Tvrdá pomocníčka s jemným dotykom

KLAVÍR pomocou nej vytvára hudbu, prúdové lietadlá prekonávajú rýchlosť zvuku, hodinky tikajú, motory vrčia, mrakodrapy dosahujú výšku oblakov a visuté mosty zostávajú visutými. Čo je to?

Je to oceľ. Oceľ je základnou časťou mnohých veľkých konštrukcií. Obrovské lode vyrobené z ocele križujú všetky moria a oceány. Oceľové potrubia prenášajú ropu a plyn na miesta vzdialené stovky kilometrov od ložísk. No tento všestranný materiál je v čoraz väčšom meradle potrebný aj v našom každodennom živote. Zamyslite sa napríklad nad oceľovou kostrou v pneumatikách autobusu, ktorým cestujete do práce, alebo nad oceľovým lanom, ktoré ťahá a spúšťa výťah vo vašom vežiaku. A čo otočné kĺby na vašich okuliaroch a oceľová lyžička, ktorou si miešate čaj? Existujú tisíce možností, kde sa tento trvácny, a predsa delikátny kov dá využiť. Ako sa vyrába oceľ a čo ju robí takou osožnou?

Uhlík a kryštály

Oceľ je zliatina alebo zmes dvoch odlišných prvkov — železa a uhlíka. Čisté železo je oproti iným kovom mäkké, a preto nie je vhodné na využitie v náročných podmienkach. Uhlík je nekovový prvok. Diamanty a komínová sadza sú jednoducho iné formy toho istého prvku. Ale ak sa do roztaveného železa pridá malé množstvo uhlíka, výsledkom je látka úplne odlišná od uhlíka a omnoho pevnejšia ako železo.

Kľúčom k výrobe ocele je kryštál. Vedeli ste o tom, že železo je zložené z kryštálov? * Všetky pevné kovy sú v skutočnosti zložené z kryštálov a táto kryštálová štruktúra im dodáva vlastnosti, ako napríklad obrábateľnosť, lesk a iné. Ale kryštály železa majú aj niečo viac.

Vplyv kryštálov na oceľ

Pri výrobe ocele sa do roztaveného železa pridávajú ďalšie prvky. Ako zmes postupne tvrdne, železo rozpustí tieto prvky, pričom ich prijme a zachová vo svojich kryštálových štruktúrach. Takto sa však správajú aj iné kovy. Čo je teda na železe také zvláštne?

Železo je výnimočné v tom, že jeho kryštálová štruktúra sa dá meniť teplom, zatiaľ čo železo je stále v tuhom stave. Táto vlastnosť umožňuje kryštálom železa, aby sa menili z pomerne uzavretých foriem na otvorenejšie a naopak. Predstavte si dobre postavený dom, v ktorom sa steny pohybujú zboka nabok a dlážka zhora nadol, zatiaľ čo vy sedíte v obývačke. Niečo podobné sa odohráva v kryštáloch železa, keď sa kov zahreje na vysokú teplotu bez toho, aby sa roztavil, a potom sa nechá vychladnúť.

Ak je pri týchto tepelných zmenách prítomný uhlík, tvrdá zliatina sa môže stať mäkkou alebo mäkká zasa tvrdou. Výrobcovia ocele využívajú túto vlastnosť a menia tvrdosť svojich výrobkov tepelným spracovaním, ako napríklad kalením, popúšťaním a žíhaním. * Ale je toho ešte viac.

Ak sa do ocele pridajú ďalšie prvky, ako napríklad mangán, molybdén, nikel, vanád, kremík, olovo, chróm, bór, volfrám alebo síra, oceľ sa stáva nielen tvrdou alebo mäkkou, ale aj pevnou, húževnatou, kujnou, odolnou voči korózii, tvárnou, pružnou, magnetickou alebo nemagnetickou  a tento zoznam vlastností pokračuje ďalej. Tak ako pekár, ktorý pridáva prísady a reguluje teplotu pece, aby upiekol rôzne druhy chleba, aj spracovatelia kovov používajú rozličné prímesi a tepelné spracovania, aby vyrobili tisícky druhov ocelí, ktoré sú jedinečné svojím všestranným použitím. Oceľové koľajnice znesú poľahky 12 000-tonový vlak, a predsa oceľové ložiská s veľkosťou špendlíkovej hlavičky podporujú zotrvačníkové koliesko hodiniek.

Výroba ocele — stará a nová metóda

Pred stáročiami vyrábali kováči zo železa náradie a zbrane. Prišli na to, že vytavené železo (železo oddelené od horniny nazývanej ruda) má nečistoty, ktoré dodávajú kovu pevnosť a tvrdosť. Zistili tiež, že zakalenie železného náradia vo vode ho robí ešte tvrdším. Kováčske dielne dnes nahradili vysoké pece a kladivo a nákovu obrovské valcovacie stroje. Ale moderné stroje kopírujú ten istý základný postup, aký dodržiavali silní kováči. (1) Roztavia železo, (2) pridajú potrebné prímesi, (3) nechajú oceľ vychladnúť a (4) odlievajú oceľ do formy a tepelne ju spracúvajú.

Všimnite si množstvá v pripojenom rámčeku. Aj keď sú tieto čísla ohromujúce, oceliareň dokáže spracovať celé toto množstvo za jeden jediný deň. Oceliareň zaberá veľké územie, na ktorom sú obrovské množstvá surovín, ktoré sýtia jej neuhasiteľný apetít.

Podivuhodný kov má rôzne použitie

Využiteľnosť ocele sa dá pozorovať na mnohých nezvyčajných miestach. Nájdete ju pod vekom klavíra. Struny, ktoré sa tam nachádzajú, patria k najsilnejšej oceli, aká sa vyrába, a vďaka nim vzniká nádherná melódia. Hadfieldská mangánová oceľ sa používa na výrobu obrovských zariadení na drvenie hornín. Čím viac je táto oceľ zaťažovaná pri drvení balvanov, tým tvrdšou sa stáva. Z nerezovej ocele sa vyrábajú chirurgické skalpely, vínne kade a zariadenia na výrobu zmrzliny. Existuje toľko možností, kde sa dá využiť oceľ, že by bolo náročné ich všetky spočítať, podobne ako by bolo ťažké spočítať vlasy na vašej hlave.

Ročne sa na celom svete vyrobí takmer 800 000 000 ton ocele. Žiadna oceľ by neexistovala, keby nebolo železa, ktoré patrí k najrozšírenejším prvkom na našej Zemi. Keďže uhlia a vápenca je tiež dostatok, zdá sa, že oceľ bude dostupná aj v budúcnosti.

Nabudúce, keď budete šiť kovovou ihlou či nadhadzovať háčik rybárskou udicou s navijakom, alebo keď budete používať nastaviteľný francúzsky kľúč, či otvárať bránku na plote z pletiva, alebo keď pôjdete autom, alebo budete orať pole, spomeňte si na výnimočnú zmes železa a uhlíka, ktorá vám umožňuje vykonávať vašu činnosť.

[Poznámky pod čiarou]

[Rámček na strane 23]

Na výrobu 10 000 ton ocele potrebujeme:

6 500 ton uhlia

13 000 ton železnej rudy

2 000 ton vápenca

2 500 ton železného šrotu

1,5 miliardy litrov vody

80 000 ton vzduchu

 [Rámček/obrázky na stranách 24, 25]

Ako sa vyrába oceľ

Niektoré detaily sú vynechané pre obrazové zjednodušenie

Výroba ocele si vyžaduje teplo. Vydajme sa teda s teplomerom ako s naším sprievodcom po stopách výroby ocele.

▪ 1400 °C V obrovských peciach sa vo vzduchotesných komorách speká uhlie, pričom sa z neho odparuje nežiaduci materiál. Výsledkom je koks, ktorý neskôr vo výrobnom procese dodáva potrebné teplo a uhlík.

▪ 1650 °C Koks, železná ruda a vápenec sa nasýpajú zhora do vysokej pece, do ktorej je zospodu vháňaný horúci vzduch. Koks horí a vápenec pri vysokej teplote reaguje s nečistotami prítomnými v rude a vytvára sa vedľajší produkt, ktorý sa nazýva troska. Železo a troska stekajú dolu do spodnej časti pece. Troska, ktorá pláva na povrchu železa, sa vypúšťa do špeciálnych nádob. Tekuté surové železo sa vypúšťa odpichom do nádob, v ktorých sa táto žeravá masa prepravuje na ďalšie spracovanie.

▪ 1650 °C Deväťdesiat ton starostlivo roztriedeného železného šrotu sa nasype do hruškovitej nádoby s výškou 9 metrov, známej ako kyslíkový konvertor. Obrovská naberačka prilieva žeravé tekuté železo do železného šrotu, a keď sa do nádoby  ponorí rúra chladená vodou, čiže dýza, roznieti sa kúdol iskier. Dýza začne vháňať nadzvukovou rýchlosťou prúd čistého kyslíka, ktorý čoskoro privedie železo do varu podobne ako polievku na sporáku. Začínajú prebiehať chemické reakcie. Do hodiny je pec s prácou hotová a 300-tonová várka tekutej a ustálenej ocele sa nalieva do prenosných naberačiek. Do ocele sa pridávajú ďalšie prímesi. Potom sa roztavený kov vlieva priamo do odlievacích strojov. Oceľ začína nadobúdať svoj tvar.

▪ 1200 °C Oceľ rozžeravená dočervena sa ešte postupne valcuje, až kým sa nedosiahne požadovaná hrúbka. Toto dôkladné vypracovanie robí oceľ tvrdým kovom, takým tvrdým, že odoláva neskoršiemu tvárneniu.

▪ Izbová teplota Oceľ bola odliata, oddelená, valcovaná za tepla i za studena a aj očistená ponorením do kyslého kúpeľa. Bola opakovane zahrievaná. Konečne sa teplomer ustálil. Z tekutej ocele sa stali kopy oceľových plechov. V klampiarskej dielni z nich onedlho vyrobia rozvody vzduchotechniky pre nejaký kancelársky komplex.

Keďže väčšina častí v oceliarni je vyrobená tiež z ocele, ako je možné, že sa pri pracovnom výkone neroztavia? Vnútorný povrch pecí, prepravných kotlov a naberačiek je obložený tehlami, ktoré sú vyrobené z ohňovzdorných, čiže teplu odolných materiálov. Kyslíkový konvertor chráni výmurovka, ktorá má hrúbku jeden meter. Tieto tehly však tiež podliehajú extrémnym teplotám, a preto musia byť pravidelne vymieňané.

[Nákres]

(Úplný, upravený text — pozri publikáciu)

1. VÝROBA ŽELEZA

1400 °C Uhlie → Koksové pece

↓

1650 °C Vápenec

Železná ruda → VYSOKÁ PEC

↓

Roztavené železo

2. VÝROBA OCELE ↓

1650 °C Šrot

Vápno a troskotvorná prísada

Kyslík

↓

KYSLÍKOVÝ KONVERTOR

3. SCHLADZOVANIE ↓

KONTINUÁLNE LIATIE

Ingot

Predvalok

Bramový blok

4. KONEČNÁ ÚPRAVA ↓

1200 °C Valcovanie ocele (tyče alebo profily)

Galvanizácia

Valcovanie za studena

Valcovanie za tepla

Izbová teplota

[Obrázok]

Všimnite si veľkosť ľudí

[Prameň ilustrácií na strane 23]

Všetky fotografie použité na stranách 23–25 s výnimkou hodiniek sú s láskavým dovolením Bethlehem Steel