JČU-ZF, KATEDRA KRAJINNÉHO MANAGEMENTU STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK) KOVY
1. ŽELEZNÉ KOVY železné kovy jsou slitiny železa s uhlíkem nebo legujícími prvky surové železo a litina obsahuje 2-4% uhlíku, ocel méně než 2% uhlíku VÝHODY použití oceli: vysoká pevnost v tahu a tlaku houževnatost materiálu (určitá pružnost) široké možnosti spojování (sváry, šrouby, nýty, lepení) snadná recyklace NEVÝHODY: vysoká náchylnost ke korozi snížená odolnost proti ohni (lépe odolává masivní dřevěný trám, než masivní ocelový profil)
1.2 VÝROBA SUROVÉHO ŽELEZA surovinami pro výrobu železa ve vysoké peci jsou kyslíkaté železné rudy rudy chudší na obsah železa je třeba předem úpravami obohatit další surovinou je hutnický koks (funkce redukční, zdroj tepelné energie) - k jeho spalování je zapotřebí velkého množství kyslíku (do pece vháněn jako stlačený vzduch) samotná ruda (hlušina) nemá vhodné složení pro vznik strusky, proto se do zavážky přidává vápenec jako struskotvorná přísada struska: váže na sebe nežádoucí zbytky a odpady v tavenině plave na povrchu železa - tepelně izoluje tavbu brání reoxidaci železa
Technologické schéma vysoké pece
Technologické schéma vysoké pece výrobní suroviny (vsázka) je dopravována na sazebnu K vlastní ocelová konstrukce pece O (podpírá dopravník vsázky) Š - kónická horní část pece (šachta) Z - sedlo pece (nebo zarážka) - spodní zužující se část P - základna pece (podstava) N -nístěj (spodní část pece) s - výpust strusky ž - výpust surového železa v úrovni dna R - nejširší část pece (rozpor) F - 18 výfučen, která vhání stlačený vzduch ( vítr ) do pece tento vzduch se nejdříve předehřívá v ohřívačích C pomocí větrovodů V se přivádí k výfučnám A - uzávěr pece k zabránění úniku jedovatého plynu vznikajícího při tavbě (tzv. vysokopecní plyn - výborné palivo) p - sklopná pánev - do ní se vypouští surové železo vnitřní vyzdívka pece je z šamotových cihel o tloušťce cca 700mm teplotně nejzatíženější místa jsou chlazena vodou (chlazení ve stěnách) zdivo podstavy je obehnáno 100mm tlustým vodou chlazeným pancířem doba, za kterou vsázka projde pecí (doba prosazení) je cca 10 hodin
Vypouštění surového železa z vysoké pece jedná se o tzv. odpich provádí se každé 4 hodiny uvolní se výpust železa ž a tavenina se vypustí do sklopné pánve p nebo do licích polí v pánvi se železo dopravuje do ocelárny v licích polích vznikají desky o rozměrech 1000 x 100 x 50 mm určené k následnému přetavení (jde o tzv. housky) zchladlé housky se přepravují na skládku magnetickým jeřábem mezi dvěma odpichy surového železa se 3-4x vypouští do pojízdných pánví struska na 100kg surového železa vzniká 100kg strusky dnes se struska používá jako přísada do cementů nebo jako surovina k výrobě cihel a dlaždic provoz vysoké pece je nepřetržitý
KOVY Schéma hutnické výroby
surové železo, které opouští vysokou pec, obsahuje cca 4% uhlíku dalším zpracováním se obsah uhlíku mění a tedy i vlastnosti a názvosloví dle tohoto hlediska dělíme železa na: kujná - čisté železo, ocel, temperované litina nekujná - šedé a bílé surové železo zkujňování je proces, kdy snižujeme obsah uhlíku zkujňováním surového železa se získá ocel
Elektrická pec na výrobu surového železa použití v zemích, kde je k dispozici levná energie z vodních elektráren používá se střídavý proud 60-120 V, na jednu elektrodu připadá 27-30 ka tavenina vzniká účinkem tepla vznikajícího přímo průchodem elektrického proudu surovým železem, nebo nepřímo vznikem elektrického oblouku nad povrchem železa
1.3 VÝROBA OCELI výroba oceli ze surového železa vzniká za vysokých teplot: spalováním přísad tekutého surového železa - konvertorový způsob spalováním topného plynu - martinsky způsob KONVERTOROVÝ ZPŮSOB princip spočívá v profukování proudem čistého kyslíku vysouvatelnými ocelovými tryskami skrz roztavené surové železo nečistoty tvoří strusku, která se odstraňuje vylitím konvertor je otočný o 270 jedna dávka oceli představuje přibližně 45t konvertor
MARTINSKÝ ZPŮSOB předností tohoto způsobu je možnost přidávání železného šrotu do tavby a nekladení nároků na výchozí obsah příměsí v surovém železe 10x vetší množství oceli než u konvertorů tavenina se několik hodin velmi pomalu okysličuje a mění se procentické složení výsledné oceli přidáváním příměsí provozně je martinská pec nákladnější, ale oceli vyšší kvality v našich ocelárnách představují 90% výroby Siemens - Martinská pec
Siemens - Martinská pec o - ocel v tavicím prostoru t topný plyn proudí do pece komorou P1 vzduch proudí do pece větší komorou V1 Č - ústí přívodního potrubí, kde dochází ke smísení a spalování po shoření splodiny odcházejí do komína druhým párem komor P2 a V2 po ochlazení komor P1 a V1 a současném ohřevu komor P2 a V2 se změní směr plynu a celý děj se opakuje dochází tak k předehřátí plynu a vzduchu na teplotu 1200 C v tavícím prostoru se pak dosahuje teplot až 1700 C následně se ocel odlévá do litinových kokil, kde ztuhne a zchladne tím se získávají tzv. ingoty při odlévání odcházejí z oceli plyny, které zanechávají dutiny a póry (neuklidněná ocel)
Schéma kontinuálního lití (kontilití) ke zlepšení kvality vyrobené oceli a ke zlevnění výroby přesun oceli z pece pomocí pánve P do zásobníku R ze zásobníku je ocel odpouštěna do měděných kokil K s intenzivním chlazením vodou vznik nekonečného ingotu I, který je ještě chlazen sprchami S rychlost je regulována dopravními válci následně probíhá zpracování ve formě válcování ingotu VÝHODY: - zpracování bez mezistupňů - lepší jakost než u klasických ingotů - kov je stejnorodý - jemná struktura bez pórů
1.4 DRUHY OCELÍ přidáváním kovových i nekovových prvků k železu získáme slitiny nových vlastností tento proces se nazývá legování jako suroviny k legování slouží: mangan, křemík, chrom, nikl, měď, molybden, vanad, wolfram, kobalt, titan, uhlík, síra, fosfor, dusík, hliník Podle chemického složení rozlišujeme: nelegované (uhlíkové) - vedle uhlíku případně obsahují jen malé množství jiných prvků (MN, Si, Ni, Cr, W, ) legované - obsahují záměrně přidané některé prvky (Ni, Cr, Ti, W, ) ve větším množství než nelegované Dle použití ve stavebnictví: ocel na stavební konstrukce betonářská výztuž předpínací betonářská výztuž kolejnice, štetovnice a důlní výztuž ocel na klempířské a pokrývačské práce
1.5 ZNAČENÍ OCELÍ staré značení oceli (dle ČSN): např. ocel 10 505 - první dvojčíslí značí třídu oceli - druhé dvojčíslí značí 1/10 meze pevnosti (kluzu) oceli v MPa - poslední číslo značí svařitelnost a zpevnění nové označení (dle EN) je rozděleno zvlášť pro: konstrukční oceli (S235, S375, S500) betonářské oceli (B500) a další (kolejnice R, předpínací výztuž Y ), příklad značení konstrukčních ocelí
1.6 VLASTNOSTI OCELÍ s množstvím uhlíku roste pevnost, klesá tažnost větší množství uhlíku podporuje odolnost proti korozi, zhoršuje svařitelnost pevnost v tahu - je ovlivněna teplotou, od 300 C výrazně klesá (500 C - 50% pevnosti) pevnost v tlaku - uvažuje se stejná jako v tahu
1.7 TVÁŘENÉ OCELI PRO STAVEBNICTVÍ tváření = kování, lisování, válcování, tažení.za tepla (nad 200 C), či za studena Základní druhy: dlouhá ocel tenkostěnné profily trubky dráty betonářská ocel
1.8 BETONÁŘSKÁ OCEL použití jako výztuž do železobetonových konstrukcí VÝZTUŽ V BETONU PŘEBÍRÁ TAHOVÉ NAMÁHÁNÍ!!! Druhy výztuže: betonářská výztuž - prostě uložená do betonu předpínací výztuž - z patentových drátů, vyvozuje v konstrukci napětí tuhá výztuž - válcované profily ve spřažených konstrukcích rozptýlená výztuž - ocelové drátky (drátkobeton) mechanické vlastnosti oceli jsou charakterizovány pracovním diagramem oceli (závislost poměrného protažení ε [m] na napětí σ [MPa] 1 - mez úměrnosti, 2 mez kluzu, 3 mez pevnosti, 4 - mez přetržení
Typy betonářských ocelí KOVY
KOVY 2 HLINÍK A JEHO SLITINY jedná se o lehké kovy (hustota 3x menší než ocel) 2.1 VÝROBA HLINÍKU výroba z rud s vyšším obsahem Al2O3, nejčastěji z Bauxitu z něj se získává oxid hlinitý a následně se v elektrických pecích vyrobí hutnický hliník elektrická pec pro výrobu hliníku
roztavením hliníku s malým množstvím jednoho nebo více přídavných kovů (Mn, MG, Cu, Si, Zn) se získají slitiny hliníku poměrem přidaným kovů lze získat různé vlastnosti než má samotný hliník tváření probíhá stejně jako u oceli (za studena i za tepla) již při teplotě 450 C je hliník tvárný - tyčovité prvky se dají protlačovat je tedy možné vyrábět průřezy libovolného tvaru dokonce i uzavřené (na rozdíl od oceli) válcováním za tepla lze vyrobit velmi tenké plechy a fólie (0,006 mm) výrobky z hliníku a jeho slitin tvarované tyče plechy folie dráty a kabely spojovací materiál (nýty) hliníkový prášek nebo pasta
3 JINÉ NEŽELEZNÉ KOVY A SLITINY ZINEK malá pevnost (10-30 MPa) i tvrdost použití jako povrchová protikorozní ochrana (pozinkování) agresivní vody ho ale rozrušují a kyseliny rozpouštějí, proto je dnes nahrazován elektroliticky čistým zinkem MĚĎ A JEJÍ SLITINY tváření za tepla i za studena (válcování, tažení) vysoká elektrická vodivost odolnost proti atmosférické korozi (vytváření ochranné zoxidované vrstvičky - měděnka) mosaz - slitina mědi a zinku (max. 40%) bronz - slitina mědi a cínu výrobky: plechy jako střešní krytina, dráty, trubky OLOVO měkké, dobře tavitelné, opracovatelné, nízká pevnost v tahu největší hustota ze všech technických kovů velká odolnost proti korozi tlumící účinky proti prostupu záření toxické i v malých dávkách slitina s 25-40% cínu se používá jako měkká pájka při klempířských pracích
vlastnosti vybraných neželezných kovů
Vysoká pec Arcelor Mittal, Polsko
Vysoká pec Arcelor Mittal, Polsko odpich vysoké pece
Vysoká pec Arcelor Mittal, Polsko kyslíkový konvertor
Vysoká pec Arcelor Mittal, Polsko kyslíkový konvertor (350 t)
Vysoká pec Arcelor Mittal, Polsko lití z konvertoru