Výroba železa Surové železo složitá slitina železa s uhlíkem (cca 4%) a dalšími prvky (P, S, O, Si, Mn a další), vznikající redukcí železných rud kokisem ve vysoké peci Obsahuje: 3-4 % C, 0,5 - 2,0 % Si, cca 1 % Mn, 0,05 % S, 0,1-2,5 % P Železné rudy - (magnetit, krevel, hnědel, siderit, pyrit aj.) obsahují hlušinu (SiOP Al2Op CaO,MgO apod) Metalurgicky koks - vzniká při karbonizaci černého uhlí. Má být kusový, b« prachu, s nízkym obsahem popela, vody a síry* Na výrobu 11 železa je třeba 0£-0,61 koksu. Struskotvorné látky - přidávají se pro odstranění kremičitanu (vápenec nebo dolomit). Za vysokých teplot vzniká tekutá struska, která mj, zamezuje oxidaci železa. Vysoká pec 200 KYCHTA 275-375- 550- 600- 700- 800- 900- 1 050 - 1200- Wj 1525-1900 ^pvvi 1875" 3 Jfc 5JH t-SUROVÉHO ŽELEZA 1*00-1450* 4 ŠACHTA ROZPOR 6 1SEDLO WSTEJ \-STRUSKY 1450 - 1500° Vyzdívka pece Samotové tvárnice, zvenčí je ocelový plášť z plechu 20 - 35 mm provoz nepřetržitý, dob« průchodu jedné vsázky 10 - 20 hodin ♦ Vysoušení vsázky (100-500 °Q - odstranění těkavých látek z koksu ♦ Redukce oxidů železa (400-1000'Q Fe203 —- Fe304 —- FeO —- Fe (do 900 "C probíhá jako nepřímá redukce CO) FeO + C------ Fe + CO (přímá redukce ve spodní části šachty při vyšších teplotách) ♦• Redukce oxidu ostatních prvku probíhá současně s redukcí oxidů železa, z fosfátů se redukuje fosfor (3 Fe + P—~Fe,P), ze síranů a sulfidů se do železa dostává síra a další prvky (Ti, Cr, V, Ni apod.) ♦ Nauhličování železa (900-1000 °Q - probíhá v tuhém stavu difúzí uhlíku ěi CO a CO, 3 Fe + C ------ Fe3C (karbid triželeza, cementít) Cementit se rozpouStí v kapalném i tuhém železe, s. rostoucím obsahem uhlíku klesá i jeho bod tání (vznik eutektika). Čisté železo Železo s obsahem 4,3 % C 1535 1130 Nauhličování probíhá účinkem plynné fáze a stykem železa s koksem. Nauhličené železo se usazuje v nístěji, odkud se periodicky v několikahodinových intervalech odpichuje. Tvorba struskv oxidy nečistot reagují s CaO (z vápence vypáleným) za tvorby tekuté strusky, která se periodicky vypouští, prudce ochladí (vznik struskové vlny). Vysokopecní struska je surovinou pro stavební průmysl, výrobu cementu a slouží jako izolační materiál. Poměr kyselých (SiOj) a zásaditých (CaO, MgO) složek se volí 1,0 -1,5. * Spalování paliva probíhá v oblastí výfučén vháněním předehřátého vzduchu C + Oz------ CÖ2 (exotermická reakce, 2000aC) C02 + C —- 2 CO (Boudoardoya reakce) 2 CO —— C02+ C (Bellova reakce, horní vrstvy šachty) (— . Další zpracování surového železa zkujňování v ocelárnách přetavování ve slévárnách na výrobky ze šedé nebo tvárné litiny VÝROBA OCELI Ocelářsky proces snížení obsahu uhlíku a dalších nežádoucích prvků v surovém žele ze na takovou výši, aby ocel měla požadované vlastností. Současně lze zpracovávat i železný šrot. OCELI UHLÍKATÉ OCEL! UŠLECHTILÉ (konstrukční) s max. obsahem C 1,7%, obsahují malé množství Mn, Si, P a S. (slitinové, legované) obsahují legující prvky. Používají se pro speciální účely. Základní operace isou zkujňování desoxidace v mm ZKUJNOVAN1 - oxidace příměsí surového železa vzdušným kyslíkem nebo kyslíkem přítomným v oxidech železa (ruda, okuje). Při oxidaci vzniká FeO, který je hlavním oxidovadlem příměsí. C—-CO, Mn-—MnO, Si »SMX Si02 se váže na FeO, CaO, MnO za vzniku strusky s nižší hustotou* Odstranění fosforu může probíhat až po odstranění uhlíku; neboť vzniklý P4Q10 by se přítomným uhlíkem redukoval zpět na fosfor. Odstranění fosforu v přítomnosti uhlíku je možné v přítomnosti nadbytku CaO. 2P+4CaO +5FeO CaO.Ca^O^ + 5 Fe Totéž se tvká i odstranění sírv : FeS -:+ Mn-----MnS + Fe, MnS + CaO —►CaS + MnO DESOXIDACE - nastává po skonření zkujňovacích procesů. Cflem je maximální snížení obsahu FeO rozpuštěného v tavenine (způsobuje křehkost oceli). Odstraňuje se redukcí přídavkem ferrosilicia nebo ferromanganu. FeO +Mn-----»MnO + Fe MnO v roztavené oceli málo rozpustný a hromadí se na povrchu taveniny. UKLIDŇOVÁNÍ OCELI u některých ocelí se před odléváním odstraňují poslední zbytky oxidů přídavkem hliníku 3 MnO + 2A1 ------ AljOj + 3Mn KONTROLA PROCESU VÝROBY OCELI Rvantometry ZAŘÍZENI: 3^ konvertory (Bessemerův , Thomasův) > mstějové plamenně pece (Siemens-Martinské, Talbotovy, Campbellovy) > elektrické obloukové nebo indukční pece >* kelímkové pece >"■ rotační ocelárenské pece > elektrické vakuové pece > kokila - tlustostčnná litinová forma ingot MECHANICKÉ TVÁŘENÍ OCELI válcovny, tažírny, kgvámy TEPELNE ZPRACOVÁNI OCELI ve výrobcích z oceli probíhají strukturní přeměny uvnitř materiálu (tvar se nemíní) Žíhání oceli - ohřev na určitou teplotu následovaný pomalým chladnutím. Ocd je v rovnovážném stavu, odstraní se veškerá pnutí. Ocel má nízkou tvrdost a velkou houževnatost Kaleni oceli - ohřev nad tzv. překrystalizační teplotu (723 *C), následuje rychlé ochlazení ve vodí, oleji nebo na vzduchu. V oceli vznikají metastabilní struktury (např. martensit), což způsobuje tvrdost, malou houževnatost, velkou křehkost a značné vnitřní pnutí. Popouštění oceli - používá se pro kalenou ocel zahříváním na 200 -700 *Cy kdy dochází k určitým přeměnám ve struktuře kalené oceli a částečně se odstraní vnitřní pnutí i tvrdost, zvýší se vSak houževnatost oceli. Chemicko-tevelné zpracování ocelí * Cementace - povrchové nasycení ocelového výrobku uhlíkem do hloubky 0,6 - 1 mm. Používá se směs BaC03 + dřevné uhlí, event solné lázně (soda + NaCN + KCl). ♦ Nitridováni- sycení povrchu oceli dusíkem za pomoci NH, při teplotě 500°C nebo KCN, NaCN v solné lázni. Ocel získává povrchovou tvrdost