Bài 33. Hợp kim của sắt

HỢP KIM CỦA SẮT
Tiết 54
I.Gang :

1. Khái niệm:
Gang là hợp kim của Fe và C trong đó có từ 2-5% khối lượng C, ngoài ra còn một lượng nhỏ Si,Mn,S,…








HỢP KIM CỦA SẮT
Tính chất
2.Phân loại tính chất ứng dụng:
Gang trắng
Gang xám
Ứng dụng

- 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
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
1. Khái niệm:
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)
a.Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao(phương pháp nhiệt luyện)
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
2.Phân loại tính chất ứng dụng:
1. Khái niệm:
Fe2O3 ? Fe3O4 ? FeO ? Fe
+3 +8/3 +2 0
3. Sản xuất gang :
b.Nguyên liệu :
a.Nguyên tắc
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
2.Phân loại tính chất ứng dụng:
1. Khái niệm:
-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
c. Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang :
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
2.Phân loại tính chất ứng dụng:
1. Khái niệm:
b.Nguyên liệu :
a.Nguyên tắc
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
+ 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:
+ 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
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
P2O5 + 5C ? 2P + 5CO
to
to
to
Công suất: >200.000 tấn gang lỏng/năm (570 tấn/ ngày, đêm)
Sản phẩm: Gang đúc và gang luyện thép
Thiết bị chính:  3 lò cao: 120m3 và 100 m3, 500 m3       
Công ty Gang thép Thái Nguyên
c. Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang :
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
1. Khái niệm:
b.Nguyên liệu :
a.Nguyên tắc
d, Sự tạo thành gang :
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,…)
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
Thép thường
Thép đặc biệt
Thép có những loại nào , nêu ứng dụng của mỗi loại ?
2.Phân loại :
II.Thép :
1. Khái niệm:
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
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…
2.Phân loại :
II.Thép :
1. Khái niệm:
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
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
I.Gang :
HỢP KIM CỦA SẮT
II.Thép :
b.Nguyên liệu :
a.Nguyên tắc
3.Sản xuất thép :
Hình ảnh sản xuất thép
Lò điện siêu công suất 30 tấn/mẻ
Sản xuất thép cuộn
Thép ra lò
Hình ảnh sản xuất thép
Sản xuất gang - thép tại làng nghề Đa Hội
Năm 2002 sản lượng thép các loại đạt khoảng 85.000 tấn, đến năm 2008 sản lượng thép đã đạt tới 220.000 tấn
Đa Hội chiếm đến hơn 900 cơ sở đúc phôi thép, cán thép, mạ, làm đinh, đan lưới thép... sản lượng các loại sắt thép đạt gần 1.000 tấn/ngày
- Khí thải trong quá trình luyện gang, thép:CO, SO2,H2S .., bụi làm ụ nhi?m mụi tru?ng
- Chất thải rắn làm suy thoái môi trường, đất, nước.
- Chất thải lỏng làm tăng nồng độ kim loại nặng ảnh hưởng đến sinh thái.
?nh hưởng của quá trình luyện gang thép đến môi trường
Hợp kim của sắt
Bài tập 1
Em hãy ghép cột trái - phải sao cho phù hợp
Bài 2:
Một loại quặng chứa sắt trong tự nhiên đã được loại bỏ tạp chất. Hoà tan quặng này trong HNO3 thấy có khí màu nâu bay ra, dd thu được cho tác dụng với BaCl2 thấy có kết tủa trắng (không tan trong axít mạnh) loại quặng đó là:
D. Pirit sắt (FeS2 )
C. Manhetit (Fe3O 4)
B. Hematit đỏ (Fe2O 3 )
A. xiđerit (FeCO3 )
Bài 3:
Để khử hoàn toàn 17,6g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 đến Fe cần vừa đủ 2,24 lít khí CO(đktc). Khối lượng của sắt thu được là;
A. 15g B. 16g
C. 17g D. 18g
Bài 5,6 SGK trang 151
Bài tập
A là quặng hematit chứa 60% Fe2O3. B là quặng manhetit chứa 69,6% Fe3O4. Trộn m1 tấn A với m2 tấn B được quặng C mà từ C điều chế được 0,5 tấn gang chứa 4% Cacbon.
tỉ lệ m1:m2 là :
A.5:2
B.4:3
C.3:4
D.2:5
Chúc các em học tốt !
*Phương pháp Mactanh(lò bằng):
* Phương pháp lò điện :
*Phương pháp Betxome :