Ocel bez síry, s minimem hořčíku

Přestože podle učebnic dějepisu skončila doba železná již před zhruba dvěma tisíci lety, metalurgie je dnes na vzestupu jako nikdy dříve. Jen v rozmezí let 2001 až 2011 stoupla světová produkce oceli z 850 milionů tun na téměř 1,5 miliardy tun.

Nestoupá ovšem jen množství vyrobené oceli, ale i její kvalita a rozmanitost. Jsou vyráběny stovky různých druhů oceli, které se podle přidaných legujících prvků a dalších úprav liší svými vlastnostmi.

Přidáním křemíku například vzniká ocel s magnetickými vlastnostmi vhodnými pro výrobu transformátorů. Na chirurgické nástroje je zase použita ocel s příměsí chromu a molybdenu, díky nimž nekoroduje a je velmi pevná. Existují však i prvky, které kvalitu oceli podstatně snižují.

Jde zejména o síru, která činí ocel křehčí a společně s ní vytváří eutektikum (tj. tuhou směs dvou látek, jejichž krystaly se vytvářely při tuhnutí společně) s nižší teplotou tání.

Do železné taveniny se síra dostává převážně z paliv používaných ve vysokých pecích a její koncentrace se pohybuje přibližně v rozmezí 200 až 600 jednotek na milion. Jelikož je pro většinu aplikací tato hodnota příliš vysoká, musí se železo odsiřovat – u vysoce kvalitní oceli až na pouhých 10 jednotek síry na milion.

Spojení dvou metod – vyšší přesnost a kvalita, nižší náklady

Proces odsíření je založen na chemickém vychytávání síry. Do roztaveného železa se přidávají odsiřující činidla, jež na sebe síru váží a vzniklé sloučeniny zůstávají ve strusce. Jako činidla se nejčastěji používají oxid a karbid vápenatý s hořčíkem, dávkované v závislosti na požadovaném typu vyráběné oceli a počátečním množství síry.

ZAJÍMAVOST: Oddělené systémy pro navážení odsiřujících činidel umožňují velmi přesnou navážku sloučenin vápníku i hořčíku. Zejména u hořčíku je přesné odměřování použitého množství velmi důležité – jak kvůli finální kvalitě oceli, tak kvůli ceně. Hořčík je totiž podstatně dražší, než jiná činidla, a pro ocelárny představuje značné investice.

Ačkoliv na odsíření jedné tuny železa stačí v průměru relativně malé množství činidel (kolem 0,7 kg hořčíku a necelé 3 kg oxidu vápenatého), s přihlédnutím k celkové produkci oceli už rozhodně nejde o zanedbatelnou položku.

Odsiřování je proto předmětem intenzivního vývoje, na němž se podílejí i vědci společnosti Siemens. Ti nyní představili nový systém umožňující přesnější dávkování činidel do železné taveniny.

Hlavní problém činidel spočívá v jejich rozdílných fyzikálních proporcích. Zatímco karbid a oxid vápenatý jsou jemné prášky, hořčík se používá v zrnité formě. Pro přesné odvážení požadovaného množství činidel proto systém využívá dvě metody.

Karbid a oxid vápenatý jsou dávkovány gravimetricky (vážková analýza založená na vážení), hořčík volumetricky (odměrná analýza založená na stanovení obsahu látky ve vzorku). Speciálně vyvinutý hydraulický dávkovač umožňuje kontinuální dávkování přesně zvoleného množství hořčíku, které dopočítává na základě míry stlačení pístu.

Nadávkovaná činidla jsou poté pomocí nosného plynu vháněna do taveniny. Díky tomu, že jsou jednotlivá činidla odvažována odděleně, je možné lépe přizpůsobovat jejich množství požadovanému typu oceli.

Ocelárna, využívající tento systém, byla nedávno uvedena do provozu v Brazílii. Díky přesnému dávkování odsiřovacích činidel a kontrole množství síry v tavenině se ve výrobním procesu očekává snížení spotřeby hořčíku až o 10 %.