CHEMIE ŽELEZO

VLASTNOSTI Světle šedý kov Malá odolnost proti korozi (na vzduchu se tvoří rez) Nepříliš tvrdý (tvrdost 4) Za tepla je tažný a kujný ŽELEZO NEJ Hustota 7 860 kg/m3 Osmium 22 590 kg/m3 Teplota tání 1 538 °C Wolfram 3 422 °C Elektrická vodivost 9,9 .106 S/m Stříbro 63. 106 S/m Tepelná vodivost 80,2 W/mK 429 W/mK

VÝSKYT Druhý nejrozšířenější kov na Zemi Volné železo se téměř nevyskytuje (výjimka -meteority) Železo se vyskytuje v sulfidech, oxidech a uhličitanech. FeS2 pyrit Fe3O4 magnetit Fe2O3 krevel Fe2O3.nH2O hnědel FeCO3 siderit . Pyrit

výskyt Krevel Pyrit Magnetit Hemoglobin Hnědel Meteorit

POUŽITÍ Čisté železo Výroba litiny Výroba ocelí Prášková metalurgie (výroby obrobků z prášků kovů) Výroba litiny Výroba ocelí

VÝROBA Hutnický způsob (vysoké pece)

Vysoká pec bývá průměrně patnáct let v nepřetržitém provozu. Sazebna 200 °C Šachta Zarážka 2 000 °C Nístěj

VYSOKÁ PEC Vysoká 25 - 40 m. Šachta je z ocelových plátů, je vyzděna ohnivzdornou vyzdívkou. Na horním konci šachty je sazebna pro doplňování surovin. Vysokopecní plyn se odvádí odvody na obvodu sazebny Ve výši zarážky se přivádí do tavicího prostoru pece předehřátý vzduch (1 100 °C). Na nejnižší rovině nístěje (dno pece) je umístěn výtok roztaveného železa (tzv. odpichový otvor). Nad odpichovým otvorem pro surové železo je výtokový otvor strusky. Ke každé vysoké peci patří ohřívače vzduchu (vysoké válcovité stavby), vzduch je v nich ohříván vysokopecním plynem. http://www.rath-group.com/cs/odvetvi/tekuta-ocel/vyzdivka-vysoke-pece/

SUROVINY PRO VYSOKOU PEC Železná ruda Odstranění příměsí (hlušiny) - mechanické metody Úprava rudy pražením Koks Směs železné rudy a koksu se spéká a teprve potom dává do pece Struskotvorné látky Vápenec CaCO3 Oxid křemičitý SiO2 Suroviny se zavážejí výtahem do sazebny.

ŠACHTA – CHEMICKÉ PROCESY Horní část šachty Teplotní rozmezí mezi 400 až 1 000 °C Kontakt železné rudy s odcházejícími spalinami (CO). Probíhá nepřímá redukce = redukce oxidem uhelnatým Dolní část šachty Teplotní rozmezí mezi 1 000 a 2 000 °C Probíhá přímá redukce = redukce uhlíkem i nepřímá redukce oxidů železa Nepřímá redukce: Fe2O3 + 3 CO → 3 CO2 + 2 Fe Přímá redukce: Nepřímá redukce: FeO + C → Fe + CO FeO + CO → Fe + CO2

PRODUKTY VYSOKÉ PECE Surové železo (litina) Struska Vysokopecní plyn Obsahuje 3–5 % C (dále P, Si, S, Mn) Je křehké a není kujné. Struska Plave na surovém železe, chrání železo před oxidací kyslíkem. Zachycuje hlušinu ze železné rudy a popel. Použití: stavební materiály (tvárnice, izolace stěn, cementy). Vysokopecní plyn 28 % CO, 10 % CO2, 3 % H2, zbytek je N2 Použití: ohřev vzduchu pro vysokou pec

SUROVÉ ŽELEZO Šedé surové železo Bílé surové železo Vzniká při pomalém chladnutí Uhlík je v železe obsažen v nesloučené formě Je měkčí, dobře se odlévá (slévárenské účely) Bílé surové železo Vzniká při rychlém chladnutí Uhlík tvoří se železem karbid železa (Fe3C) Je tvrdší Zpracovává se na ocel

ŽELEZO - SLÉVÁNÍ Přetavení surového železa v pecích Odstranění mechanických nečistot Snížení obsahu C, Mn, Si, … Vzniká kvalitnější litina Vyrobená litina se odlévá do forem (kokil), vzniká ingot.

KOKILY A INGOTY

POUŽITÍ LITINY

POUŽITÍ LITINY Potrubí, armatury Části strojů Podstavce Kamna Litinové mříže, poklopy Nádobí Radiátory

OCEL – ZKUJŇOVÁNÍ ŽELEZA Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků, která obsahuje méně než 2,11 % uhlíku. Cíl zkujňování: odstranění přebytečného uhlíku a dalších nežádoucích prvků (např. P, S) Jak: reakcí s kyslíkem – přeměna prvků na oxidy Zařízení pro zkujňování Bessemerův konvertor Siemens-Martinské pece (→ Tandemové pece) Kyslíkový konvertor Elektrické pece Suroviny Surové železo Šrot

VÝROBA OCELI – KYSLÍKOVÝ KONVERTOR Konvertor má ocelový plášť a žáruvzdornou vyzdívku Na povrch roztavené vsázky se dmýchá čistý kyslík tzv. dyšnou (je umístěna svisle nad lázní v ose kyslíkového konvertoru. Dyšna je ukončena tryskou chlazenou vodou a lze ji vysunovat a spouštět na předepsanou vzdálenost od lázně) Teplota se udržuje přibližně v rozmezí 1600 až 1650 oC Během výroby oceli se tvoří struska (pohlcuje nežádoucí příměsi)

ELEKTRICKÁ OBLOUKOVÁ PEC Vyhřívaná elektrickým obloukem (3 grafitové elektrody) Velikost obloukových pecí – kapacita 1–400 tun Teploty v obloukových pecích mohou být až 1800 °C.

ODLÉVÁNÍ OCELI 1. Vylití roztavené oceli do stabilních forem (kokil) – ingoty 2. Převezení oceli v odlévací pánvi k odlévacímu stroji. Ocel se odlévá do nepřetržitého pásu Po ztuhnutí se řeže na velikosti podle tříd řezacími hořáky

ÚPRAVA MĚKKÉ OCELI Cílem je získat tvrdou ocel Žíhání Kalení Vyhřátí na určitou teplotu (500-1200 °C) Pomalé chlazení na vzduchu Ocel je lépe obrobitelná Kalení Nahřátí na kalicí teplotu (750-900 °C – podle složení oceli) Prudké chlazení (voda, olej, roztoky solí) Ocel je tvrdá a pevná, je křehčí Popouštění Pomalé nahřátí na teplotu 300-700 °C (nižší než kalicí teplota) Pomalé ochlazení Ocel je pružná a houževnatá

TVRDÁ OCEL Podle chemického složení: Nelegované oceli Legované oceli Tzv. uhlíkové oceli Tvrdost je ovlivněna obsahem uhlíku Mechanické vlastnosti uhlíkových ocelí lze upravit tepelným zpracováním (žíhání, kalení, popouštění) Legované oceli Slitinová ocel Vlastnosti oceli ovlivňuje množství a druh přidaných legujících prvků Legující prvky: Cr, Ni, W, Co, V, …

Zdroje Obrázky: AUTOR NEZNÁMÝ. http://www.omska.cz/vyuka/chemie/ [online]. [cit. 13.11.2012]. Dostupný na WWW: http://www.omska.cz/wp-content/uploads/2010/12/chemie.jpg AUTOR NEZNÁMÝ. http://web.vscht.cz/~nadhernl/psp.html [online]. [cit. 13.11.2013]. Dostupný na WWW: http://web.vscht.cz/~nadhernl/psp.png http://www.solidbrno.cz/images/products/big/produkty-solid09.jpg http://www.zschemie.euweb.cz/zelezo/vysoka_pec.jpg http://xantina.hyperlink.cz/spravce2/anorganika/pec.gif http://www.strojarina.jecool.net/wp-content/uploads/Data/STT/STT%20pracovn%C3%AD%20se%C5%A1it%201/Vysok%C3%A1%20pec.jpg http://www.i60.cz/obrazky/velke/vysoka_pec_vitkovice_201203201855200.jpg http://media.novinky.cz/049/260496-top_foto1-9agoj.jpg?1303457401 http://www.asu.cas.cz/_data/pribram_luhy_1239096732.jpg http://www.titan-plastimex.cz/Produkty/Litina/litina.gif http://www.czprodukt.cz/data/USR_377_DEFAULT/pekac_ovalny_litinovy_s_poklici_sfinx.jpg http://www.heunisch-guss.com/cz/produkty/seda-litina.html http://cms.netnews.cz/files/shop-images/903147/3565-Bohemia.jpg http://ottp.fme.vutbr.cz/users/stetina/habilitace/image/image007.jpg http://www.drah-servis.cz/foto.php?foto=./data/lgb_7_soucasti_sprahlo-dvouhlave/foto/67.jpg