Hợp kim của sắt

I. GANG:    là hợp kim của Fe – C ( có 2-5% khối lượng cacbon) và các nguyên tố Si, Mn, S, P...
1. Phân loại

- Gang xám:  Chứa nhiều C và S, ít cứng và kém giòn hơn gang trắng, dùng chế tạo máy, ống dẫn nước

- Gang trắng: Chứa ít C, rất ít Si, chứa nhiều xementit (Fe₃C), cứng và giòn, dùng luyện thép.

2. Sản xuất gang

a. Nguyên tắc: Dùng CO để khử Oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò cao.

b. Nguyên liệu

- Quặng sắt: Fe₂O₃, Fe₃O_­4

- Than cốc, không khí, chất chảy (CaCO₃ hoặc SiO₂)

c. Phản ứng xảy ra trong lò cao

Phản ứng tạo CO

- Thổi không khí nóng vào lò, than cốc cháy hoàn toàn:    C  +  O₂   →   CO₂

- CO₂ sinh ra khử than cốc chưa cháy:       C    +   CO₂    →   2CO

Phản ứng khử Fe₂O₃

                           3Fe₂O₃    +  CO  →    2 Fe₃O₄   +  CO₂

                           Fe₃O₄      +   CO   →   3FeO     +  CO₂

                           FeO         +   CO →  Fe  +  CO₂
          Fe lỏng hòa tan 1 phần C dư và 1 ít Si, Mn, S, P tạo thành gang.

Phản ứng tạo xỉ

                                                CaCO₃          →    CaO    +  CO₂

                                          CaO   +    SiO₂   →         CaSiO₃    

Sự tạo thành gang

Ở bụng lò, sắt nóng chảy có hòa tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn,…, tạo thành gang.

II. THÉP:  là hợp kim sắt – cacbon (có   khối lượng cacbon < 2%) và rất ít Si, Mn, S, P.

1. Phân loại:

- Thép thường:  chứa rất ít S, P, dùng làm cốt thép  (trong bê tông)

- Thép đặc biệt: chứa thêm các nguyên tố khác như Si, Mn, Cr, Ni, W,... có tính chất cơ học, vật lí rất tốt

2. Sản xuất thép:

a. Nguyên tắc: Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, Mn,…, có trong gang thành oxitrồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

b. Nguyên liệu:

- Gang trắng hoặc gang xám.                            
- Dầu mazut hoặc khí đốt.
- Chất chảy: CaO.
- Khí oxi.

c. Những phản ứng xảy ra trong quá trình luyện gang thành thép.

- Thổi oxi vào gang nóng chảy thì các tạp chất bị oxi hóa:

- C và S chuyển thành khí CO₂, SO₂ thoát khỏi gang:

        C     +   O₂   →   CO₂

        S     +    O₂     →  SO₂

-          Si và P chuyển thành oxit axit là SiO₂ và P₂O₅ khó bay hơi:

           Si   +    O₂   →   SiO₂

           P    +     O₂    → P₂O₅                                                                                  

SiO₂, P₂O₅ sẽ tác dụng với CaO tạo CaSiO₃, Ca₃(PO₄)₂. Các muối sinh ra dễ nóng chảy, nhẹ hơn thép lỏng, nổi lên trên, được tách ra.