Nguyên tắc chung để sản xuất gang : Khử sắt trong oxit bằng co ở nhiệt độ cao. Trong lò cao, sắt có hoá trị cao bị khử dần đến sắt có hoá trị thấp theo sơ đồ :

Fe 2 O 3  →  Fe 3 O 4  → FeO → Fe

Người ta nạp nguyên liệu vào lò cao thành từng lớp than cốc và lớp quặng (và chất chảy) xen kẽ nhau. Không khí nóng được đưa vào từ phía trên nồi lò đi lên.

Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang.

- Phản ứng tạo chất khử co : Không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc : C +  O 2  → CO 2

Khí  CO 2  đi lên trên, gặp than cốc, bị khử thành co :

CO 2  + C → 2CO

- CO khử sắt trong oxit sắt

3 Fe 2 O 3  + CO → 2 Fe 3 O 4  +  CO 2

Fe 3 O 4  + CO → 3FeO +  CO 2

FeO + CO → Fe +  CO 2

Sắt nóng chảy hoà tan một phần C, Si, P và S tạo thành gang.

Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện gang thành thép sẽ Không khí giàu oxi hoặc oxi sẽ oxi hoá lần lượt các tạp chất trong gang nóng chảy,

Trước hết, silic và mangan bị oxi hoá :

Si +  O 2  → Si O 2  ; 2Mn +  O 2  → 2MnO.

Tiếp đến cacbon, lun huỳnh bị oxi hoá :

2C +  O 2  → 2CO ; S +  O 2  → S O 2 .

Sau đó photpho bị oxi hoá : 4P + 5 O 2  → 2 P 2 O 5

Sau khi các tạp chất trong gang bị oxi hoá hết, sẽ có một phần sắt bị oxi hoá :

2Fe +  O 2  → 2FeO

Trước khi kết thúc quá trình luyện gang thành thép, cần thêm vào lò một lượng gang giàu mangan nhằm 2 mục đích sau :

- Mn khử sắt(II) trong FeO thành sắt : Mn + FeO → Fe + MnO.

- Gia tăng một lượng nhất định cacbon trong sắt nóng chảy để được loại thép có hàm lượng cacbon như ý muốn.

Đáp án D

Khối lượng  FeCO 3  có trong quặng : 1.80/100 = 0,8 tấn = 800kg

Trong 116 kg  FeCO 3  có 56 kg Fe.

Vậy 800 kg  FeCO 3  có z kg Fe.

z = 386,207 (kg).

Khối lượng gang tính theo lí thuyết thu được : 386,207 x 100/96 = 406,534kg

H% = 378x100%/406,534 = 92,98%

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

Khối lượng cacbon trong 1 tấn than: 1000x90/100 = 900 tấn

2C + O 2  → 2CO

2x12kg    2x22,4 m 3

900kg    x  m 3

x = 900 x 2 x 22,4/(2x12) = 1680 ( m 3 )

Thực tế, thể tích khí CO thu được là: 1680 x 85/100 = 1428 ( m 3 )

\(m_{C}=1000.90\%=900(kg)\\ n_{C}=\dfrac{900}{12}=75(kmol)\\ PTHH:2C+O_2\to 2CO\\ \Rightarrow n_{CO}=75(kmol)\\ \Rightarrow V_{CO}=75.1000.22,4=1680000(l)\\ \Rightarrow V_{CO(tt)}=1600000.85\%=1428000(l)\)

Khối lượng  Fe 3 O 4  : 100 x 80 / 100 = 80 tấn

Trong 232 tấn  Fe 3 O 4  có 168 tấn Fe

80 tấn  Fe 3 O 4  có y tấn Fe

y = 57,931 (tấn)

Khối lượng Fe để luyện gang : 57,931 x 93/100 = 53,876 tấn

Khối lượng gang thu được : 53,876 x 100 / 95 = 56,712 tấn

mFe3O4 = 80%*100 = 80 tấn
Fe3O4 ------> 3Fe
--> mFe = (3*56/232)*80 = 57.931 tấn
vì H = 93% --> mFe thực tế = 57.931*93%
Gang chứa 95% Fe --> mgang = 100/95*57.931*93% = 56.712 tấn

Chúc em học tốt!!