Výroba surového železa a výroba oceli
Vlastnosti železa (Fe) • nejrozšířenější přechodný kovový prvek • druhý nejrozšířenější kov na Zemi, hojně zastoupen i ve vesmíru • v přírodě – minerály železa – rudy: • hematit (krevel) – Fe2O3 (nejhojněji se vyskytuje) • magnetit – Fe3O4 (nejhodnotnější ruda – obsah Fe) • pyrit – FeS2 (u něj obtížné oddělení síry od železa) • ilmenit – FeTiO3 magnetit pyrit hematit [1]
[2]
[3]
Vlastnosti železa • měkké, světle šedé až bílé • ferromagnetický kov • v zemské kůře: 4,7 – 6,2 % (před ním O, Si a Al) • valenční elektrony má v d-orbitalu • sloučeniny Fe2+ a Fe3+ • elementární Fe je nestálé a reaktivní, má velmi malou odolnost proti korozi Využití: [4] • všestranné využití při výrobě slitin [4] • významným biogenním prvkem – v organismu se podílí na přenášení kyslíku k buňkám
šedé
Technické železo
Surové železo
měkká
Ocel
tvrdá
bílé
uhlíková slitinová, legovaná
Výroba surového železa • technické železo se vyrábí ve vysokých pecích redukcí rud koksem a oxidem uhelnatým
• za přítomnosti struskotvorných látek, za vysokých teplot
[5]
Postup výroby surového železa: • vysoká pec – stavba vysoká 30 - 50m, uvnitř vyzděna žáruvzdorným materiálem (vysoké teploty, až 1800°C) - pracuje nepřetržitě několik let
• pec se plní shora rudou, koksem a vápencem (struskotvorná přísada) • do spodní části pece se vhání horký vzduch obohacený kyslíkem • suroviny se nejprve v peci vysuší • koks je téměř čistý uhlík, při jeho spalování vzniká velké množství tepla a oxid uhelnatý, který slouží jako redukční činidlo Reakce: C + O2 CO2 CO2 + C 2 CO
Schéma vysoké pece: • oxid
uhelnatý i koks redukují oxidy železa na železo
FeO + C
Fe + CO
• ve spodní části pece se vzniklé železo roztaví a rozpouští v sobě uhlík
[6]
• Fe se hromadí na dnu pece, proti oxidaci je chráněno vrstvou strusky
Vypouštění tavené suroviny z vysoké pece: • železo i struska se vypouští ve spodní části pece
• vypouštění se provádí každé dvě hodiny a nazývá se ODPICH
Složení surového železa: • ve vysoké peci vzniká surové železo – litina
• litina obsahuje jako příměs 4-5% uhlíku, Si, S, P tyto příměsi způsobují, že je litina tvrdá , ale křehká (snadno se láme) • litina se zpracovává odléváním do forem použití: radiátory, součástky strojů, kotle, nádobí
Výroba oceli (zkujňování železa): • založena na snižování obsahu C, Si a dalších
prvků • v konvertorech se k surovému roztavenému železu vhání vzduch – kyslík má schopnost oxidovat příměsové prvky, ty pak unikají ve formě oxidů nebo se vážou na vyzdívku v peci Probíhají reakce:
C + O2 C + O2 S + O2 P4 + 5O2 Si + O2
2 CO CO2 SO2 2 P2O5 SiO2
• nebo se
příměsové prvky odstraní přídavkem rudy a železného šrotu (v plamenových pecích)
Vlastnosti oceli: • vlastnosti ocelí se dají výrazně zlepšit přídavkem
i malých množství „přísadových“ kovů – - titanu, vanadu, chromu, manganu, kobaltu, niklu, molybdenu nebo wolframu vzniká legovaná ocel • vynikající mechanické
vlastnosti • vynikající odolnost proti korozi • na vlastnosti oceli má vliv i mechanické opracování: kování, válcování a tepelné zpracování: kalení, popouštění, nitridování, cementování
Otázky k opakování: 1)Jaké minerály obsahují železo? Které z nich jsou významné pro výrobu surového železa? a)…………………b)………………….c)…………….. 2) Napište fáze výroby surového železa. a)……………………………………………………….. b)……………………………………………………….. c)……………………………………………………….. d)………………………………………………………. 3) Vysvětlete pojmy: • struska…………..ocel…………………… • litina………………legovaná ocel……………………..
Použité zdroje: Zdroje informací:
[cit 30.9. 2012] http://www.oskole.sk/?id_cat=53&clanok=5046 • Banýr J., Beneš P. a kol.,: Chemie pro střední školy. SPN, a.s., Praha 2001 • Blažek J., Fabini J.,: Chemie pro studijní obory SOŠ a SOU nechemického zaměření. SPN, n.p., Praha 1984
Obrázky: [1] Magnetite – Rob Lavinsky Lavinsky [online]. 2010-05-28 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 [2] Šupinkovitý hematit – Helix84 Helix84[online]. 2005-05-24 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0
[3] Volné dílo celosvětově
[cit 30.9. 2012]
[4] Pure iron chips – Alchemist-hp Alchemist-hp[online]. 2010-04-24 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 [5] Šikmý zavážecí výtah – Maxim Maxim[online]. 2006-01-29 [cit. 2012-09-30]. Dostupný pod licencí Creative Commons - Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0
[6] Volné dílo celosvětově [cit 30.9. 2012]
