Bare en liten del av det jernet som produseres er rent metall i den forstand at det inneholder mer enn 99,9 prosent jern. Resten av produksjonen gir i første hånd råjern, det vil si jern med varierende innhold av karbon og andre grunnstoffer. Råjern er utgangsmaterialet for stålproduksjonen.
Kjemisk rent jern kan fremstilles i laboratorieskala ved å redusere rene jernoksider med hydrogen (ferrum reductum). Teknisk viktigere er elektrolyse av jern(II)kloridløsninger som gir elektrolyttjern, og termisk spaltning av pentakarbonyljern, Fe(CO)5, ved ca. 250 °C som gir karbonyljern. Dette jernet har en renhetsgrad på cirka 99,85 prosent og anvendes for spesielle formål, for eksempel som katalysator.
Fremstillingen av råjern foregår i masovner. Det er høye, tårnlignende sjaktovner hvor oksidisk jernmalm etter rensing og røsting fylles i ovnen ovenfra sammen med koks og slaggdannende stoffer, oftest kalkstein og/eller kvarts (tilslaget). Temperaturen i masovner varierer fra 1500–1600 °C nederst til rundt 500 °C øverst i ovnene.
I Norge produseres i dag råjern kun fra skrapjern.
Koksens forbrenning foregår ved at det blåses inn varm trykkluft nedenfra. Det viktigste reaksjonsmiddelet er karbonmonoksidgass (CO). Den dannes ved reaksjon mellom den innblåste luften og overskudd av karbon. Karbonmonoksidet strømmer opp gjennom ovnen og reduserer jernoksidet til jern i de ovenforliggende lagene, summarisk angitt ved ligningen:
Fe2O3(s)+ 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)
For å få reduksjonen mest mulig fullstendig, er et stort overskudd av karbonmonoksid nødvendig. Gassen som forlater ovnen øverst, giktgassen, er så rik på karbonmonoksid (25–30 prosent) at den er brennbar og kan anvendes til å forvarme luften som blåses inn i masovnen. Jernet som dannes ved reduksjonen av de oksidiske malmene i masovnens mellomste og nedre deler, er meget fint fordelt og har et svamplignende utseende. Det virker som en utmerket katalysator for reaksjonen 2CO(g) ⇆ C(s) + CO2(g).
Ved de moderate temperaturene (500–900 °C) i ovnens øvre og mellomste deler er denne reaksjonen skjøvet over mot høyre, det vil si at noe karbonmonoksid spaltes under utskillelse av fint fordelt karbon.Dette karbonet virker dels reduserende på jernoksid:
Fe2O3(s)+ 3C(s) ⇆ 2Fe(s) + 3CO(g)
Dels løser det seg i det fremstilte, metalliske jernet. Sammen med utskilt karbon og dannet slagg synker jernet etter hvert nedover mot varmere områder av ovnen, det smelter, og kan oppta nye mengder av utskilt karbon. Det smeltede tunge jernet synker helt ned i bunnen av ovnen. Fra tid til annen tappes det enten i store beholdere for i flytende form å tilføres stålverket, eller i sandformer, hvor det under avkjølingen blir til barrer.
Slagget flyter ovenpå jernet og beskytter det mot oksidasjon fra blåseluften. Slagget tappes ut kontinuerlig eller med korte mellomrom. Det støpes ofte i former til slaggstein som blir brukt til bygningsstein, til brolegging og så videre. Slagget anvendes også til veifyll, som tilsats til betong og som råstoff ved sementbrenning.
En moderne masovn er opptil 70 m høy og kan nedentil ha en diameter på cirka 14 m. Den produserer daglig 3000–5000 tonn råjern, de største opp til 10 000 tonn. Til hvert tonn produsert råjern går det med rundt to tonn jernmalm og cirka 550 kg koks.
Etter hvert har man gått over til å erstatte koksen med olje eller naturgass. Da kan også hydrogen brukes som reduksjonsmiddel ved siden av karbonmonoksid. I elektromasoven brukes elektrisk energi til oppvarmingen, mens selve reduksjonen av jernoksidene foregår ved hjelp av koks. Koksforbruket er omtrent halvparten av det man finner i en alminnelig masovn.
Råjern inneholder opptil ti prosent forurensninger, mest karbon (2,5–4,5 prosent) som skriver seg fra koksen, dessuten silisium, fosfor, svovel og mangan (se råjern).
Man skjelner mellom grått og hvitt råjern. Grått råjern fås ved langsom avkjøling. Det inneholder karbon i form av grafitt og er forholdsvis rikt på silisium (2–3 prosent). Grått råjern smelter alt ved 1100–1200 °C. Smelten er tyntflytende og utvider seg noe ved størkning. Det grå råjernet blir brukt som støpejern, foruten at det også kan forarbeides til stål. Hvitt råjern fås ved hurtig avkjøling av råjern. Det inneholder interstitielt karbon samt sementitt, Fe3C (se jernkarbid). Silisiuminnholdet er forholdsvis lite, mindre enn 0,5 prosent, derimot er manganinnholdet forholdsvis stort, over fire prosent. Hvitt råjern er meget hardt og sprøtt. Det egner seg ikke til støping og blir i sin helhet forarbeidet videre til stål.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.