elezo Vroba eleza a oceli Suroviny elezn ruda

Železo

Výroba železa a oceli

Suroviny Železná ruda (je tvořena převážně kyslíkatými sloučeninami železa): Ø Fe 2 O 3 – krevel (hematit) Ø Fe 3 O 4 – magnetovec (magnetit) Ø Fe 2 O 3. n. H 2 O – hnědel (limonit) Ø Fe. S 2 – pyrit Vysoušení surovin: Fe 2 O 3. n. H 2 O → Fe 2 O 3 + n. H 2 O

Železná ruda

Suroviny Ø Koks (z černého uhlí) - je to téměř čistý uhlík a slouží k redukci oxidů železa Ø Vápenec Ca. CO 3 – napomáhá utvoření tzv. strusky z hornin, které doprovázejí železnou rudu. Ø Doprovodné horniny železné rudy se nazývají hlušina a z větší části se před navážkou do vysoké pece odstraňují.

Vysoká pec Až 40 m vysoká, Ø 15 m široká šachtová pec Ø z oceli Ø uvnitř je vyzděna ohnivzdornými cihlami Ø Pracuje nepřetržitě až 10 let. Ø Ostravsko (vysoké pece v Třineckých železárnách a v ostravské Nové huti), dříve Kladensko Ø

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

http: //www. bbc. co. uk/history/interactive/animations/blast_furnace/i ndex_embed. shtml

Reakce, které probíhají ve vysoké peci Spalování koksu: C + O 2 → CO 2 + C → 2 CO +393 k. J/mol - 172 k. J/mol Redukce železa (nepřímá redukce): 3 Fe 2 O 3 + CO → 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO 2 Fe. O + CO → Fe + CO 2 Redukce železa (přímá redukce): Fe 2 O 3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO Fe 3 O 4 + 4 C → 3 Fe + 4 CO Fe. O + C → Fe + CO

Kychtové plyny Ø Oxid uhelnatý (25 – 30 %) Ø Oxid uhličitý (8 – 12 %) Ø Vodík (1, 5 – 4 %) Ø Methan (0, 2 – 0, 4 %) Ø Dusík (58 – 60 %) Øk vytápění předehřívačů vzduchu Ø zbytek se používá v ocelárnách

Surové železo Ø Obsahuje příměsi: asi 4% C (jako grafit a karbid triželeza Fe 3 C) Ø dále hlavně Mn, Si, P, S. Ø Ø Je velmi tvrdé, ale křehké; není pružné ani kujné Ø Odlévá se do forem (litina) a vyrábějí se z něj části strojů, potrubí, dříve topná tělesa; ale většina (cca 60%) se dále upravuje na ocel. Ø Největší část vzniká přímou redukcí

Struska Ø vzniká při redukci rudy reakcí hlušiny se struskotvornými přísadami Ø chemické složení Ca. Si. O 3 Ø chrání povrch roztaveného železa před oxidací horkým vzduchem, nemísí se s ním Ø používá se ve stavebnictví – cement, tvárnice

Vypouštění (tzv. odpich) surového železa a strusky ze spodní části vysoké pece se provádí vždy po čtyřech až šesti hodinách.

Odpich železa

Výroba oceli Ø Pro zlepšení vlastností surového železa se provádí v ocelárnách tzv. zkujňování (odstraňování většiny příměsí uhlíku (na 1, 7 – 0, 2 %) a dalších prvků). Ø Základní způsoby výroby oceli: a) v konvertorech, b) v Martinských pecích, c) v elektrických pecích.

Konvertor pro výrobu oceli - nejnižší kvalita, nejlevnější; nástrojové oceli - odstranění uhlíku vzdušným kyslíkem 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 Ø Podíl uhlíku je maximálně 1, 7%. Ø Čím více uhlíku ocel obsahuje, tím je tvrdší. Ø Vlastnosti oceli se vylepšují také přidáním malých množství některých dalších kovů (chromu, niklu, vanadu, wolframu aj. ).

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

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

Druhy ocelí prvek podíl využití Chromová ocel Cr 2% řezací nástroje, ložiska Niklová ocel Ni 5% namáhané součástky automobilů Wolframová ocel W 5% řezací nástroje Chromniklová ocel Kobaltová ocel Křemíková ocel 20% Cr + 8% Ni Co nerezavějící konstrukční materiály magnety mostní konstrukce

Vlastnosti železa

Čisté železo Ø měkký, kujný kov stříbřité barvy Ø taje při teplotě 1535°C

Čisté železo Ø tři alotropické modifikace (liší se krystalovou strukturou), závislé na teplotě: α Fe Ø 968 °C γ Fe 1401 °C do teploty 768 °C feromagnetické δ Fe

Chemické vlastnosti neušlechtilý kov (se zředěnými kyselinami reaguje za vývoje vodíku) Ø Ø hydroxidy na něj nepůsobí Ø slučování s nekovy (kyslík, síra, chlor) – koroze Ø stabilní oxidační čísla II, III

Koroze železa souhrnná rovnice: 4 Fe + 3 O 2 + 2 x H 2 O 2 Fe 2 O 3. x H 2 O Ø rez Ø elektrochemický děj => může probíhat velmi dlouhou dobu téměř konstantní rychlostí Ø ochrana vhodnými nátěry (Cr, Ni, Zn, aj. )

Sloučeniny železa

Železnaté sloučeniny Ø Fe. O - na vzduchu se oxiduje na Fe 2 O 3

Ø Fe. SO 4. 7 H 2 O – zelená skalice - bezvodý je bílý Fe + H 2 SO 4 + 7 H 2 O Fe. SO 4. 7 H 2 O + H 2

Ø (NH 4)2 Fe(SO 4)2 ∙ 6 H 2 O – Mohrova sůl - v analytické chemii

Železité sloučeniny

Ø Fe 2 O 3 – v přírodě jako krevel - pigment rozkladem zelené skalice -

Ø Fe 3 O 4 (magnetit) - vzniká působením vodní páry na rozžhavené železo

Komplexní sloučeniny

V oxidačním stavu II i III tvoří železo velké množství rozmanitých komplexních sloučenin:

Krevní soli Fe. III: K 3[Fe(CN)6]. 3 H 2 O červená krevní sůl Fe. II: K 4[Fe(CN)6]. 3 H 2 O žlutá krevní sůl

Thurnbullova a Berlínská modř - pravděpodobně shodná struktura dříve jako pigmenty při výrobě inkoustů a nátěrových hmot vznik: Thurnbullova modř: Fe 2+3[Fe 3+(CN)6]3 -2 Berlínská modř: Fe 3+4[Fe 2+(CN)6]4 -3