Gang Thép là bạn rất thân của các công trình thế kỷ

Gang Thép là hợp kim của Sắt. Thực tế chúng mình sẽ không bao giờ thấy được thanh Fe nguyên chất; mà chỉ thấy Gang và Thép thôi.

1. Gang là dạng ban đầu để sản xuất Thép

1.1. Gang Thép là ai vậy?

Cuộc sống phũ phàng lắm; không có Fe nguyên chất đâu!. Con người chỉ sản xuất được hợp kim của Fe thôi, bao gồm:

• Từ quặng sắt đào dưới đất lên, con người sản xuất ra GANG. Gang là hợp kim của Fe với C (2 – 5% khối lượng) và một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S, P, . . .
• Từ gang, con người tiếp tục luyện ra THÉP. Thép là hợp kim của Fe với C (0,01 – 2% khối lượng) và một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, Cr, Ni, . . .
• Từ thép, con người trộn thêm các gia vị khác như kim loại Mn, Cr, Ni, … tạo ra các loại THÉP ĐẶC BIỆT có giá trị cao hơn.

Vậy mình thấy:

• hàm lượng C trong thép < lượng C trong gang ⇒ thép dai dẻo hơn gang (thấy con người dùng thép để xây dựng, dùng thép để uốn thành các hoa văn trang trí, . . . )
• SAI nếu nói gang thép là hợp chất của Fe – C.
• Để hòa tan hoàn toàn một mẫu gang hoặc thép, em phải dùng axit vừa tác dụng được với kim loại, vừa với phi kim ; đó là acid H₂SO₄ đặc nóng ; acid HNO₃ đặc nóng hoặc HNO₃ loãng.

1.2. Sản xuất Gang Thép thế nào?

Gang được sản xuất dựa trên phương pháp nhiệt luyện Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂, trong đó:

• Fe₂O₃ có trong quặng sắt đào từ đất lên (do vậy mà có các tạp chất Si, Mn, S, P, …).
• CO lấy từ phản ứng đốt cháy C (than cốc) bằng O₂ không khí (do lấy C nên Fe sinh ra lẫn thêm C).

Có Gang rồi, chúng mình mới tiếp tục luyện ra Thép bằng cách, giảm hàm lượng tạp chất có trong Gang.

1.3. Phân loại Gang Thép làm sao?

GANG bao gồm:

1. Gang xám chứa C dạng than chì ; dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cửa . . .
2. Gang trắng (màu sáng hơn) chứa ít C hơn gang xám và C chủ yếu ở dạng xementit Fe₃C ; dùng để luyện thép.

THÉP bao gồm:

1. Thép thường (thép cacbon):

• thép mềm (chứa ít hơn 0,1%C) dùng làm các vật dụng và xây dựng nhà cửa . . .
• thép cứng (chứa trên 0,9%C) dùng làm các công cụ, chi tiết máy, vỏ xe bọc thép . . .

2. Thép đặc biệt: cho thêm vào thép một số nguyên tố khác, ví dụ

• có 13%Mn ⇒ rất cứng, dùng làm máy nghiền đá.
• có 20%Cr và 10%Ni ⇒ rất cứng và không gỉ, dùng làm thìa, dao, dụng cụ y tế . . .
• có 18%W và 5%Cr ⇒ rất cứng, dùng làm máy phay, máy nghiền đá . . .
• và còn nhiều nữa …

2. Sản xuất Gang làm sao?

2.1. Nguyên tắc

Khử Fe₂O₃ bằng CO trong lò cao.

2.2. Nguyên liệu

Nhắc lại một số quặng sắt quan trọng đã biết ở bài trước:

• Hematit đỏ chứa Fe₂O₃ khan.
• Hematit nâu chứa Fe₂O₃.nH₂O.
• Manhetit chứa Fe₃O₄ (có nhiều Fe nhất nhưng hiếm có trong tự nhiên).
• Xiđerit chứa FeCO₃.             
• Pirit sắt chứa FeS₂.

Nguyên liệu để sản xuất gang

• Quặng sắt, thường là hematit đỏ Fe₂O₃. Nếu có FeS₂ thì

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

• Than cốc: tạo chất khử CO, cung cấp nhiệt cho phản ứng chuyển Fe₂O₃ → Fe.
• Chất chảy: đá vôi-CaCO₃ có tác dụng tạo sỉ silicat CaSiO₃ nhẹ, nổi trên gang, giúp bảo vệ Fe khỏi bị O₂ không khí oxi hoá tạo lại Fe₂O₃; đồng thời loại bỏ được tạp SiO₂ có trong quặng (xem phản ứng bên dưới).

2.3. Phản ứng xảy ra trong lò cao

3. Sản xuất Thép thế nào?

3.1. Nguyên tắc

Giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn, P, … có trong gang bằng cách oxi hoá các tạp chất đó thành oxit, biến chúng thành xỉ và tách ra khỏi thép.

3.2. Nguyên liệu

• Gang trắng, gang xám, sắt thép phế liệu.
• Chất chảy CaO
• Khí O₂ lấy từ không khí.
• Nhiên liệu: dầu ma zút hoặc khí đốt.

3.3. Phản ứng xảy ra trong lò luyện thép

• C + O₂ → CO₂ (g) ; S + O₂ → SO₂ (g)
• Si + O₂ → SiO₂ ; 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ Rồi
  • SiO₂ + CaO → xỉ CaSiO₃ canxi silicat
  • P₂O₅ + 3CaO → xỉ Ca₃(PO₄)₂ canxi photphat

3.4. Các phương pháp luyện thép (hỏi bác Google)

• Phương pháp Bet – xơ – me
• Phương pháp Mac – tanh
• Phương pháp lò điện

4. Liên kết hữu ích

Đọc thêm các bài viết về Kim loại và Hóa lớp 12 tại đây.

Cũng đừng quên chia sẻ bài viết lên mạng xã hội để nhiều người cùng học nha bạn.