Gang

Khái niệm

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

Phân loại

  • Có 2 loại gang: gang xám và gang trắng.

Gang xám

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

Gang trắng

  • Gang 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.

Sản xuất gang

Nguyên tắc

  • Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.

Nguyên liệu

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

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang

  • Phản ứng tạo thành chất khử CO
    • Không khí nóng được nén vào lò cao ở phần trên của nồi lò, đốt cháy hoàn toàn than cốc.

C+O_2 \xrightarrow {t\circ} CO_2

 

    • Nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra làm cho nhiệt độ lên tới trên 1800oC. Khí CO2 đi lên phía trên, gặp lớp than cốc, bị khử thành CO:

CO_2+C\xrightarrow{t\circ} 2CO

 

    • Phản ứng này thu nhiệt làm cho nhiệt độ phần trên của bụng lò vào khoảng 1300oC.
  • Phản ứng khử sắt oxit: các phản ứng CO khử các sắt oxit đều được thực hiện trong phần thân lò, có nhiệt độ từ 400-800oC.
    • Phần trên của thân lò có nhiệt độ khoảng 400oC xảy ra phản ứng:

3Fe_2O_3+CO \xrightarrow {t\circ} 2Fe_3O_4+CO_2

 

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

Fe_3O_4+CO \xrightarrow{t\circ} 3FeO+CO_2

 

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

FeO+CO \xrightarrow {t\circ}Fe+CO_2

 

  • Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nơi có nhiệt độ khoảng 1000oC xảy ra phản ứng phân hủy CaCO3 và phản ứng tạo xỉ:

CaCO_3 \rightarrow CaO+CO_2

 

CaO+SiO_2\rightarrow CaSiO_3                                                                                                                                                        (canxi silicat)

Sự tạo thành gang

  • Ở phần bụng lò có nhiệt độ khoảng 1500oC, sắt nóng chảy có hòa tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn,… tạo thành gang.
  • Gang nóng chảy tích tụ ở nồi lò. Sau một thời gian nhất định người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò cao.

Thép

Khái niệm 

  • Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01-2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,…).

Phân loại

  • Dựa vào thành phần hóa học và tính chất cơ học, người ta chia thép thành hai nhóm chính:

Thép thường (hay thép cacbon)

  • Thép mềm: Chứa không quá 0,1% C. Thép mềm dễ gia công, được dùng kéo sợi, cán thành thép lá dùng chế tạo các vật dụng đời sống và xây dựng nhà cửa,…
  • Thép cứng: Chứa trên 0,9% C, được dùng để chế tạo các công cụ, các chi tiết máy như các vòng bi, vỏ xe bọc thép,…

Thép đặc biệt

Sản xuất thép

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.

Các phương pháp luyện thép

Phương pháp Bet-xơ-me

Phương pháp Mac-tanh:
  • Quá trình luyện thép kéo dài 6-8 giờ nên người ta có thể phân tích được sản phẩm và cho thêm những chất cần thiết để chế được các loại thép có thành phần mong muốn.

Phương pháp lò điện:

 

 

 

 

 

 

 

 

Người đóng góp
Comments to: Bài 33: Hợp kim sắt