Rozdělení kovů

  • Kovy železné:

    • Železo

    • Litina

    • Ocel

  • Kovy neželezné:

    • Hliník

    • Měď

    • Zinek

    • Olovo

    • Cín

    • A jejich slitiny

Železo a jeho slitiny

  • Výroba železa:

    • Probíhá ve vysoké peci redukcí železných rud, což produkuje tekuté železo.

    • Surové železo obsahuje 2-4% uhlíku (C).

Postup výroby železa

  1. Vysoká pec se zaváží vsázkou z následujících materiálů:

    • Koks

    • Aglomerát (předem upravené železné rudy chudší na železo)

    • Kusová železná ruda

    • Kovový šrot

    • Tavidla

  2. Dochází k postupné redukci (tavení) ve spodní části pece.

  3. Struska se ukládá ve vyšších vrstvách, zatímco tekuté železo leží na dně pece.

  4. Odpich: Tekuté železo se postupně vypouští.

Redukční proces

  • Redukce oxidů železa, obsažených v rudách, probíhá podle těchto chemických rovnic:

    • 3Fe2O3+CO<br>ightarrow2Fe3O4+CO23Fe_2O_3 + CO <br>ightarrow 2Fe_3O_4 + CO_2

    • Fe3O4+CO<br>ightarrow3FeO+CO2Fe_3O_4 + CO <br>ightarrow 3FeO + CO_2

    • FeO+CO<br>ightarrowFe+CO2FeO + CO <br>ightarrow Fe + CO_2

    • CO2+C<br>ightarrow2COCO_2 + C <br>ightarrow 2CO

Tvorba surového železa

  • Vysokopecní produkty:

    • Surové železo slévárenské: Obsahuje 2-4% uhlíku.

    • Dále se z něj vyrábí šedá nebo tvárná litina.

    • Surové železo ocelárenské (bílá litina): Tvrdší, křehčí, bílé barvy, dále zpracováváno na ocel.

    • Vysokopecní struska: Vzniká z přísad, plave na roztaveném železe a používá se při výrobě cementů.

Rozdělení železářských materiálů

  • Nekujné železo: Obsah uhlíku > 1,7%

  • Kujné železo (ocel): Obsah uhlíku < 1,7% (uhlíková ocel 0,05-1,7% uhlíku)

Další zpracování vytavené oceli

  • Legovaná ocel: Přidané prvky.

  • Vytavená ocel se odlévá do forem, čímž se získávají meziprodukty - ingoty.

  • Při odlévání a tuhnutí se uvolňují plyny (např. CO₂), které ocel čeření.

  • Přidáním křemičitých přísad lze čeření zabránit - uklidněná ocel.

  • Lité ingoty se dále zpracovávají ve válcovnách pro snížení energetické náročnosti výroby.

Litina

  • Vyrábí se druhým tavením surového železa, obsahuje asi 3,7% uhlíku.

Typy litiny

  1. Šedá litina:

    • Pevnost v tlaku: 600 až 1080 MPa

    • Tažnost: 0,3-0,8%

    • Použití: Litinové sloupy, vodovodní a odpadní trouby, tvarovky, radiátory, kamna, kotle a rošty.

  2. Tvárná litina:

    • Pevnost v tlaku: 700-1150 MPa

    • Tažnost: 2-22%

    • Použití: Odlitky s vyššími nároky na mechanické vlastnosti a výroba ocelových výrobků pro stavebnictví.

Ocelové výrobky pro stavebnictví

  • Metody výroby:

    • Tváření za tepla: Tvořeno při teplotách 900-1300°C.

    • Tváření za studena: Dává oceli vyšší pevnost, ale snižuje houževnatost.

Vlastnosti oceli

  • Hustota: 7850 kg/m³

  • Modul pružnosti: 200-220 GPa

  • Pevnost v tahu: 340-1800 MPa

  • Součinitel délkové roztažnosti: 10−12imes10−610-12 imes 10^{-6} K⁻¹

Typy ocelových výrobků

  • Výztuže do betonu (běžná, předpínací, rozptýlená)

  • Ocelové válcované profily (uzavřené, otevřené, kolejnice)

  • Kovové spojovací prostředky (šrouby, vruty, nýty, hřebíky)

  • Dráty (vázací, výztuže, sítě, pletiva)

  • Ploché výrobky (pásy, plechy, lisované vlnité)

  • Trubky (hladké, hrdlové, závitové, přírubové)

  • Lana (jedno- a vícepramenná, kabelová)

Koroze

  • Problém koroze:

    • Vzniká působením vody a vlhkosti, což vede k rzi na povrchu oceli.

    • Ztráta průřezu a snížení únosnosti.

    • Rez se zvětšuje v objemu, což může vést k odprýskávání krycí vrstvy výztuže u železobetonových konstrukcí.

Prevence koroze

Primární ochrana

  • Úprava složení suroviny - legování oceli.

  • Výroba nerezavějící oceli.

Sekundární ochrana

  • Pokovováním: Ponořováním nebo stříkáním taveninou kovu (např. zinkování).

  • Nátěr povrchu: Ochranné povlaky, které mají i estetickou funkci.

Neželezné (barevné) kovy

Lehké kovy

  • Mg, Al, Ti a jejich slitiny

Těžké kovy

  • Sb, Zn, Sn, Cd, Cu, Ni, Pb, Au a jejich slitiny

Měď a její slitiny

  • Slitiny mědi: Mosaz (Cu a Zn), tombak (Cu a Zn), bronz (Cu a Sn), titanzinek (Ti a Zn).

  • Vlastnosti: Odolnost vůči korozi, vysoká elektrická vodivost, hustota = 8940 kg/m³.

  • Výrobky z mědi pro stavebnictví:

    • Pásy a plechy na střešní krytiny, technická zařízení budov atd.

Zinek a jeho slitiny

  • Teplota tavení: 400°C.

  • Používá se na pokovení ocelových plechů (galvanicky).

  • V současnosti nahrazován legovaným zinkem, např. titanzinkem.

Hliník a slitiny hliníku

  • Hustota je třikrát nižší než u oceli, mezi lehké kovy.

  • Nejznámější slitina: Dural.

  • Povrchová úprava: Eloxování.

  • Výrobky: Plechy a pásy, profily, trubky, dráty a tyčové profily.

Olovo a jeho slitiny

  • Zlato:

    • Měkký, šedý kov, s největší hustotou ze všech technických kovů: 11340 kg/m³.

    • Teplota tavení: 327 °C.

    • Výrobky: Plechy, trubky, detaily na střechách a měkké pájky.

Hoření a redukce

Hoření koksu

  • Chemická reakce: C+O2<br>ightarrowCO2C + O_2 <br>ightarrow CO_2

Vznik redukčního plynu

  • Proces: CO2+C<br>ightarrow2COCO_2 + C <br>ightarrow 2CO

Redukce železných rud

  • Nepřímá redukce (horní část pece – nižší teplota):

    • 3Fe2O3+CO<br>ightarrow2Fe3O4+CO23Fe_2O_3 + CO <br>ightarrow 2Fe_3O_4 + CO_2

    • Fe3O4+CO<br>ightarrow3FeO+CO2Fe_3O_4 + CO <br>ightarrow 3FeO + CO_2

    • FeO+CO<br>ightarrowFe+CO2FeO + CO <br>ightarrow Fe + CO_2

  • Přímá redukce (spodní část pece - vysoká teplota):

    • FeO+C<br>ightarrowFe+COFeO + C <br>ightarrow Fe + CO