Výukové materiály ZŠ Kaplice, Školní 226
Výroba surového železa a oceli
Výroba surového železa
Základní surovinoiu pro výrobu surového železa je železná ruda (železo je hned po hliníku druhým nejrozšířenějším kovem v zemské kůře).
Výroba surového železa se probíhá ve vysoké peci, která se shora plní upravenou železnou rudou, koksem a vápencem. Železná ruda je směs sloučenin železa, především oxidů železa. Úpravou se zbaví nečistot a přemění především na oxid železitý Fe2O3. Koks hoří za pomoci kyslíku, který se jako součást předehřátého vzduchu vhání do pece.
Chemická reakce hoření zvýší teplotu v dolní části pece až na 1800°C a uhlík z koksu v průběhu dalších chemických reakcí uvolní z oxidů železo. Roztavené železo a klesá ke dnu pece do nístěje. Odtud se v pravidelných intervalech při tzv. odpichu vypouští do forem - kokil a dlévají se ingoty - housky. Vysoká pec pracuje v nepřetržitém režimu.
Vápenec se do pece přidává proto, aby na sebe vázal různé nečistoty obsažené v železné rudě. Tato směs pak na roztaveném železe vytváří struzku, která roztavené surové železo chrání před opětovnou oxidací. Protože je struzka lehčí než roztavené surové železo, plave na něm a dá se snadno odstranit.
Vzniklé surové železo je z 95% čisté a 5 % tvoří hlavně uhlík a stopové množství jiných prvků jako je např. síra, fosfor a křemík. Tyto prvky nežádoucím způsobem ovlivňují vlastnosti železa, surové železo je příliš tvrdé, křehké a nekujné.
Surové železo je základní surovinou pro výrobu oceli.
Výroba oceli
Vlastnosti oceli závisí především na obsahu uhlíku. Čím je obsah uhlíku v oceli vyšší, tím tvrdší je výsledný materiál. V praxi se to provádí tak, že se ze surového železa praktický všechen uhlík odstraní a pak se ho přidává přesně stanovené množství.
Výroba oceli v kyslíkových konvertorech
Do konvertoru se nalije roztavené surové železo z vysoké pece. K surovému železu se může přidat i železný šrot až do jedné čtvrtiny celkového množství. Do konvertoru se vhání proud čistého kyslíku, který se sloučí s uhlíkem obsaženým v surovém železe a vzniká oxid uhelnatý a uhličitý, který odchází z konvertoru pryč. Přidaný vápenec během vhánění kyslíku reaguje s nečistotami a opět vytváří na povrchu taveniny struzku. Takto vyrobené téměř čisté železo klesá ke dnu konvertoru, odkud se vypouští. Při vypouštění oceli se do ní přidává přesně sstanovené množství uhlíku a přísady potřebné pro výrobu speciálních ocelí. Po vypuštění oceli se z konvertoru odstraní struzka a celý proces je možno opakovat.
Výroba oceli v elektrických obloukových pecích
Princip výroby oceli v elektrických obloukových pecích pecích je stejný, Do pecí se vkládají ingoty surového železa a železný šrot, kde se vlivem elektrického oblouku taví. Kyslík obsažený v korozi váže na sebe přebytečný uhlík.
Fyzikální vlastnosti oceli záleží především na obsahu uhlíku. Měkká ocel obsahuje několik desetin % uhlíku, tvrdá i více než 1 %.
Přísadou dalších prvků lze vyrobit ocel se speciálními vlastnostmi, např. příměs chromu a niklu poskytují nerezovou ocel a mangan zvyšuje tvrdost oceli.
Výroba litiny
Litina vzniká přimísením velkého množství uhlíku do čistého železa, až 4 %. Vlastnosti litiny se výrazně liší od vlastností oceli. Je tvrdá, křehká, nedá se kovat, dobře se odlévá, nepodléhá korozi.
Čisté železo
Čisté železo je v technické praxi neupotřebitelné, je příliš měkké, nepodléhá však korozi.
Zajímavost:
v Dillí, hlavním městě Indie je asi 2 tisíce let starý sloup z téměř čistého železa. Za tu dobu nepodlehl korozi. Není dosud jasné, jakou technologií bylo v té době čisté železo vyrobeno. Předpokládá se, že tehdejší technologie neumožňovaly snížit obsah uhlíku ve vytaveném železe téměř na nulu.
Srovnání vlastností železných kovů
surové železo čisté železo měkká ocel tvrdá ocel litina obsah uhlíku vysoký 0 % desetiny % kolem 1 % až 4 % tvrdost vysoká nízká nízká vysoká vysoká pružnost není není nízká vysoká není křehkost vysoká není není nízká vysoká koroze nepodléhá nepodléhá vysoká podle složení nepodléhá
