Historie
Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace. Železo má všestranné využití při výrobě slitin a pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem.
První železo vzniklé činností člověka, které bylo možno opracovávat kovářským způsobem, je tzv. houbovité železo, které vzniklo nízkoteplotní redukcí železné rudy v tzv. zkujňovacím ohništi. Železná ruda se zahřívala v mělkých jamách s velkým přebytkem dřevěného uhlí rozdmýchávaného měchem. Získaly se tak slinuté kusy kujného železa, které se stavovaly mocným kováním. S tímto způsobem výroby železa se setkáváme prvně u Chetitů (přibližně 3000 let př.n.l.). Chetité výrobu železa velmi dobře střežili a k jeho rozšíření tak došlo teprve po rozpadu Chetitské říše někdy okolo roku 1200 př. n. l., kdy začíná doba železná.
Železo
je chemická značka Fe, (latinsky Ferrum) je nejrozšířenější přechodný kovový prvek a druhý nejrozšířenější kov na Zemi, zastoupen také ve vesmíru (meteority). Lidstvu je znám již od pravěku. V přírodě se minerály železa vyskytují velmi hojně a železo se z nich získává redukcí ve vysoké peci. Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace. Má všestranné využití při výrobě slitin a pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem. Velmi významné jsou také sloučeniny železa, které se nejčastěji vyskytují v oxidačním stavu II a III.
Získávání surovin
Železo je sice druhým nejhojnějším kovem na zemi (po hliníku), ale vyskytuje se téměř výhradně jako příměs hornin či minerálů-železných rud. Nejdříve začali lidé zpracovávat meteorické železo. Vzhledem k vzácnosti a nevhodnosti k výrobě nástrojů bylo využíváno spíše pro svůj symbolický význam- jako zhmotněné poselství z nebes. Ze železných rud zpracovávali lidé v pravěku magnetovce, krevele a nejčastěji málo kvalitní, ale nejdostupnější bahenní rudy (hnědele nebo limonity). Ty se nacházely v dostatečném množství v každém regionu. Proto, když lidé pronikli do tajů výroby železa, nebyli závislí na jeho dovozu z velkých vzdáleností. Železné rudy lidé po dlouhou dobu získávali sběrem či povrchovou úpravou. Důlní činností se rozumí namáhavé dobývání železných rud ražením jednoduchých jam a štol s použitím naprosto primitivních železných nástrojů a přírodních činitelů. Na území ČR není doložen žádný případ hloubkové důlní činnosti, ale zato máme bezpečně potvrzenou těžbu v místech povrchových oxidačních pásem nebo železorudných výchozů. Dokladem této povrchové těžby jsou rozměrné jámy, nejstarší archeologicky doložené z období laténu.
Hutnictví železa
Výroba železa z rudy byla náročným procesem. Hlavním důvodem je vysoký bod tání železa (1535 °C), kterého nebylo možno technologiemi, jež lidé v pravěku znali, dosáhnout. Nejprve bylo nutné železnou rudu roztřídit, rozdrtit a upravit pražením v mělkých jamách. Potom hutníci vsazovali rudu do železářských pecí obr. 3, ve kterých se za vysokých teplot (kolem 1400 °C) oddělila většina neželezných součástí rudy (hutnická struska).
Postup výroby
Železo se vyrábí ze železných rud v hutích. Při výrobě železa reagují oxidy železa s oxidem uhelnatým (CO) a uhlíkem ve vysoké peci. Vysoká pec se nepřetržitě automaticky plní vrstvami koksu, železné rudy a vápence. Do spodní části pece se vhání předehřátý vzduch. Spalováním koksu se v dolní části vysoké pece dosahuje teploty 1700 až 1900°C.
Jedním z klíčových okamžiků výroby železa tavením z železné rudy je tzv. nauhličování železa, protože s rostoucím obsahem uhlíku v železe klesá jeho teplota tání, což je pro výrobu výhodné. Zatímco čisté železo taje při 1535 °C, slitina železa s uhlíkem obsahující 4,3 % uhlíku taje již při 1130 °C. Surové železo vyrobené klasickým způsobem proto obsahuje cca 3-4 % uhlíku. Nadměrná přítomnost uhlíku v surovém železe však způsobuje jeho křehkost (není kujné) a tím i nevhodnost k použití jako konstrukčního materiálu např. ve strojírenství.
Surové železo se proto pro jeho další využití obvykle zpracovává na ocel snížením obsahu uhlíku (výsledný obsah nanejvýš 2,14 % uhlíku). Při výrobě oceli se kromě snížení obsahu uhlíku snižuje obsah nečistot (síra, fosfor) a naopak jsou do slitiny jsou dodávány další, tzv. legující prvky, např. mangan, křemík, hliník, chrom, nikl apod. Existuje více než 2 000 různých druhů ocelí s přesně definovaným složením a mechanickými vlastnostmi, jako je pevnost, tvrdost, chemická odolnost a řada dalších.
Zdroje:
- ZÁVODNÁ Marie, 2015. Historický vývoj postupů výroby oceli od středověku. Brno,2015. 47 s., CD. FSI VUT v Brně, Ústav strojírenské technologie, ÚST-odbor slévárenství. Vedoucí práce doc. Ing. Jaroslav Šneberger, CSc
- NEISER, Jan, 1981. Obecná chemická technologie. Praha: Státní pedagogické nakladatelství.
- Historie chemie - studijní materiál autoři: H. Cídlová, B. Kohoutková, P. Křivánková, K. Štěpánek, B. Valová, 2011