SIROVO GVOE KLARA KAKUKA profesor hemije MAVANSKA SREDNJA

SIROVO GVOŽĐE KLARA KAKUČKA, profesor hemije MAČVANSKA SREDNJA ŠKOLA

GVOŽĐE -Fe • Najveću primenu od svih tehničkih legura imaju legure na bazi gvožđa. • Gvožđe je hemijski element iz grupe prelaznih metala. Čisto gvožđe ima dve alotropske modifikacije: • α- Fe stabilno od sobne do 906 o. C sa prostorno centriranom kubnom rešetkom, sa magnetnim svojstvima. • ϒ- Fe od 906 o. C do 1401 o. C sa površinski centriranom kubnom rešetkom.

Elementarno gvožđe • Elementarno gvožđe se u prirodi nalazi kao meteoritsko koje je dospelo na zemlju iz Svemira, i kao telurno koje je prisutno u Zemljinoj kori od iskonskih vremena. • Poznato je da je gvožđe prisutno u sastavu Sunca, mesečevim stenama i drugim nebeskim telima, gde ga ima oko 14, 3%, što svedoče meteoriti pali na Zemlju od kojih se polovina sastoji pretežno od gvožđa.

Svojstva gvožđa • U elementarnom stanju čisto gvožđe je srebrnobeli, relativno mekan i kovan metal. • Čisto gvožđe je feromagnetično, što znači da zadržava magnetska svojstva i nakon prestanka delovanja magntskog polja. • Gvožđe je hemijski vrlo reaktivno i kao neplemeniti metal rastvara se u neoksidirajućim kiselinama. Na vazduhu je vrlo nestabilno i relativno brzo se oksiduje (korodira). • U oksidirajućim kiselinama (koncentrovanoj sumpornoj i azotnoj kiselini) površina gvožđa se ne rastvara, nego se pasivizira stvaranjem zaštitnog sloja.

Nalaženje • Po zastupljenosti u Zemljinoj kori na četvrtom mestu iza kiseonika, silicijuma i aluminijuma, • Rude su : • Hematit Fe 2 O 3 sa 45 -65 % Fe crvene boje • Magnetit Fe 3 O 4 40 -70% Fe sive boje • Limonit Fe 2 O 3 x n. H 2 O 25 -50% Fe • Siderit Fe. CO 3 sa 30 -40% Fe • Pirit Fe. S 2 • Halkopirit Fe Cu S 2

PIRIT HEMATIT MAGNETIT HALKOPIRIT

Crvena boja reke od gvožđa iz stene

Dobijanje • Sirovo gvožđe se dobija redukcijom oksidnih ruda u visokim pećima. • Redukcija se vrši CO (ugljen monoksidom) koji nastaje sagorevanjem koksa. • Napravljena je od čeličnog lima, obložena iznutra vatrostalnom opekom. • Sastoji se od pećnice (na dnu), trbuha i grotla ( otvor na vrhu peći). • Kroz grotlo se ubacuju koks, ruda i topitelji u određenim količinama i redosledu.

Dobijanje • Peć se dopunjuje i radi neprekidno. • U dnu peći nalaze se otvori za ispuštanje rastopljenog gvožđa i šljake ( primese sa topiteljima). • U donjem delu se nalaze i duvaljke koje uduvavaju vreo vazduh za sagorevanje koksa a gasovi, koji nastaju napuštaju peć kroz gornji otvor.

Procesi u peći • Sagorevanjem koksa nastaje CO koji redukuje rudu i prevodi se u CO 2 koji prolasku kroz gornji sloj koksa se redukuje u CO, pa ponovo red rude i tako nekoliko puta. • 3 Fe 2 O 3 + CO → 2 Fe 3 O 4 + CO 2 • Fe 3 O 4 + CO → 3 Fe. O + CO 2 • Fe. O + CO →Fe+ CO • CO 2 + C → 2 CO

Procesi u peći • Redukciona zona je u srednjem delu peći (trbuh). Proizvodi visoke peći su rastopljeno gvožđe, tečna šljaka (troska) i visokopećni gas. • Rastopljeno gvožđe u zavisnosti od hemijskog sastava i brzine očvršćavanja služi kao sirovina za proizvodnju čelika i livenog gvožđa. • Šljaka posle očvršćavanja može da se prerađuje i koristi u građevinarstvu. • Visokopećni gas pri izlasku iz peći ima temperaturu od 250 – 400 o. C, služi za zagrevanje manjih peći u livnici.

Belo i sivo livničko gvožđe • Gvožđe za preradu u čelik dobija se bržim hlađenjem koje se postiže livenjem u metalnim kalupima pri čemu se ugljenik izdvaja u obliku cementita Fe 3 C- belo livničko gvožđe • Sivo livničko gvožđe dobija se sporim hlađenjem, najčešće u peščanim kalupima, a ugljenik se izdvaja u vidu grafita.

Sirovo gvožđe • Sirovo gvožđe je zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljenika, jako krto i nepodesno za obradu ili primenu. • Može se koristiti samo za livenje najgrubljih masivnih predmeta (npr. postolja), koji nisu mehanički ili toplotno opterećeni. • Da bi se dobilo kvalitetnije gvožđe ili čelik, sirovo gvožđe se prerađuje, što uključuje smanjenje sadržaja svih primesa i podešavanje sadržaja ugljenika u gvožđu, koji bitno određuje kvalitet čelika. • Čelikom se smatra legura gvožđa koja sadrži od 0, 05 do 2, 06% ugljenika. • Prečišćeno sirovo gvožđe koje sadrži više od 1, 7%, a manje od 2, 5% ugljenika obično se naziva liveno gvožđe, a koristi se za izradu masivnijih gvozdenih odlivaka za razna postolja, nosače, kostrukcijsko i građevinsko gvožđe itd.

Sirovo gvožđe • Primese znatno utiču na fizička svojstva gvožđa. Tačka topljenja čistog gvožđa je 1535°C, a gvožđa sa svega 0, 83% ugljenika 740°C. Sastav sirovog gvožđa • w(Fe) = 90%, • w(C) = 2 — 5%, • w(Si) = 0, 2 – 4%, • w(P) = 0, 1 – 3%, • w(Mn) = 1, 5 – 6%, • w(S) = 0, 01 – 0, 05%.