Trang chủ » Hóa Học lớp 9 » 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, các 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 2 hợp kim của sắt là gang và thép nhé!
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 hay của kim loại và phi kim.
Hợp kim của sắt có 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 nguyên tố khác như: Mn, Si, S…
Gang cứng và giòn hơn sắt. Gang có 2 loại:
- Gang trắng: dùng để luyện thép
- Gang xám: dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước
2. Thép là gì?
Thép là hợp kim của sắt (Fe) với cacbon và một số nguyên tố khác. Trong đó, hàm lượng cacbon < 2%.
Thép có nhiều tính chất vật lý và hóa học ưu việt hơn sắt: cứng, đàn hồi và ít bị ăn mòn…
Thép được dùng để chế tạo các 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 giao thông như: xe lửa, ô tô, xe máy, xe đạp, tàu thuyền…
II. Sản xuất gang, thép như thế nào?
1. Sản xuất gang
a) Nguyên liệu
– Quặng sắt: quặng manhetit (chứa Fe3O4) và hematit (chứa Fe2O3)
– Than cốc, đá vôi, không khí giàu O2…
b) Nguyên tắc sản xuất gang
Nguyên tắc sản xuất gang là dùng 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 miệng lò cao và sắp thành từng lớp xen kẽ nhau. Không khi nóng được thổi từ dưới lên từ hai bên lò. Khi 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 nguyên 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 các oxit có 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 gần miệng lò.
Quang cảnh một nhà máy sản xuất gang thép
nha-may-san-xuat-gang-thep
2. Sản xuất thép
a) Nguyên liệu
– Nguyên liệu chính để sản xuất thép là gang, sắt phế 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 lớn các nguyên tố bị loại bỏ là Si, Mn, C…
c) Quy trình sản xuất thép
Quá trình sản xuất thép được thực hiện trong các lò luyện thép. Một trong những lò luyện thép quen thuộc là lò Bét-xơ-me.
– Khí O2 được thổi vào lò đựng gang nóng chảy ở t° cao. Khí O2 oxi hóa các kim loại và phi kim có 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:
Các bạn xem lại trong phần lý thuyết ở trên nhé!
Câu 2. Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các PTHH.
Bài làm: (xem chi tiết hơn trong phần lý thuyết)
– Nguyên tắc sản xuất gang: là dùng CO khử oxit sắt ở t° cao trong lò luyện kim (lò cao).
– Các 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 các 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 lớn các nguyên tố bị loại bỏ là Si, Mn, C…
– Các 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 có ảnh hưởng như thế nào đến môi trường xung quanh? Dẫn ra một số phản ứng để giải thích. Thử nêu biện pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư gần cơ sở sản xuất gang thép.
Bài làm:
Khí CO2 và SO2 là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mưa axit ảnh hưởng đến các loài động thực vật, con người và các công trình 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 các khí này gây ra, chúng ta cần:
– Xử lý các khí thải trước khi thải ra môi trường bằng cách hấp phụ bằng nước vôi trong.
– Xây dựng các nhà máy luyện gang thép ở xa khu dân cư.
– Trồng nhiều cây xanh để lọc khí, làm giảm sự ảnh hưởng của các khí độc hại.
Câu 5. Hãy lập các PTHH theo sơ đồ sau đây:
a) O2 + 2Mn (t°) ‒‒‒> 2MnO
b) Fe2O3 + CO (t°) ‒‒‒> Fe + CO2
c) O2 + Si (t°) ‒‒‒> SiO2
d) O2 + S (t°) ‒‒‒> SO2
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 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%.
Bài làm:
– Khối lượng Fe có trong 1 tấn gang là:
mFe = 1 x 95/100 = 0,95 (tấn)
PTHH:
Fe2O3 + 3CO (t°) → 2Fe + 3CO2
– Khối lượng Fe2O3 cần dùng 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 dùng là:
mFe2O3 = 1,357 x 100/80 = 1,696 (tấn)
– Do Fe2O3 chỉ chiếm 60% khối lượng trong quặng nên khối lượng quặng cần dùng là:
mquặng = 1,696 x 100/60 = 2,827 (tấn)
Gang và thép được gọi là gì, thành phần tính chất của gang thép, gang thép vật liệu nào dẻo hơn, điểm giống và khác nhau giữa gang và thép, đúng nhất.
Gang và thép được gọi là gì?
Gang và thép được gọi là hợp kim Fe – C (ngoài ra còn có ít nhiều các nguyên tố khác), trong đó phân biệt ít hơn 2,14%C là thép, nhiều hơn 2,14%C là gang.
Thành phần tính chất của gang thép
Sắt là một kim loại cứng màu xám và nặng hơn bất kỳ nguyên tố nào khác được tìm thấy trên Trái đất. Trong một quá trình, các tạp chất hoặc xỉ được loại bỏ khỏi sắt, và nó được biến thành hợp kim thép.
Điều này xác nhận rằng thép là một hợp kim, trong khi sắt là một nguyên tố. Sắt tồn tại ở dạng tự nhiên và các nhà khoa học cũng đã tìm thấy nó trong đá thiên thạch.
Sự khác biệt chính giữa hai nguyên tố là thép được sản xuất từ quặng sắt và kim loại phế liệu, và được gọi là hợp kim của sắt, với lượng cacbon được kiểm soát. Trong khi đó, khoảng 4% cacbon trong sắt tạo nên gang và dưới 2% cacbon làm cho nó trở thành thép.
Gang rẻ hơn thép, và nó có nhiệt độ nóng chảy thấp với khả năng đúc thành bất kỳ hình thức hoặc hình dạng nào vì nó không bị co lại khi gặp lạnh. Thép được tạo ra với một lượng carbon được kiểm soát, trong khi gang có thể có bất kỳ lượng carbon nào. Cacbon và các kim loại khác như crom được thêm vào sắt để tạo ra hợp kim và các chất lượng hoặc cấp thép khác nhau, chẳng hạn như thép không gỉ.
Sự khác biệt khác giữa thép và gang là tính chất của chúng
Đặc tính của thép là nhẹ, khó đúc hơn và có độ nhớt tương đối cao. Đặc tính của gang là giòn hơn, giảm chấn hơn và hấp thụ rung động và tiếng ồn.
Ở dạng nóng chảy, gang là đủ để tạo ra bất kỳ loại phôi nào, từ các bộ phận của máy móc khác nhau đến các hình dạng phức tạp, chẳng hạn như đồ nội thất hoặc cổng bằng gang hoặc sắt rèn. Nó bị phá hủy nhẹ khi khoan, tạo ra bột, và không bị cong hoặc lõm vì nó rất cứng, nhưng nó rất dễ gãy – không giống như thép.
Thép tạo ra phoi nếu nó được mài và nó rất dễ uốn. Độ bền của cả gang và thép cũng gây tranh cãi, vì một số người cho rằng thép cứng hơn gang và những người khác cho rằng sắt và thép là một thứ giống nhau, nhưng sự thật là gang có độ bền nén cao hơn và thép có độ bền kéo cao hơn. Nếu so sánh với gang, thép có độ căng vượt trội hơn, và không bị gỉ.
Gang, thép được dùng làm gì?
Gang, thép được dùng làm vật liệu xây dựng, dùng để làm kết cấu các công trình. Thép được dùng để làm dầm, cửa … Gang được sử dụng để làm đường ống dẫn và máng xối trong quá khứ.
Nó vẫn được sử dụng để làm nắp cống, các khối xi lanh trong động cơ ô tô, và các dụng cụ nấu ăn rất nặng và đắt tiền, bên cạnh các công dụng khác của nó như một vật liệu xây dựng.
Thép được ngành công nghiệp ô tô ưa thích để làm các bộ phận và linh kiện bằng thép, và nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác để chế tạo các công cụ, dao, khung, đinh, wowhay.com chia sẻ cùng bạn.