Projekt MŠMTEU peníze středním školám Název projektu školyICT do života školy Registrační číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ ŠablonaIII/2 Sada 29 Anotace Výskyt železa v přírodě, výroba oceli a litiny Klíčová slovaŽelezná ruda, hematit, magnetit, pyrit, vysoká pec, kuplovna, indukční pec PředmětChemie Autor, spoluautorZdeněk Říha JazykČeština Druh učebního materiáluPrezentace Potřebné pomůckyPC, data projektor Druh interaktivityVýklad pomocí prezentace Stupeň a typ vzděláváníStřední škola Cílová skupina1. ročník, žáci let, M/01 Stavebnictví Speciální vzdělávací potřebyNe ZdrojeSeznam viz poslední strana Železo, ocel a litina 1 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje VY_32_INOVACE_29_594

2 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje ŽELEZO, OCEL A LITINA

3 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Železo - Ferrum Relativn í atomová hmotnost 55,845 Hustota 7,86 g/cm 3 Teplota tání 1538 °C(1811K) Teplota varu 2861 °C (3134K) Skupenství pevn é Tvrdost 4 (Mohrova stupnice )

4 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Je poměrně měkký, světle šedý až bílý, ferromagnetický kov s malou odolností proti korozi. Chemicky je elementární železo značně nestálé a reaktivní. Vlastnosti: Stříbrobílý lesklý, poměrně měkký kov. Dobře vede elektrický proud. Ve vlhku se pokrývá vrstvičkou rzi – Fe(OH) 3, vytvořená rez opadává a narušují se další vrstvy ŽELEZO

5 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Výskyt železa v přírodě V přírodě se železo vyskytuje ve formě sloučenin v mnoha rudách, které mohou být průmyslově využity k jeho výrobě. Nejvíce se vyskytuje ve formě oxidů a uhličitanů. Hematit (krevel) Magnetit (magnetovec) Limonit (hnědel) Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 Fe 2 O 3. X H 2 O

6 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Siderit (ocelek) Pyrit Ilmenit FeCO 3 FeS 2 FeTiO 3 Další železné rudy

7 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Železná ruda – povrchový důl Pro české hutě se dováží ruda z Ruska, Švédska a Brazílie.

8 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Schéma výroby surového železa

9 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Schéma vysoké pece a chemické pochody probíhající uvnitř

10 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Surové železo obsahuje kromě čistého železa asi 4% uhlíku a dalších příměsí, které jsou buď nežádoucí, nebo převyšují neškodnou koncentraci. Jedná se hlavně o křemík, fosfor, síru a mangan. Při přeměně surového železa nebo železné houby (nepřetaveného železa, houbovité porézní struktury, vyrobeného přímou redukcí železné rudy) na ocel je nutné snížit obsah uhlíku a téměř zcela odstranit nežádoucí složky. Tento proces je nazývá zkujňování.

11 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Ocel Obsah uhlíku v surovém železe je příliš vysoký a proto je nutné jej oxidačním procesem v ocelářských zařízeních snížit. Toho se dociluje oxidací uhlíku buďto kyslíkem ze vzduchu (Thomasův konvertor), profoukáváním kyslíkem (LD konvertor) nebo přisazováním železné rudy a ocelového odpadu do taveniny v nístějových pecích (Siemens-Martinův proces, elektrická oblouková pec).

12 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Výroba oceli v LD konvertoru Do surového železa se vodou chlazenou tryskou vhání pod tlakem 1 MPa čistý kyslík. Proces trvá asi 20 minut. Teplo, které se při rekci uvolňuje, se využije k tavení přisazovaného šrotu.

13 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje LD konvertor a struktura probíhajících procesů

14 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Schéma výroby oceli v elektrické obloukové peci

15 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Výrobky z oceli Stojan lisu Soustružené díly Ozubená kola z jemnozrnné z automatové z cementační konstrukční oceli oceli oceli

16 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Litiny, kromě ocelolitiny jsou železné materiály s obsahem uhlíku 2,14 – 6,67%, hodící se ke slévání. Litinu nelze kovat, protože je křehká. Mezi tekutou a pevnou fází nemá těstovitý stav vhodný k plastickému tváření.

17 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Litina se vyrábí ze surového železa a litinového i ocelového šrotu s koksem a vápencem.Vyrábí se v kuplovně, tavicí peci válcovitého tvaru při teplotě okolo °C. Při pomalém ochlazování vzniká šedá litina, při rychlém ochlazování vzniká bílá litina. Takovéto litiny mají nežádoucí vlastnosti a musí se dále zpracovávat. Šedá litina bývá modifikována hořčíkem, vzniká litina tvárná neboli očkovaná. Ta je podstatně pevnější, houževnatější a tvárnější. Ppoužívá se na výrobu ozubených kol, vložených válců či vložek válců motorů, vačkových a klikových hřídelí. Odlitky z bílé litiny jsou příliš tvrdé a těžko obrobitelné. Proto se odlitky dlouhodobě žíhají (až 6 hodin) při 900 °C, čímž povrch změkne a dá se snáze obrábět. Pak je litina označována už jako temperovaná.

18 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Výroba litiny Elektrická indukční pec Kuplovna

19 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Výrobky z litiny Držák kola Rozvaděč vody pro plynový zadní nápravytopný kotel

20 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Kontrolní otázky 1, Vyjmenujte alespoň tři minerály, sloužící k výrobě železné rudy! 2, Odkud se dováží železná ruda pro naše hutě? 3, Ze kterých částí se skládá vysoká pec? 4, Jaký je rozdíl ve složení železa a ocelí? 5, Jaký plyn se používá pro výrobu oceli v LD konvertoru? 6, Co se vyrábí v kuplovně?

21 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Použitá literatura Neufingerl Franz Dr., Urban Otto Prof., Viehhauser Martina Dr., Chemie 1 anorganická chemie, originální vydání nakladatelství Bohmann Druck und Verlag Gesellschaft m.b.H. & Co KG, Wien, české vydání 1995, ISBN Aman Wofgang, Eisner Werner, Gietz Paul, Maier Josef, Schierle Werner, Stein Rainer, Chemie pro střední školy 2a, Ernst Klett Schulbuchverlag, GmbH Stuttgart 1989, Scientia s.r.o pedagogické nakladatelství 1998, ISBN X DILLINGER ING. Josef, a kolektiv, Moderní strojírenství pro školu a praxi, nakladatelství Sobotáles Praha 2007, IBSN Použité obrázky jsou z výše uvedených publikací.