3.2 TECHNICKÉ MATERIÁLY
Fyzikální vlastnosti
Látky zůstávají nezměněny.
Určují:
Vnější stav (skupenství, hustota)
Změny (stavu, tvaru, délky))
Vlastnosti (elektrická/tepelná vodivost)
Určují:
Vnější stav (skupenství, hustota)
Změny (stavu, tvaru, délky))
Vlastnosti (elektrická/tepelná vodivost)
Magnetické vlastnosti
Chemické vlastnosti
Vznikají nové látky s novými vlastnosti.
Určují:
Vlastnosti jako pevnost, tažnost, křehkost, tvrdost
Vlastnosti pro změnu tvaru (pružnost)
Chování při působení vnějších sil (tah, tlak, ohyb, střih, krut)
Určují:
Vlastnosti jako pevnost, tažnost, křehkost, tvrdost
Vlastnosti pro změnu tvaru (pružnost)
Chování při působení vnějších sil (tah, tlak, ohyb, střih, krut)
Mechanické vlastnosti
Určují:
Strukturu látek (stavba atomů)
Látkové sloučeniny (sloučeniny s kyslíkem, odolnost vůči korozi)
Látková přeměna (spalování)
Strukturu látek (stavba atomů)
Látkové sloučeniny (sloučeniny s kyslíkem, odolnost vůči korozi)
Látková přeměna (spalování)
Technologické vlastnosti
Určují:
Chování látky při opracovávání
Chování látky při opracovávání
Volba materiálu
Z mnoha existujících druhů materiálů se musí zvolit ten materiál, který se nejlépe hodí pro určitou oblast použití:
Jakost materiálu:
Vyplývá z fyzikálních, chemických, mechanických a technologických vlastností
Jsou kladeny požadavky jako
- Tah, tlak, smyk, ohyb, krut nebo kombinované ohyb - krut, tah/tlak - ohyb, šikmý ohyb
- Odolnost proti opotřebení, korozi, kyselinám,tepelnému zatížení
Vyplývá z fyzikálních, chemických, mechanických a technologických vlastností
Jsou kladeny požadavky jako
- Tah, tlak, smyk, ohyb, krut nebo kombinované ohyb - krut, tah/tlak - ohyb, šikmý ohyb
- Odolnost proti opotřebení, korozi, kyselinám,tepelnému zatížení
Forma dodávky: Profily, tyče,plechy, svazky, trubky, dráty
Velikost dodávky: Délka, šířka, tloušťka, průměr, "rozměr klíče"
Stav dodávky: Válcovaný, leštěný, žíhaný na měkko, s antikorozním povrchem
Velikost dodávky: Délka, šířka, tloušťka, průměr, "rozměr klíče"
Stav dodávky: Válcovaný, leštěný, žíhaný na měkko, s antikorozním povrchem
3.2.1.1.1 TECHNICKÉ ŽELEZO
Základní vlastnosti železa uvádí tabulka:
Technické železo se v přírodě, tedy v čisté podobě nevyskytuje. Nejčastěji se však vyskytuje ve formě oxidů.
V praxi se čistého železe používá jen vyjímečně a navíc jeho příprava je technologicky složitá.
Hlavní význam pro technickou praxi mají slitiny železa s dalšími chemickými prvky (nejčastěji s uhlíkem (do 2% oceli, nad 2 % litiny).
Tyto doprovodné prvky mění vlastnosti čistého železa.
Proto se podle obsahu uhlíku železa rozdělují na kujná a nekujná.
Kujné technické železo je ocel.
Oceli rozdělujeme obvykle na ocel k tváření (ocel je po odlití tvářena kováním nebo válcováním) a ocel na odlitky (ocel se na požadovaný tvar zpracovává odléváním)
Mezi nekujná železa patří šedé, bílé a speciální surové železo.
Přetavením slévarenského šedého surového železa a s dalšími přísadami vzniká šedá a tvárná litina.
Ze slévárenského bílého surového železa a s dalšími přísadami vzniká po přetavení bílá litina. Pochodem zvaným temperování vzniká temperovaná litina, která se dá též tvářet.
| Vlastnost | Hodnota |
|---|---|
| Chemická značka | Fe |
| Vzhled | Lesklý bílý kov |
| Hustota | 7840 kg/m3 |
| Teplota tavení | 1539 °C |
Technické železo se v přírodě, tedy v čisté podobě nevyskytuje. Nejčastěji se však vyskytuje ve formě oxidů.
V praxi se čistého železe používá jen vyjímečně a navíc jeho příprava je technologicky složitá.
Hlavní význam pro technickou praxi mají slitiny železa s dalšími chemickými prvky (nejčastěji s uhlíkem (do 2% oceli, nad 2 % litiny).
Tyto doprovodné prvky mění vlastnosti čistého železa.
Proto se podle obsahu uhlíku železa rozdělují na kujná a nekujná.
Kujné technické železo je ocel.
Oceli rozdělujeme obvykle na ocel k tváření (ocel je po odlití tvářena kováním nebo válcováním) a ocel na odlitky (ocel se na požadovaný tvar zpracovává odléváním)
Mezi nekujná železa patří šedé, bílé a speciální surové železo.
Přetavením slévarenského šedého surového železa a s dalšími přísadami vzniká šedá a tvárná litina.
Ze slévárenského bílého surového železa a s dalšími přísadami vzniká po přetavení bílá litina. Pochodem zvaným temperování vzniká temperovaná litina, která se dá též tvářet.
3.2.1.1.2 VÝROBA SUROVÉHO ŽELEZA
Surové železo získáváme ve vysokých pecích redukcí železných rud působením paliva (hutnický koks), struskotvorných přísad a vzduchu (teplého).
Železné rudy
Železné rudy
Železná ruda je v podstatě oxid železa
Následující tabulka ukazuje, které rudy mají význam pro zpracování ve vysokých pecích.
Hutnický průmysl navíc zpracovává tzv. kyzové výpalky, které jsou odpadem při pražení pyritu v chemickém průmyslu při výrobě kyseliny sírové. Je to v podstatě oxid železitý (s 58 až 65 % železa). využívá se i různých hutních odpadů.
Na uzemí České republiky je rud málo a musí dovážet.
Vytěžené rudy se nejdříve upravují (třídí a upravují drcením, separací hlušin, pražením, spékáním (anglomerací), apod.)
Následující tabulka ukazuje, které rudy mají význam pro zpracování ve vysokých pecích.
| Ruda | Chemický vzorec | Obsah železa v % |
|---|---|---|
| Magnetovec - Magnetit | Fe3O4 | 40 až 70 % |
| Krevel - Hematit | Fe2O3 | 40 až 65 % |
| Hnědel - Limonit | Fe2O3.nH2O | 28 až 45 % |
| Ocelek - Siderit | FeCO3 | 44 až 58 % (vypražený) 25 - 40 %(nevypražený) |
| Chamosit | 35 % (po vypražení) | |
| Pyrit | FeS2 |
Hutnický průmysl navíc zpracovává tzv. kyzové výpalky, které jsou odpadem při pražení pyritu v chemickém průmyslu při výrobě kyseliny sírové. Je to v podstatě oxid železitý (s 58 až 65 % železa). využívá se i různých hutních odpadů.
Na uzemí České republiky je rud málo a musí dovážet.
Vytěžené rudy se nejdříve upravují (třídí a upravují drcením, separací hlušin, pražením, spékáním (anglomerací), apod.)
3.2.1.1.2.1 ÚPRAVA RUD
Drcení
Pokud by se zpracovávali příliš velké kusy rudy, byla by vysoká spotřeba paliva pro vysokou pec a redukce by byla pomalá.
Ruda se drtí na zrna o průměru nejvýše 75 mm.
K drcení se používají válcové, kuželové nebo čelisťové drtiče, které jsou navíc vybaveny třídicími síty, kde se kusy rudy třídí prosíváním podle velikosti zrn.
Ruda se drtí na zrna o průměru nejvýše 75 mm.
K drcení se používají válcové, kuželové nebo čelisťové drtiče, které jsou navíc vybaveny třídicími síty, kde se kusy rudy třídí prosíváním podle velikosti zrn.
Spékání
Prachové rudy, kychtový prach, kyzové výpražky a podobně se dají zužitkovat ve vysoké peci, ale musí se před tím upravit.
Prach se spojuje spékáním neboli aglomerací.
Princip je ten, že prach se spéká za vysoké teploty, aniž se napřed lisuje.
Prach se spojuje spékáním neboli aglomerací.
Princip je ten, že prach se spéká za vysoké teploty, aniž se napřed lisuje.
Pásový aglomerační stroj
Je v podstatě bezkoncový dopravní pás s vozíky, jejiž dno je tvořeno jako rošt. Prach se spéká teplem vzniklým při spalování práškového paliva (zejména koksového mouru, který se přidává do aglomerační vsázky)
Pražení
Účelem je odstranit z rudy oxid uhličitý (CO2), chemicky vázanou vodu a části škodlivých příměsí, jako je síra, apod.
Pražení uhličitanů ztrácí ruda 25 až 30 % hmotnosti. Při pražení se ruda zahřívá v hranolovitých, válcových nebo kuželových pecích při teplotě 550 až 650 °C za přístupu vzduchu. Ruda se přeměňuje v oxidy, zkypřuje se a stává se pórovitější, což se projevuje snazší redukcí a snížením spotřeby koksu ve vysokých pecích.
Pražení uhličitanů ztrácí ruda 25 až 30 % hmotnosti. Při pražení se ruda zahřívá v hranolovitých, válcových nebo kuželových pecích při teplotě 550 až 650 °C za přístupu vzduchu. Ruda se přeměňuje v oxidy, zkypřuje se a stává se pórovitější, což se projevuje snazší redukcí a snížením spotřeby koksu ve vysokých pecích.
Separace hlušiny
Chudé železné rudy by bylo neefektivní zavážet do vysoké pece, neboť finanční náklady na výrobu surového železa by byli značně vysoké.
Chudé železné rudy se obohacují buď buď mokrou nebo suchou cestou.
Chudé železné rudy se obohacují buď buď mokrou nebo suchou cestou.
a) "Mokrá cesta"
Hlušina se odděluje od rudy "vypráním" vodou v tzv. sazečkách (pračka).
Hlušina se odděluje od rudy "vypráním" vodou v tzv. sazečkách (pračka).
b) "Suchá cesta"
Hlušina se od rudy odděluje na základě magnetických vlastností.
Rozdrcená ruda se přivádí do magnetického třídiče, kde jsou oxidy železa přitahovány silným elektromagnetem, zatím co hlušina se odděluje.
Hlušina se od rudy odděluje na základě magnetických vlastností.
Rozdrcená ruda se přivádí do magnetického třídiče, kde jsou oxidy železa přitahovány silným elektromagnetem, zatím co hlušina se odděluje.
3.2.1.1.2.2 PALIVO PRO VYSOKOU PEC
Palivo ve vysoké peci dodává:
1. Teplo potřebné pro hutní proces (pro redukci rudy a tavení surového železa a přísad)
2. Uhlík (C) nebo oxid uhelnatý (CO) (je nutný pro redukci železných rud)
3. Vytavenému železu dodá potřebný uhlík, aby mohlo vzniknout surové železo
2. Uhlík (C) nebo oxid uhelnatý (CO) (je nutný pro redukci železných rud)
3. Vytavenému železu dodá potřebný uhlík, aby mohlo vzniknout surové železo
Dřevěné uhlí
Nejstarší palivo
Splňuje všechny tři požadavky výše uvedené
Má malý obsah síry
Hodí se jen pro nízké pece
Je málo pevné
Používá se jen vyjímečně
Splňuje všechny tři požadavky výše uvedené
Má malý obsah síry
Hodí se jen pro nízké pece
Je málo pevné
Používá se jen vyjímečně
Hutnický koks
Obyčejné uhlí je nepoužitelné, protože při určité teplotě měkne, spéká se, nepropouští plyny proudící vysokou pecí a nedosáhne se takových teplot jako při použití koksu.
Výroba koksu
Koks se vyrábí vysokotepelnou karbonizací (zahříváním asi při 1 000 °C bez přístupu vzduchu) spékavého černého uhlí, popř. s nějakou příměsí nespékavého černého uhlí.
V poslední době byly provedeny úspěšné pokusy s výrobou vysokopecního koksu z černého uhlí, k němuž byly přimíšeny některé druhy hnědého uhlí.
V poslední době byly provedeny úspěšné pokusy s výrobou vysokopecního koksu z černého uhlí, k němuž byly přimíšeny některé druhy hnědého uhlí.
Elektrická energie
Tato forma paliva je použitelná pouze v zemích, kde je elektrický proud levný.
Napájejí se s ním obloukové pece, kde teplo vzniká elektrickým obloukem, který hoří mezi dvěma elektrodami.
Do těchto pecí se musí přidávat určité množství hnědého uhlí nebo koksu, aby se do pece dostal uhlík potřebný k redukci a nasycení surového železa.
Napájejí se s ním obloukové pece, kde teplo vzniká elektrickým obloukem, který hoří mezi dvěma elektrodami.
Do těchto pecí se musí přidávat určité množství hnědého uhlí nebo koksu, aby se do pece dostal uhlík potřebný k redukci a nasycení surového železa.
Struskotvorné přísady
Struskotvorné přísady mají funkci čistící (přebírají z rudy a koksu nežádoucí látky, které se ve formě strusky usazují na povrchu roztaveného železa).
Druh struskotvorných přísad se určuje podle složení a povahy železné rudy.
Struska chrání surové železo, aby mělo žádané chemické složení a nebylo nadměrně nasycováno uhlíkem, případně aby neoxidovalo vzduchem, který je do vysoké pece vháněn.
Struska obaluje kapky (ve kterých surové železo stéká do nístěje - dolní část vysoké pece). Struska se od surového železa odděluje a vzhledem k nižší hustotě (2,5 až 2,7 kg/dm3) vyplave na povrch. Struska, která přebývá vyteče z vysoké pece zvláštním otvorem.
Druh struskotvorných přísad se určuje podle složení a povahy železné rudy.
Struska chrání surové železo, aby mělo žádané chemické složení a nebylo nadměrně nasycováno uhlíkem, případně aby neoxidovalo vzduchem, který je do vysoké pece vháněn.
Struska obaluje kapky (ve kterých surové železo stéká do nístěje - dolní část vysoké pece). Struska se od surového železa odděluje a vzhledem k nižší hustotě (2,5 až 2,7 kg/dm3) vyplave na povrch. Struska, která přebývá vyteče z vysoké pece zvláštním otvorem.
3.2.1.1.2.3 VYSOKÁ PEC
Téměř všechno surové železo co se vyrábí se taví ve vysokých pecích.
Vysoká pec pracuje nepřetržitě (kontinuálně) do té doby dokud vydrží trvanlivost žárovzdorné vyzdívky (až 10 a více let.)
Moderní vysoké pece vytaví denně přes 2 000 tun surového železa a spotřebují na to asi 3x více surovin
Vysoká pec se podobá dvěma komolým kuželům postaveným na sebe základnami.
Horní část vysoké pece se nazývá šachta (je kuželová, protože vsázka nabývá na objemu a při válcovité šachtě by mohla uvíznout)
Zarážka v dolní polovině vysoké pece se opět zužuje (protože objem vsázky se zmenšuje)
Podstava je nejspodnější část vysoké pece a nachází se v ní válcovitá nístěj (shromažďuje se v ní vytavené surové železo)
Celá vysoká pec je obložená šamotovými cihlami.
Spodní část pece (zarážka a nístěj) má ocelový pancíř, který je po venkovní straně neustále chlazen proudem studené vody, aby zdivo tolik netrpělo vysokým žárem žárem (bývá zde teplota až 2 000 °C). Ve spodní části vysoké pece je zaústěno 8 až 16 výfučen, kterými se do pece z větrovodů vhání ohřátý vzduch.
Pod výfučnami (asi o 30 až 40 cm níže) se nachází otvor na odpich strusky, kterým nepřetržitě vytéká z pece struska.
Surové železo se vypouští odpichovým otvorem umístěným až na dně nístěje.
Vysoká pec se zaváží shora sazebnou vsázkami, tj. směsí rudy, koksu a struskotvorných přísad. Vysoká pec je nahoře uzavřená ocelovým kychtovým uzávěrem, který zabraňuje úniku plynů. Používají se dvojité uzávěry se dvěma kužely (zvony). Zavážka na sypaná na uzávěr klesne otevřením horního kužele na uzavřený dolní kužel a teprve po uzavření horního kužele se otevře spodní kužel a pustí zavážku do pece.
Doba prosázení (průtavní doba), čili doba než zavážka projde pecí trvá 9 až 12 hodin závisí na druhu rud, koksu, dmýchání vzduchu, druhu vyrobeného surového železa, atd.
K vysoké peci ještě náleží množství strojů, zařízení, mechanismů, nástrojů, přístrojů, atd.
Vysoká pec pracuje nepřetržitě (kontinuálně) do té doby dokud vydrží trvanlivost žárovzdorné vyzdívky (až 10 a více let.)
Moderní vysoké pece vytaví denně přes 2 000 tun surového železa a spotřebují na to asi 3x více surovin
Vysoká pec se podobá dvěma komolým kuželům postaveným na sebe základnami.
Horní část vysoké pece se nazývá šachta (je kuželová, protože vsázka nabývá na objemu a při válcovité šachtě by mohla uvíznout)
Zarážka v dolní polovině vysoké pece se opět zužuje (protože objem vsázky se zmenšuje)
Podstava je nejspodnější část vysoké pece a nachází se v ní válcovitá nístěj (shromažďuje se v ní vytavené surové železo)
Celá vysoká pec je obložená šamotovými cihlami.
Spodní část pece (zarážka a nístěj) má ocelový pancíř, který je po venkovní straně neustále chlazen proudem studené vody, aby zdivo tolik netrpělo vysokým žárem žárem (bývá zde teplota až 2 000 °C). Ve spodní části vysoké pece je zaústěno 8 až 16 výfučen, kterými se do pece z větrovodů vhání ohřátý vzduch.
Pod výfučnami (asi o 30 až 40 cm níže) se nachází otvor na odpich strusky, kterým nepřetržitě vytéká z pece struska.
Surové železo se vypouští odpichovým otvorem umístěným až na dně nístěje.
Vysoká pec se zaváží shora sazebnou vsázkami, tj. směsí rudy, koksu a struskotvorných přísad. Vysoká pec je nahoře uzavřená ocelovým kychtovým uzávěrem, který zabraňuje úniku plynů. Používají se dvojité uzávěry se dvěma kužely (zvony). Zavážka na sypaná na uzávěr klesne otevřením horního kužele na uzavřený dolní kužel a teprve po uzavření horního kužele se otevře spodní kužel a pustí zavážku do pece.
Doba prosázení (průtavní doba), čili doba než zavážka projde pecí trvá 9 až 12 hodin závisí na druhu rud, koksu, dmýchání vzduchu, druhu vyrobeného surového železa, atd.
K vysoké peci ještě náleží množství strojů, zařízení, mechanismů, nástrojů, přístrojů, atd.
3.2.1.1.2.4 VZDUCH PRO VYSOKOU PEC
Do vysoké pece je nutno přivádět teplý vzduch, aby vznikl potřebný žár a hořelo palivo.
Účelem ohřívání vzduchu je především úspora koksu a dosažení většího žáru ve vysoké peci, čímž se zvýší i výkonnost vysoké pece.
Na 1 tunu vyrobeného surového železa je potřeba cca 3 000 m3 teplého vzduchu.
Vzduch (někdy se mu říká vítr) se do vysoké pece vhání pístovými dmýchadly nebo turbodmýchadly tlakem 0,08 až 0,2 MPa.
Než se pustí vzduch do vysoké pece ohřívá se ve zděných Cowperových ohřívačích.
Cowperův ohřívač je válcovitá stavba z ocelového plechu, nahoře je ukončená kopulí a uvnitř vyzděná žárovzdorným materiálem.
Průměr ohřívače je je 6 až 8 m a výška je 30 až 40 m.
Prostor uvnitř ohřívače je rozdělen stěnou ze šamotových cihel na dvě nestejné části.
Na spalovací komoru a mřížoví a je to prostor, který je vyplněn kanálovým zdivem ze šamotových tvarovek.
Do spalovací komory se potrubím přivádí kychtový plyn, který se těsně před vstupem do ohřívače mísí se vzduchem a v komoře se spaluje. Zplodiny hoření stoupají nejprve vzhůru spalovací komorou, kopulí se obracejí a dělí se na řadu drobných proudů klesajících jednotlivými kanálky mřížoví dolů do komínového kanálu a odtud do komína.
Toto období vytápění ohřívače trvá 2 až 5 hodin.
Po vyhřátí zdiva na 900 až 1 000°C se přívod plynu a komínový kanál uzavře a ohřívačem se opačným směrem vhání studený vzduch. Tím nastává druhé období ohřívání vzduchu (větru) pro vysokou pec. Při průchodu vyhřátým mřížovím se vzduch stále ohřívá na stále vyšší teplotu pod kopulí mění směr, klesá spalovací komorou a odtud odchází potrubím do vysoké pece.
Dmýchání trvá až 2 hodiny, pak se ohřívač znova vytápí.
Každá vysoká pec má 3 až 4 ohřívače, které se v provozu střídají.
Účelem ohřívání vzduchu je především úspora koksu a dosažení většího žáru ve vysoké peci, čímž se zvýší i výkonnost vysoké pece.
Na 1 tunu vyrobeného surového železa je potřeba cca 3 000 m3 teplého vzduchu.
Vzduch (někdy se mu říká vítr) se do vysoké pece vhání pístovými dmýchadly nebo turbodmýchadly tlakem 0,08 až 0,2 MPa.
Než se pustí vzduch do vysoké pece ohřívá se ve zděných Cowperových ohřívačích.
Cowperův ohřívač je válcovitá stavba z ocelového plechu, nahoře je ukončená kopulí a uvnitř vyzděná žárovzdorným materiálem.
Průměr ohřívače je je 6 až 8 m a výška je 30 až 40 m.
Prostor uvnitř ohřívače je rozdělen stěnou ze šamotových cihel na dvě nestejné části.
Na spalovací komoru a mřížoví a je to prostor, který je vyplněn kanálovým zdivem ze šamotových tvarovek.
Do spalovací komory se potrubím přivádí kychtový plyn, který se těsně před vstupem do ohřívače mísí se vzduchem a v komoře se spaluje. Zplodiny hoření stoupají nejprve vzhůru spalovací komorou, kopulí se obracejí a dělí se na řadu drobných proudů klesajících jednotlivými kanálky mřížoví dolů do komínového kanálu a odtud do komína.
Toto období vytápění ohřívače trvá 2 až 5 hodin.
Po vyhřátí zdiva na 900 až 1 000°C se přívod plynu a komínový kanál uzavře a ohřívačem se opačným směrem vhání studený vzduch. Tím nastává druhé období ohřívání vzduchu (větru) pro vysokou pec. Při průchodu vyhřátým mřížovím se vzduch stále ohřívá na stále vyšší teplotu pod kopulí mění směr, klesá spalovací komorou a odtud odchází potrubím do vysoké pece.
Dmýchání trvá až 2 hodiny, pak se ohřívač znova vytápí.
Každá vysoká pec má 3 až 4 ohřívače, které se v provozu střídají.
3.2.1.1.2.5 PRODUKTY VYSOKÉ PECE
Zavážka ve vysoké peci postupně klesá dolů, stýká se s plyny proudící ze zdola nahorů, mění se skupenství i chemické složení. Výsledkem této činnosti jsou produkty vysoké pece.
Vytavené surové železo (na dně nístěje), nad ním tekutá struska a vysokopecní (kychtový) plyn odváděný sazebnou.
Surové železo
Vytavené surové železo (na dně nístěje), nad ním tekutá struska a vysokopecní (kychtový) plyn odváděný sazebnou.
Surové železo
Surové železo se odpichuje (vypouští) v intervalech 3 až 6 hodin. V podstatě jde o roztok železa a uhlíku, který ještě obsahuje mangan, fosfor, síru i některé další prvky.
Složení vyrobeného surového železa záleží na složení vsázky, ale i na chodu vysoké pece a řídí se dalším použitím surového železa.
Surové železo dělíme na ocelárenské a slévárenské.
Obvykle má surové železo 3 až 4 % uhlíku. To způsobuje, že není kujné a lze ho pouze slévat.
Složení vyrobeného surového železa záleží na složení vsázky, ale i na chodu vysoké pece a řídí se dalším použitím surového železa.
Surové železo dělíme na ocelárenské a slévárenské.
Obvykle má surové železo 3 až 4 % uhlíku. To způsobuje, že není kujné a lze ho pouze slévat.
Ocelárenské surové železo
Asi 90 % produkce surového železa se zpracovává v ocelárnách.
Surové železo se do nich dováží v roztaveném stavu v pojízdných pánvích.
Surové železo se do nich dováží v roztaveném stavu v pojízdných pánvích.
Slévárenské surové železo
Surová železa, které jsou určeny pro slévárny šedé litiny a ocelárenská železa, která jsou v jiném závodě se odlévají do "housek". Buď na licím poli před vysokou pecí do pískových otevřených forem nebo nověji na licích strojích do kovových forem.
Vysokopecní struska
Je to tavenina rudné hlušiny, struskotvorných přísad a popela z paliva.
Z vysoké pece vytéká kontinuálně nebo v kratších intervalech buď do pánve, nebo se pouští do žlabu s tekoucí vodou, v níž se rozpadá na písek. Tak vzniká granulovaná neboli zrnitá struska.
Vysokopecní struska slouží k výrobě některých druhů cementů, cihel, dlažebních kostek, struskové vlny, a jiných nebo se vyváží na odval.
Zpracovávání strusky se věnuje značná pozornost a stále se studují nové možnosti jejího praktického využití.
Vysokopecní plyn
Z vysoké pece vytéká kontinuálně nebo v kratších intervalech buď do pánve, nebo se pouští do žlabu s tekoucí vodou, v níž se rozpadá na písek. Tak vzniká granulovaná neboli zrnitá struska.
Vysokopecní struska slouží k výrobě některých druhů cementů, cihel, dlažebních kostek, struskové vlny, a jiných nebo se vyváží na odval.
Zpracovávání strusky se věnuje značná pozornost a stále se studují nové možnosti jejího praktického využití.
Vysokopecní plyn
Je cenné palivo. Kromě dusíku a oxidu uhličitého (CO2) obsahuje i vyhřátý oxid uhelnatý (CO) a vodík. Po odstranění prachu a vodní páry se ho (částečně) využije především u pece samé k předehřívání vzduchu (větru) a jako paliva buď pro spalovací motory pohánějící pístová dmýchadla nebo k vytápění parních kotlů pro turbíny pohánějící odstředivá dmýchadla.
Zbytek vysokopecního plynu (asi 60 %) slouží k výrobě elektrické energie a jako topný plyn v přidružených ocelárnách, koksovnách, válcovnách a kovárnách.
Zbytek vysokopecního plynu (asi 60 %) slouží k výrobě elektrické energie a jako topný plyn v přidružených ocelárnách, koksovnách, válcovnách a kovárnách.
3.2.1.1.3 VÝROBA OCELÍ
Ocel je veškeré technické kujné železo, které obsahuje maximálně 2% uhlíku (C)
Výroba ocelí prošla řadou vývojových fází, některé pochody jsou dnes standardní, ale i přes to se hledají stále nové, výkonnější a hospodárnější metody výroby.
Skoro všechna ocel se vyrábí ve stavu tekutém a to většinou zkujňováním surového železa a z menší částí zpracováním ocelového odpadu.
Tekuté surové železo i ocelový odpad se zbavuje oxidací přebytečného množství uhlíku a jiných prvků.
Tato výroba se jmenuje zkujňování a probíhá ve zkujňovacích pecích.
Nejvíce oceli se vyrábí v Martinských pecích. Ve světě se rychle rozšiřuje výroba v kyslíkových konvertorech (málo oceli se vyrábí v konvertorech klasických). Výroba oceli v elektrických konvertorech naráží na cenu elektrické energie.
Výroba ocelí prošla řadou vývojových fází, některé pochody jsou dnes standardní, ale i přes to se hledají stále nové, výkonnější a hospodárnější metody výroby.
Skoro všechna ocel se vyrábí ve stavu tekutém a to většinou zkujňováním surového železa a z menší částí zpracováním ocelového odpadu.
Tekuté surové železo i ocelový odpad se zbavuje oxidací přebytečného množství uhlíku a jiných prvků.
Tato výroba se jmenuje zkujňování a probíhá ve zkujňovacích pecích.
Nejvíce oceli se vyrábí v Martinských pecích. Ve světě se rychle rozšiřuje výroba v kyslíkových konvertorech (málo oceli se vyrábí v konvertorech klasických). Výroba oceli v elektrických konvertorech naráží na cenu elektrické energie.
3.2.1.1.3.1 VÝROBA OCELI V KONVERTORECH
V klasických konvertorech se do tekutého surového železa dmýchá atmosférický vzduch nebo vzduch obohacený kyslíkem, popř. směs čistého kyslíku s vodní párou či oxidem uhličitým. Vzduch se do konvertoru dmýchá dnem, kde jsou četné otvory. Dmýchaný vzduch musí mít takový tlak, aby roztavený kov nemohl vniknout do otvorů dna.
Klasické konvertorové pochody se dělí na kyselé (besemerování) a zásadité (thomasování).
V Evropě, kde převládají naleziště fosfornatých železných rud, se konvertorová ocel vyrábí výhradně thomasováním (zásaditě).
Největší předností výroby oceli v konvertorech je velká produktivita těchto agregátů (větší než martinské pece). Náklady na zkujňování surového železa v konvertorech jsou menší než v martinských pecích (je zapotřebí menší množství technologického paliva).
Výroba oceli v konvertorech byla brzděna tím, že jakost vyrobených ocelí byla horší než než jakost ocelí vyrobených v martinských pecích.
Obyčejné konvertorové oceli mají větší obsah dusíku, kyslíku a fosforu.
Další nevýhodou obyčejných konvertorových pochodů je větší zatížitelnost na složení surového železa a nemožnost zpracovat větší množství ocelového odpadu.
V klasickém konvertoru se nedá vyrobit slitinová ocel.
Výše uvedené nevýhody byly odstraněny novými konvertorovými pochody, založenými na použití kyslíku, to umožňuje vyrobit ocel, jejíž jakost se rovná jakosti oceli z martinské pece.
Při nahrazení dmýchaného vzduchu kyslíkem je možno zvětšit vsázku ocelového odpadu a zkujňovat surová železa jakéhokoli složení, tím se značně rozšířila surovinová základna pro hutnictví.
Konvertor je nádoba hruškovitého tvaru, zhotovená v ocelového plechu a sklopná kolem vodorovné osy. Plechový plášť konvertoru vyzděn kyselou nebo zásaditou vyzdívkou. Těleso konvertoru je upevněno v ocelovém prstenci, který má dva vodorovné čepy, jimiž je konvertor uložen v ložiskách stojanu, jeden z čepů je dutý a přivádí se jím vzduch do vzduchové skříně pod dnem. Druhý čep bývá plný a spojen s ozubeným pastorkem nebo šroubovým kolem sklápěcího zařízení.
Hloubka lázně bývá 400 až 800 mm. V konvertoru může být jen tolik surového železa, aby při skloněném konvertoru nedosahoval kov k nejnižší díře dna.
V konvertorech se zpracovává výhradně tekuté železo z vysoké pece, protože vysoké pece a konvertory mají odlišný způsob rytmus práce a rozdíl odpichu z vysoké pece a objem konvertoru je příliš velký, není možno zpracovávat v konvertoru surové železo dovážené přímo od vysoké pece, proto se surové železo vylévá z dopravních pánvích do mísičů dostatečně velkého objemu a z nich se podle potřeby odebírá a dováží k jednotlivým konvertorům.
V dnešních konvertorových ocelárnách jsou výhradně válcové mísiče na 500 až 2 000 t surového železa a vytápějí se generátorovým, vysokopecním nebo koksárenským plynem.
Thomasovy konvertory
Nejvíce potřebného tepla se uvolňuje spalováním fosforu a proto musí být v surovém železe nejméně 1,7 % fosforu, ale křemíku má mít co nejméně. Při výrobě se přisazuje pálené vápno, aby se vázaly oxidy křemičitý a fosforečný.
Konvertor má zásaditou vyzdívku z dolomitu.
V zásaditých konvertorech lze zpracovávat 8 až 10 % ocelového odpadu (vratný ocelový odpad, nálitky, apod.). Tavba trvá 40 až 60, záleží na jakosti surového železa a kvalitě vyráběné oceli.
Thomasovy oceli jsou kujné, svařitelné a velmi dobře obrobitelné. Při stejném chemické složení mají větší pevnost a mez pružnosti a jsou lépe tvárné za tepla než uhlíkové martinské oceli. Jejich nedostatkem je větší křehkost za studena, způsobená větší obsahem fosforu a dusíku.
Thomasováním se vyrábějí měkké automatové oceli, oceli ke kování a lisováním za tepla v zápustkách, pásová ocel na výrobu trub svařováním natupo, některé oceli na pružiny, atd.
Thomasově oceli se má dát přednost před martinskou ocelí při výrobě kolejnic o pevnosti do 750 MPa, při výrobě šroubů (kromě šroubů na závity válcovanými za studena nebo s hlavami lisovanými za studena), při výrobě materiálu legovaného mědí (s větší odolností proti korozi), při výrobě měkkého drátu obchodní jakosti do průměru 1,2 mm a při výrobě trub svařovaných plamenem.
Tato ocel je dále vhodná na tvarově nebo tyčové konstrukční oceli, na nosníky pro mostní konstrukce, na vyztužené oceli a na některé strojní součásti, které nejsou tvářeny za studena, i na tenčí obchodní plechy a na výrobu oceli pro nýty do průměru 15 mm.
Cenným vedlejším produktem Thomasova pochodu je Thomasova moučka. Vzniká mletím strusky z Thomasova konvertoru a je výborným umělým hnojivem.
Klasické konvertorové pochody se dělí na kyselé (besemerování) a zásadité (thomasování).
V Evropě, kde převládají naleziště fosfornatých železných rud, se konvertorová ocel vyrábí výhradně thomasováním (zásaditě).
Největší předností výroby oceli v konvertorech je velká produktivita těchto agregátů (větší než martinské pece). Náklady na zkujňování surového železa v konvertorech jsou menší než v martinských pecích (je zapotřebí menší množství technologického paliva).
Výroba oceli v konvertorech byla brzděna tím, že jakost vyrobených ocelí byla horší než než jakost ocelí vyrobených v martinských pecích.
Obyčejné konvertorové oceli mají větší obsah dusíku, kyslíku a fosforu.
Další nevýhodou obyčejných konvertorových pochodů je větší zatížitelnost na složení surového železa a nemožnost zpracovat větší množství ocelového odpadu.
V klasickém konvertoru se nedá vyrobit slitinová ocel.
Výše uvedené nevýhody byly odstraněny novými konvertorovými pochody, založenými na použití kyslíku, to umožňuje vyrobit ocel, jejíž jakost se rovná jakosti oceli z martinské pece.
Při nahrazení dmýchaného vzduchu kyslíkem je možno zvětšit vsázku ocelového odpadu a zkujňovat surová železa jakéhokoli složení, tím se značně rozšířila surovinová základna pro hutnictví.
Konvertor je nádoba hruškovitého tvaru, zhotovená v ocelového plechu a sklopná kolem vodorovné osy. Plechový plášť konvertoru vyzděn kyselou nebo zásaditou vyzdívkou. Těleso konvertoru je upevněno v ocelovém prstenci, který má dva vodorovné čepy, jimiž je konvertor uložen v ložiskách stojanu, jeden z čepů je dutý a přivádí se jím vzduch do vzduchové skříně pod dnem. Druhý čep bývá plný a spojen s ozubeným pastorkem nebo šroubovým kolem sklápěcího zařízení.
Hloubka lázně bývá 400 až 800 mm. V konvertoru může být jen tolik surového železa, aby při skloněném konvertoru nedosahoval kov k nejnižší díře dna.
V konvertorech se zpracovává výhradně tekuté železo z vysoké pece, protože vysoké pece a konvertory mají odlišný způsob rytmus práce a rozdíl odpichu z vysoké pece a objem konvertoru je příliš velký, není možno zpracovávat v konvertoru surové železo dovážené přímo od vysoké pece, proto se surové železo vylévá z dopravních pánvích do mísičů dostatečně velkého objemu a z nich se podle potřeby odebírá a dováží k jednotlivým konvertorům.
V dnešních konvertorových ocelárnách jsou výhradně válcové mísiče na 500 až 2 000 t surového železa a vytápějí se generátorovým, vysokopecním nebo koksárenským plynem.
Thomasovy konvertory
Nejvíce potřebného tepla se uvolňuje spalováním fosforu a proto musí být v surovém železe nejméně 1,7 % fosforu, ale křemíku má mít co nejméně. Při výrobě se přisazuje pálené vápno, aby se vázaly oxidy křemičitý a fosforečný.
Konvertor má zásaditou vyzdívku z dolomitu.
V zásaditých konvertorech lze zpracovávat 8 až 10 % ocelového odpadu (vratný ocelový odpad, nálitky, apod.). Tavba trvá 40 až 60, záleží na jakosti surového železa a kvalitě vyráběné oceli.
Thomasovy oceli jsou kujné, svařitelné a velmi dobře obrobitelné. Při stejném chemické složení mají větší pevnost a mez pružnosti a jsou lépe tvárné za tepla než uhlíkové martinské oceli. Jejich nedostatkem je větší křehkost za studena, způsobená větší obsahem fosforu a dusíku.
Thomasováním se vyrábějí měkké automatové oceli, oceli ke kování a lisováním za tepla v zápustkách, pásová ocel na výrobu trub svařováním natupo, některé oceli na pružiny, atd.
Thomasově oceli se má dát přednost před martinskou ocelí při výrobě kolejnic o pevnosti do 750 MPa, při výrobě šroubů (kromě šroubů na závity válcovanými za studena nebo s hlavami lisovanými za studena), při výrobě materiálu legovaného mědí (s větší odolností proti korozi), při výrobě měkkého drátu obchodní jakosti do průměru 1,2 mm a při výrobě trub svařovaných plamenem.
Tato ocel je dále vhodná na tvarově nebo tyčové konstrukční oceli, na nosníky pro mostní konstrukce, na vyztužené oceli a na některé strojní součásti, které nejsou tvářeny za studena, i na tenčí obchodní plechy a na výrobu oceli pro nýty do průměru 15 mm.
Cenným vedlejším produktem Thomasova pochodu je Thomasova moučka. Vzniká mletím strusky z Thomasova konvertoru a je výborným umělým hnojivem.
Bessemerovy konvertory
Hlavním zdrojem tepla při bessemerování je spalování křemíku v surovém železe, proto musí mít surové železo dostatečně velký obsah křemíku, od 1 do 2 %.
Vyzdívka konvertoru je kyselá (oxid křemičitý). V kyselém konvertoru se nedají odstranit fosfor ani síra. Rudy vhodné k výrobě takového surového železa se vyskytují jen v Rusku, USA a ve Švédsku a proto se tam vyrábí ocel v Bessemerově konvertoru.
Zkujňování trvá v kyselém konvertoru přibližně 15 minut, při menším obsahu křemíku a manganu a teplejším surovém železe jen 8 až 10 minut.
Bessemerova ocel má podobné vlastnosti jako ocel Thomasova a používá se jí ke stejným účelům.
Obsahuje méně dusíku a kyslíku než Thomasova ocel a je méně znečištěna struskovými vměstky, hodnotí se jako kvalitnější ocel než Thomasova ocel.
Vyzdívka konvertoru je kyselá (oxid křemičitý). V kyselém konvertoru se nedají odstranit fosfor ani síra. Rudy vhodné k výrobě takového surového železa se vyskytují jen v Rusku, USA a ve Švédsku a proto se tam vyrábí ocel v Bessemerově konvertoru.
Zkujňování trvá v kyselém konvertoru přibližně 15 minut, při menším obsahu křemíku a manganu a teplejším surovém železe jen 8 až 10 minut.
Bessemerova ocel má podobné vlastnosti jako ocel Thomasova a používá se jí ke stejným účelům.
Obsahuje méně dusíku a kyslíku než Thomasova ocel a je méně znečištěna struskovými vměstky, hodnotí se jako kvalitnější ocel než Thomasova ocel.
Kyslíkové konvertory
Použití čistého kyslíku u konvertorů s dmýcháním zespoda se ukázalo jako nevyhovující, protože dno konvertoru nevydrželo více než jednu tavbu, kvůli vysoké teplotě.
Kvalitativně novým řešení je vhánění čistého kyslíku shora na lázeň.
Konvertor má u tohoto pochodu plné dno a kyslík minimální čistoty 98,5 % (nejčastěji 99,2 až 99,6 %) se dmýchá na lázeň shora tryskou chlazenou vodou. Dmýchá se tlakem 0,8 až 1,2 MPa.
Průběh tavby v kyslíkovém konvertoru je odlišný od průběhu tavby v Thomasově konvertoru hlavně v tom, že oxidace fosforu je skončena před vyhořením uhlíku díky rychlému vytvoření velmi aktivní oxidační strusky a že lázeň neobohacuje dusík (konečný obsah dusíku je 0,001 až 0,005 %).
Složení zpracovávaných surových želez nelze co do obsahu fosforu měnit v širokých mezích. Při vyšších obsazích fosforu se pracuje na dvě strusky.
Příznivá tepelná bilance nejen umožňuje, ale dokonce vyžaduje intenzivní chlazená odpadem nebo rudou. Proto v kyslíkovém konvertoru lze (podle složení surového železa) přidávat až 40 % odpadu, nebo je třeba chladit rudou, z níž se vyredukuje železo. Byly vyzkoušeny i způsoby, které umožňují zpracovávat až 100 % pevné vsázky s použitím kyslíkových palivových trysek k jejímu roztavení.
Velikost (objem) kyslíkových konvertorů bývá od 30 do 300 t vsázky, za optimální objem se považuje 130 t.
Doba tavby je podle velikosti konvertoru a použité technologie je 20 až 40 minut.
Výrobní program se u ocelí vyráběných tímto pochodem neomezuje jen na uhlíkové oceli všeho druhu, včetně nástrojových, ale vyrábějí se jím i oceli legované. Z hlediska složení oceli je největší výhodou, že mají velmi malý obsah dusíku a vodíku.
V některých zemích se více než polovina objemu výroby oceli vyrábí v kyslíkových konvertorech. Je to dáno zejména podstatě nižšími investičními náklady a vyšší výkonností kyslíkové ocelárny v porovnání s martinskou ocelárnou. Připadá-li v martinské ocelárně na jednoho pracovníka nejvýše 1 600 t roční výroby, dosahuje v kyslíkové konvertorové ocelárně asi 3 500 t.
Výroba oceli v kyslíkových konvertorech je ze všech dnešních pochodů zkujňování nevhodnější k automatizaci. Co největší mechanizace a automatizace je u tohoto výrobního způsobu nutná a pro velmi rychlý průběh zkujňování.
V dnešních ocelárnách jsou úplně nebo částečně automatizované manipulace se vsázkovými surovinami, dávkování struskotvorných, chladicích, dezoxidačních a legovacích přísad, sklápění konvertoru a manipulace s kyslíkovou tryskou. Pojíždění pánvových vozů s ocelí a struskou je ovládáno dálkově. Výpočet vsázky provádí počítač.
Kvalitativně novým řešení je vhánění čistého kyslíku shora na lázeň.
Konvertor má u tohoto pochodu plné dno a kyslík minimální čistoty 98,5 % (nejčastěji 99,2 až 99,6 %) se dmýchá na lázeň shora tryskou chlazenou vodou. Dmýchá se tlakem 0,8 až 1,2 MPa.
Průběh tavby v kyslíkovém konvertoru je odlišný od průběhu tavby v Thomasově konvertoru hlavně v tom, že oxidace fosforu je skončena před vyhořením uhlíku díky rychlému vytvoření velmi aktivní oxidační strusky a že lázeň neobohacuje dusík (konečný obsah dusíku je 0,001 až 0,005 %).
Složení zpracovávaných surových želez nelze co do obsahu fosforu měnit v širokých mezích. Při vyšších obsazích fosforu se pracuje na dvě strusky.
Příznivá tepelná bilance nejen umožňuje, ale dokonce vyžaduje intenzivní chlazená odpadem nebo rudou. Proto v kyslíkovém konvertoru lze (podle složení surového železa) přidávat až 40 % odpadu, nebo je třeba chladit rudou, z níž se vyredukuje železo. Byly vyzkoušeny i způsoby, které umožňují zpracovávat až 100 % pevné vsázky s použitím kyslíkových palivových trysek k jejímu roztavení.
Velikost (objem) kyslíkových konvertorů bývá od 30 do 300 t vsázky, za optimální objem se považuje 130 t.
Doba tavby je podle velikosti konvertoru a použité technologie je 20 až 40 minut.
Výrobní program se u ocelí vyráběných tímto pochodem neomezuje jen na uhlíkové oceli všeho druhu, včetně nástrojových, ale vyrábějí se jím i oceli legované. Z hlediska složení oceli je největší výhodou, že mají velmi malý obsah dusíku a vodíku.
V některých zemích se více než polovina objemu výroby oceli vyrábí v kyslíkových konvertorech. Je to dáno zejména podstatě nižšími investičními náklady a vyšší výkonností kyslíkové ocelárny v porovnání s martinskou ocelárnou. Připadá-li v martinské ocelárně na jednoho pracovníka nejvýše 1 600 t roční výroby, dosahuje v kyslíkové konvertorové ocelárně asi 3 500 t.
Výroba oceli v kyslíkových konvertorech je ze všech dnešních pochodů zkujňování nevhodnější k automatizaci. Co největší mechanizace a automatizace je u tohoto výrobního způsobu nutná a pro velmi rychlý průběh zkujňování.
V dnešních ocelárnách jsou úplně nebo částečně automatizované manipulace se vsázkovými surovinami, dávkování struskotvorných, chladicích, dezoxidačních a legovacích přísad, sklápění konvertoru a manipulace s kyslíkovou tryskou. Pojíždění pánvových vozů s ocelí a struskou je ovládáno dálkově. Výpočet vsázky provádí počítač.
Rotorové pochody (výroba oceli v otáčivých nádobách)
V době, kdy ke zkujňování fosfornatých surových želez v kyslíkových konvertorech činilo obtíže, byli zavedeny dva rotorové pochody Kaldo a Rotor.
Oba jsou charakterizovány tím, že reakční nádoba se otáčí (odtud její název), a tím se dosahuje zvětšování stykové plochy kovu a strusky.
Rotorový pochod Kaldo pracuje s rotační válcovitou nádobou skloněnou v pracovní poloze a kyslík je přiváděn na téže straně, odkud jsou odváděny spaliny. Kyslík je stejně jako u kyslíkového konvertoru přiváděn ze shora nad lázeň.
Počet otáček je až 30 za minutu.
Konvertor se dá sklápět do různých poloh potřebných k nalévání surového železa, k sázení rudy a vápna, k dmýchání kyslíku a k odpichu oceli a strusky.
Ocel vyrobená v konvertoru Kaldo předčí svou jakostí ocel vyrobenou z kyslíkového konvertoru, protože má menší obsah fosforu, síry a dusíku i při menší čistotě dmýchaného kyslíku.
Rotorový pochod Rotor byl vyvinut pro specifické surovinové poměry v NSR (Německá spolková republika) pro zpracování surových želez, která se nehodí pro klasický pochod Martinův, ani pro pochod Thomasův.
Rotor se dá sklápět na obě čelní strany. Surové železo se nalévá do rotoru (jeho jednou čelní stěnou) žlabem přímo při odpichu vysoké pece.
Před nalitím surového železa se nalévacím otvorem naplní rotor rudou a vápnem. Během tavby se rotor zvolna otáčí (rychlostí asi 0,5 otáček za minutu). Kyslík se do rotoru přivádí nalévací stranou dvěma dmyšnými trubicemi, které jsou na zvláštním podvozku a chladí se vodou. Jednou trubicí se dmýchá kyslík větší čistoty (minimálně 95 %) do lázně, druhou trubicí se přivádí méně čistý kyslík nad lázeň a spaluje se jím oxid uhelnatý, vznikající při zkujňování. Odpichový otvor na kov i strusku je v druhé čelní stěně rotoru, kterou se také odvádějí spaliny.
Oba jsou charakterizovány tím, že reakční nádoba se otáčí (odtud její název), a tím se dosahuje zvětšování stykové plochy kovu a strusky.
Rotorový pochod Kaldo pracuje s rotační válcovitou nádobou skloněnou v pracovní poloze a kyslík je přiváděn na téže straně, odkud jsou odváděny spaliny. Kyslík je stejně jako u kyslíkového konvertoru přiváděn ze shora nad lázeň.
Počet otáček je až 30 za minutu.
Konvertor se dá sklápět do různých poloh potřebných k nalévání surového železa, k sázení rudy a vápna, k dmýchání kyslíku a k odpichu oceli a strusky.
Ocel vyrobená v konvertoru Kaldo předčí svou jakostí ocel vyrobenou z kyslíkového konvertoru, protože má menší obsah fosforu, síry a dusíku i při menší čistotě dmýchaného kyslíku.
Rotorový pochod Rotor byl vyvinut pro specifické surovinové poměry v NSR (Německá spolková republika) pro zpracování surových želez, která se nehodí pro klasický pochod Martinův, ani pro pochod Thomasův.
Rotor se dá sklápět na obě čelní strany. Surové železo se nalévá do rotoru (jeho jednou čelní stěnou) žlabem přímo při odpichu vysoké pece.
Před nalitím surového železa se nalévacím otvorem naplní rotor rudou a vápnem. Během tavby se rotor zvolna otáčí (rychlostí asi 0,5 otáček za minutu). Kyslík se do rotoru přivádí nalévací stranou dvěma dmyšnými trubicemi, které jsou na zvláštním podvozku a chladí se vodou. Jednou trubicí se dmýchá kyslík větší čistoty (minimálně 95 %) do lázně, druhou trubicí se přivádí méně čistý kyslík nad lázeň a spaluje se jím oxid uhelnatý, vznikající při zkujňování. Odpichový otvor na kov i strusku je v druhé čelní stěně rotoru, kterou se také odvádějí spaliny.
3.2.1.1.3.3 VÝROBA OCELI V ELEKTRICKÝCH PECÍCH
Elektrické pece, používané v ocelárenství, jsou obloukové nebo indukční.
Stavějí se v nejrůznějších velikostech od několika desítek kilogramů až po stovky tun vsázky.
Slouží většinou k rafinaci ocelí (dokončení tavby) při kombinovaných ocelárenských pochodech nebo se jich užívá k přetavování ocelí ve slévárnách oceli, popř. ke zkujňování surového železa.
Mezi obloukovými pecemi zaujímá co do důležitosti první místo Héroultova pec s přímým obloukem
Pec je válcovitá, vyzděná nejčastěji zásaditou vyzdívkou, sklopná k vypouštění oceli z pece. Elektrický proud z transformátoru přichází do dvou nejčastěji tří svislých elektrod procházející klenbou pece. Mezi elektrodou a vsázkou, popř. lázní se uzavírá elektrický oblouk.
Dnešní pece pracují s třífázovým střídavým proudem o napětí 80 až 300 V.
K elektrické výzbroji moderní pece patří regulace pohybu elektrod k dosažení rovnoměrného výkonu.
Základní surovinou pro elektrickou pec je především pevný ocelový odpad, který se v posledních letech zaváží horem zvláštními koši.
Pec musí být konstruována tak, aby se její pracovní prostor dal odkrýt odsunutím víka nebo vytažením nístěje. V některých státech se však s výhodou začíná používat tekuté surové železo.
Elektrické obloukové pece umožňují jednodušší kontrolu výrobního procesu a přerušovaný provoz. Výroba oceli se v nich snáze mechanizuje a automatizuje. Náklady na výrobu elektrooceli u nás jsou proti martinské oceli poněkud vyšší (asi o 10 až 15 %), ale vyrovnají se lepší jakostí oceli a zejména možností výroby ušlechtilých ocelí.
Pro výrobu ocelí, u kterých není třeba intenzivnějších reakcí mezi lázní a struskou, jsou vhodné pece indukční, ve kterých se vsázka ohřívá indukčními účinky střídavého proudu přímo.
Elektrické pece lze rozdělit do dvou skupin: nízkofrekvenční (se železným jádrem) a vysokofrekvenční (bez jádra).
Nízkofrekvenční pece se téměř již nepoužívají.
Vysokofrekvenční popř. středofrekvenční pec je tvořena indukční cívkou napájenou proudem o frekvenci 500 až 10 000 Hz podle velikosti pece. Čím menší pec tím větší frekvence. Větší pece se dokonce připojují přímo na síť s frekvencí proudu 50 Hz.
Název vysokofrekvenční pece není tedy zcela oprávněn. Cívka nejčastěji z měděných trubek, kterými protéká chladicí voda. Uvnitř cívky je kelímek ze zásadité nebo kyselé žárovzdorné hmoty.
Výhodou těchto pecí je velká rychlost tavení, maximální využití slitinových prvků, snadná údržba a jednoduché ovládání. Se zřetelem na průběh pochodu jsou vhodné vysokofrekvenční pece zejména k výrobě vysokolegovaných ocelí (rychlořezné, nerezavějící). Vysoký výtěžek legujících přísad bezpečně kompenzuje zvýšené náklady na čistotu vsázky.
V indukčních pecích lze tavit pouze kovové materiály nikoliv strusku.
Struska se taví pouze vy styku s roztaveným kovem, má nižší teplotu a proto pochod není k rafinaci struskou vhodný provádět např. v obloukových pecích.
Pece slouží převážně k přetavování bez rafinace.
Stavějí se v nejrůznějších velikostech od několika desítek kilogramů až po stovky tun vsázky.
Slouží většinou k rafinaci ocelí (dokončení tavby) při kombinovaných ocelárenských pochodech nebo se jich užívá k přetavování ocelí ve slévárnách oceli, popř. ke zkujňování surového železa.
Mezi obloukovými pecemi zaujímá co do důležitosti první místo Héroultova pec s přímým obloukem
Pec je válcovitá, vyzděná nejčastěji zásaditou vyzdívkou, sklopná k vypouštění oceli z pece. Elektrický proud z transformátoru přichází do dvou nejčastěji tří svislých elektrod procházející klenbou pece. Mezi elektrodou a vsázkou, popř. lázní se uzavírá elektrický oblouk.
Dnešní pece pracují s třífázovým střídavým proudem o napětí 80 až 300 V.
K elektrické výzbroji moderní pece patří regulace pohybu elektrod k dosažení rovnoměrného výkonu.
Základní surovinou pro elektrickou pec je především pevný ocelový odpad, který se v posledních letech zaváží horem zvláštními koši.
Pec musí být konstruována tak, aby se její pracovní prostor dal odkrýt odsunutím víka nebo vytažením nístěje. V některých státech se však s výhodou začíná používat tekuté surové železo.
Elektrické obloukové pece umožňují jednodušší kontrolu výrobního procesu a přerušovaný provoz. Výroba oceli se v nich snáze mechanizuje a automatizuje. Náklady na výrobu elektrooceli u nás jsou proti martinské oceli poněkud vyšší (asi o 10 až 15 %), ale vyrovnají se lepší jakostí oceli a zejména možností výroby ušlechtilých ocelí.
Pro výrobu ocelí, u kterých není třeba intenzivnějších reakcí mezi lázní a struskou, jsou vhodné pece indukční, ve kterých se vsázka ohřívá indukčními účinky střídavého proudu přímo.
Elektrické pece lze rozdělit do dvou skupin: nízkofrekvenční (se železným jádrem) a vysokofrekvenční (bez jádra).
Nízkofrekvenční pece se téměř již nepoužívají.
Vysokofrekvenční popř. středofrekvenční pec je tvořena indukční cívkou napájenou proudem o frekvenci 500 až 10 000 Hz podle velikosti pece. Čím menší pec tím větší frekvence. Větší pece se dokonce připojují přímo na síť s frekvencí proudu 50 Hz.
Název vysokofrekvenční pece není tedy zcela oprávněn. Cívka nejčastěji z měděných trubek, kterými protéká chladicí voda. Uvnitř cívky je kelímek ze zásadité nebo kyselé žárovzdorné hmoty.
Výhodou těchto pecí je velká rychlost tavení, maximální využití slitinových prvků, snadná údržba a jednoduché ovládání. Se zřetelem na průběh pochodu jsou vhodné vysokofrekvenční pece zejména k výrobě vysokolegovaných ocelí (rychlořezné, nerezavějící). Vysoký výtěžek legujících přísad bezpečně kompenzuje zvýšené náklady na čistotu vsázky.
V indukčních pecích lze tavit pouze kovové materiály nikoliv strusku.
Struska se taví pouze vy styku s roztaveným kovem, má nižší teplotu a proto pochod není k rafinaci struskou vhodný provádět např. v obloukových pecích.
Pece slouží převážně k přetavování bez rafinace.
3.2.1.1.3.2 VÝROBA OCELI V MARTINSKÝCH PECÍCH
Martinská pec (nazývá se též podle svých vynálezců siemens-martinská pec), má plochou nístěj ze žárovzdorného zdiva, v níž se vsázka, tj. obvykle surové železo s přídavkem šrotu, ohřívá plamenem generátorového plynu a vzduchu nebo spalováním těžkých olejů.
Aby se dosáhlo vysoké teploty (až 1750°C), předehřívá se plyn i vzduch střídavě ve dvou párech regeneračních komor pod pecí (Siemensův vynález), jejiž šamotové kanálkové zdivo bylo předtím rozžhaveno odcházejícími zplodinami hoření. Mezi regeneračními komorami je reverzační zařízení pro změnu směru proudících plynů.
Ochlazený pár regeneračních komor se vyhřívá a druhý pár ohřátých komor předehřívá spalovací vzduch a plyn asi na 1 150 až 1 200 °C.
Pec má odpichový otvor v nejnižším místě zadní stěny nístěje. V Přední stěně je několik sázecích dveří. Pece jsou stavěny jako pevné nebo sklopné a jejich kapacita dosahuje až 1 000 tun.
Díky vnějšímu přívodu tepla může se v peci zpracovávat surové železo a ocelový odpad v libovolném poměru.
Podle druhu vsázky se rozlišuje několik obměn zásaditého Martinova pochodu:
Odpadový pochod: Převážnou část kovové vsázky tvoří ocelový odpad, menší část pevné surové železo.
Odpadový pochod s tekutým surovým železem: Pracuje se s tekutým surovým železem, tím se zkrátí doba sázení, sníží se spotřeba tepla, celý pochod se zrychlí a zvýší se tím výrobnost ocelárny.
Rudný pochod: Tento pochod je nejvíce rozšířen. Jako vsázka se používá tekutého surového železa a vlastního odpadu. Ke zkujňování se používá potřebné množství rudy, kterou lze nahradit dmýcháním čistého kyslíku. Množství surového železa nepřesahuje nikdy 85 % a zbytek vsázky je ocelový odpad.
Vsázkové suroviny se v tuhém stavu zavážejí do pece sázecím strojem, který je buď visutý nebo pojíždí na plošině. Má rameno, které se může otáčet kolem svislé a vodorovné osy a zvedat se nahorů a dolů.
Rameno sázečky uchopí sázecí korýtko naplněné surovinami, vsune je do pece a otočením korýtka se obsah vysype.
Tekuté surové železo se nalévá do martinských pecí z pánví jeřábem.
Při zkujňovacím pochodu trvajícím zpravidla 7 až 12 hodin se uhlík a škodlivé příměsi odstraňují oxidačními přísadami a kyslíkem oxidačního prostředí pece.
Velkou východou je že lázeň téměř neobohacuje dusíkem ze vzduchu, neboť je lázeň chráněná struskou.
Při vhodné volbě jakostních surovin se mohou v martinských pecích vyrábět i ušlechtilé oceli. Největší část oceli vyrobené na světě je až dosud z martinských pecích.
Aby se dosáhlo vysoké teploty (až 1750°C), předehřívá se plyn i vzduch střídavě ve dvou párech regeneračních komor pod pecí (Siemensův vynález), jejiž šamotové kanálkové zdivo bylo předtím rozžhaveno odcházejícími zplodinami hoření. Mezi regeneračními komorami je reverzační zařízení pro změnu směru proudících plynů.
Ochlazený pár regeneračních komor se vyhřívá a druhý pár ohřátých komor předehřívá spalovací vzduch a plyn asi na 1 150 až 1 200 °C.
Pec má odpichový otvor v nejnižším místě zadní stěny nístěje. V Přední stěně je několik sázecích dveří. Pece jsou stavěny jako pevné nebo sklopné a jejich kapacita dosahuje až 1 000 tun.
Díky vnějšímu přívodu tepla může se v peci zpracovávat surové železo a ocelový odpad v libovolném poměru.
Podle druhu vsázky se rozlišuje několik obměn zásaditého Martinova pochodu:
Odpadový pochod: Převážnou část kovové vsázky tvoří ocelový odpad, menší část pevné surové železo.
Odpadový pochod s tekutým surovým železem: Pracuje se s tekutým surovým železem, tím se zkrátí doba sázení, sníží se spotřeba tepla, celý pochod se zrychlí a zvýší se tím výrobnost ocelárny.
Rudný pochod: Tento pochod je nejvíce rozšířen. Jako vsázka se používá tekutého surového železa a vlastního odpadu. Ke zkujňování se používá potřebné množství rudy, kterou lze nahradit dmýcháním čistého kyslíku. Množství surového železa nepřesahuje nikdy 85 % a zbytek vsázky je ocelový odpad.
Vsázkové suroviny se v tuhém stavu zavážejí do pece sázecím strojem, který je buď visutý nebo pojíždí na plošině. Má rameno, které se může otáčet kolem svislé a vodorovné osy a zvedat se nahorů a dolů.
Rameno sázečky uchopí sázecí korýtko naplněné surovinami, vsune je do pece a otočením korýtka se obsah vysype.
Tekuté surové železo se nalévá do martinských pecí z pánví jeřábem.
Při zkujňovacím pochodu trvajícím zpravidla 7 až 12 hodin se uhlík a škodlivé příměsi odstraňují oxidačními přísadami a kyslíkem oxidačního prostředí pece.
Velkou východou je že lázeň téměř neobohacuje dusíkem ze vzduchu, neboť je lázeň chráněná struskou.
Při vhodné volbě jakostních surovin se mohou v martinských pecích vyrábět i ušlechtilé oceli. Největší část oceli vyrobené na světě je až dosud z martinských pecích.
3.2.1.1.3.4 SPECIÁLNÍ POCHODY PŘI VÝROBĚ OCELI
Protože je potřeba vyrábět oceli vyšší jakosti než dovolují výše uvedené způsoby, vznikají nové postupy jak ochránit ocel, před nežádoucími účinky atmosférického vzduchu nebo přetavování pod struskou.
Tavení oceli ve vakuu
K tavení se používají indukční pece, které jsou uzavřeny v neprodyšných komorách, ze kterých se vývěvami vzduch a plyny.
V poslední době je vyvinuta řada konstrukcí vakuových indukčních pecí o obsahu vsázky až 2 tuny.
Indukčním tavení ve vakuu lze odstranit mnohé prchavé prvky, např. Zinek, Olovo, Bismut, Kadmium, jejichž i jen nepatrný výskyt je velmi škodlivý. V témž zařízení je možno pracovat s ochranou atmosférou, např. argonu, má-li se legovat prvky s velmi nízkým bodem varu. Vhodně voleným postupem je možno přesně dosáhnout žádaného složení i jde-li o prvky reaktivní (např. hliník, titan, bor, zirkonium).
Protože se jedná o drahé pochody používají se jen na výrobu nejjakostnějších ocelí a slitin.
V poslední době je vyvinuta řada konstrukcí vakuových indukčních pecí o obsahu vsázky až 2 tuny.
Indukčním tavení ve vakuu lze odstranit mnohé prchavé prvky, např. Zinek, Olovo, Bismut, Kadmium, jejichž i jen nepatrný výskyt je velmi škodlivý. V témž zařízení je možno pracovat s ochranou atmosférou, např. argonu, má-li se legovat prvky s velmi nízkým bodem varu. Vhodně voleným postupem je možno přesně dosáhnout žádaného složení i jde-li o prvky reaktivní (např. hliník, titan, bor, zirkonium).
Protože se jedná o drahé pochody používají se jen na výrobu nejjakostnějších ocelí a slitin.
3.2.1.1.3.5 ČISTOTA OCELÍ
| Výrobní postup | Obsah | |||
|---|---|---|---|---|
| Síra + Fosfor [%] | N2 [%] | H2 cm3.100 g-1 | ||
| Konvertorová ocel | Thomasova | 0,09 až 0,14 | 0,012 až 0,024 | 2,5 až 4,0 |
| Bessemerova | 0,10 až 0,14 | 0,010 až 0,020 | 2,5 až 4,0 | |
| Martinova ocel | kyselá | 0,06 až 0,08 | 0,003 až 0,007 | 3,0 až 5,0 |
| Zásaditá | 0,05 až 0,08 | 0,003 až 0,008 | 4,5 až 0,8 | |
| Ocel z kyslíkového konvertoru | 0,04 až 0,06 | 0,002 až 0,005 | 3,5 až 5,0 | |
| Elektroocel | 0,03 až 0,05 | 0,006 až 0,014 | 4,5 až 8,0 | |
3.2.1.1.3.6 VÝROBA UŠLECHTILÝCH OCELÍ
Důležité legující prvky
| Prvek | Vlastnosti | Minimální množství [%] | Zvyšuje | Snižuje |
|---|---|---|---|---|
| Křemík (Si) | V malém množství je obsažen ve všech železných materiálech. | 0,5 |
|
|
| Mangan (Mn) | Jako křemík je obsažen ve všech železných materiálech a u zvláštních druhů kovových materiálů se přidává v požadovaném množství (např. manganová ocel - 13%) | 0,9 |
| Obrobitelnost |
| Chrom (Cr) | Nejdůležitější prvek pro legované konstrukční a nástrojové oceli, které jsou odolné vůči korozi a opotřebení | 0,3 |
| Nepatrně roztažnost |
| Nikl (Ni) | Ocel legovaná s niklem se dá dobře svařovat, pájet, obrábět, tvářet za studena i za tepla, je magnetizována (tvrdé magnety mají 15 - 28 % niklu), žáruvzdorná, do teploty 800 °C je odolná vůči teplu. | 0,5 |
|
|
| Molybden (Mo) | Je legován nejčastěji ve sloučenině s chromem, niklem, vanadem. | 0,1 |
| Citlivost při přehřívání u tepelně upravených ocelí. |
| Vanad (V) | Působí na ocel stejně jako molybden, ale bez zmenšení tažnosti. | 0,1 |
| Citlivost proti přehřátí u tepelného zpracování |
| Wolfram (W) | Je důležitou součástí rychlořezných ocelí a slinutých karbidů | 0,2 |
| V nepatrné míře roztažnost. |
| Kobalt (Co) | Používá se jako přídavek k rychlořezným ocelím. Trvalé magnety obsahují také kobalt. | 0,2 |
|
3.2.1.1.4 DRUHY OCELI
Rozdělení ocelí dle chemického složení
Nelegované oceli - Určující obsahy jednotlivých prvků nedosahují mezních obsahů
Legované oceli - Obsahy jednotlivých prvků, minimálně jednoho dosahují nebo překračují mezní obsahy
Rozdělení ocelí, dle jakosti
1. Oceli obvyklých jakostí
Požadavky na jakost nevyžadují zvláštní opatření při výrobě
Musí splňovat tyto podmínky:
Nejsou určeny pro tepelné zpracování
Dodržet požadavky pro nezpracovaný nebo normalizační žíhaný stav
Nejsou předepsány další zvláštní kvalifikační charakteristiky (např. způsobilost k hlubokému tváření)
S vyjímkou křemíku a manganu nejsou předepsány žádné další obsahy legovacích prvků
Nejsou určeny pro tepelné zpracování
Dodržet požadavky pro nezpracovaný nebo normalizační žíhaný stav
Nejsou předepsány další zvláštní kvalifikační charakteristiky (např. způsobilost k hlubokému tváření)
S vyjímkou křemíku a manganu nejsou předepsány žádné další obsahy legovacích prvků
2. Nelegované jakostní oceli
Všeobecně není předepsána rovnoměrná reakce na tepelné zpracování ani požadavky na stupeň čistoty (netýká se kovových vměstků)
Jsou na ně kladeny (na základě namáhání) přísnější nebo dodatečné požadavky než na oceli obvyklých jakostí - při výrobě se vyžaduje vyšší pozornost
Všeobecně není předepsána rovnoměrná reakce na tepelné zpracování ani požadavky na stupeň čistoty (netýká se kovových vměstků)
Jsou na ně kladeny (na základě namáhání) přísnější nebo dodatečné požadavky než na oceli obvyklých jakostí - při výrobě se vyžaduje vyšší pozornost
3. Nelegované ušlechtilé oceli
Na rozdíl od jakostních ocelí vyžadují vyšší stupeň čistoty (obzvláště nekovových vměstků)
Určeny pro zušlechťování a povrchové kalení
Rovnoměrnější reakce na tepelné zpracování
Přesné chemické složení
Na rozdíl od jakostních ocelí vyžadují vyšší stupeň čistoty (obzvláště nekovových vměstků)
Určeny pro zušlechťování a povrchové kalení
Rovnoměrnější reakce na tepelné zpracování
Přesné chemické složení
Vlastností jsou dosahovány zvláštními podmínkami výroby a zkoušení
Oceli s požadavky na nárazovou práci v zušlechtěném stavu
Oceli s požadavkem na hloubku zakalené vrstvy nebo povrchovou tvrdost v zakaleném nebo povrchově zakaleném popř. popouštěném stavu
Oceli s požadavky na obzvlášť nízké obsahy nekovových vměstků
Oceli s předepsaným maximálním obsahem fosforu a minimálním obsahem síry (0,025%) např. válcovaný drát pro vysoce namáhané pružiny, přídavné svařovací dráty, drát na kordy pneumatik
Oceli s hodnotami nárazové práce minimálně KV>27 J při -50°C
Oceli pro jaderné reaktory
Oceli s předepsanou hodnotou elektrické vodivosti minimálně G > 9 S
Feriticko-perlitické oceli s předepsaným obsahem uhlíku minimálně 0,25%
Oceli pro předpínací výztuž do betonu
Oceli s požadavky na nárazovou práci v zušlechtěném stavu
Oceli s požadavkem na hloubku zakalené vrstvy nebo povrchovou tvrdost v zakaleném nebo povrchově zakaleném popř. popouštěném stavu
Oceli s požadavky na obzvlášť nízké obsahy nekovových vměstků
Oceli s předepsaným maximálním obsahem fosforu a minimálním obsahem síry (0,025%) např. válcovaný drát pro vysoce namáhané pružiny, přídavné svařovací dráty, drát na kordy pneumatik
Oceli s hodnotami nárazové práce minimálně KV>27 J při -50°C
Oceli pro jaderné reaktory
Oceli s předepsanou hodnotou elektrické vodivosti minimálně G > 9 S
Feriticko-perlitické oceli s předepsaným obsahem uhlíku minimálně 0,25%
Oceli pro předpínací výztuž do betonu
4. Legované jakostní oceli
Oceli pro podobné účely jako nelegované jakostní
Pro vyhovění zvláštním podmínkám použití obsahují legovací prvky v obsazích, které z nich dělají legované oceli
Nejsou všeobecně určeny pro zušlechťování nebo povrchové kalení
Oceli pro podobné účely jako nelegované jakostní
Pro vyhovění zvláštním podmínkám použití obsahují legovací prvky v obsazích, které z nich dělají legované oceli
Nejsou všeobecně určeny pro zušlechťování nebo povrchové kalení
Patří sem:
Svařitelné jemnozrnné konstrukční oceli pro ocelové konstrukce včetně tlakových nádob a potrubí, které vyhoví následujícím požadavků a nepatří mezi oceli legované křemíkem ... a oceli pro ploché výrobky válcované ...
- Pro tloušťky do 16 mm a je předepsaná mez kluzu 380 MPa
- Určující obsahy legovacích prvků musí být menší než mezní hodnoty
- Minimální hodnota nárazové práce KV při -50 > 27 J (nevztahuje se na oceli určené pro výrobu trubek nebo tlakových nádob)
Oceli legované pouze křemíkem nebo křemíkem a hliníkem se zvláštními požadavky na magnetické a elektrické vlastnosti
Oceli určené na výrobu kolejnic, štětovnic a důlních výztuží
Oceli pro ploché výrobky válcované za tepla nebo za studena, které jsou určeny pro náročnější tváření za studena a legované jednotlivě nebo v kombinaci bór, niob, titan, vanad nebo zirkon (nevztahuje se na oceli určené pro výrobu trubek nebo tlakových nádob)
Oceli legované pouze mědí
Svařitelné jemnozrnné konstrukční oceli pro ocelové konstrukce včetně tlakových nádob a potrubí, které vyhoví následujícím požadavků a nepatří mezi oceli legované křemíkem ... a oceli pro ploché výrobky válcované ...
- Pro tloušťky do 16 mm a je předepsaná mez kluzu 380 MPa
- Určující obsahy legovacích prvků musí být menší než mezní hodnoty
- Minimální hodnota nárazové práce KV při -50 > 27 J (nevztahuje se na oceli určené pro výrobu trubek nebo tlakových nádob)
Oceli legované pouze křemíkem nebo křemíkem a hliníkem se zvláštními požadavky na magnetické a elektrické vlastnosti
Oceli určené na výrobu kolejnic, štětovnic a důlních výztuží
Oceli pro ploché výrobky válcované za tepla nebo za studena, které jsou určeny pro náročnější tváření za studena a legované jednotlivě nebo v kombinaci bór, niob, titan, vanad nebo zirkon (nevztahuje se na oceli určené pro výrobu trubek nebo tlakových nádob)
Oceli legované pouze mědí
5. Legované ušlechtilé oceli
U ocelí je dosahováno požadovaných zpracovatelských a užitných vlastností - často v kombinacích a v zúžených mezích přesným stanovením chemického složení a zvláštními podmínkami výroby a zkoušení
U ocelí je dosahováno požadovaných zpracovatelských a užitných vlastností - často v kombinacích a v zúžených mezích přesným stanovením chemického složení a zvláštními podmínkami výroby a zkoušení
Patří sem:
Nerezavějící oceli
Žárovzdorné a žáropevné oceli
Oceli na valivá ložiska
Nástrojové oceli
Oceli pro ocelové konstrukce a stavbu strojů
Oceli se zvláštními fyzikálními vlastnostmi
Nerezavějící oceli
Žárovzdorné a žáropevné oceli
Oceli na valivá ložiska
Nástrojové oceli
Oceli pro ocelové konstrukce a stavbu strojů
Oceli se zvláštními fyzikálními vlastnostmi
Rozdělujeme je na následující skupiny
Nerezavějící oceli
S obsahem
- Uhlíku > 1,20 %
- Chromu> 10,5%
- Podle obsahu niklu: Nad 2,5%, Pod 2,5 %
S obsahem
- Uhlíku > 1,20 %
- Chromu> 10,5%
- Podle obsahu niklu: Nad 2,5%, Pod 2,5 %
Rychlořezné oceli
Se stanoveným obsahem
- Uhlíku> 0,6 %
- Chromu = 3 až 6 %
Obsahují minimálně dva ze tří následujících prvků s celkovým obsahem víc než 7%
- Molybden
- Wolfram
- Vanad
Ostatní legované ušlechtilé oceli
Se stanoveným obsahem
- Uhlíku> 0,6 %
- Chromu = 3 až 6 %
Obsahují minimálně dva ze tří následujících prvků s celkovým obsahem víc než 7%
- Molybden
- Wolfram
- Vanad
Ostatní legované ušlechtilé oceli
Význam číslic v označení oceli
| Pořadové číslo číslice | Význam |
|---|---|
| 1 | Znamená, že jde o tvářenou ocel |
| 2 | Ve spojení s první číslice označuje třídu oceli |
| 3 | Udává informace podle třídy oceli |
| 4 | |
| 5 | S vyjímkou oceli pro výztuž betónu má význam pořadový |
Oceli třídy 10 a 11
| 1 | 0 | 1 | X | X |
|---|---|---|---|---|
| Třída oceli | Nejmenší pevnost v tahu v desítkách MPa | Pořadová číslice | ||
Významy páte číslice
| Pátá číslice | Třída 10 | Třída 11 |
|---|---|---|
| 0 | Normální jakost | |
| 1 | Zvláštní vhodnost k tváření | |
| 2 | Zaručená mez kluzu | |
| 3 |
| Zaručená svařitelnost |
| 4 |
|
|
| 6 |
|
|
| 7 |
| Různé zvláštní vlastnosti |
| 8 |
|
|
| 9 |
| |
Oceli třídy 12 až 16
| 1 | X | X | X | X |
|---|---|---|---|---|
| Třída oceli | Součet průměrného procentuálního obsahu jednotlivých prvků (kromě uhlíku zaokrouhlené na nejbližší celé číslo | Průměrný obsah uhlíku v desetinách % (zaokrouhleně) | Pořadové číslo rozlišuje jemněji oceli | |
Poznámka: Tabulka platí i pro ocel č. 17
Oceli třídy 17
| Základní číselná značka | Význam třetí číslice (přísadová skupina) | Čtvrtá číslice | Pátá číslice |
|---|---|---|---|
| 17 0 | Oceli chromové | Vyjadřuje bohatost legujících prvků | Jemněji rozlišuje oceli (přihlíží se ke stoupajícímu obsahu uhlíku) |
| 17 1XX | Oceli chromové s dalšími přísadový prvky (hliník, molybden, nikl) | ||
| 17 2XX | Oceli chromniklové, popřípadě stabilizované (titan, niob | ||
| 17 3XX | Oceli chromniklové, popřípadně stabilizované (titan, niob) a s dalšími přísadovými prvky (molybden, vanad, wolfram) | ||
| 17 4XX | Oceli manganochromové, manganochromniklové | ||
| 17 5XX | Oceli nikové | ||
| 17 6XX | Oceli manganové | ||
| 17 7XX | Volné | ||
| 17 8XX | |||
| 17 9XX |
Oceli třídy 19
| Základní číselná značka | Význam třetí číslice | Čtvrtá číslice | Pátá číslice | |
|---|---|---|---|---|
| 19 0XX | Dvojčíslí, ze 3. a 4. číslice vyjadřuje střední obsah uhlíku | Nelegované | U legovaných ocelí vyjadřuje příslušnou kombinaci přísadových prvků | Jemněji rozlišuje jakost dle způsobu výroby |
| 19 1XX | ||||
| 19 2XX | ||||
| 19 3XX | Oceli manganové, křemíkové, vanadové | Legované | ||
| 19 4XX | Oceli chromové | |||
| 19 5XX | Oceli chrommolybdenové | |||
| 19 6XX | Oceli nikové | |||
| 19 7XX | Oceli wolframové | |||
| 19 8XX | Oceli rychlořezné | |||
| 19 9XX | Volné | |||
První doplňková číslice
- udává teplené zpracování
| Číslice | Stav tepelného zpracování |
|---|---|
| 0 | Tepelně nezpracovaný |
| 1 | Normalizačně žíhaný |
| 2 | Žíhaný (s uvedením stavu) |
| 3 | Žíhaný na měkko |
| 4 | Kalený nebo kalený a nízko popuštěný při nízkých teplotách, po rozpouštěcím žíhání |
| 5 | Normalizačně žíhaný a popuštěný |
| 6 | Zušlechtěný na dolní pevnost obvyklou u příslušné oceli |
| 7 | Zušlechtěný na střední pevnost obvyklou u příslušné oceli |
| 8 | Zušlechtěný na horní pevnost obvyklou u příslušné oceli |
| 9 | Speciální |
Druhá doplňková číslice
- udává stupeň přetváření
| Číslice | Stupeň přetváření | |||
|---|---|---|---|---|
| Pásy válcované za studena | Plechy válcované | |||
| zatepla | zastudena | |||
| 0 | Dále nepřeválcováno | Dále nepřeválcováno | ||
| 1 | Lehce převálcováno | |||
| 2 | 1/4 tvrdý | |||
| 3 | 1/2 tvrdý | |||
| 4 | 3/4 tvrdý | |||
| 5 | 4/4 tvrdý | |||
| 6 | 5/4 tvrdý | |||
| 7 |
| |||
| 8 | Dle zvláštního předpisu | |||
| 9 | Dle dohodnutého předpisu | |||
Označení způsobu výroby oceli
| Zkratka | Význam |
|---|---|
| Th | Thomasova ocel |
| Ma | Martinová ocel |
| E | Elektroocel |
Vliv obsahu uhlíku na vlastnosti ocelí
| Obsah uhlíku [%] | Pevnost v tahu [MPa] | Tažnost [%] | Jakost | Hlavní technologické vlastnosti | Použití |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,04 až 0,30 | 290 až 450 | 40 až 30 | Velmi měkká až měkká |
| Pro běžné méně namáhané konstrukční a strojní součásti |
| 0,35 až 0,50 | 500 až 600 | 30 až 25 | Středně tvrdá |
| Pro více namáhané konstrukce a strojní součásti ve stavu přírodním i zakaleném |
| 0,55 až 0,80 | 600 až 750 | 25 až 15 | Tvrdá |
| Velmi namáhané strojní součásti, pružiny i jednoduché nástroje |
| 0,85 až 1,05 | 750 až 900 | 15 až 5 | Nástrojová | Dobře kalitelná | Houževnaté nástroje |
| 1,05 až 1,5 | 900 a více | - | Tvrdá nástrojová | Velmi dobře kalitelná | Nástroje s velkou tvrdostí a stálostí ostří a s menšími požadavky na houževnatost |
3.2.1.1.4.1 OCELI TŘÍDY 10
Oceli pevnostní řady 00
Tzv. "obchodní jakost"
Nemají zaručené chemické složení a mechanické vlastnosti
Dosahují pevnosti v tahu 400 až 790 MPa, ale pevnost není zaručená
Nemají zaručené chemické složení a mechanické vlastnosti
Dosahují pevnosti v tahu 400 až 790 MPa, ale pevnost není zaručená
Použití: Nejméně náročné práce ve stavebnictví a zámečnictví
Příklady:
10 000
10 004
10 005
10 000
10 004
10 005
Oceli pevnostní řady 37 a 42
Dobře tvárné a svařitelné (nikoliv pro nosné svary)
Použití:
Různé konstrukce
Součásti strojů (šrouby, matice, nýty)
Drobné kolejnice a výhybky s menší pevností
Různé konstrukce
Součásti strojů (šrouby, matice, nýty)
Drobné kolejnice a výhybky s menší pevností
Příklady:
10 370
10 420
10 370
10 420
Oceli pevnostní řady 50, 65, 75
Představují největší skupinu s odstupňovanou pevností v tahu
Použití: Kolejnice podle druhu zatížení
Použití: Kolejnice podle druhu zatížení
Oceli pro betonovou výztuž
Druhé dvojčíslí vyjadřuje mez kluzu
Vyrábí se z nich hladké nebo žebírkové tyče
Vyrábí se z nich hladké nebo žebírkové tyče
3.2.1.1.4.2 OCELI TŘÍDY 11
Mají:
Předepsanou čistotu
Zaručenou:
- Pevnost v tahu
- Mez kluzu
- Tažnost
- Někdy i jiné vlastnosti
Předepsanou čistotu
Zaručenou:
- Pevnost v tahu
- Mez kluzu
- Tažnost
- Někdy i jiné vlastnosti
Vyžaduje se, aby nebyli náchylné k lámavosti za studena i za červeného žáru
Odstupňovány dle obsahu uhlíku
Pevnost v tahu: 280 do 900 MPa
Odstupňovány dle obsahu uhlíku
Pevnost v tahu: 280 do 900 MPa
Hutě je dodávají ve formě:
Tvářené profily
Dráty
Plechy
Výkovky
Výlisky
Tvářené profily
Dráty
Plechy
Výkovky
Výlisky
Některé jakosti jsou dodávány i jako:
Kotlové plechy
Bezešvé trubky
Hlubokotažné plechy
Kotlové plechy
Bezešvé trubky
Hlubokotažné plechy
Používají se ve stavu normalizačně žíhaném i ve stavu jinak tepelně zpracovaném
Oceli pevnostní řady 30, 32, 33
Maximální obsah uhlíku 0,13%
Dobře tvárné za studena (hluboké tažení)
Dobře tvárné za studena (hluboké tažení)
Některé druhy:
Mají:
- Zaručenou svařitelnost
- Zvýšenou odolnost proti stárnutí
Jsou vhodné pro povrchové úpravy (lakování, pokovování, smaltování)
Mají:
- Zaručenou svařitelnost
- Zvýšenou odolnost proti stárnutí
Jsou vhodné pro povrchové úpravy (lakování, pokovování, smaltování)
Použití:
Karosářské výlisky
Nádrže
Vany
Nádobí
Karosářské výlisky
Nádrže
Vany
Nádobí
Příklady:
11 300
- Vhodné jen pro mírné tažení a ohýbání
- Nevhodné ke smaltování
11 305
11 320
11 331
- Vhodné jen pro mírné tažení a ohýbání
11 300
- Vhodné jen pro mírné tažení a ohýbání
- Nevhodné ke smaltování
11 305
11 320
11 331
- Vhodné jen pro mírné tažení a ohýbání
- Nevhodné ke smaltování
Oceli pevnostní řady 34 až 45
Maximální obsah uhlíku 0,24%
Většinou zaručeně svařitelné
Dobře tvárné za studena i za tepla
Většinou zaručeně svařitelné
Dobře tvárné za studena i za tepla
Použití:
Výlisky
Výkovky
Výtažky
Výlisky
Výkovky
Výtažky
Nejvýznamnější jsou oceli: 11 343, 11 373, 11 423
Použití:
Výrobu všech druhů polotovarů
Svařované konstrukce strojů se statickým , popř. mírně dynamickým namáháním
Použití:
Výrobu všech druhů polotovarů
Svařované konstrukce strojů se statickým , popř. mírně dynamickým namáháním
Příklady:
11 364.1
- Použití: Čepy, páky, svorníky, pouzdra, součásti parních kotlů
11 373
- Použití:Vodní turbíny
11 423
- Použití: Hřídele, osy, ozubená kola, železniční vozidla
11 369
- Hodí se pro nízké teploty (do - 50 °C)
11 419
- Hodí se pro nízké teploty (do - 50 °C)
11 364.1
- Použití: Čepy, páky, svorníky, pouzdra, součásti parních kotlů
11 373
- Použití:Vodní turbíny
11 423
- Použití: Hřídele, osy, ozubená kola, železniční vozidla
11 369
- Hodí se pro nízké teploty (do - 50 °C)
11 419
- Hodí se pro nízké teploty (do - 50 °C)
Oceli pevnostní řady 50
Obsah uhlíku je do 0,45 %
Pevnost v tahu: 500 do 650 MPa
Pevnost v tahu: 500 do 650 MPa
Příklady:
11 500
- Lze zušlechťovat
- Použití: Strojní součásti namáhané staticky i dynamicky (např. hřídele, čepy, šrouby, matice, kolíky, málo namáhaná ozubená kola)
11 503
- Lze svařovat
11 500
- Lze zušlechťovat
- Použití: Strojní součásti namáhané staticky i dynamicky (např. hřídele, čepy, šrouby, matice, kolíky, málo namáhaná ozubená kola)
11 503
- Lze svařovat
Oceli pevnostní řady 60, 70, 80
Obsah uhlíku je vyšší než 0,4 %
Do průměru 40 až 60 mm se dají zušlechťovat
Do průměru 40 až 60 mm se dají zušlechťovat
Použití:
Náročnější strojní součásti vystavěné většímu opotřebení a vyšším tlakům, např.
- Vodicí hřídele
- Vřetena lisů
- Klíny
Náročnější strojní součásti vystavěné většímu opotřebení a vyšším tlakům, např.
- Vodicí hřídele
- Vřetena lisů
- Klíny
Příklady:
11 600
- Pevnost v tahu: 700 MPa
11 800
- Pevnost v tahu: 900 MPa
11 600
- Pevnost v tahu: 700 MPa
11 800
- Pevnost v tahu: 900 MPa
Automatové oceli
Snadno obrobitelné
Snaha ke zvyšování obrobitelnosti vede přes zvyšování:
- Chemické čistoty
- Homogenizace struktury
přes menší rozptyl vlastností ke spolehlivému vzniku drobivé třísky
Důležité je i zvyšování pevnostních vlastností a houževnatosti -> Zhoršování obrobitelnosti
Pro vysokou pevnost materiálu je nutné vyvíjet kvalitnější nástrojové materiály a hledat nové technologie obrábění
Snaha ke zvyšování obrobitelnosti vede přes zvyšování:
- Chemické čistoty
- Homogenizace struktury
přes menší rozptyl vlastností ke spolehlivému vzniku drobivé třísky
Důležité je i zvyšování pevnostních vlastností a houževnatosti -> Zhoršování obrobitelnosti
Pro vysokou pevnost materiálu je nutné vyvíjet kvalitnější nástrojové materiály a hledat nové technologie obrábění
Pevnost v tahu: 500 až 900 MPa
Použití: Součásti vyráběné na rychlořezných automatech
Hutě je dodávají ve formě tyčí tažených za studena
Příklady:
11 109
11 110
11 120
11 140
- Největší pevnost v tahu
11 109
11 110
11 120
11 140
- Největší pevnost v tahu
3.2.1.1.4.3 OCELI TŘÍDY 12
Nižší obsah fosforu a síry (s porovnáním ocelí třídy 10 a 11)
Obsah uhlíku: 0,06 do 0,9 %
Obsah uhlíku: 0,06 do 0,9 %
Jedná se o oceli nelegované, proto mají ve značce třetí číslici 0
- Výjimku tvoří ocel 12 140 na hřídele velkých rozměrů
- Výjimku tvoří ocel 12 140 na hřídele velkých rozměrů
Tepelným zpracováním se mění mechanické vlastnosti a tím i použití (platí i pro oceli třídy 13 až 17 a některé třídy 11)
Oceli k cementování
Mají nízký obsah uhlíku, do 0,2 % -> Po následujícím kalení je při poměrně velké pevnosti v tahu zachována houževnatost jádra
Velké tvrdosti povrchu se dosahuje obohacením povrchových vrstev uhlíkem před kalením
Tvrdost cementované vrstvy po zakalení a popouštění je asi 62 HRC
Velké tvrdosti povrchu se dosahuje obohacením povrchových vrstev uhlíkem před kalením
Tvrdost cementované vrstvy po zakalení a popouštění je asi 62 HRC
Oceli s nižším obsahem uhlíku se používají:
- Součásti strojů a silničních motorových vozidel (čepy, zasouvací vidlice, řetězová kola)
- Součásti strojů a silničních motorových vozidel (čepy, zasouvací vidlice, řetězová kola)
Oceli s vyšším obsahem uhlíku se používají:
- Součásti s vyšší pevností v jádře, např. vodítka
- Součásti s vyšší pevností v jádře, např. vodítka
Příklady:
12 010
12 020
12 024
12 010
12 020
12 024
Oceli k zušlechťování
Obsah uhlíku: 0,4 až 0,6 % -> dostatečná tvrdost po zakalení
Jsou prokalitelné do průměru 40 mm
Po zakalení se popouští na vyšší teploty (do 660 °C), pro dosažení vysoké houževnatosti při zachování vhodné pevnosti
Dosahují vysoké meze kluzu a meze únavy
Jsou prokalitelné do průměru 40 mm
Po zakalení se popouští na vyšší teploty (do 660 °C), pro dosažení vysoké houževnatosti při zachování vhodné pevnosti
Dosahují vysoké meze kluzu a meze únavy
Použití:
Klikové hřídele čerpadel, lisů, velkých spalovacích motorů
Vřetena obrábějících strojů
Ozubená kola
Menší, více namáhané součásti automobilů
Klikové hřídele čerpadel, lisů, velkých spalovacích motorů
Vřetena obrábějících strojů
Ozubená kola
Menší, více namáhané součásti automobilů
Příklady:
12 040
12 042
- Dosahuje pevnosti v tahu až 1 200 MPa
12 050
12 060
12 061
12 040
12 042
- Dosahuje pevnosti v tahu až 1 200 MPa
12 050
12 060
12 061
Oceli k povrchovému kalení
Požaduje se vysoká tvrdost povrchu
Obsah uhlíku: 0,4 až 0,6 % ->kalitelné na zaručenou tvrdost a přitom mají vyhovují houževnatost a pevnost jádra
Použití: Čepy, čelisti, šoupátka, ozubená kola, vahadla, vidlice
Obsah uhlíku: 0,4 až 0,6 % ->kalitelné na zaručenou tvrdost a přitom mají vyhovují houževnatost a pevnost jádra
Použití: Čepy, čelisti, šoupátka, ozubená kola, vahadla, vidlice
Příklady:
12 040
12 050
12 051
12 060
12 061
12 040
12 050
12 051
12 060
12 061
Oceli na patentované dráty
Běžná lana - obsah uhlíku: 0,3 až 0,9 %
Těžní lana - obsah uhlíku: 0,7 až 0,8 %
Jehly - obsah uhlíku: 0,9 až 1 %
Těžní lana - obsah uhlíku: 0,7 až 0,8 %
Jehly - obsah uhlíku: 0,9 až 1 %
Příklady:
12 040
12 061
12 071
12 090
12 040
12 061
12 071
12 090
3.2.1.1.4.4 OCELI TŘÍDY 13
Jsou legované křemíkem, manganem, vanadem -> nehodí se k cementování
- Křemík totiž brání nasycování povrchu uhlík
- Mangan při dlouhodobé výdrži na vysoké teplotě způsobuje hrubnutí austenitického zrna
- Křemík totiž brání nasycování povrchu uhlík
- Mangan při dlouhodobé výdrži na vysoké teplotě způsobuje hrubnutí austenitického zrna
Jsou vhodné pro zušlechťování
Použití: Středně namáhané součásti silničních motorových vozidel, kde se vyžaduje odolnost proti opotřebení (hřídele, ojnice, ozubená kola, nápravy, šrouby, čepy kol, Gallovy řetězy)
Jako legura převažuje mangan
Jako legura převažuje mangan
Příklady:
13 141
13 151
13 240
13 141
13 151
13 240
Oceli obsahující uhlík do 0,2 %
Mají zaručenou svařitelnost
Použití:
Stavba ocelových konstrukcí (mosty, jeřáby)
Tlakové nádoby
Transportní zařízení
Stavba ocelových konstrukcí (mosty, jeřáby)
Tlakové nádoby
Transportní zařízení
Příklady:
13 220
13 221
13 220
13 221
Oceli pružinové
Obsahují hlavně křemík do (1,9 %)
Zvýšená mez únavy
Smluvní mez kluzu: 1 000 až 1 400 MPa
Zvýšená mez únavy
Smluvní mez kluzu: 1 000 až 1 400 MPa
Příklady:
13 180
13 251
13 270
13 180
13 251
13 270
Oceli pro transformátorové a dynamové plechy
Vyznačují se malými
- Hysterezními ztrátami
- Ztrátami vířivými proudy
- Hysterezními ztrátami
- Ztrátami vířivými proudy
Obsahují až 4,6 % křemíku
Označují se Et a číselným znakem (např. Et 3,0; Et 3,6)
Označují se Et a číselným znakem (např. Et 3,0; Et 3,6)
Oceli na nádoby pro stlačené plyny
Legované manganem (1 až 1 %), popř. s přísadou vanadu
Příklady:
13 124
13 123
13 124
13 123
3.2.1.1.4.5 OCELI TŘÍDY 14
Jsou legované chromem, manganem, křemíkem, popř. niklem, hliníkem, titanem
Vhodné k cementování, zušlechťování, povrchovému kalení
Mají zvýšenou prokalitelnost
Nejdůležitější legovaná ocel
Vhodné k cementování, zušlechťování, povrchovému kalení
Mají zvýšenou prokalitelnost
Nejdůležitější legovaná ocel
Oceli k cementování
Nízký obsah uhlíku
Až 1,3 % chromu, popř. titanu
Až 1,3 % chromu, popř. titanu
Vyznačují se velkou tvrdostí povrchu (až 63 HRC)
- Pevnost jádra roste s obsahem uhlíku
- Pevnost jádra roste s obsahem uhlíku
S přísadou titanu je můžeme cementovat v plynném prostředí při teplotách 920 až 980°C -> Zkrácení doby cementování
Příklady:
14 120
14 220
14 231
14 120
14 220
14 231
Oceli k nitridování
Vhodná je ocel 14 340
Použití: Na součásti, kde se požaduje vysoká povrchová tvrdost
Před nitridováním se součásti zušlechťují
Použití: Na součásti, kde se požaduje vysoká povrchová tvrdost
Před nitridováním se součásti zušlechťují
Oceli k zušlechťování
Ocel se zušlechťuje až na pevnost v tahu 1 300 MPa (14 331)
Prokalitelné, asi do průměru 50 mm
Prokalitelné, asi do průměru 50 mm
Použití: Součásti strojů a vozidel, např.
Pístní kroužky
Vačky
Ozubené kola
Pastorky
Čepy
Ojnice
Klikové hřídele
Pístní kroužky
Vačky
Ozubené kola
Pastorky
Čepy
Ojnice
Klikové hřídele
Příklady:
14 100
14 140
14 230
14 240
14 341
14 100
14 140
14 230
14 240
14 341
Oceli k povrchovému kalení
Některé oceli pro zušlechťování jsou vhodné i k povrchovému kalení
Oceli mají nižší prokalitelnost, ale vyšší pevnost v tahu
Oceli mají nižší prokalitelnost, ale vyšší pevnost v tahu
Příklady:
14 140
14 160
14 341
14 140
14 160
14 341
Oceli na valivá ložiska
Vyžaduje se: Velká
Metalurgická čistota
Tvrdost
Odolnost proti opotřebení
Metalurgická čistota
Tvrdost
Odolnost proti opotřebení
Obsahují: asi
Uhlík: 1,1 %
Chrom:0,8 až 1,6 %
Mangan: 1%
Uhlík: 1,1 %
Chrom:0,8 až 1,6 %
Mangan: 1%
Vyznačují se: Vysokou
Tvrdostí
Pevností v tlaku
Tvrdostí
Pevností v tlaku
Příklady:
14 109
14 209
14 109
14 209
3.2.1.1.4.6 OCELI TŘÍDY 15
K legování použito velký počet kombinací legur
Jedná se o nízkolegované oceli
Jedná se o nízkolegované oceli
Specifické vlastnosti:
Velmi dobrá prokalitelnost
Vhodnost k zušlechťování
Vysoká mez:
- Pevnosti v tahu
- Mez kluzu při normální teplotě
Zaručená mez tečení
Zvýšená odolnost proti korozi
Velmi dobrá prokalitelnost
Vhodnost k zušlechťování
Vysoká mez:
- Pevnosti v tahu
- Mez kluzu při normální teplotě
Zaručená mez tečení
Zvýšená odolnost proti korozi
Použití:
Součásti tepelných energetických zařízení
Tlakové nádoby v chemickém průmyslu
Součásti vystavené vysokým teplotám
Součásti tepelných energetických zařízení
Tlakové nádoby v chemickém průmyslu
Součásti vystavené vysokým teplotám
Oceli k povrchovému kalení
Použití:
Velmi namáhané součásti silničních motorových vozidel
Strojní součásti, u nichž se žádá velká pevnost v tahu a dostatečná tažnost, např.)
- Ozubená kola
- Pastorky
- Talířová kola
- Hřídele
- Torzní tyče
Velmi namáhané součásti silničních motorových vozidel
Strojní součásti, u nichž se žádá velká pevnost v tahu a dostatečná tažnost, např.)
- Ozubená kola
- Pastorky
- Talířová kola
- Hřídele
- Torzní tyče
Příklady:
15 142
15 241
15 260
15 341
15 142
15 241
15 260
15 341
Oceli k nitridování
Použití:Na součásti střídavě namáhané, u nichž se žádá vysoká povrchová tvrdost a odolné jádro
Hřídele
Válce motorů
Části rozvodů
Čepy
Před nitridováním se musí součásti zušlechtit
Hřídele
Válce motorů
Části rozvodů
Čepy
Před nitridováním se musí součásti zušlechtit
Příklady:
15 230
15 330
15 340
15 230
15 330
15 340
Oceli zvlášť vhodné k zušlechťování
Velká prokalitelnost do průměru
80 až 90 mm: 15 230, 15 260
150 mm: 15 334
80 až 90 mm: 15 230, 15 260
150 mm: 15 334
Použití:Značně namáhané součásti strojů a letadel
Klikové hřídele
Vrtulové hlavy
Torzní tyče
Náročná ozubená kola
Klikové hřídele
Vrtulové hlavy
Torzní tyče
Náročná ozubená kola
Oceli se zaručenou mezí tečení (žáropevné)
Použití:
Parní turbíny
Tlakové nádoby
Parní turbíny
Tlakové nádoby
Příklady:
15 121
15 236
15 342
15 121
15 236
15 342
3.2.1.1.4.7 OCELI TŘÍDY 16
Oceli jsou legované hlavně niklem (až 5 %) v kombinaci s chromem
Patří mezi nízko a středně legované oceli
Patří mezi nízko a středně legované oceli
Oceli k cementování (popř. kyanování)
Vlivem niklu mají houževnaté jádro i při jeho dostatečné pevnosti
Málo citlivé na přehřátí
Málo citlivé na přehřátí
Použití:Zvlášť namáhané součásti (v průřezu i na povrchu)
Drážkové hřídel
Pastorky
Kola diferenciálu
Kardanové kříže
Drážkové hřídel
Pastorky
Kola diferenciálu
Kardanové kříže
Příklady:
16 220
16 231
16 420
16 523
16 220
16 231
16 420
16 523
Oceli k zušlechťování
S rostoucím poklesem niklu a chromu mívají nižší obsah uhlíku
Dobře prokalitelné (některé druhy až do průměru 150 mm)
Pokles tvrdosti směrem k jádru je velmi mírný
Dobře prokalitelné (některé druhy až do průměru 150 mm)
Pokles tvrdosti směrem k jádru je velmi mírný
Použití:Namáhané strojní součásti, u nichž se při dostatečné pevnosti žádá vyšší až vysoká houževnatost a nemají mít deformace po kalení (16 640)
Výstředníkové hřídele
Ozubená kola
Součásti letadel
Klikové hřídele
Hřídele turbokompresorů
Výstředníkové hřídele
Ozubená kola
Součásti letadel
Klikové hřídele
Hřídele turbokompresorů
Vývoj směřuje: ke
Zvyšování jejich čistoty
Zaručenému rozmezí a rovnoměrnosti vlastností ve stavu dodávaném i tepelně zpracovaném
Zvyšování jejich čistoty
Zaručenému rozmezí a rovnoměrnosti vlastností ve stavu dodávaném i tepelně zpracovaném
Příklady:
16 240
16 440
16 720
16 240
16 440
16 720
Oceli pro velké výkovky
Oceli se dodávají hlavně jako předvalky a výlisky, ale také ve tvaru tyčí nebo plechů válcovaných za tepla
Některé oceli mohou pracovat do teplot:
300 až 400 °C (16 221, 16 342, 16 444)
-50 až -70 °C (16 222, 16 320, 16 343)
300 až 400 °C (16 221, 16 342, 16 444)
-50 až -70 °C (16 222, 16 320, 16 343)
Použití:
Rotory elektrických generátorů
Turbíny kompresorů
Klikové hřídele
Válce pro vysoké tlaky
Turbínová kola
Vysoce namáhaná ozubená kola
Rotory elektrických generátorů
Turbíny kompresorů
Klikové hřídele
Válce pro vysoké tlaky
Turbínová kola
Vysoce namáhaná ozubená kola
Příklady:
16 121
16 322
16 341
16 540
16 121
16 322
16 341
16 540
3.2.1.1.4.8 OCELI TŘÍDY 17
Jsou to oceli:
- Střednělegované
- Vysokolegované
- Střednělegované
- Vysokolegované
Podle účelu dělíme:
a) Korozivzdorné
Cílem jejich vývoje je:
- Zlepšení houževnatosti
- Zvýšením meze kluzu
Toho se dosahuje přidáváním molybdenu, mědi a křemíku
Pro zvýšení pevnosti se přidává nikl
Nejvyšší korozivzdornosti dosahují oceli, s větším obsahem legur než železa
a) Korozivzdorné
Cílem jejich vývoje je:
- Zlepšení houževnatosti
- Zvýšením meze kluzu
Toho se dosahuje přidáváním molybdenu, mědi a křemíku
Pro zvýšení pevnosti se přidává nikl
Nejvyšší korozivzdornosti dosahují oceli, s větším obsahem legur než železa
b) Žárovzdorné, žáropevné
Vývoj inovací metalurgické výroby (rafinační pochody, vakuové metody)
Vývoj inovací metalurgické výroby (rafinační pochody, vakuové metody)
c) Odolné proti opotřebení
d) Pro nízké teploty
e) Se zvláštními fyzikálními vlastnostmi (např. určitá tepelná roztažnost, vysoký měrný elektrický odpor, zvláštní magmatické vlastnosti)
d) Pro nízké teploty
e) Se zvláštními fyzikálními vlastnostmi (např. určitá tepelná roztažnost, vysoký měrný elektrický odpor, zvláštní magmatické vlastnosti)
Pro lepší orientaci se značí chemickým složením
17 042 = 9Cr17
- Uhlík: 0,9%
- Chrom: 17%
17 042 = 9Cr17
- Uhlík: 0,9%
- Chrom: 17%
V praxi se vžilo označení výrobce
Použití:
Elektrická, energetická zařízení v kvasném, potravinářském, farmaceutickém a chemickém průmyslu
Chirurgické nástroje
Nemagnetické (magneticky měkké) a magnetické materiály (magneticky tvrdé)
Elektrická, energetická zařízení v kvasném, potravinářském, farmaceutickém a chemickém průmyslu
Chirurgické nástroje
Nemagnetické (magneticky měkké) a magnetické materiály (magneticky tvrdé)
3.2.1.1.4.9 OCELI TŘÍDY 19
Jedná se o nástrojové oceli.
Požaduje se u nich:
Vysoká tvrdost a pevnost
Dostatečná houževnatost
Odolnost proti opotřebení
Vhodná prokalitelnost
Leštitelnost
Požaduje se u nich:
Vysoká tvrdost a pevnost
Dostatečná houževnatost
Odolnost proti opotřebení
Vhodná prokalitelnost
Leštitelnost
Různým chemickým složením a tepelným zpracováním lze měnit výše zmíněné vlastnosti
Vžito je značení výrobce
Vžito je značení výrobce
1. Nelegované nástrojové oceli
Na jejich vlastnosti má největší vliv obsah uhlíku
Tvrdost v zakaleném stavu vzrůstá se stoupajícím obsahem uhlíku asi do 1% kdy dosáhne maxima (asi 67 HRC)
Při vyšším obsahu uhlíku se tvrdost nemění, ale zvětšuje se obsah cementitu, který zvyšuje řezivost a odolnost proti otěru, ale snižuje se houževnatost
Většina nelegovaných ocelí má obsah uhlíku od 0,7 do 1,5 %
Tvrdost v zakaleném stavu vzrůstá se stoupajícím obsahem uhlíku asi do 1% kdy dosáhne maxima (asi 67 HRC)
Při vyšším obsahu uhlíku se tvrdost nemění, ale zvětšuje se obsah cementitu, který zvyšuje řezivost a odolnost proti otěru, ale snižuje se houževnatost
Většina nelegovaných ocelí má obsah uhlíku od 0,7 do 1,5 %
Rozdělení: Oceli
Velmi houževnaté: do 0,7 % uhlíku
Houževnaté: 0,8 až 0,9% uhlíku
Houževnaté tvrdé: 0,95 až 1,2% uhlíku
Tvrdé: 1,25 až 1,35 % uhlíku
Velmi tvrdé: nad 1,4 % uhlíku
Velmi houževnaté: do 0,7 % uhlíku
Houževnaté: 0,8 až 0,9% uhlíku
Houževnaté tvrdé: 0,95 až 1,2% uhlíku
Tvrdé: 1,25 až 1,35 % uhlíku
Velmi tvrdé: nad 1,4 % uhlíku
Požadujeme-li:
Velkou houževnatost a vysoká tvrdost není třeba
Použijeme ocel s obsahem uhlíku do 0,7 %
Použití:
Malé vřetenové nástroje
Průbojníky
Nástroje na zpracovávání potravin, kůže, dřeva, papíru
Velkou houževnatost a vysoká tvrdost není třeba
Použijeme ocel s obsahem uhlíku do 0,7 %
Použití:
Malé vřetenové nástroje
Průbojníky
Nástroje na zpracovávání potravin, kůže, dřeva, papíru
Vysokou tvrdost a dostatečnou houževnatost
Použijeme ocel s obsahem uhlíku 0,8 až 1,2%
Použití: Ruční nástroje na kovové materiály
Použijeme ocel s obsahem uhlíku 0,8 až 1,2%
Použití: Ruční nástroje na kovové materiály
Největší tvrdost, řezivost a odolnost proti otěru i za cenu snížené houževnatosti
Používáme ocel s obsahem uhlíku nad 1,2 %
Dřív to byli jediné nástrojové oceli na výrobu nástroj -> vývojem nástrojových legovaných ocelí ztratily na významu
Použití: Např. pilníky
Používáme ocel s obsahem uhlíku nad 1,2 %
Dřív to byli jediné nástrojové oceli na výrobu nástroj -> vývojem nástrojových legovaných ocelí ztratily na významu
Použití: Např. pilníky
2. Legované nástrojové oceli
Hlavní legovací prvky jsou tzv. karbidotvorné prvky (chrom, vanad, wolfram, molybden), které tvoří tvrdé až do vysokých teplot stálé karbidy
Nekarbidotvorné legující prvky: Nikl, křemík, kobalt
Nekarbidotvorné legující prvky: Nikl, křemík, kobalt
Výhody (oproti legovaným ocelím)
- Větší prokalitelnost
- Zvýšená odolnost proti popouštění
- Větší prokalitelnost
- Zvýšená odolnost proti popouštění
Náročnější na tepelné zpracování
Dle provozních podmínek se rozdělují: Pro práci
a) Za studena
Hlavní požadavky
- Vysoká tvrdost
- Odolnost proti otěru
- Dobrá řezivost při vyhovující houževnatosti a prokalitelnosti
Chemické složení je různé (podle požadavků na vlastnosti)
- Hlavní legující prvek: Chrom
- Podle požadavku na vlastnosti ještě obsahuje wolfram, vanad, molybden, nikl v různých kombinacích a množství
a) Za studena
Hlavní požadavky
- Vysoká tvrdost
- Odolnost proti otěru
- Dobrá řezivost při vyhovující houževnatosti a prokalitelnosti
Chemické složení je různé (podle požadavků na vlastnosti)
- Hlavní legující prvek: Chrom
- Podle požadavku na vlastnosti ještě obsahuje wolfram, vanad, molybden, nikl v různých kombinacích a množství
b) Za tepla
Vlastnosti:
- Velká odolnost proti popouštění
- Vysoká houževnatost při poměrně značné pevnosti a prokalitelnosti
Nižší obsah uhlíku
Až 15% wolframu
Vlastnosti:
- Velká odolnost proti popouštění
- Vysoká houževnatost při poměrně značné pevnosti a prokalitelnosti
Nižší obsah uhlíku
Až 15% wolframu
Manganové oceli (19 3XX)
Karbidy manganu se tvoří, obsahuje-li ocel více než 20% manganu
Menší množství manganu
- Tvrdost neovlivňuje
- Zpomaluje překrystalizaci -> Křivky diagramu IRA jsou posunuty k nižším teplotám a delším časům
- Tvrdost neovlivňuje
- Zpomaluje překrystalizaci -> Křivky diagramu IRA jsou posunuty k nižším teplotám a delším časům
Asi 2% manganu
Při kalení se minimálně deformují
Rozměrově velmi stálé
Při kalení se minimálně deformují
Rozměrově velmi stálé
Tvrdost a odolnost proti popouštění téměř stejná jako u nelegovaných ocelí
Použití: kde záleží na tvarové a rozměrové přesnosti (závitníky, závitové čelisti, závitové frézy, ruční výstružníky, měřidla)
Použití: kde záleží na tvarové a rozměrové přesnosti (závitníky, závitové čelisti, závitové frézy, ruční výstružníky, měřidla)
Chromové oceli (19 4XX)
Chrom
Působí univerzálně ->důležitá přísada legovaných ocelí
Tvoří samostatné karbidy vysoké tvrdosti
Stabilizuje karbidy ostatních prvků i za vyšší teploty
Zvyšuje tvrdost i otěruvzdornost
Zvyšuje prokalitelnost a výrazně posouvá křivky diagramu IRA k delším časům a rozděluje zřetelně oblast perlitické přeměny od bainitické
4% - Oceli jsou kalitelné na vzduchu
Menší než 20 %
- Projevuje se sekundární tvrdostí při popouštění oceli, kdy se zbytkový austenit rozpadá na bainit
- Kromě karbidů je chrom rozpuštěn i v základní formě feritu -> zvýšení pevnosti a houževnatosti
Působí univerzálně ->důležitá přísada legovaných ocelí
Tvoří samostatné karbidy vysoké tvrdosti
Stabilizuje karbidy ostatních prvků i za vyšší teploty
Zvyšuje tvrdost i otěruvzdornost
Zvyšuje prokalitelnost a výrazně posouvá křivky diagramu IRA k delším časům a rozděluje zřetelně oblast perlitické přeměny od bainitické
4% - Oceli jsou kalitelné na vzduchu
Menší než 20 %
- Projevuje se sekundární tvrdostí při popouštění oceli, kdy se zbytkový austenit rozpadá na bainit
- Kromě karbidů je chrom rozpuštěn i v základní formě feritu -> zvýšení pevnosti a houževnatosti
Vynikají řezivostí a odolností proti otěru
Použití: Nástroje, kde se vyžaduje vysoká tvrdost a snadné tepelné zpracování (např. šroubovité vrtáky, výstružníky, tvarové nože, závitořezné nástroje, tvarové frézy, složité protahovací trny)
Během kalení zachovávají tvarovou a rozměrovou přesnost -> Vhodné na výrobu nejpřesnějších měřidel
Vhodné na výrobu řezných nástrojů pro obrábění:
- Tvrdých materiálů: Sklo, břidlice
- Materiálů se špatným obvodem tepla: Plasty, tvrdé dřevo
Použití: Nástroje, kde se vyžaduje vysoká tvrdost a snadné tepelné zpracování (např. šroubovité vrtáky, výstružníky, tvarové nože, závitořezné nástroje, tvarové frézy, složité protahovací trny)
Během kalení zachovávají tvarovou a rozměrovou přesnost -> Vhodné na výrobu nejpřesnějších měřidel
Vhodné na výrobu řezných nástrojů pro obrábění:
- Tvrdých materiálů: Sklo, břidlice
- Materiálů se špatným obvodem tepla: Plasty, tvrdé dřevo
Wolframové oceli
Wolfram
Důležitý legující prvek pro nástrojové oceli
Často se kombinuje s dalšími prvky
Tvoří vice druhů karbidů, které jsou velmi tvrdé a stabilní
Jeho karbidy jsou v austenitu těžko rozpustné -> Wolframové oceli zachovávají tvrdost i při vyšších teplotách
Jeho vlivem se měrná tepelná kapacita oceli zvyšuje -> snižuje se tepelná vodivost -> Oceli jsou náročné na tepelné zpracování
Důležitý legující prvek pro nástrojové oceli
Často se kombinuje s dalšími prvky
Tvoří vice druhů karbidů, které jsou velmi tvrdé a stabilní
Jeho karbidy jsou v austenitu těžko rozpustné -> Wolframové oceli zachovávají tvrdost i při vyšších teplotách
Jeho vlivem se měrná tepelná kapacita oceli zvyšuje -> snižuje se tepelná vodivost -> Oceli jsou náročné na tepelné zpracování
Velká tvrdost a odolnost proti otěru
Oceli s wolframem do 5% s kombinací chromu a vanadu do 2 %
- Výroba nejkvalitnějších šroubovitých vrtáků, výstružníků, závitořezných nástrojů, fréz, chirurgických nástrojů
- Pro obrábění nejtvrdších materiálů a lepenky, pryže, korku, dřeva
- Výroba nejkvalitnějších šroubovitých vrtáků, výstružníků, závitořezných nástrojů, fréz, chirurgických nástrojů
- Pro obrábění nejtvrdších materiálů a lepenky, pryže, korku, dřeva
3. Rychlořezné legované nástrojové oceli
Použití:
- Vysokovýkonné řezné nástroje
- Nástroje pro tváření za studena
- Vysokovýkonné řezné nástroje
- Nástroje pro tváření za studena
Od ostatních nástrojových ocelí se liší obsahem legur a podmínkami tepelného zpracování
V zakaleném a popuštěném stavu mají: Vysokou
- Tvrdost (zachovají si ji i při teplotách kolem 600°C)
- Řezivost
- Odolnost proti otěru a popuštění
- Tvrdost (zachovají si ji i při teplotách kolem 600°C)
- Řezivost
- Odolnost proti otěru a popuštění
Hlavní legující prvky: wolfram, chrom, vanad, molybden, kobalt
Nejpoužívanější ocel: 19 824
Uhlík: 0,7%
Wolfram: 18%
Chrom: 4,3%
Vanad: 1,4%
Uhlík: 0,7%
Wolfram: 18%
Chrom: 4,3%
Vanad: 1,4%
Pro nejvíce namáhané nástroje pro obrábění se přidává kobalt (5 až 11,5%)
- Jedná se o oceli 19 852 až 19 861
- Jedná se o oceli 19 852 až 19 861
4.Oceli na lité nástroje
Některé druhy nástrojů se odlévají (např. frézy, výhrubníky)
V podstatě jde o oceli na odlitky, např. 42 2992
- Obsahuje: Chrom, vanad, molybden a asi 10% wolframu
Lepší řezivost než nástroje tvářené
Křehčí
Tepelné zpracování je obdobné jako u tvářených ocelí
V podstatě jde o oceli na odlitky, např. 42 2992
- Obsahuje: Chrom, vanad, molybden a asi 10% wolframu
Lepší řezivost než nástroje tvářené
Křehčí
Tepelné zpracování je obdobné jako u tvářených ocelí
3.2.1.1.5 LITINY
Litina je slitina železa s uhlíkem, kterého je nad 2 %.
Číselné značení litin
Číselné značení litin
42 23 xx - Tvárná litina
42 24 xx - Šedá litina
42 25 xx - Tvrzená, bílá a temperovaná litina
42 24 xx - Šedá litina
42 25 xx - Tvrzená, bílá a temperovaná litina
U nelegované šedé litiny pokud je třetí dvojčíslí do 49 včetně označuje to mez pevnosti v tahu v 10 MPa a od 50 to litina se speciálními vlastnostmi.
Vlastnosti litin
Přihlásit se k odběru:
Příspěvky (Atom)