Kĩ thuật mảnh ghép

Giới thiệu về sắt, thép: do có tính chất đa năng và khả năng tái chế , là vật liệu cơ bản cho sự phát triển bền vững trong xã hội công nghiệp hiện đại. Nó thu hút dải rộng người dùng trong hầu hết các thị phần công nghiệp quan trọng, như sản xuất thiết bị và máy, xây dựng cầu, xây dựng nhà khung thép, năng lượng và kỹ thuật môi trường, giao thông, và công nghiệp bao gói, và những gì nêu trên chỉ chiếm một phần nhỏ ứng dụng của thép.
Nguyên liệu:
Nguyên liệu bao gồm: quặng sắt, than cốc, chất trợ dung.
Quặng sắt: Quặng sắt chứa hai thành phần chủ yếu: các hợp chất hóa học của sắt, các hợp chất của một số kim loại khác nhỏ hơn như hợp chất của silic, mangan, canxi. Ngoài ra trong quặng sắt còn chứa hợp chất với hàm lượng rất nhỏ của một số nguyên tố khác như lưu huỳnh, phôtpho, kẽm, asen… Lưu huỳnh trong quặng sắt thường gặp ở dạng Ca3(PO4)2. Phôtpho cũng rất có hại cho chất lượng của thép, làm thép bị ăn mòn ở nhiệt độ thường. Các nguyên tố kim loại khác( như Cu, Ti, Cr, Mn, V) làm thay đổi tính chất cơ lí của thép. Các quặng sắt có ý nghĩa để làm nguyên liệu luyện gang, thép gồm có: Quặng sắt từ: Trong quặng này sắt ở dạng oxit sắt từ Fe3O4. Đây là quặng giàu sắt.Quặng sắt từ giàu chứa từ 50 – 70% sắt.Nó có từ tính rất mạnh.Quặng sắt đỏ (hay gọi là hematit): Trong quặng này sắt ở dạng oxit sắt (III) không ngậm nước (Fe2O3). Hàm lượng sắt trong hematit 51 – 66%; hàm lượng S và P trong quặng không lớn.Quặng sắt nâu.Trong quặng này sắt ở dạng oxit sắt (III) ngậm nước (m Fe2O3.nH2O).Trong quặng này sắt nâu thường chứa photpho.Quặng nâu dễ bị khử hơn quặng sắt từ và quặng sắt đỏ.Hàm lượng Fe trong quặng sắt nâu dao động trong khoảng 37 – 55%. Quặng cacbonat (hay còn gọi là xederit) : trong quặng này, sắt chủ yếu ở dạng FeCO3. Hàm lượng sắt thấp chỉ dao động trong khoảng 30 – 40%.Loại quặng này ít được sử dụng.
Ngoài các quặng sắt, người ta còn sử dụng các loại xỉ chứa nhiều các hợp chất sắt. • Quặng mangan: loại quặng này mangan thường ở dạng MnO2, Mn2O3, MnCO3. Quặng trước khi đưa vào lò luyện gang phải qua một số quá trinh gia công như đập nghiền đến cỡ hạt từ 30 đến 80mm, sau đó qua quá trình thêu kết để vật liệu được trở nên xốp do thoát bớt hơi nước, CO2 và một phần hợp chất của lưu huỳnh bị cháy làm cho vật liệu có tính chất hóa lí thuận lợi cho quá trình chuyển quặng thành gang.
Than cốc ( hay than antraxit, than gỗ). Có kích thước hạt thường lớn hơn quặng, đưa vào lò đồng thời với quặng, hoặc đưa vào riêng lẻ những vẫn từ miệng lò, nhiệm vụ chính c ủa than là: - Cháy để cung cấp nhiệt, để tiến hành các phản ứng như oxi hóa và để làm nóng chảy các chất. - Khử oxy của các oxit trong quặng chủ yếu là của sắt oxit. - Một phần C hòa tan vào sắt, tạo thành hợp kim gọi là gang.
Chất trợ dung. Ngoài các oxit kim loại, quặng sắt còn chứa bẩn quặng là SiO2, Al2O3, CaO…Các bẩn quặng riêng lẻ có nhiệt độ nóng chảy rất cao (SiO2: 16250C, Al2O3: 20500C, CaO: 23700C). Trong lò cao, nhiệt độ cao nhất ở mắt gió là 1800 oC, thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất trên, cho nên cần đưa vào lò các chất có khả năng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của các oxit trên, chất đó gọi là chất trợ dung. Khi đưa chất trợ dung vào theo tỉ lệ nào đó nhi ệt độ sẽ giảm xuống. Ví dụ hỗn hợp gồm 47.3% SiO2 + 18.6% Al2O3 + 31.1% CaO, bắt đầu nóng chảy ở 12990C và đến 14000C thì chảy lỏng. Nếu đưa vào tỉ lệ CaO/ SiO2 thích hợp có thể khử được S có trong than và quặng.
Sản xuất sắt.
Trong công nghiệp, sắt được trích xuất ra từ các quặng của nó, chủ yếu là từ hêmatit (Fe2O3) và magnêtit (Fe3O4) bằng cách khử với cacbon trong lò luyện kim sử dụng luồng không khí nóng ở nhiệt độ khoảng 2000 °C. Trong lò luyện, quặng sắt, cacbon trong dạng than cốc, và các chất tẩy tạp chất như đá vôi được xếp ở phía trên của lò, luồng không khí nóng được đưa vào lò từ phía dưới.
Than cốc phản ứng với oxy trong luồng không khí tạo ra CO:
2C + O2 → 2CO
− COkhử quặng sắt (trong phương trình dưới đây là hêmatit)