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.

- Một số hợp kim của sắt như gang, thép.

1. Gang

- Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, s,... Gang cứng và dòn hơn sắt.  

- Phân loại gang: gang trắng và gang xám.

2. Thép

- 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 lí, hóa quý hơn sắt. Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo máy, dụng cụ lao động…

- Phân loại thép: thép thường và thép đặc biệt

II. SẢN XUẤT GANG, THÉP

1. Sản xuất gang

a) Nguyên liệu sản xuất gang

- Quặng sắt trong tự nhiên gồm quặng manhetit (chứa Fe3O4), quặng hematit, hemantit (chứa Fe2O3).

- Than cốc (than đã được tinh chế).

- Không khí giàu oxi.

- Đá vôi CaCO3 và một số chất khác,...

b) Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.

c) Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).

-  Phản ứng tạo thành khí CO:

                      C + O2 to→\underrightarrow{t^o}to​ CO2

                      C + CO2 to→\underrightarrow{t^o}to​  2CO

- Dùng CO khử quặng sắt ở phần thân lò, phần giữa thân lò nhiệt độ khoảng 500-600oC

                      3CO + Fe2O3 to→\underrightarrow{t^o}to​ 2Fe + 3CO2

                      4CO + Fe3O4  to→\underrightarrow{t^o}to​ 3Fe + 4CO2

- Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.

- Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 10000C: đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO2 có trong quặng tạo thành xỉ.

                       CaCO3 to→\underrightarrow{t^o}to​ CaO + CO2                              

                       CaO + SiO2 to→\underrightarrow{t^o}to​ CaSiO3

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

2. Sản xuất thép

a) Nguyên liệu sản xuất thép:

- Gang trắng hoặc gang xám, sắt phế liệu.

- Chất chảy: CaO.

- Khí oxi

b) Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, P, Mn,…, có trong gang thành oxi rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

c) Quá trình sản xuất thép:

- Ở nhiệt độ cao, khí oxi sẽ oxit các nguyên tố C, S tạo thành các chất khí và sẽ tách khỏi gang.

                       C + O2  to→\underrightarrow{t^o}to​ CO2↑

                       S + O2  to→\underrightarrow{t^o}to​ SO2↑

- Những nguyên tố như Si, P sẽ tạo thành các oxit không bay hơi. Những oxit này sẽ tác dụng với CaO tạo thành xỉ và nổi trên bề mặt thép lỏng.

                       Si + O2  to→\underrightarrow{t^o}to​ SiO2  ;  SiO2 + CaO → CaSiO3

                      P + O2  to→\underrightarrow{t^o}to​ P2O5 ; P2O5 + CaO → Ca3(PO4)2