1. Sản xuất gang
a) Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe304), quặng hematit; than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO3,...
b) Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.
c) Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).
- Phản ứng tạo thành khí CO:
C + O2 → CO2
C + CO2 → 2CO
- Dùng CO khử quặng sắt ở phần thân lò, phần giữa thân lò nhiệt độ khoảng 500-6000C
3CO + Fe203 2Fe + 3C02
4CO + Fe304 3Fe + 4C02
Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.
- Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 10000C
Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO2 có trong quặng tạo thành xỉ.
CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO3 → CaSiO3
Xỉ nhẹ nổi lên trển và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.
2. Sản xuất thép
a) Nguyên liệu sản xuất thép:
+ Gang trắng hoặc gang xám, sắt phế liệu
+ Chất chảy: CaO
+ Dầu mazut hoặc khí đốt
+ Khí oxi
b) Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, Mn,…, có trong gang thành oxi rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.
c) Các phương pháp luyện thép
* Phương pháp Bet-xơ-me: Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò Bet-xơ-me
- Oxi nén dưới áp suất 10atm được thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy, do vậy oxi đã oxi hóa rất mạnh những tạp chất trong gang và thành phần các chất trong thép được trộn đều.
- Ngày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này.
- Ưu điểm:
+ Các phản ứng xảy ra bên trong khối gang tỏa rất nhiều nhiệt
+ Thời gian luyện thép ngắn
+ Lò cỡ lớn có thể luyện được 300 tấn thép trong thời gian 45 phút.
Thổi oxi vào gang nóng chảy thì các tạp chất bị oxi hóa:
- C và S chuyển thành khí CO2, SO2 thoát khỏi gang:
C + O2 CO2
S + O2 SO2
- Si và P chuyển thành oxit axit là SiO2 và P2O5 khó bay hơi:
Si + O2 SiO2
P + O2 P2O5
SiO2, P2O5 sẽ tác dụng với CaO tạo CaSiO3, Ca3(PO4)2. Các muối sinh ra dễ nóng chảy, nhẹ hơn thép lỏng, nổi lên trên, được tách ra
3CaO + P2O5 Ca3(PO4)2
CaO + SiO2 CaSiO3
