionalne proizvodnje železa: združuje termične in kemijske procese, velike pretoke surovin in kompleksno tehnološko opremo, pri čemer so njena zanesljivost, učinkovitost in vpliv na okolje predmeti stalnega tehnološkega izboljševanja.

Diagram plavža1 . Vroče pihanje ("veter") iz Cowperjevih peči 2. Območje taljenja (bosh) 3. Območje redukcije železovega oksida (sod) 4. Območje redukcije železovega oksida (dimnik) 5. Območje predhodnega segrevanja (grlo) 6. Napajanje z rudo, apnencem in koksom7 . Izpušni plini8 . Kolona rude, koksa in apnenca9 . Odstranjevanje žlindre10 . Odvzem staljenega surovega železa11 . Zbiranje odpadnih plinov

Proces

Rudo, apnenec in oglje v obliki koksa v plasteh polagamo v zgornji del plavža. Hkrati v notranjost peči piha vroč zrak, imenovan "veter". Zrak v peč dovajajo posebne šobe, imenovane "tuyeres". Šobe so na dnu peči. Ta postopek se imenuje "peskanje". Zato se imenuje "plavžna peč". Koks se vžge (zažge) in gori. Pri tem nastane ogljikov monoksid, ker ni dovolj kisika za nastanek ogljikovega dioksida. Zaradi ogljikovega monoksida se kovinski oksid pretvori v kovino in nastane ogljikov dioksid. Ta postopek se uporablja za proizvodnjo železa. Apnenec tvori s kamnino železove rude snov, ki se imenuje žlindra.

Spodnji del peči se imenuje kurišče. Ko se napolni s tekočim surovim železom in žlindro, se žlindra odstrani. To se imenuje odstranjevanje pepela. Žlindra je lažja od železa in se z njim ne meša. Plavajo na vrhu železa. S posebnim vrtalnikom se v ognjišče na ravni žlindre naredi luknja. Tekoča žlindra se skozi luknjo izliva v posodo, imenovano žlindrovnik. Železo se nato izlije iz ognjišča. Temu se reče odjemanje. Na dnu se naredi luknja in iz nje izteče tekoče železo. Uporabi se neposredno za proizvodnjo jekla, natoči v poseben železniški vagon, imenovan torpedov vagon, ali pa se iz njega izdelajo kalupi. Ko se odstrani vse surovo železo, se za zaprtje obeh lukenj uporabi ognjeodporna glina. Glina se zaradi visoke vročine zelo hitro strdi.

Surovo železo vsebuje približno 4 % ogljika, zato bi bilo za uporabo pretežko in preveč krhko. Dodatni ogljik je treba najprej sežgati. Surovo železo se predela v jeklo z razogljičenjem (sežiganjem dodatnega ogljika). Sodobna metoda za razogljičenje surovega železa in njegovo predelavo v jeklo je osnovna kisikova peč. V preteklosti so obstajale tudi druge metode, kot so Bessemerjev konverter, odprta kurišča in pudling peči.

Plini se dvigajo in zbirajo na vrhu peči. Ker plin vsebuje veliko ogljikovega monoksida, je dragoceno gorivo. Plin, ki se zbira na vrhu plavža, se imenuje plavžni plin. Nato se opere in posuši, pri čemer se zberejo vsi trdni delci, kot so saje ali rudni prah. Plin se nato v posebnih pečeh, imenovanih Cowperjeve peči ali vroče plavže, sežge v ogljikov dioksid. Toplota, ki nastane pri zgorevanju plavžnega plina, se nato uporabi za predgrevanje zraka za peskanje, "vetra", ki se nato vpihuje v plavž.

Žlindra ni odpadek. Uporablja se lahko na različne načine. Iz nje lahko naredimo opeko in jo uporabimo v gradbeništvu ali pa jo zmešamo z betonom. Beton, ki vsebuje plavžno žlindro, je močnejši od navadnega betona in je skoraj čisto bel, medtem ko je navaden beton umazano siv.

Visoka peč lahko običajno deluje od 10 do 20 let, ne da bi se ustavila. To se imenuje "kampanja".

Primer kemikalije

Pri temperaturi 900-1600 °C pride do redukcije z ogljikom:

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 {\displaystyle FeO+C} $FeO+C$	⟶ {\displaystyle \longrightarrow } $\longrightarrow$		Fe{\displaystyle Fe} $Fe$ + C O {\displaystyle +CO} $+CO$

Zdaj je železo izdelano.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je plavž?

O: Visoka peč je velika peč, ki se uporablja za taljenje železa iz rude.

V: Kako velike so lahko visoke peči?

O: Visoke peči so lahko visoke do 60 metrov in imajo premer 15 metrov.

V: Kako se drugače imenuje plavž?

O: Visoke peči se imenujejo tudi visoke peči.

V: Iz katerih materialov so narejene visoke peči?

O: Visoke peči so običajno zgrajene iz jeklenega ohišja in opek iz magnezijevega oksida ali drugih ognjevarnih materialov.

V: Kako se visoka peč hladi?

O: Visoka peč se hladi z vodo, ki teče v del ohišja in opeke.

V: Kakšen je postopek taljenja in kako nastane železo?

O: Postopek pridobivanja železa je taljenje, ki vključuje odstranjevanje kisika iz železove rude. Pri redukciji se uporablja ogljik, ruda pa se segreje na visoko temperaturo. Tako nastane surovo železo, imenovano surovo železo.

V: Kakšna je vloga ogljika v postopku redukcije pri proizvodnji železa?

O: Ogljik pri visokih temperaturah zlahka odstrani kisik iz rude.

Iskati