8.1 Khái niệm về gang , thép
Gang, thép gọi chung là kim loại đen.
Chiếm 95% tổng lượng kim loại trong chế tạo máy móc dụng cụ và trong xây dựng
Thép chứa 98-99% sắt
Gang chứa 93-94% sắt
8.2 Các loại gang
8.2.1 Gang xám
Chứa nhiều C 3.5-6%, Si 1.5-4.25%.
Hàm lượng S thấp
Dễ đúc, ít co, dễ gia công cơ khí.
Nhiệt độ nóng chảy ở 1200-13000C
8.2.2 Gang trắng
Màu trắng, C 3-4%
Bền, cứng nhưng dòn
Khó đúc, khó gia công cơ khí.
Dùng chế tạo bi nghiền, ghi lò, nồi nung.
8.2.3 Gang hợp kim
Chứa 5-14% S : dùng để đúc ống
Chứa 2-5% Ni bền trong môi trường xút.
Chứa 14% Ni, 6% Cu, 1% Mn dùng trong môi trường axit, bazơ ở nồng độ và nhiệt độ cao.
8.3 Các loại thép
8.3.1 Thép cacbon
Thép kết cấu (xây dựng và chế tạo) chứa 0.1-0.7% C.
Thép dụng cụ chứa hơn 0.7% C dùng làm dao tiện, bào, khoan
8.3.2 Thép hợp kim
Pha thêm các nguyên tố kim loại như: Si, Mn, Cr, Ni,Mo, W…để nâng cao tính cơ lý và chống ăn mòn.
8.4 Luyện gang
8.4.1 Nguyên liệu
uặng sắt từ: Fe3O4, chứa 50-70% Fe.
uặng sắt đỏ: Hematit Fe2O3, chứa 51-56% Fe, S, P không lớn.
uặng sắt nâu : m Fe2O3.nH2O, thường chứa 37-55% Fe, P .
uặng sắt cacbonat : FeCO3, chứa 30-40% Fe.
uặng sắt mangan:MnO2,Mn2O3, MnCO3.
Các loại uặng được đập đến cỡ hạt 30-80 mm. Sau đó thiêu kết.
Than cốc một phần cấp nhiệt, khử oxi, một phần hòa tan trong sắt.
Chất trợ chung làm giảm nhiệt độ nóng chảy của oxit
8.4.2 Lò luyện gang
Lò đứng gồm: cổ, thân, bụng, phễu và nồi lò
Gang hình thành ở vùng bụng và phễu lò
Dung tích do yêu cầu. Ở Thái nguyên là 101 m3
Vỏ lò bằng thép, tường là gạch chịu lửa
Tận dụng nhiệt để đốt nóng khí trước khi vào lò.
uá trình hóa lý gồm 4 giai đoạn:
Bốc hơi và phân hủy.
Hoàn nguyên
Tạo xỉ và khử lưu huỳnh.
Cháy ở nồi và tạo khí
8.5 Luyện thép
8.5.1 Cơ sở hóa lý của uá trình luyện thép.
nTrong thép cơ bản là sắt.
nLuyện thép là oxi hóa các kim loại không cần thiết.
FeO + Mn = MnO + Fe
2FeO+ Si = SiO2 + 2Fe
FeO+ C = CO+ Fe
FeS+ CaO = FeO+ CaS
2P+5FeO = P2O5 + 5Fe
8.5.2 Các phương pháp luyện thép
Phương pháp lò chuyển:
Lúc đầu nằm ngang để nạp liệu
Sau thẳng đứng.
uá trình chưa làm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1 oxi hóa Si và Mn
Giai đoạn 2 FeO oxy hóa C trong gang
Giai đoạn 3 các nguyên tố tạp chất oxi hóa hết FeO bay hơi có màu nâu
Nguyên liệu là gang lỏng
Lò Betxôme, Lò Tomat
Phương pháp Mactanh
Nguyên liệu gang rắn , sắt phế thải , uặng
Phải có nguồn nhiệt để cung cấp
Nhiệt độ 1650 – 17000C
Phương pháp lò điện
Lò hồ uang điện
Dung lượng 3-80 tấn
Điện cực than hay graphit
8.6 Sản xuất nhôm
8.6.1 Nguyên liệu
uặng Boxit có thành phần phức tạp, hàm lượng Al2O3 > 55%
Loại các tạp chất để lấy Al2O3
Nefemin sản phẩm phụ của tuyển uặng Apatit [Na2O(K2O).Al2O3.2SiO2]
Hoặc alumint (đá uắc) KAl3[(OH)6(SO4)2]
8.6.2 Điện phân Al2O3 trong sản xuất nhôm.
Hòa tan Al2O3 trong Criolit ( Na3AlF6)
Al2O3 = Al3+ + AlO33-
Catốt Al3+ + 3e = Al
Anot 2AlO33- – 6e = Al2O3 + 3/2 O2
Nếu điện cực là Platin, nhiệt độ 10000C, điều chế 2.13V, Anot bằng cacbon 1.6-1.7V
Chỉ có 1/3 năng lượng để điện phân, còn lại cấp nhiệt để nóng chảy dung dịch
Để hạ thấp độ nóng chảy ta cho thêm 5 -10% CaF.