Výroba železa a oceli

Suroviny Železná ruda (je tvořena převážně kyslíkatými sloučeninami železa): Fe2O3 – krevel (hematit) Fe3O4 – magnetovec (magnetit) Fe2O3 . nH2O – hnědel (limonit) FeS2 – pyrit

Železná ruda

Suroviny Koks (z černého uhlí) - je to téměř čistý uhlík a slouží k redukci oxidů železa Vápenec CaCO3 – napomáhá utvoření tzv. strusky z hornin, které doprovázejí železnou rudu. Doprovodné horniny železné rudy se nazývají hlušina a z větší části se před navážkou do vysoké pece odstraňují.

Vysoká pec Až 40m vysoká, 15m široká šachtová pec z oceli uvnitř je vyzděna ohnivzdornými cihlami Pracuje nepřetržitě až 10 let. Ostravsko, dříve Kladensko

Vysoká pec kychta šachta nístěj Rozpora Zarážka ruda, koks, struskotvorné přísady Vysoká pec kychta 200 °C 400 °C 900 °C šachta Rozpora 1400 °C Zarážka 1600 °C nístěj 2000 °C

http://www.youtube.com/watch?v=KsyDQy0djs4&feature=related

Reakce, které probíhají ve vysoké peci Vysoušení surovin: Fe2O3 . nH2O → Fe2O3 + nH2O Spalování koksu: C + O2 → CO2 +393 kJ/mol CO2 + C → 2 CO - 172 kJ/mol Redukce železa (nepřímá redukce): 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2 FeO + CO → Fe + CO2

Reakce, které probíhají ve vysoké peci Redukce železa (přímá redukce): Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO Fe3O4 + 4 C → 3 Fe + 4 CO FeO + C → Fe + CO

Surové železo a struska Struska chrání povrch roztaveného železa před oxidací. Vypouštění (tzv. odpich) surového železa a strusky ze spodní části vysoké pece se provádí vždy asi po dvou hodinách. Surové železo obsahuje příměsi: asi 4% C, dále hlavně Mn, Si, P, S. Je velmi tvrdé, ale křehké. Odlévá se do forem (litina) a vyrábějí se z něj topná tělesa, části strojů, potrubí apod., ale většina se dále upravuje na ocel.

Odpich železa

Výroba oceli Pro zlepšení vlastností surového železa se provádí v ocelárnách tzv. zkujňování (to je odstraňování většiny příměsí uhlíku a dalších prvků). Základní způsoby výroby oceli: a) v konvertorech, b) v Martinských pecích, c) v elektrických pecích.

spalování Si, Mn, Fe (propal), C Konvertor pro výrobu oceli - nejnižší kvalita, nejlevnější; nástrojové oceli surové železo (1200 °C) přívod vzduchu spalování Si, Mn, Fe (propal), C 30 min

Siemens-Martinská pec (nístějová) - kvalitní ocel 4 - vsádka – surové železo, šrot, vápenec

Elektrická pec (oblouková, indukční) - nejkvalitnější ocel, drahé

Ocel Pomalu ochlazovaná (popouštěná) je méně tvrdá a dobře ohybatelná. Prudce ochlazená (zakalená) je tvrdá, ale lámavá. Podíl uhlíku je maximálně 1,7%. Čím více uhlíku ocel obsahuje, tím je tvrdší. Vlastnosti oceli se vylepšují také přidáním malých množství některých dalších kovů (chromu, niklu, vanadu, wolframu aj.).

Druhy ocelí

Další úpravy oceli Legování Přídavek kovů pro zlepšení vlastností Nerezová ocel – Cr, Ni, Mo Pancéřová ocel – Mn Magnetická ocel – Al, Co, Ni Pružinová ocel – Cr Karoserie aut - V

Další úpravy oceli Kalení Rychlé chlazení –velmi tvrdá, odolná, pružná, ale křehká ocel – nástroje, ocelové konstrukce Popouštění Pomalé chlazení – tvrdá, méně pružná, snadno ohybatelná ocel – nástroje, strojní součásti