Giáo án Hóa học 12 bài 33: Hợp kim của sắt

HÓA HỌC 12

HỢP KIM CỦA SẮT
=======  =======
I/ GANG
1. Khái niệm
Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó có từ 2 – 5% khối lượng cacbon,
ngoài ra, còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác: Si(1 – 4%), Mn(0,3 – 5%),
S(0,01 – 1%), Mn(0,3 – 5%),.....

2. Phân loại: Có 2 loại
 Gang trắng: chứa ít cacbon, rất ít silic, chứa nhiều xenmentit (Fe3C). Gang trắng
rất cứng và dòn, dùng để luyện thép.
 Gang xám: chứa nhiều cacbon và silic. Gang xám kém cứng và kém dòn hơn gang
trắng, khi nóng chảy tạo thành chất lỏng linh động (ít nhớt), khi hóa rắn thì tăng
thể tích. Vì vậy, gang xám được dùng để đúc các bộ phận của máy (piston động
cơ, vòng găng dầu,...), ống dẫn nước,......
3. Nguyên liệu – Nguyên tắc sản xuất gang
 Nguyên liệu: Các quặng sắt oxit (thường là quặng hematit đỏ chứa chủ yếu Fe2O3)
 Nguyên tắc:
Khử sắt trong oxit bằng CO ở nhiệt độ cao (phương pháp nhiệt luyện).
Trong lò cao, sắt có số oxi hóa cao bị khử dần dần đến sắt có số oxi hóa thấp theo
sơ đồ:
+3

+8

3

+2

0

Fe 2 O3 ��� Fe3 O4 ��� FeO ��� Fe

4. Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình sản xuất gang
 Phản ứng tạo thành chất khử CO:
t
C + O 2 ���
� CO 2 + Q
o


HÓA HỌC 12
t
CO 2 + C ���
� 2CO - Q (khoảng 18000)
o

 Phản ứng khử oxit sắt về sắt và tạo gang:
Phần trên thân lò có t o = 400o C :
t
3Fe 2 O3 + CO ���
� 2Fe3O 4 + CO 2 �
o

Phần giữa thân lò có t o = 500o C - 600o C :
t
Fe3O 4 + CO ���
� 3FeO + CO 2 �
o

Phần dưới thân lò có t o = 700o C - 800o C :

t
FeO + CO ���
� Fe + CO 2 �
o

Các phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nơi có t o = 1000o C xảy ra phản ứng phân
hủy CaCO3 và phản ứng tạo xỉ:
t
CaCO3 ���
� CaO + CO 2 �
o

t
CaO + SiO 2 ���
� CaSiO 3 (canxi
o

silicat) – xỉ.

II/ THÉP
1. Khái niệm
Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 – 2% khối lượng cacbon cùng một số nguyên
tố khác (Si, Mn, Cr, Ni, P, S,...).

2. Phân loại: Dựa vào thành phần hóa học và tính chất cơ học, chia làm 2 nhóm
chính:
 Thép thường (hay thép cacbon): chứa ít cacbon, silic, mangan và rất ít lưu huỳnh,

photpho. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon.
 Thép mềm: chứa không quá 0,1%C. Thép mềm dễ gia công, được dùng để chế
tạo các vật dụng trong đời sống và xây dựng nhà cửa,...
 Thép cứng: chứa trên 0,9%C, được dùng để chế tạo các công cụ, các chi tiết
máy như các vòng bi, vỏ xe bọc thép,....
 Thép đặc biệt: là thép thêm các nguyên tố như Ni, Cr, W, V, ... làm cho thép có
những tính chất đặc biệt. Chẳng hạn như:
 Thép chứa khoảng 13% Mn rất cứng, được dùng làm máy nghiền đá.


HÓA HỌC 12

 Thép không rỉ có chứa khoảng 20%Cr, 10%Ni, nó rất cứng, dùng làm dụng cụ
gia đình (thìa, dao,...), dụng cụ y tế, ....
 Thép chứa khoảng 18%W và 5%Cr, rất cứng, dùng làm chế tạo máy cắt gọt kim
loại cho máy tiện, máy phay,....
 Thép silic có tính đàn hồi tốt, dùng chế tạo lò xo, nhíp ô tô, ....
3. Sản xuất thép
a/ Nguyên liệu





Gang trắng, gang xám, sắt thép phế liệu.
Chất chảy là CaO.
Nhiên liệu là dầu mazut hoặc khí đốt.
Khí oxi.
b/ Nguyên tắc
Oxi hóa các tạp chất trong gang (C, S, Si, Mn, ....) thành oxit, sau đó loại các chất

này dưới dạng tạo xỉ để giảm hàm lượng của chúng và tách ra khỏi thép.

c/ Những phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang, thép

t
� SiO 2
1) Si + O 2 ���
o

t
C + O 2 ���
� CO2
o

t
� 2CO
2) 2C + O 2 ���
o

t
2Mn + O 2 ���
� 2MnO
o

t
� CO2
3) C + O 2 ���
o

t

� 2FeO
4) 2Fe + O 2 ���
o

t
5) FeO + Mn ���
� MnO + Fe
o


HÓA HỌC 12

Sau đó, các oxit này phản ứng với chất chảy là CaO để tạo muối dưới dạng xỉ.
t
CaO + SiO 2 ���
� CaSiO3
o

t
3CaO + P2 O5 ���
� Ca 3 ( PO 4 )
o

2

d/ Các phương pháp luyện thép

 Phương pháp lò thổi oxi (phương pháp Bessemer): dùng không khí hay oxi làm
chất oxi hóa.
 Phương pháp lò bằng (phương pháp Martin): dùng Fe2O3 làm chất oxi hóa.

 Phương pháp lò hồ quang điện.