Kovový profil: Vlastnosti a vlastnosti železa

Užívání železa lidmi se datuje asi 5 000 let. Je to druhý nejhojnější kovový prvek v zemské kůře a používá se hlavně k výrobě ocel, jeden z nejdůležitějších strukturálních materiálů na světě.

Než se dostaneme příliš hluboko do historie a moderního využití železa, podívejme se na základy:

• Atomový symbol: Fe
• Atomové číslo: 26
• Kategorie prvku: Přechodový kov
• Hustota: 7,874 g / cm³
• Teplota tání: 1538 ° C
• Bod varu: 2862 ° C
• Mohova tvrdost: 4

Čisté železo je kov stříbrné barvy, který dobře vede teplo a elektřinu. Železo je příliš reaktivní na to, aby existovalo samo o sobě, takže se přirozeně vyskytuje pouze v zemské kůře jako železné rudy, jako je hematit, magnetit a siderit.

Jednou z charakteristik železa je, že je silně magnetický. Při vystavení silnému magnetickému poli může být magnetizován jakýkoli kus železa. Vědci se domnívají, že jádro Země je tvořeno asi 90% železa. Magnetická síla vytvářená tímto železem je tím, co vytváří magnetické severní a jižní póly.

Železo bylo původně objeveno a extrahováno v důsledku spalování dřeva na horních rudách obsahujících železo.

Od 17. století, dokud nebyla v polovině 19. století objevena efektivní metoda výroby oceli, bylo železo stále více používáno jako konstrukční materiál pro výrobu lodí, mostů a budov. Eiffelova věž, postavená v roce 1889, byla vyrobena z více než 7 milionů kilogramů tepaného železa.

Nejobtížnější vlastností železa je jeho tendence tvořit rez. Rez (nebo oxid železitý) je hnědá, drobivá směs, která se vytváří, když je železo vystaveno kyslíku. Plynný kyslík obsažený ve vodě urychluje proces koroze. Rychlost rzi - jak rychle se železo mění v oxid železitý - je určeno obsahem kyslíku ve vodě a povrchovou plochou železa. Slaná voda obsahuje více kyslíku než sladká voda, což je důvod, proč slaná voda rusuje železo rychleji než sladká voda.

Rzi lze zabránit potažením železa jinými kovy, které jsou pro kyslík chemicky atraktivnější, jako je zinek (proces povlékání železa zinkem se označuje jako „galvanizace“). Nejúčinnějším způsobem ochrany proti rzi je však použití oceli.

Ocel je slitina železa a různých dalších kovů, které se používají ke zlepšení vlastností železa (pevnost, odolnost proti korozi, tolerance tepla atd.). Změna typu a množství prvků legovaných se železem může vést k různým druhům oceli.

Nejběžnější oceli jsou:

• Uhlíkové oceli, které obsahují mezi 0,5% a 1,5% uhlíku: Jedná se o nejběžnější typ oceli, který se používá pro karoserie automobilů, lodní trupy, nože, strojní zařízení a všechny typy nosných konstrukcí.
• Nízkolegované oceli, které obsahují 1-5% jiných kovů (často nikl nebo wolfram): Niklová ocel odolává vysokému napětí, a proto se často používá při stavbě mostů a při výrobě řetězů pro jízdní kola. Wolframové oceli si zachovávají svůj tvar a pevnost v prostředí s vysokou teplotou a používají se v rázových, rotačních aplikacích, jako jsou vrtáky.
• Vysoce legované oceli, které obsahují 12-18% jiných kovů: Tento druh oceli se používá pouze ve speciálních aplikacích kvůli vysoké ceně. Jedním příkladem vysoce legované oceli je nerezová ocel, která často obsahuje chrom a nikl, ale může být také legován s různými dalšími kovy. Nerezová ocel je velmi silná a vysoce odolná vůči korozi.

Většina železa se vyrábí z rud nalezených v blízkosti zemského povrchu.Moderní techniky těžby používají vysoké pece, které se vyznačují vysokými komíny (komínové struktury). Železo se nalije do komínů společně s koksem (uhlí bohaté na uhlí) a vápencem (uhličitan vápenatý). V dnešní době železná ruda obvykle prochází procesem slinování před vstupem do zásobníku. Proces slinování tvoří kousky rudy, které jsou 10 až 25 mm, a tyto kousky se pak smísí s koksem a vápencem.

Slinutá ruda, koks a vápenec se potom nalijí do komína, kde hoří při teplotě 1 800 stupňů Celsia. Koks hoří jako zdroj tepla a spolu s kyslíkem, který se střílí do pece, pomáhá vytvářet redukující plynný oxid uhelnatý. Vápenec se mísí s nečistotami v železe za vzniku strusky. Struska je lehčí než roztavená železná ruda, takže stoupá na povrch a lze ji snadno odstranit. Horké železo se potom nalije do forem pro výrobu surového železa nebo přímo připravené pro výrobu oceli.

Surové železo stále obsahuje mezi 3,5% a 4,5% uhlíku,spolu s dalšími nečistotami a je křehké a s ním je obtížné pracovat. Pro snížení obsahu fosforu a síry v surovém železa a výrobě litiny se používají různé procesy. Kované železo, které obsahuje méně než 0,25% uhlíku, je houževnaté, tvárné a snadno svařitelné, ale výroba je mnohem pracnější a nákladnější než nízkouhlíková ocel.

V roce 2010 činila celosvětová produkce železné rudy přibližně 2,4 miliardy tun. Čína, největší producent, představovala přibližně 37,5% veškeré produkce, zatímco ostatní hlavní produkující země zahrnují Austrálii, Brazílii, Indii a Rusko. Podle amerického geologického průzkumu je 95% veškeré kovové hmotnosti vyprodukované na světě buď železo nebo ocel.

Železo bylo kdysi primárním konstrukčním materiálem, ale od té doby bylo ve většině aplikací nahrazeno ocelí. Litina se však stále používá v potrubích a automobilových součástech, jako jsou hlavy válců, bloky válců a skříně převodovek. Kované železo se stále používá k výrobě domácích dekorativních předmětů, jako jsou stojany na víno, držáky na svíčky a záclonové tyče.