Bài 33: Hợp kim sắt

I. GANG

1. Khái niệm

Gang là hợp kim của sắt với cacbon trong đó có từ 2 - 5 % khối lượng cacbon, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S,...

2. Phân loại

a. Gang xám

Gang chứa cacbon dạng than chì. Gang xám được dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa...

b. Gang trắng

Gang trắng chứa ít cacbon hơn và cacbon chủ yếu ở dạng xementit (Fe₃C).

Gang trắng (có màu sáng hơn gang xám) được dùng để luyện thép.

3. Sản xuất gang

a. Nguyên tắc

Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.

b. Nguyên liệu

Quặng sắt oxit (thường là hemantit đỏ Fe₂O₃), than cốc và chất chảy (CaCO₃ hoặc SiO₂).

c. Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện ngang

Phản ứng tạo thành chất khử CO

Không khí được nén vào lò cao ở phần trên của nồi lò, đốt cháy hoàn toàn than cốc.

C   +   O₂       CO₂

Nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra lên đến 1800^oC. Khí CO₂ đi lên phía trên, gặp lớp than cốc, bị khử thành CO:

C  +   CO₂     2CO

Phản ứng này thu nhiệt làm cho nhiệt độ phần trên của bụng lò vào khoảng 1300^oC.

Phản ứng khử sắt oxit

Các phản ứng CO khử các sát oxit đều được thực hiện trong phần thân lò, có nhiệt độ từ 400-800^oC.

Phần trên của thân lò có nhiệt độ khoảng 400^oC xảy ra phản ứng:

3Fe₂O₃   +   CO   \(\underrightarrow{t^o}\)  2Fe₃O₄  +  CO₂

Phần giữa của thân lò có nhiệt độ khoảng 500 - 600^oC xảy ra sự khử oxit sắt từ (Fe₃O₄) thành sắt(II) oxit (FeO):

Fe₃O₄   +   CO   \(\underrightarrow{t^o}\)    3FeO   +  CO₂

Phần dưới của thân lò có nhiệt độ khoảng 700-800^oC xảy ra phản ứng khử FeO thành Fe:

FeO  +  CO  \(\underrightarrow{t^o}\)   Fe  +  CO₂

Phản ứng tạo xỉ

Ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 1000^oC: đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO₂ có trong quặng tạo thành xỉ.

CaCO₃           CaO    +   CO₂

CaO      +     SiO₂      CaSiO₃

d. Sự tạo thành gang

Ở phần bụng lò có nhiệt độ khoảng 1500^oC, sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon và một số nguyên tố Si, Mn... tạo thành gang lỏng chảy xuống nồi lò và được đưa ra ngoài qua cửa tháo gang.

II. THÉP

1. Khái niệm

Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,...), trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 0,01 - 2%.

2. Phân loại

3. Sản xuất thép

a. Nguyên tắc

Giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn,... có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

• Phương pháp Bet - xơ - me.
• Phương pháp Mac - tanh.
• Phương pháp lò điện.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!