Bài giảng Tiết 54: Hợp kim của sắt

HỢP KIM CỦA SẮTTiết 54I.Gang : 1. Khái niệm: Gang là hợp kim của Fe và C trong đó có từ 2-5% khối lượng C, ngoài ra còn một lượng nhỏ Si,Mn,S, HỢP KIM CỦA SẮTTính chất2.Phân loại tính chất ứng dụng:Gang trắngGang xámỨng dụng- Chứa ít cacbon(chủ yếu ở dạng xementit Fe3C) và rất ít Si- Rất cứng và giòn-Luyện thép-Đúc bệ máy, ống nước,- Chứa nhiều Si và cacbon (chủ yếu ở dạng than chì)-Kém cứng và kém giònI.Gang :HỢP KIM CỦA SẮT1. Khái niệm:3. Sản xuất gang : b.Nguyên liệu : -Quặng sắt oxit (thường là quặng hematit đỏ ) Chứa ít nhất 30% Fe, không chứa S-Than cốc (cung cấp nhiệt cháy, tạo ra CO, tạo thành gang) a.Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao(phương pháp nhiệt luyện)I.Gang :HỢP KIM CỦA SẮT2.Phân loại tính chất ứng dụng:1. Khái niệm:Fe2O3  Fe3O4  FeO  Fe+3 +8/3 +2 03. Sản xuất gang : b.Nguyên liệu : a.Nguyên tắcI.Gang :HỢP KIM CỦA SẮT2.Phân loại tính chất ứng dụng:1. Khái niệm:-Chất chảy CaCO3 ( phân hủy thành CaO hóa hợp với SiO2 tạo ra xỉ dễ tách khỏi gang)hoặc SiO2. Tùy thuộc nguyên liệu:+ Quặng lẫn oxit axit (SiO2) : dùng CaCO3+ Quặng lẫn oxit bazơ (CaO, MnO) : dùng SiO2 c. Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang : I.Gang :HỢP KIM CỦA SẮT2.Phân loại tính chất ứng dụng:1. Khái niệm: b.Nguyên liệu : a.Nguyên tắcNguyên liệuThổi không khí đã làm giàu oxi vàsấy nóng tại ~900oC(1) C +O2  CO2 H0COCOCO(3) 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2(4) Fe3O4 + CO  3FeO + CO2(5) FeO + CO  Fe + CO2Gang lỏng:Fe + >2%CXỉ CaSiO3Khí lò cao: CO2, CO, H2, (3a) CaCO3  CaO + CO2(5a) CaO + SiO2  CaSiO3 Lò cao1800oC1300oC400oC200oC500oC-6000C700oC-8000C1000oC15000C+ Phản ứng tạo chất khử CO: Thổi không khí nóng (khoảng 600 – 8000C) được nén vào lò cao ở phía trên nồi lò :toC C + O2Nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra làm nhiệt độ của lò cao lên tới trên 18000CCO2 + QCO2 + C2CO – Q toC + Phản ứng khử sắt oxit : thực hiện ở thân lò, có nhiệt độ 400-8000CFe2O3 + COFe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO32FeO + CO2FeO + CO3Fe + CO2toC toC toC Phản ứng này thu nhiệt nên nhiệt độ phần trên của bụng lò khoảng 13000C- Phần trên của thân lò, t0 khoảng 4000C:- Phần giữa của thân lò, t0 khoảng 500- 6000C:- Phần dưới của thân lò, t0 khoảng 700- 8000C:+ Phản ứng tạo xỉ :Ở bụng lò, t0 khoảng 10000C:* Chaát chaûy laø CaCO3 : CaCO3 CaO + CO2CaO + SiO2 CaSiO3 6CaO + 2P2O5 2Ca3(PO4)2to * Chaát chaûy laø SiO2 : 	 SiO2 + MnO MnSiO3to to CaSiO3, Ca3(PO4)2, MnSiO3 là xỉ, dễ nóng chảy, nhẹ hơn sắt nổi lên trên tách ra bảo vệ gang không bị oxi hóa bởi không khí. Sau một thời gian người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò.to d, Sự tạo thành gang :Sắt nóng chảy có hoà tan một phần cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố : Si,Mn tạo thành gang3Fe + C  Fe3C to xementit (gang) coù nhieät ñoä noùng chaûy nhoû hôn nhieät ñoä noùng chaûy cuûa Fe Ngoaøi ra caùc taïp chaát SiO2, MnO, P2O5 cuõng bò khöû taïo thaønh Mn, Si, P tan trong gang noùng chaûy (taïp chaát coù ích) ; S laø taïp chaát coù haïi (nhieàu S thì gang gioøn neân choïn nguyeân lieäu coù ít hoaëc khoâng coù S)MnO + C  Mn + COSiO2 + 2C  Si + 2COP2O5 + 5C  2P + 5COto to to Công suất: >200.000 tấn gang lỏng/năm (570 tấn/ ngày, đêm) Sản phẩm: Gang đúc và gang luyện thépThiết bị chính:  3 lò cao: 120m3 và 100 m3, 500 m3       Công ty Gang thép Thái Nguyên c. Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang : I.Gang :HỢP KIM CỦA SẮT1. Khái niệm: b.Nguyên liệu : a.Nguyên tắcd, Sự tạo thành gang :II.Thép :1. Khái niệm:Thép là hợp kim của Fe chứa từ 0,01-2 % khối lượng C, cùng với một số nguyên tố khác (Si,Mn,Cr,Ni,)I.Gang :HỢP KIM CỦA SẮTThép thườngThép đặc biệt Thép có những loại nào , nêu ứng dụng của mỗi loại ?Thép thường ( thép cacbon)Thép đặc biệtThành phầnTính chấtÍt C, Si, Mn, rất ít S- C ≤ 0,1% thép mềm- C > 0,9 % thép cứng - Chứa thêm các nguyên tố Si , Mn , Cr , Ni , W ..- Có tính cơ học , lí học rất quí Ứng dụngXây dựng, chế tạo vật dụng trong đời sốngChế tạo vật dụng kĩ thuật cao2.Phân loại :II.Thép :1. Khái niệm:I.Gang :HỢP KIM CỦA SẮT3.Sản xuất thép :b.Nguyên liệu :-Gang trắng hoặc gang xám, Sắt thép phế liệu-Chất chảy là CaO-Nhiên liệu :dầu mazut hoặc khí đốt, O2 a.Nguyên tắc : Giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn2.Phân loại :II.Thép :1. Khái niệm:I.Gang :HỢP KIM CỦA SẮTc, Các phương pháp luyện thépPhương pháp BetxomePhương pháp MactanhPhương pháp lò điệnƯu điểmThời gian luyện thép ngắn- Luyện được những loại thép đặc biệt Nhược điểm- Không luyện được thép có thành phần theo ý muốn.Dung tích nhỏThời gian dàiLuyện được thép có thành phần theo ý muốn- Chất lượng thép caoI.Gang :HỢP KIM CỦA SẮTII.Thép :b.Nguyên liệu : a.Nguyên tắc3.Sản xuất thép :Hình ảnh sản xuất thépLò điện siêu công suất 30 tấn/mẻSản xuất thép cuộnThép ra lòHình ảnh sản xuất thépSản xuất gang - thép tại làng nghề Đa HộiNăm 2002 sản lượng thép các loại đạt khoảng 85.000 tấn, đến năm 2008 sản lượng thép đã đạt tới 220.000 tấn Đa Hội chiếm đến hơn 900 cơ sở đúc phôi thép, cán thép, mạ, làm đinh, đan lưới thép... sản lượng các loại sắt thép đạt gần 1.000 tấn/ngày - KhÝ th¶i trong qu¸ tr×nh luyÖn gang, thÐp:CO, SO2,H2S .., bôi lµm ô nhiễm môi trường - ChÊt th¶i r¾n lµm suy tho¸i m«i tr­êng, ®Êt, n­íc. - ChÊt th¶i láng lµm t¨ng nång ®é kim lo¹i nÆng ¶nh h­ëng ®Õn sinh th¸i.Ảnh h­ëng cña qu¸ tr×nh luyÖn gang thÐp ®Õn m«i tr­êngGangThépĐịnh nghĩaGang là hợp kim của sắt với Cacbon, Si, Mn, S, ... (trong đó hàm lượng Cacbon từ 2-5%)Thép là hợp kim của sắt với Cacbon, Si, Mn, S,...(trong đó hàm lượng Cacbon < 2%)Tính chấtGiòn và cứng hơn sắt.Cứng, ít bị ăn mòn hơn so với sắtNguyên tắcKhử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao Giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mntrong gang bằng cách oxi hoáỨng dụngGang trắng: Dùng để luyện thépGang xám: Dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, ...Chi tiết máy, vật dụng, dụng cụ lao động, vật liệu xây dựng,..Hợp kim của sắtBài tập 1Em hãy ghép cột trái - phải sao cho phù hợp A.Cacbon1.Là nguyên tố kim loạiB.Thép2.Là nguyên tố phi kimC.Sắt3.Là hợp kim Fe-C(0,01-2%), SiD.Gang4.Là hợp kim Fe-C(2-5%), Si5.Là quặng hematit nâu6.Là hợp chất Fe và CBài 2: Một loại quặng chứa sắt trong tự nhiên đã được loại bỏ tạp chất. Hoà tan quặng này trong HNO3 thấy có khí màu nâu bay ra, dd thu được cho tác dụng với BaCl2 thấy có kết tủa trắng (không tan trong axít mạnh) loại quặng đó là: D. Pirit sắt (FeS2 )C. Manhetit (Fe3O 4)B. Hematit đỏ (Fe2O 3 )A. xiđerit (FeCO3 )Bài 3: Để khử hoàn toàn 17,6g hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 đến Fe cần vừa đủ 2,24 lít khí CO(đktc). Khối lượng của sắt thu được là;A. 15g B. 16g C. 17g D. 18gBài 5,6 SGK trang 151Bài tậpA là quặng hematit chứa 60% Fe2O3. B là quặng manhetit chứa 69,6% Fe3O4. Trộn m1 tấn A với m2 tấn B được quặng C mà từ C điều chế được 0,5 tấn gang chứa 4% Cacbon. tỉ lệ m1:m2 là : A.5:2B.4:3C.3:4D.2:5Chóc c¸c em häc tèt !*Phương pháp Mactanh(lò bằng):* Phương pháp lò điện :*Phương pháp Betxome :