Neúnavný, avšak poddajný pracovník

DÍKY ní z klavírů zní hudba, trysková letadla vydávají aerodynamický třesk, tikají hodinky, hučí motory, mrakodrapy se zvedají k nebi a visuté mosty zůstávají zavěšeny. Díky čemu?

Díky oceli. Ocel je podstatnou složkou mnoha různých konstrukcí. Obrovské lodi vyrobené z oceli brázdí všechny světové oceány. Ocelovým potrubím se vede nafta a plyn do vzdálenosti mnoha set kilometrů od vrtů. Tento všestranně použitelný materiál však ještě hlouběji pronikl do mnoha oblastí každodenního života. Prohlédněte si například pneumatiky vyztužené ocelovým pletivem u autobusu, kterým jezdíte do práce, nebo ocelové lano, po němž se výtah ve vašem domě pohybuje nahoru a zase dolů. A co třeba ocelové obroučky vašich brýlí nebo lžička, kterou si mícháte čaj či kávu? Tento sice trvanlivý, avšak křehký kov má tisíce způsobů využití. Jak se vyrábí a díky čemu je tak užitečný?

Uhlík a krystaly

Ocel je slitina neboli směs dvou spolupracujících prvků, které mají odlišné vlastnosti — železa a uhlíku. Čisté železo je ve srovnání s většinou kovů měkké, a proto se nehodí k výrobě nadměrně namáhaných předmětů. Uhlík je nekov. Tento zvláštní prvek se vyskytuje v tak rozdílných formách, jako jsou saze z komína a diamanty. Jestliže se však malé množství uhlíku smísí s roztaveným železem, vznikne materiál, který se značně liší od uhlíku a který je mnohem tvrdší než železo.

Významnou úlohu při výrobě oceli hraje cosi, čemu se říká krystal. Věděli jste, že se železo skládá z krystalů? * Vlastně všechny pevné kovy mají krystalickou strukturu a právě díky ní jsou obrobitelné, lesklé a mají řadu dalších vlastnosti. Krystaly železa se však vyznačují ještě něčím dalším.

Vliv krystalů železa na ocel

Při výrobě oceli se roztavené železo smísí s jinými prvky. Když tato směs tuhne, železo rozpouští ostatní materiály, čímž je vlastně vstřebává a váže ve své krystalické struktuře. Jiné kovy se chovají stejně. V čem je tedy železo tak zvláštní?

Železo je pozoruhodné tím, že jeho krystalickou strukturu lze žárem změnit, zatímco tento kov zůstává v pevném stavu. Krystalům železa to umožňuje měnit tvar z poměrně uzavřeného na otevřenější a znovu na uzavřený. Představte si, že sedíte v obývacím pokoji dobře postaveného domu, v němž se stěny pohybují ze strany na stranu a podlaha se zvedá a klesá. Něco podobného se děje uvnitř krystalů, když je železo zahříváno na vysokou teplotu, aniž by se roztavilo, a potom zase ochlazováno.

Jestliže k těmto změnám dochází za přítomnosti uhlíku, tvrdá slitina může změknout nebo měkká ztvrdnout. Toho využívají výrobci oceli a tvrdost svého výrobku upravují tepelným zpracováním, například kalením, popouštěním a žíháním. * Tím to však nekončí.

Když se do oceli přimísí další prvky, například mangan, molybden, nikl, vanad, křemík, olovo, chróm, bór, wolfram nebo síra, ocel tím nejen ztvrdne nebo změkne, ale také získá pevnost, houževnatost, tažnost, odolnost proti korozi, obrobitelnost, pružnost, magnetické nebo nemagnetické  vlastnosti a ještě další rysy. Stejně jako pekař dává do různých druhů chleba rozdílné přísady a každý druh peče při jiné teplotě, tak i výrobci oceli pozměňují složení slitin a způsoby tepelného zpracování, aby vyrobili tisíce různých druhů oceli neuvěřitelně mnohostranného použití. Ocelové kolejnice bezpečně unesou nákladní vlaky vážící 12 000 tun, a naproti tomu setrvačník náramkových hodinek je udržován v chodu kuličkovými ložisky o velikosti špendlíkové hlavičky.

Výroba oceli starým a novým postupem

Před mnoha stoletími zpracovatelé kovů vytvářeli ze železa nástroje a zbraně. Přišli na to, že v roztaveném železe (železe odděleném od hornin obsahujících minerály a nazývaných ruda) jsou nečistoty, které tento kov zpevňují a zvyšují jeho tvrdost. Také zjistili, že železný nástroj rychlým ochlazením ve vodě ještě ztvrdne. Dnes kovářskou výheň nahradily obrovské vysoké pece, kovářovo kladivo a kovadlinu zase ohromné válcovny. Novodobí zpracovatelé železa však dodržují stejný základní postup jako svalnatí kováři v dávné době: 1. železo roztaví, 2. přimísí do něj legující materiály, 3. nechají ocel zchladnout a 4. ji vytvarují a tepelně zušlechtí.

Podívejte se na připojený rámeček a všimněte si obrovského množství surovin. Tyto údaje jsou sice velmi působivé, ale ocelárna může všechny tyto suroviny zpracovat za jediný den. Tento závod nenasytně pohlcuje obrovské hromady minerálů, které stojí v jejím rozlehlém areálu.

Obdivuhodný kov v mnoha podobách

To, jak je ocel užitečná, je jasně patrné na mnoha neobvyklých místech. Něco z ní objevíte, když zvednete víko klavíru. Jsou tam struny vyrobené z jedné velice pevné oceli a tyto struny vytvářejí nádhernou hudbu. Hadfieldova manganová ocel se používá k výrobě obrovských drtičů horniny, a čím více je tato ocel při drcení balvanů namáhána, tím musí být tvrdší. Z nerezové oceli se vyrábějí skalpely chirurgů, kádě na víno a zmrzlinářské stroje. Způsobů použití oceli je, stejně jako vlasů na vaší hlavě, mnohem víc, než dokážete spočítat.

Každý rok se na celém světě vyrobí více než 800 000 000 tun oceli. Bez železa, které pravděpodobně patří k prvkům vyskytujícím se na zemi nejhojněji, bychom jí však neměli ani gram. Uhlí a vápence jsou také značné zásoby, a tak se zdá, že i v budoucnosti bude oceli k dispozici dostatečné množství.

Až tedy příště budete šít kovovou jehlou nebo nahodíte rybářský prut s navijákem, až budete příště pracovat s francouzským klíčem nebo otevírat vrátka v drátěném plotě, až zase pojedete automobilem nebo budete orat rovné brázdy na poli, vzpomeňte si na pozoruhodnou směs železa a uhlíku, která všechny tyto činnosti umožňuje.

[Poznámky pod čarou]

[Rámeček na straně 23]

Množství materiálu, které je nezbytné k výrobě 10 000 tun oceli

6 500 tun uhlí

13 000 tun železné rudy

2 000 tun vápence

2 500 tun železného šrotu

1,5 miliardy litrů vody

900 000 krychlových metrů vzduchu

 [Rámeček a obrázky na straně 24 a 25]

Jak se vyrábí ocel

Některé podrobnosti byly pro zjednodušení vynechány

Výroba oceli vyžaduje vysokou teplotu. Sledujme celý proces až k hotové oceli podle teploty na našem ukazateli.

▪ 1 400 °C. Ve vzduchotěsných komorách obrovských pecí se zvolna pálí uhlí, které se nespálí celé, jen se z něj vypaří nežádoucí látky. Zbývající ohořelé kusy, jimž se říká koks, vydávají žár a dodávají uhlík potřebný k dalšímu procesu.

▪ 1 650 °C. Koks, železná ruda a vápenec se jako vodopád valí do vysoké pece dosahující výšky 75 metrů a tam narážejí na hradbu ohně a přehřátého vzduchu. Koks hoří a v prudkém žáru se nežádoucí látky obsažené v železné rudě sloučí s vápencem, čímž vzniká vedlejší produkt, kterému se říká struska. Železná ruda se taví a klesá na dno pece. Struska, která plave na povrchu železa, se vypouští do přepravníku a odstraňuje. Roztavené železo teče do cisternových vagonů, které svůj žhavý náklad odvážejí k dalšímu zpracování.

▪ 1 650 °C. Do nádoby hruškovitého tvaru vysoké devět metrů — známé jako konvertor — se vysype devadesát tun pečlivě roztříděného kovového šrotu. Na kovový šrot se pak obrovskou licí pánví nalije roztavené tekuté železo, z něhož vylétne sprška  jisker, když se do této pece ponoří trubice chlazená vodou, nazývaná hořák. Z hořáku tryská za burácivého řevu připomínajícího nadzvukové letadlo silný proud čistého kyslíku, který brzy způsobí, že kov vře jako polévka na rozpáleném sporáku. Probíhají chemické reakce. Za necelou hodinu pec dokončila svou práci a třistatunová várka tekutého železa, které se říká tavba, se vylévá do přepravních licích pánví. Přidávají se slitiny. Žhavý proud se valí do odlévacích strojů. Ocel dostává svou podobu.

▪ 1 200 °C. Ocel rozžhavená do červena je lisována stále větším tlakem mezi otáčejícími se válci, dokud nedosáhne požadované tloušťky. Působením tohoto drtivého tlaku kov tvrdne, až je tak tvrdý, že už ho nelze dál tvarovat.

▪ Pokojová teplota. Ocel se odlévá, řeže, válcuje za tepla i za studena, a dokonce moří (v kyselinových lázních se z ní odstraňují nečistoty). Několikrát se znovu zahřívá. Konečně teplota natrvalo klesá. Z roztavené oceli neboli tavby se stal stoh ocelových plechů. Brzy z nich nějaký kovozpracující podnik udělá potrubí pro komplex kancelářských budov.

Proč se jednotlivé části ocelárny při výrobě oceli neroztaví, když většina z nich je vyrobena ze stejného kovu? Pece, cisternové vagony a licí pánve jsou vyzděny cihlami vyrobenými ze žáruvzdorného materiálu. Touto vyzdívkou o tloušťce asi jeden metr je chráněn také konvertor. Cihly však také trpí neobyčejně vysokým žárem a musí být pravidelně vyměňovány.

[Nákres]

(Úplný, upravený text — viz publikaci)

1. VÝROBA ŽELEZA

1 400 °C Uhlí → Koksovací pece

↓

1 650 °C Vápenec

Železná ruda → VYSOKÁ PEC

↓

Roztavené železo

2. VÝROBA OCELI ↓

1 650 °C Šrot

Vápno a tavidlo

Kyslík

↓

ZÁSADITÁ KYSLÍKOVÁ PEC

3. CHLAZENÍ ↓

PLYNULÉ ODLÉVÁNÍ

Blok

Předvalek

Brama

4. KONEČNÁ ÚPRAVA ↓

1 200 °C Válcování oceli (tyčí nebo nosníků)

Galvanizování

Válcování za studena

Válcování za tepla

Pokojová teplota

[Obrázek]

Porovnejte s velikostí lidí

[Podpisek obrázku na straně 23]

Všechny fotografie na stranách 23–25 s výjimkou hodinek: S laskavým svolením Bethlehem Steel