Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 7: Công nghệ gang thép

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Công nghệ gang thép, gang thép trong công nghiệp, nhiệm vụ quá trình luyện gang thép,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 7: Công nghệ gang thép TRƯỜNGĐẠIHỌCHỒNGĐỨC KHOAKHOAHỌCTỰNHIÊNHÓACÔNGNGHỆ TH.SNGÔXUÂNLƯƠNG CHƯƠNGVII.CÔNGNGHỆGANGTHÉPA. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG THÉP1. Vai trò gang thép trong công nghiệp- Gang thép là hai loại hợp kim pt của Fe với C, Si, Mn, P, S nhưng chỉ khác nhauvề tỷ lệ các nguyên tố (thép 98-99% Fe gang 93-94% Fe)thành phần chính là Fe  gang thép gọi là kim loại đen- Phân biệt gang thép qua thành phần % m của CDo hàm lượng khác nhau  thuộc tính khác nhauVD: thép : bền, dai, đàn hồi, biến dạng, dẻo, dễ gia công và rẻ tiềnGang: không dai, không dẻo, song cứng, bền, rẻ tiền Có nhiều tính chất ứng dụng thực tế  kim loại đen chiếm 95% tổng số kimloại dùng chế tạo dụng cụ, máy móc và xây dựng.2. Các loại gangGang là hợp kim của Fe với C trog một số nguyên tố khác C : 2-6%Gang xám : gang xám có màu xám chứa nhiều C, Si, C = 3,5-6%, Si = 1,5-4,25%,S Gang chứa 30%Cr chịu nhiệt độ cao 110-1150 trong 500hGang chứa 14% Ni, 6% Cu, 2%Cr và 1% Ni chịu nhiệt, axit, bazơ chế tạp chi tiếtmáy làm việc ở nhiệt độ cao trong môi trường axit, bazơ.3. Các loại thépLà hợp kim của Fe – C và một số nguyên tố khác trong đó C chiếm 0,01-2%Thép C (thép thường) chứ ít C, S, Mn, rất ít A, P so với gangĐộ cứng phụ thuộc vào hàm lượng , thép cứng 0,9%C, thép mềm < 0,1%CThép hợp kim (thép đặc biệt) là thép chứa thêm một số nguyên tố khác Si, Mn, Ni,Mo, W, Cr … một số T/c quý.Thép Ni – Cr cứng, ít giòn  chế vòng bi, vỏ xe.Thép W – Mo – Cr cứng ở nhiệt độ cao -> dùng cụ gọt cắt kim loạiThép Si: dẻo, đàn hồi tốt lò soThép Mn bền, chịu va đập mạnh  thanh ray máy nghiền đá.4. Nhiệm vụ quá trình luyện gang thép (luyện kim)Luyện ra các hợp kim có thành phần xđ và t/c theo yêu cầu sử dụngPhương pháp thực hiệnHoàn nguyên kim loại từ oxit của nó (luyện gang )Oxit hoá bớt các nguyên tố tạp chất trong hợp kim mà sự có mặt của nó giảm,chất lượng hợp kim thu được đồng thời cho thêm vào các nguyên tố kết hợp đểtăng chất lượng của hợp kin nhận được (luyện thép)B. LUYỆN GANGI. NGUYÊN LIỆUQuặng dùng sản xuất gang (giàu Fe) quặng Hematit hoặc Manhetit (TP Fe2O3,Fe3O4, MnO, Mn2O3, bẩn quặng Al2O3, CaO, SiO2, P, S… sau khi luyện bẩnquặng giảm chất lượng gang) Ngoài ra các phế thải: vụn sắt, sắt hạt,..2. Than cốc: Được điều chế từ than đá (vì không có trong tự nhiên)Than đá  than cốc, khí than (H2 60%), 25% CH4, NH3… nhựa than đá H - Cthơm (fenol)Nhiệm vụ: Cung cấp CO làm chất khử oxit kim loại Fe2O3  Fe3O4  FeO  FeCung cấp nhiệt cho quá trình luyện gang3. Chất trợ dụng (chất chảy) Giảm nhiệt độ n/ chảy của các bẩn quặng (loại bẩn quặng Al2O3: 20500C,CaO : 23700C, SiO2: 16250C)Tác dụng với bản quặng  xỉVD : Nếu nguyên liệu chứa SiO2 chất trợ dung CaCO3Nếu nguyên liệu chứa CaO, CaCO3 chất trợ dung SiO2Khi đó chất chảy + bản quặng  silicat dễ n/c có d bé nổi lên trên nồi gangII. CÁC QUÁ TRÌNH HOÁ HỌC XẢY RA TRONG LÒ CAO1. Sự phân huỷ các muối các bonat 2. Qúa trình hoàn nguyên sắt Phản ứng chất khử COở nhiệt độ cao chất trợ dung t/d với oxit bẩn quặng hoặc tạo ra trong quá trìnhluyện gang  h/c silicat chảy lỏng có d < d sắt nổi lên trên tách ra khỏi ganglỏng.4. Qúa trình khử SS nằm : Quặng trợ dung FeS2, BaSO4 Than cốc: Chất hữu cơ hoặc sun fua (FeS, ZnS, PbS), BaSO4, CaSO4(sunphat)Khí lò SO2, SiS, H2SNếu nhiệt độ lò cao SO2, SiS, H2S bốc ra khỏi gang cùng với khí lò FeS + CaO  FeO + CaS (nồi lò)FeO tan vào gang, CaS tan vào xỉ tách ra ngoàiKhử S ngoài lò caoKhi gang ra khỏi lò ở nhiệt độ thấpFeS + Mn  MnS + FeMnS hoà tan kém trong gang  xỉHoặc Na2O3 + FeS  FeO + Na2S + CO2Na2S chuyển vào xỉ, FeO khử oxi bởi Mn, SiFeO  MnO + Fe, FeO + Si  Fe + S2O2III. LÒ CAO LUYỆN GANGC. LUYỆN THÉPI. NGUYÊN LIỆUGang trắng – xámKK, O2Nhiên liệu, dầu ma dút, khí đốtChất trợ dung: CaCO3, SiO2II. NGUYÊN TẮCHạ thấp hàm lượng các nguyên tố C, S, P, Mn có trong gang tới mức cần thiết phùhợp với yêu cầu tiêu dùng bằng cách oxi hoá chúng thành các h/c chuyển vào xỉ.Sự oxi hoá các nguyên tố có trong gang tuân theo một quy luật chung và một trậttự nghĩa là tuỳ điều kiện mà nguyên tố nào bị oxi hoá trước.Bước 1: Cung cấp cho gang lỏng một lượng O2 hoặc KK giàu O2 để oxi hoá 2Fe + O2  2FeOFeO tan vào gang lỏng tiếp xúc với các nguyên tố khác có trong gang thực hiệnquá trình oxi hoá chúng  xỉư  hạ thấp hàm lượng chính  gang  thép. FeO + Mn FeO + Si FeO + C FeO + PĐể có phản ứng trên thì oxi hoà tan trong xỉ và gang lớncác oxits trên tạo xỉư do phản ứng với chất trợ dung CaO + SiO2CaO + P2O5  silicat, phot phat có d < d thép nổi lên trên.Bước 2: Khi S trong gang dạng FeS đưa thêm vào lò CaO CaO + FeS  CaS + Fe2OCaS không ho ...