KLUB JIHOČESKÝCH MINERALOGŮ

ZPRÁVA O TAVBĚ ŽELEZNÉ RUDY

Meziluží u Horní Stropnice - 4. červen 2005

V křemžské kotlině, asi 20 km jz. od Českých Budějovic se nacházejí tělesa serpentinitů jejichž zvětráváním vznikly hydroxidy železa (limonit, goethit). Tyto minerály se zde v minulosti těžily jako železná ruda a zpracovávaly se v nedaleké adolfovské huti u Holubova. Cílem pokusu bylo ověřit vhodnost použití uvedených železných rud pro výrobu surového železa a to primitivními prostředky (pec dýmačka), Pokus měl dále experimentálně ověřit procentuelní kovnatost křemžských železných rud. Tavbu uskutečnil Klub jihočeských mineralogů z Českých Budějovic (www.mineraly.org) na lokalitě Meziluží u Horní Stropnice.

Obr.1 Adolfovská huť na litografii z roku 1846

Pro tavbu bylo použito 3 kg limonitu-lebníku (viz obr.2) odebraného členy Klubu na lokalitě Chmelná-U Šimečků v průběhu let 2004 až 2005. Jako palivo bylo připraveno 35 kg dřevěného uhlí. Jako náhradní ruda bylo připraveno 10 kg "železivce" odebraného členy Klubu na lokalitě Malčice na jaře roku 2005. Náhradní surovina však nebyla použita.

Obr.2 Limonit-lebník z křemžské kotliny

Pro tavbu byla zvolena pec typu dýmačka. Výstavba pece byla zahájena v pátek 3. června 2005 odpoledne a ještě tentýž den byla dokončena a zapálena pro zkušební provoz a pro vypražení rudy. Nákres pece je uveden na obrázku obr.3, celkový pohled na pec pak na obr.4.

Obr.3 Pec použitá pro tavbu
a.-nístěj; b.-šachta pece; c.-kychta; d.-dyšna; e.-podpěra dyšny; f.-otvor pro
vhánění vzduchu do pece; g.-hliněný násep

Nístěj - nístěj (viz obr.5) byla zhotovena z obyčejných cihel. Základ tvořily dva sloupky ze dvou na sobě položených cihel vzdálené od sebe 11 cm. Zadní stěna nístěje byla zhotovena ze dvou cihel položených napříč. Horní cihly byly na vnitřní straně seříznuty tak, aby trubka šachty, která volně seděla na nístěji, plynule přecházela do nístěje. Horní přední část nístěje byla zakryta další napříč položenou cihlou. Dno nístěje bylo zhotoveno ze dvou keramických dlaždic pokrytých asi centimetrovou vrstvou jílu. Otvor, který zůstal v předu, bylo možné ponechat nezakrytý, případně jej bylo možné uzavřít na výšku postavenou cihlou. Během pokusu se ukázalo, že otvorem příliš uniká teplo. takže byl zakryt a zasypán hlínou.

Šachta - jako šachta byla použita keramická trubka o světlosti 20 cm, dlouhá 75 cm. Krátce po zahájení zkušebního provozu trubka popraskala, takže jí bylo nutné ovázat vázacím drátem (viz obr.6) a zhruba do poloviny zasypat hlínou. Horní otvor šachty (kychta) zůstal volný, aby bylo možné do pece plynule vsazovat rudu a uhlí.

Dyšna - jako dyšna byla použita 2 m dlouhá ocelová lešenářská trubka, která se skláněla pod úhlem 15° směrem k peci. Tím bylo omezeno vnikání vsádky do dyšny a nedocházelo tak k jejímu zanášení. Dyšna ústila doprostřed pece. Na opačném konci byla podepřena na sobě položenými cihlami a zajištěna dalšími cihlami proti náhodnému posunutí. Během pokusu se ukázalo použití ocelové trubky jako nevhodné, protože se konec dyšny zasazený do pece utavil a znehodnotil výsledek pokusu.

Vhánění vzduchu - pro vhánění vzduchu byl použit elektrický ventilátor ze starého sálového počítače o výkonu 0,05 m³/s. Ventilátor byl umístěn do plastového kanystru, který byl nasazen na dyšnu (viz obr.7). Případným povytažením kanystru z dyšny bylo možné regulovat množství vzduchu vháněného do pece.

Stavba pece byla zahájena v pátek 3. června 2005 ve 20.30 večer a dokončena byla v 21:30 téhož dne. Poté byla pec zapálena pro testovací provoz a založena 3 kg dřevěného uhlí. Po 30 minutách hoření byla do pece vsazena nenadrcená ruda a pec byla ponechána do rána k vyhoření a vychladnutí.

V sobotu ráno byla z popela vyseparována vypražená ruda. Vzhledem k tomu, že během pražení došlo k rozpraskání šachty, byla šachta ovázána vázacím drátem a zhruba do poloviny zasypána zeminou. V 11:00 byla pec zapálena a intenzivně vyhřívána za vhánění maximálního proudu vzduchu po dobu 40 minut.

V této době byla ruda nadrcena na zrna nepřesahující velikost 1 cm. Drcení bylo provedeno kladivem. Vypražená ruda byla velice křehká, takže drcení bylo snadné. Nadrcená ruda byla smíchána s uhlím v poměru přibližně 2 objemové díly uhlí na 1 díl rudy (viz obr.10).

V 11:40 byla vsazena první várka rudy v množství cca 0,5 kg. Další várky ve stejném objemu byly vsazovány zhruba každou půl hodinu a mezi jednotlivými vsádkami bylo průběžně do pece doplňováno uhlí. Uhlí spolu s rudou v šachtě plynule klesaly do nístěje. Spotřeba uhlí byla 3 kg/hod. Ve 14:30 byla vsazena poslední ruda a v 16:45 bylo ukončeno přisazování uhlí. Pec dohořela v 18:15. Až do vyhoření byl do pece vháněn plný proud vzduchu. Podrobný časový harmonogram viz tab.1.

Poté byla pec rozebrána a získaná tavenina - železo spečené se struskou - vybrána. Bohužel se ukázalo, že se část dyšny utavila (viz obr.12), takže nebylo možné přesně zjistit, kolik taveniny z rudy vzniklo. Optická kontrola skrze dyšnu během tavby ukázala, že teplota v ústí dyšny postupně klesala a ohnisko hoření pece se posouvalo směrem vzhůru. Železo v tavenině bylo prokázáno detektorem kovů a magnetem.

Výsledkem pokusu byla hrouda spečené taveniny (viz obr.13), která vznikla poblíž ústí dyšny do pece. Rozměr hroudy byl 200 x 100 x 80 mm. Hrouda prokazatelně obsahovala železo (důkaz pomocí detektoru a magnetu), železo však bylo ve směsi se struskou, takže jej nebylo možné odseparovat. Tavenina byla kruchá, nekujná. Železo bylo přítomné ve všech částech hroudy. Vzhledem ke skutečnosti, že se nedalo železo oddělit od strusky a že součástí taveniny byla nepochybně i část ocelové dyšny, nebylo možné určit procentuelní obsah železa v použité rudě. Konstrukce pece se osvědčila až na dva nedostatky: keramická trubka, ze které byla vyrobena šachta pece, nebyla schopná odolat žáru a popraskala (problém byl vyřešen ovázáním trubky vázacím drátem a zasypáním zeminou) a ocelová lešenářská trubka použitá jako dyšna se v žáru pece utavila. Naopak se velmi osvědčila konstrukce zařízení pro vhánění vzduchu do pece.

1. šachtu pece použít z jiného materiálu, případně keramickou trubku omotat pletivem a pokrýt vrstvou jílu. Použít trubku bez vnitřní glazury (je možné, že natavená glazura způsobila nežádoucí chemizmus).

2. jako ústí dyšny do pece použít trubku z jiného materiálu (například ze šamotu).

3. odizolovat pec zdola. Je možné, že ke spečení železa se struskou došlo vlivem nadměrné vlhkosti, kterou pec "vytáhla" ze země.

4. použít větší množství rudy. Jako optimální se jeví množství 15-20 kg rudy. Je možné, že ke spečení železa se struskou došlo vlivem malého množství použité rudy.

5. zmenšit celkový poměr rudy a uhlí zhruba na 1:1 až 1:2 (ruda pro vsazování byla smíchána s uhlím v poměru 1:2, ale mezi jednotlivými vsádkami rudy bylo vsazováno samotné uhlí, čímž se poměr uhlí výrazně zvýšil).

6. nepražit rudu. Ukázalo se, že křemžská ruda je poměrně kvalitní a není jí nutné pražit.

Přes výše uvedená doporučení byl pokus hodnocen jako úspěšný a došlo k získání surového železa z křemžské rudy. Kvalita železa (kruchost) odpovídala použitým prostředkům (nízkoteplotní peci typu dýmačka).

11:00	zapálení pece, předehřev pece na max. teplotu
11:40	první vsádka rudy (1/6 celkového množství)
12:30	utlumení proudu vháněného vzduchu na 0,020 m³/s
do 14:30	průběžná vsádka rudy a uhlí vždy při poklesu vsádky v šachtě o 25 cm
do 16:45	průběžná vsádka uhlí vždy při poklesu vsádky v šachtě o 25 cm
do 18:15	hoření pece, obnovení plného přívodu vzduchu
18:15	demontáž pece a vyjmutí železa a strusky


Obr.5 Průhled šachtou na nístěj Na spodní části snímku je patrná ocelová dyšna	Obr.6 Pohled na dolní část šachty Na snímku je patrné ovázání šachty vázacím drátem a rozžhavení keramické trubky v okolí dyšny


Obr.11 Pohled šachtou do provozního prostoru pece těsně před jejím dohořením. Při dolním okraji šachty je patrný modrý plamen, kterým hoří kychtové plyny	Obr.12 Vnitřní prostor peci po skončení pražení Vpravo je vidět utavený konec ocelové dyšny. Po skončení tavení končila dyšna zároveň s okrajem šachty.