I. HỢP KIM CỦA SẮT

- Hợp kim là chất rắn thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc của kim loại và phi kim.

- Hợp kim của sắt có nhiều ứng dụng là gang và thép.

1. Gang là gì?

- Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ $2-5\%.$ Ngoài ra, trong gang còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như $Si,$ $Mn,$ $S,...$

- Gang cứng và giòn hơn sắt.

- Có 2 loại gang:

+ Gang trắng dùng để luyện thép.

+ Gang xám dùng đúc bệ máy, ống dẫn nước,...

2. Thép là gì?

- Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới $2\%.$

- Thép có nhiều tính chất vật lí và tính chất hóa học quý mà sắt không có, như đàn hồi, cứng, ít bị ăn mòn...

- Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo chi tiết máy, dụng cụ lao động...

II. SẢN XUẤT GANG, THÉP

1. Sản xuất gang như thế nào?

a) Nguyên liệu sản xuất gang

- Quặng sắt trong tự nhiên (thành phần chủ yếu là các oxit sắt), như quặng manhetit (chứa $Fe_{3}O_{4}$), quặng hematit (chứa $Fe_{2}O_{3}$).

- Than cốc (than đã được tinh chế), không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi $CaCO_{3},...$

b) Nguyên tắc sản xuất gang

- Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao).

c) Quá trình sản xuất gang trong lò cao

- Phản ứng tạo thành khí $CO:$

$C\,\,_{(r)}\,\, + \,\,O_{2}\,\,_{(k)}\,\, {\overset{t^o}{\longrightarrow}} \,\,CO_{2}\,\,_{(k)}$

$C\,\,_{(r)}\,\, + \,\,CO_{2}\,\,_{(k)}\,\, {\overset{t^o}{\longrightarrow}} \,\,2\,CO\,\,_{(k)}$

- Phản ứng khử oxit sắt thành sắt:

$3\,CO\,\,_{(k)}\,\, + \,\,Fe_{2}O_{3}\,\,_{(r)}\,\, {\overset{t^{o}\,cao}{\longrightarrow}} \,\,3\,CO_{2}\,\,_{(k)}\,\, + \,\,2\,Fe\,\,_{(r)}$

- Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon tạo thành gang lỏng chảy xuống nồi lò và được đưa ra ngoài qua cửa tháo gang.

- Đá vôi bị phân hủy thành $CaO,$ kết hợp với $SiO_{2}$ có trong quặng tạo thành xỉ.

$CaO\,\,_{(r)}\,\, + \,\,SiO_{2}\,\,_{(r)}\,\, {\overset{t^o}{\longrightarrow}} \,\,CaSiO_{3}\,\,_{(r)}$

- Xỉ nhẹ nổi lên trên và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.

- Khí tạo thành trong lò thoát ra ở phía trên gần miệng lò.

2. Sản xuất thép như thế nào?

a) Nguyên liệu sản xuất thép

- Gang, sắt phế liệu và khí oxi là nguyên liệu chính sản xuất thép.

b) Nguyên tắc sản xuất thép

- Sản xuất thép là oxi hóa một số kim loại, phi kim để loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan,...

c) Quá trình sản xuất thép



- Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò luyện, như lò Bet-xơ-me.

- Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy. Khí oxi oxi hóa các nguyên tố trong gang như $C,$ $Mn,$ $Si,$ $S,$ $P...$

$\longrightarrow $ Sản phẩm thu được là thép.