Hợp kim của Sắt: Gang, thép – Quá trình sản xuất gang thép trong lò cao

Như chúng ta đã biết, trong đời sống và sản xuất, những hợp kim của sắt là gang thép được sử dụng rất rộng rãi. Vậy bạn đã biết gang là gì, thép là gì chưa? Chúng gồm những thành phần nào và cách sản xuất chúng ra sao? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về Hai hợp kim của sắt là gang và thép nhé!

I. Hợp kim của sắt

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

Hợp kim của sắt sở hữu nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất là gang và thép.

Hợp kim của sắt: gang, thép

hop-kim-cua-sat-gang-thep

1. Gang là gì?

Gang là hợp kim của sắt (Fe) với cacbon (chiếm 2 – 5%) và một số yếu tố khác như: Mn, Si, S…

Gang cứng và giòn hơn sắt. Gang sở hữu Hai loại:

  • Gang trắng: sử dụng để luyện thép
  • Gang xám: sử dụng để đúc bệ máy, ống dẫn nước

2. Thép là gì?

Thép là hợp kim của sắt (Fe) với cacbon và một số yếu tố khác. Trong đó, hàm lượng cacbon < 2%.

Thép sở hữu nhiều tính chất vật lý và hóa học ưu việt hơn sắt: cứng, đàn hồi và ít bị ăn mòn…

Thép được sử dụng để chế tạo những chi tiết máy, dụng cụ lao động, đồ gia dụng. Ngoài ra, thép còn ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng chế tạo nhiều phương tiện liên lạc như: xe lửa, ô tô, xe máy, xe đạp, tàu thuyền…

II. Sản xuất gang, thép như thế nào?

1. Sản xuất gang

a) Vật liệu

– Quặng sắt: quặng manhetit (chứa Fe3O4) và hematit (chứa Fe2O3)

– Than cốc, đá vôi, ko khí giàu O2

b) Nguyên tắc sản xuất gang

Nguyên tắc sản xuất gang là sử dụng CO khử oxit sắt ở t° cao trong lò luyện kim (lò cao).

c) Quá trình sản xuất gang trong lò cao

– Quặng sắt + than cốc + đá vôi được cho vào mồm lò cao và sắp thành từng lớp xen kẽ nhau. Ko lúc nóng được thổi từ dưới lên từ hai bên lò. Lúc đó:

C + O2 (t°) → CO2

C+ CO2 (t°) → 2CO

– Khí CO sinh ra khử quặng sắt thành Fe: Một số oxit khác trong quặng sắt (như SiO, MnO…) cũng bị khử (thành Si, Mn…).

3CO + Fe2O3 (t°) → 2Fe + 3CO2

– Fe nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ C và một số yếu tố khác tạo thành gang lỏng. Gang lỏng chảy xuống nồi lò và được đưa ra ngoài qua cửa tháo gang.

– Đá vôi CaCO3 bị phân hủy thành CaO. CaO kết hợp với những oxit sở hữu trong quặng như SiO, MnO… tạo thành xỉ.

CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3

– Xỉ nổi lên trên và được đưa ra ngoài ở cửa tháo xỉ

– Khí trong lò cao được thoát ra ngoài ở phía trên sắp mồm lò.

Quang đãng cảnh một nhà máy sản xuất gang thép

nha-may-san-xuat-gang-thep

2. Sản xuất thép

a) Vật liệu

– Vật liệu chính để sản xuất thép là gang, sắt phế truất liệu và oxi.

b) Nguyên tắc sản xuất thép

Nguyên tắc sản xuất gang là: oxi hóa một số kim loại và phi kim ra khỏi gang. Phần to những yếu tố bị loại bỏ là Si, Mn, C…

c) Trật tự sản xuất thép

Quá trình sản xuất thép được thực hiện trong những lò luyện thép. Một trong những lò luyện thép thân thuộc là lò Bét-xơ-me.

– Khí O2 được thổi vào lò đựng gang nóng chảy ở t° cao. Khí O2 oxi hóa những kim loại và phi kim sở hữu trong gang như: Si, Mn, C, P, S…

Si + O2 (t°) → SiO2

C + O2 (t°) → CO2

III. Giải bài tập về những hợp kim của Sắt

Câu 1. Thế nào là hợp kim? Thế nào là gang và thép? Nêu thành phần, tính chất, ứng dụng của gang và thép.

Bài làm:

Những bạn xem lại trong phần lý thuyết ở trên nhé!

Câu 2. Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết những PTHH.

Bài làm: (xem chi tiết hơn trong phần lý thuyết)

– Nguyên tắc sản xuất gang:  là sử dụng CO khử oxit sắt ở t° cao trong lò luyện kim (lò cao).

– Những PTHH trong quá trình sản xuất gang:

C + O2 (t°) → CO2

C+ CO2 (t°) → 2CO

3CO + Fe2O3 (t°) → 2Fe + 3CO2

CaO + SiO2 (t°) → CaSiO3

Câu 3. Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết những PTHH.

Bài làm: (xem chi tiết hơn trong phần lý thuyết)

– Nguyên tắc sản xuất gang là: oxi hóa một số kim loại và phi kim ra khỏi gang. Phần to những yếu tố bị loại bỏ là Si, Mn, C…

– Những PTHH trong quá trình sản xuất thép:

Si + O2 (t°) → SiO2

2Mn + O2 (t°) → 2MnO

C + O2 (t°) → CO2

S + O2 (t°) → SO2

4P + 5O2 (t°) → 2P2O5

Câu 4. Những khí thải (CO2, SO2…) trong quá trình sản xuất gang, thép sở hữu tác động như thế nào tới môi trường xung quanh? Dẫn ra một số phản ứng để giảng giải. Thử nêu giải pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư sắp cơ sở vật chất sản xuất gang thép.

Bài làm:

Khí CO2 và SO2 là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mưa axit tác động tới những loài động thực vật, con người và những dự án xây dựng. Ngoài ra, khí CO2 còn là nguyên nhân gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính, làm cho Trái Đất nóng lên.

Để hạn chế ô nhiễm môi trường do những khí này gây ra, chúng ta cần:

– Xử lý những khí thải trước lúc thải ra môi trường bằng cách hấp phụ bằng nước vôi trong.

– Xây dựng những nhà máy luyện gang thép ở xa khu dân cư.

– Trồng nhiều cây xanh để lọc khí, làm giảm sự tác động của những khí độc hại.

Câu 5. Hãy lập những PTHH theo sơ đồ sau đây:

Cho biết phản ứng nào xảy ra trong quá trình luyện gang, phản ứng nào xảy ra trong quá trình luyện thép? Chất nào là chất oxi hoá, chất nào là chất khử ?

Bài làm:

a) O2 + 2Mn (t°) → 2MnO ⇒Chất khử: Mn ; chất oxi hóa: O2

b) Fe2O3 + 3CO (t°) → 2Fe + 3CO2⇒ Chất khử: CO ; chất oxi hóa: Fe2O3

c) O2 + Si (t°) → SiO2⇒Chất khử: Si ; chất oxi hóa: O2

d) O2 + S (t°) → SO2⇒ Chất khử: S ; chất oxi hóa: O2

Câu 6. Tính khối lượng quặng hematit chứa 60% Fe2O3 cần thiết để sản xuất được Một tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%.

Bài làm:

– Khối lượng Fe sở hữu trong Một tấn gang là:

mFe = Một x 95/100 = 0,95 (tấn)

PTHH:

Fe2O3 + 3CO (t°) → 2Fe + 3CO2

– Khối lượng Fe2O3 cần sử dụng để sản xuất 0,95 tấn Fe là:

mFe2O3 = nFe2O3 x MFe2O3 = [(0,95 / 56) / 2] x 160 = 1,357 (tấn)

– Hiệu suất quá trình là 80% nên lượng Fe2O3 cần sử dụng là:

mFe2O3 = 1,357  x 100/80 = 1,696 (tấn)

– Do Fe2O3 chỉ chiếm 60% khối lượng trong quặng nên khối lượng quặng cần sử dụng là:

mquặng = 1,696 x 100/60 = 2,827 (tấn)

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *