Bài 33: HỢP KIM CỦA SẮT

A. BÀI GIẢNG

I. GANG

1. Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon trong đó có từ 2 – 5% khối lượng cacbon, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S...

2. Phân loại: Có hai loại gang: gang xám và gang trắng:

a) Gang xám: Chứa cacbon ở dạng than chì. Gang xám được dùng để đúc bộ máy, ống dẫn nước, cánh cửa,...

b) Gang trắng

- Gang trắng chứa ít cacbon hơn và chủ yếu ở dạng xementit ($Fe_{3}C$).

- Gang trắng (có màu sáng hơn gang xám) được dùng để luyện thép.

3. Sản xuất gang

a) Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.

b) Nguyên liệu: Quặng sắt oxit (thường là hematit đỏ $Fe_{2}O_{3}$), than cốc và chất chảy ($CaCO_{3}$ hoặc $SiO_{2}$).

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

- Phản ứng tạo chất khử CO:

$C+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}CO_{2}$

$CO_{2}+C\overset{t^{0}}{\rightarrow}2CO$

- Phản ứng khử oxit sắt:

+ Phần trên thân lò (400°C)

$3Fe_{2}O_{3}+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}2Fe_{3}O_{4}+CO_{2}$

+ Phần giữa thân lò (500 – 600°C)

$Fe_{3}O_{4}+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}3FeO+CO_{2}$

+ Phần dưới thân lò (700 – 800°C):

$FeO+CO\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe+CO_{2}$

- Phản ứng tạo xỉ (1000°C):

$CaCO_{3}\rightarrow CaO+CO_{2}$

$CaO+SiO_{2}\rightarrow CaSiO_{3}$ (canxi silicat)

d) Sự tạo thành gang

Ở phần bụng lò có nhiệt độ khoảng 1500°C, sắt nóng chảy có hòa tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố Mn, Si,... tạo thành gang nóng chảy tích tụ ở nồi lò.

II. THÉP

1. 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,...)

2. Phân loại

a) Thép thường (thép cacbon)

- Thép mềm: Chứa không quá 0,1%C. Thép mềm dễ gia công, được dùng để kéo sợi, cán thành thép lá dùng chế tạo các vật dụng trong 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,...

b) Thép đặc biệt

Đưa thêm vào một số nguyên tố làm cho thép có những tính chất đặc biệt.

- Thép chứa 13% Mn rất cứng, được dùng để làm máy nghiền đá.

- Thép chứa khoảng 20% Cr và 10% Ni rất cứng và không gỉ, được dùng làm dụng cụ gia đình (thìa, dao,...), dụng cụ y tế.

- Thép chứa khoảng 18% W và 5% Cr rất cứng, được dùng để chế tạo máy cắt, gọt như máy phay, máy nghiền đá,...

3. Sản xuất thép

a) Nguyên tắc: Giảm hàm lượng các tạp chất C, Si, S, Mn,...có trong thành phần gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách khỏi thép.

b) Các phương pháp luyện gang thành thép

- Phương pháp Bet-xơ-me

- Phương pháp Mac-tanh

- Phương pháp lò điện.