Bài 33. Hợp kim của sắt

HỢP KIM CỦA SẮT
Gang-Thép
Bài 33: HỢP KIM SẮT
Mục đích :
- Biết thành phần tính chất và ứng dụng của gang, thép
- Biết phương pháp sản xuất gang, thép
I. Gang :

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








2.Phân loại, tính chất, ứng dụng :
Gang trắng

Gang xám
Tính chất
Ứng dụng

-Chứa ít cacbon,
rất ít Si, C ở dạng xementit Fe3C
-Rất cứng và giòn
-Chứa nhiều C và Si
-Kém giòn, cứng hơn gang trắng
-Khi nóng chảy thành chất lỏng linh động và khi hóa rắn thì tăng thể tích
-Luyện thép
-Đúc các chi tiết máy, ống nước,...
3.Sản xuất gang :
a.Nguyên liệu :

-Quặng sắt (30-95% oxit sắt, rất ít S,P)
-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)

Quặng manhetit Fe3O4
Quặng hematit Fe2O3 khan
Quặng hematit nâu
Fe2O3.nH2O
Quặng xiđerit FeCO3
Sản xuất gang
Quặng sắt oxit FexOy
Thổi không khí đã làm giàu oxi và

sấy nóng tại ~900oC
(1) C +O2  CO2 + Q: tỏa nhiệt
(2) CO2 + C  2CO và 2C + O2  2CO
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
II. Thép :
1. Định nghĩa:
Thép là hợp kim của Fe với C, trong đó có từ 0,01-2 % khối lượng C, ngoài ra còn có một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,...)
2.Phân loại, tính chất, ứng dụng của thép:
a.Thép thường (thép cacbon):
-Thành phần :chứa ít C, Si, Mn và rất ít S, P
-Đặc điểm: độ cứng phụ thuộc tỉ lệ C
-thép cứng > 0,9%C, thép mềm ? 0,1 %C
-Ứng dụng: xây dựng nhà cửa, chế tạo vật dụng,...
Thép thường
Thép thường
Thép thường
b.Thép đặc biệt :
-Thành phần: có chứa thêm 1 số nguyên tố khác Si, Mn, Cr, Ni, W, V,...
-Đặc điểm: có tính chất cơ lý rất quý
-Ví dụ: +Thép không gỉ (74%Fe, 18%Cr, 8%Ni) để chế tạo dụng cụ,...
+Thép W-Mo-Cr rất cứng dùng để chế tạo dao cắt kim loại,....
Thép đặc biệt: thép inox
3.Sản xuất thép :
a.Nguyên liệu :
-Gang trắng hoặc gang xám
-Sắt thép phế liệu
-Chất chảy là CaO
-Nhiên liệu: dầu mazut hoặc khí đốt, O2
Phôi thép
b. Phản ứng hóa học :
* C, S bị oxh thành chất khí
C + O2 CO2
S + O2 SO2
* Si, P bị oxh thành oxit, sau đó hóa hợp với CaO tạo ra xỉ
Si + O2 SiO3
4P + O2 P2O5
SiO3 + CaO CaSiO3
P2O5 + CaO Ca3(PO4)2
Ph.pháp Betxơme
Ph.pháp Mactanh
Ph.pháp lò điện
Nguyên tắc hoạt động
O2 nén dưới áp suất 10 atm thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy
Nhiên liệu cùng với không khí và O2 được phun vào lò
Dùng than chì và gang như 2 điện cực tạo
ra hồ quang điện giữ chúng
Ưu điểm
Thời gian luyện thép ngắn
Luyện được thép có chất lượng cao
Luyện thép đặc biệt
*Phương pháp Betxome :
* Phương pháp Mactanh (lò bằng):
* Phương pháp lò điện :
Hình ảnh sản xuất thép
Lò điện siêu công suất 30 tấn/mẻ
Máy trộn oxi
Sản xuất thép cuộn
Thép ra lò
Hình ảnh sản xuất thép
TỔNG KẾT
LUYỆN TẬP :
Ghép cột trái-phải sao cho đúng
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% C. Tỉ lệ m1:m2 là:
A.5:2
B.4:3
C.3:4
D.2:5