I. Gang

1. Khái niệm

    Gang là hợp kim của Fe với C trong đó có từ 2 − 5% khối lượng C, ngoài ra còn một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S, ...

2. Phân loại, tính chất và ứng dụng của gang

    a. Gang trắng

    Gang trắng chứa ít cacbon, rất ít silic, chứa nhiều xementit Fe3C. Gang trắng rất cứng và giòn, được dùng để luyện thép.

    b. Gang xám

    Gang xám chứa nhiều cacbon và silic. Gang xám kém cứng và kém giòn hơn gang trắng, khi nóng chảy thành chất lỏng linh động (ít nhớt) và khi hóa rắn thì tăng thể tích, vì vậy gang xám được dùng để đúc các bộ phận của máy, ống dẫn nước, cánh cửa, ...

3. Sản xuất gang

    Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang:

    - Phản ứng tạo thành chất khử CO:

    - Phản ứng khử oxit sắt:

        +) Ở nhiệt độ khoảng 400^oC xảy ra phản ứng:

        +) Ở nhiệt độ khoảng 500-600^oC thì khử Fe₃O₄ thành FeO:

        +) Ở nhiệt độ khoảng 700-800^oC xảy ra khử FeO thành Fe:

        +) Phản ứng tạo oxit: CaCO₃ −^tº→ CaO + CO₂

II. Thép

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

2. Phân loại, tính chất và ứng dụng của thép

    Dựa vào thành phần và tính chất, có thể phân thép thành hai nhóm:

    a. 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 cứng chứa trên 0,9%C, thép mềm không quá 0,1%C. Loại thép này thường được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, chế tạo các vật dụng trong đời sống.

3. Sản xuất thép

    - Nguyên tắc: giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn, ... có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

    - Các phương pháp luyện thép:

        +) Phương pháp Bet-xơ-me.

            Oxi nén dưới áp suất 10atm được thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy, do vậy oxi đã oxi hóa rất mạnh những tạp chất trong gang và thành phần các chất trong thép được trộn đều.

            Lò thổi oxi có ưu điểm là các phản ứng xảy ra bên trong khối gang tỏa rất nhiều nhiệt, thời gian luyện thép ngắn. Lò cỡ lớn có thể luyện được 300 tấn thép trong thời gian 45 phút. Ngày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này.

        +) Phương pháp Mac-tanh.

            Nhiên liệu là khí đốt hoặc dầu cùng với không khí và oxi được phun vào lò để oxi hóa các tạp chất trong gang.

            Ưu điểm của phương pháp này là có thể kiểm soát được tỉ lệ các nguyên tố trong thép và bổ sung các nguyên tố cần thiết khác như Mn, Ni, Cr, Mo, W, V, ... Do vậy, có thể luyện được những loại thép có chất lượng cao.

        +) Phương pháp lò điện.

            Trong lò điện, các thanh than chì là một điện cực, gang được dùng như là điện cực thứ hai. Hồ quang sinh ra giữa chúng tạo được nhiệt độ cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so với các loại lò trên. Do vậy phương pháp lò hồ quang điện có ưu điểm là luyện được những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chảy như vonfam, molipđen, crom và loại được hầu hết những nguyên tố có hại cho thép như lưu huỳnh, photpho.

            Nhược điểm của lò hồ quang điện là dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi mẻ thép ra lò không lớn.