Bài 33. Hợp kim của sắt

Bài 3
HỢP KIM CỦA SẮT
Nhóm 2
Lớp 12CL
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
1. KHÁI NIỆM
- Gang là hợp kim của Fe và C trong đó 2-5% khối lượng C, ngoài ra còn một lượng nhỏ Si, Mn, S,…
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
2. PHÂN LOẠI TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG:
Tính chất
Gang trắng
Gang xám
- Chứa ít cacbon(chủ yếu ở dạng xementit Fe3C) và rất ít Si
- Rất cứng và giòn
-Luyện thép
-Đúc bệ máy, ống nước,…
- Chứa nhiều Si và cacbon (chủ yếu ở dạng than chì)
-Kém cứng và kém giòn
Ứng dụng

BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
3. SẢN XUẤT GANG:
a.Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao (phương pháp nhiệt luyện).
Fe2O3 ? Fe3O4 ? FeO ? Fe
+3 +8/3 +2 0
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
3. SẢN XUẤT GANG:
b.Nguyên liệu :
-Quặng sắt oxit (thường là quặng hematit đỏ ) Chứa ít nhất 30% Fe, không chứa S
-Than cốc (cung cấp nhiệt cháy, tạo ra CO, tạo thành gang)
-Chất chảy CaCO3 ( phân hủy thành CaO hóa hợp với SiO2 tạo ra xỉ dễ tách khỏi gang)hoặc SiO2. Tùy thuộc nguyên liệu:
+ Quặng lẫn oxit axit (SiO2) : dùng CaCO3
+ Quặng lẫn oxit bazơ (CaO, MnO) : dùng SiO2
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
3. SẢN XUẤT GANG:
c. Các phản ứng hoá học trong quá trình luyện quặng thành gang :
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
Nguyên liệu
Thổi không khí đã làm giàu oxi và

sấy nóng tại ~900oC
(1) C +O2  CO2 H<0
(2) CO2 + C  2CO H>0
CO
CO
CO
(3) 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2
(4) Fe3O4 + CO  3FeO + CO2
(5) FeO + CO  Fe + CO2
Gang lỏng:
Fe + >2%C
Xỉ CaSiO3
Khí lò cao: CO2, CO, H2, …
(3a) CaCO3  CaO + CO2
(5a) CaO + SiO2  CaSiO3
Lò cao
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
+ Phản ứng tạo chất khử CO: Thổi không khí nóng (khoảng 600 – 8000C) được nén vào lò cao ở phía trên nồi lò :
toC
C + O2
Nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra làm nhiệt độ của lò cao lên tới trên 18000C
CO2 + Q
CO2 + C
2CO - Q
toC
+ Phản ứng khử sắt oxit : thực hiện ở thân lò, có nhiệt độ 400-8000C
Fe2O3 + CO
Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO
3
2
FeO + CO2
FeO + CO
3
Fe + CO2
toC
toC
toC
Phản ứng này thu nhiệt nên nhiệt độ phần trên của bụng lò khoảng 13000C
- Phần trên của thân lò, t0 khoảng 4000C:
- Phần giữa của thân lò, t0 khoảng 500- 6000C:
- Phần dưới của thân lò, t0 khoảng 700- 8000C:
I- GANG
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
+ Phản ứng tạo xỉ :Ở bụng lò, t0 khoảng 10000C:
* Chất chảy là CaCO3 :
CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO2 CaSiO3
6CaO + 2P2O5 2Ca3(PO4)2
to
* Chất chảy là SiO2 :
SiO2 + MnO MnSiO3
to
to
CaSiO3, Ca3(PO4)2, MnSiO3 là xỉ, dễ nóng chảy, nhẹ hơn sắt nổi lên trên tách ra bảo vệ gang không bị oxi hóa bởi không khí. Sau một thời gian người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò.
to
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
I- GANG
3. SẢN XUẤT GANG:
d, Sự tạo thành gang :
Sắt nóng chảy có hoà tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố : Si,Mn… tạo thành gang
3Fe + C ? Fe3C
to
xementit (gang) có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của Fe
Ngoài ra các tạp chất SiO2, MnO, P2O5 cũng bị khử tạo thành Mn, Si, P tan trong gang nóng chảy (tạp chất có ích) ; S là tạp chất có hại (nhiều S thì gang giòn nên chọn nguyên liệu có ít hoặc không có S)
MnO + C ? Mn + CO
SiO2 + 2C ? Si + 2CO
to
to
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
1. KHÁI NIỆM
Thép là hợp kim của Fe chứa từ 0,01-2 % khối lượng C, cùng với một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,…)
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
1. KHÁI NIỆM
Thép thường
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
1. KHÁI NIỆM
Thép đặc biệt
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
2. PHÂN LOẠI
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
3. SẢN XUẤT THÉP
b.Nguyên liệu :
-Gang trắng hoặc gang xám, Sắt thép phế liệu
-Chất chảy là CaO
-Nhiên liệu :dầu mazut hoặc khí đốt, O2
a.Nguyên tắc : Giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn…
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
3. SẢN XUẤT THÉP
c, Các phương pháp luyện thép
*Phương pháp Mactanh(lò bằng):
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
3. SẢN XUẤT THÉP
c, Các phương pháp luyện thép
* Phương pháp lò điện :
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
3. SẢN XUẤT THÉP
c, Các phương pháp luyện thép
*Phương pháp Betxome :
BÀI 3: HỢP KIM CỦA SẮT
II- THÉP
3. SẢN XUẤT THÉP
c, Các phương pháp luyện thép
Phương pháp Betxome
Phương pháp Mactanh
Phương pháp lò điện
Ưu điểm
Thời gian luyện thép ngắn
- Luyện được những loại thép đặc biệt
Nhược điểm
- Không luyện được thép có thành phần theo ý muốn.
Dung tích nhỏ
Thời gian dài
Luyện được thép có thành phần theo ý muốn
- Chất lượng thép cao
Cảm ơn cô và các bạn đã tham gia bài thuyết trình