Nghiên cứu khả năng tái sử dụng xỉ lò thổi luyện thép tại công ty cổ phần thép hòa phát hải dương

Tổng quan về sản xuất thép Việt Nam, xử lý xỉ lò thổi luyện thép trên thế giới, dây chuyền sản xuất và xử lý xỉ lò thổi tại nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương; cơ sở lý thuyết; quy trình thực nghiệm; kết quả.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu khả năng tái sử dụng xỉ lò thổi

luyện thép tại công ty cổ phần thép

Hòa Phát Hải Dương

Trần Trung Đức

Tranduc331994@gmail.com.vn

Ngành Khoa học và kỹ thuật vật liệu

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Cao Sơn

HÀ NỘI, 06/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu khả năng tái sử dụng xỉ lò thổi

luyện thép tại công ty cổ phần thép

Hòa Phát Hải Dương

Trần Trung Đức

Tranduc331994@gmail.com.vn

Ngành Khoa học và kỹ thuật vật liệu

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Cao Sơn

HÀ NỘI, 06/2020

Chữ ký của GVHD

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Trần Trung Đức

Đề tài luận văn: Nghiên cứu khả năng tái sử dụng xỉ lò thổi luyện thép tại

công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương

Ngành: Kỹ thuật vật liệu

Mã số HV:

Tác giả, người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận

tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày

22 tháng 6 năm 2020 với các nội dung sau:

- Chỉnh sửa nội dung tóm tắt và phần kết luận của luận văn

- Chỉnh sửa lỗi chính tả

- Chỉnh sửa một số thuật ngữ chuyên môn

Ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác

Đề tài "Nghiên cứu khả năng tái sử dụng xỉ lò thổi luyện thép tại công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương" được thực hiện bởi chính tác giả, dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Cao Sơn Luận văn chưa được công bố ở bất kỳ nơi nào

Nếu sai sót tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện luận văn này em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều của thầy giáo TS Nguyễn Cao Sơn – giảng viên bộ môn Gang Thép, viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn thầy

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS.TS Trần Thị Thu Hiền đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ em trong quá trình học tập cũng như trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Viện Khoa Học và Kỹ Thuật Vật Liệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình học tập của em

Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Công ty cổ phần thép Hòa phát Hải Dương nói chung và các anh chị, cán bộ công nhân viên Nhà máy luyện thép Hải Dương nói riêng đã giúp đỡ nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi cho em được hoàn thành tốt luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Gang thép đã giúp

đỡ và hỗ trợ em trong quá trình thí nghiệm

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ

em trong quá trình thực hiện luận văn này

Tóm tắt nội dung luận văn

Như chúng ta đã biết sự phát triển của ngành công nghiệp luyện thép mang lại nhiều lợi ích về kinh tế xã hội cho Việt Nam, nhưng mặt trái của nó gây ra nhiều tác động xấu đến môi trường do việc kiểm soát chất thải của các doanh nghiệp luyện thép đang còn nhiều hạn chế Quá trình sản xuất thép luôn thải ra một lượng xỉ lớn Tại nhiều quốc gia, xỉ thép được coi là một loại tài nguyên, đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng, như là nguyên liệu "đầu vào" cho sản xuất xi măng, hay vật liệu làm cốt đường giao thông, chế tạo phân bón…

Tuy nhiên, tại nước ta hiện nay, xỉ luyện thép vẫn bị coi là chất thải rắn cần xử lý, chôn cất, gây tác động xấu đến môi trường, vừa tốn kinh phí, vừa chiếm dụng diện tích đất nhất định cho việc xử lý Do đó, vấn đề cấp thiết đặt ra là nước ta cần có giải pháp tái chế sử dụng xỉ luyện thép nhằm mang lại lợi ích về môi trường và kinh tế

Chính vì vậy, dựa trên đặc tính của xỉ với độ kiềm cao, nghiên cứu này sẽ tập trung vào đánh giá 2 giải pháp có thể tái sử dụng lượng xỉ lớn của luyện thép lò thổi đó là phương pháp dùng xỉ làm chất trợ dung trong quặng vê viên hoặc được sử dụng như một chất khử Lưu huỳnh trong tiền

xử lý gang lỏng

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN i

1.1 Tình hình sản xuất thép Việt Nam 1

1.2 Tình hình xử lý xỉ lò thổi luyện thép 2

1.2.1 Tình hình xử lý xỉ lò thổi luyện thép trên thế giới 2

1.2.2 Dây chuyền sản xuất và xử lý xỉ lò thổi tại nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương 4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1 Tiền xử lý gang lỏng 11

2.1.1 Photpho 11

2.1.2 Lưu huỳnh 14

2.2 Vê viên quặng 21

2.2.1 Lý thuyết vê viên 21

2.2.2 Nhân tố ảnh hưởng tới quá trình bột quặng vê thành viên 26

2.2.3 Sấy khô và nung đóng kết của quặng viên sống 33

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 42

3.1 Vật liệu thí nghiệm 42

3.2 Quy trình thí nghiệm vê viên quặng 42

3.2.1 Tạo mẫu vê viên 42

3.2.2 Nung quặng viên tươi 44

3.2.3 Kiểm tra tính chất viên quặng sau nung 44

3.3 Quy trình thí nghiệm khử S trong gang lỏng 45

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

4.1 Đánh giá xỉ luyện thép trong quá trình khử Lưu Huỳnh (S) và Phốt pho (P) của gang lỏng 47

4.1.1 Ảnh hưởng môi trường đến khả năng khử S trong gang 47

4.1.2 Ảnh hưởng môi trường đến sự thay đổi hàm lượng C trong gang 49 4.1.3 Hàm lượng S và Fe trong chất khử sau khi tiền khử lý gang lỏng 50 4.1.4 Hàm lượng P trong gang và ảnh hưởng của môi trường 52

4.2 Đánh giá đặc tính của quặng viên sau nung sử dụng xỉ luyện thép là chất trợ dung 53

4.2.1 Độ bền nén quặng viên 53

4.2.2 Độ xốp quặng viên 55 4.2.3 Tổ chức tế vi viên quặng 59 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 61

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tình hình sản xuất thép thành phẩm năm 2019 1

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ quá trình xử lý xỉ thép lò thổi 2

Hình 1.3 Sử dụng xỉ luyện thép tại Nhật Bản 3

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ luyện thép lò thổi 5

Hình 1.5 Dây chuyền xử lý xỉ tại công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương 7

Hình 2.1 Phương pháp khử lưu huỳnh trước thép lỏng 19

Hình 2.2 Cơ cấu đưa chất khử vào gang lỏng 20

Hình 2.3 Súng phun thổi chất khử 21

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất quặng vê viên 25

Hình 2.5 Hình vẽ máy vê viên mâm tròn 29

Hình 2.6 Sơ đồ nung quặng viên 34

Hình 2.7 Sự thay đổi của cường độ chống áp lực của quặng viên sống trong quá trình sấy khô 36

Hình 3.1 Thiết bị vê viên quặng sắt 44

Hình 3.2 Quy trình thí nghiệm khử S trong gang lỏng 45

Hình 4.1 Mối quan hệ giữa hàm lượng Si và tỷ lệ giảm S trong gang 48

Hình 4.2 Hàm lượng C của các mẫu gang sau thí nghiệm 50

Hình 4.3 Hàm lượng S thay đổi trong xỉ sau phản ứng 51

Hình 4.4 Hàm lượng Fe trong xỉ sau khi phản ứng 52

Hình 4.5 Mối quan hệ giữa khử P và hàm lượng Si 53

Hình 4.6 Độ bền nén của quặng viên sau nung 54

Hình 4.7 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ đến độ xốp của quặng viên 56

Hình 4.8 Phân bố lỗ rỗng trong viên quặng 57

Hình 4.9 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ đến độ co ngót viên quặng 58

Hình 4.10 Tổ chức tế vi của các mẫu có và không có than (X100) 59

Hình 4.11 Tổ chức tế vi của mẫu quặng viên sau nung (X500) 59

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh tỉ lệ sử dụng xỉ luyện thép ở Nhật Bản và Châu Âu 3

Bảng 1.2 Thông số thành phần hóa học các loại xỉ 6

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của xỉ luyện thép 42

Bảng 3.2 Thành phần quặng sắt 42

Bảng 3.3 Thành phần mác gang ban đầu 42

Bảng 3.4 Phối liệu tạo viên 43

Bảng 4.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học mẫu gang sau thí nghiệm 47

TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sản xuất thép Việt Nam

Hình 1.1 mô tả tình hình sản xuất các sản phẩm thép năm 2019 Trong

đó sản xuất đạt 2.256.795 tấn, tăng 11,9% so với cùng kỳ 2018 Bán hàng đạt 2.006.739 tấn, tăng 10,8% so với cùng kỳ năm 2018 Bên cạnh đó, xuất khẩu thép đạt 359.929 tấn, giảm 9% so với cùng kỳ năm 2018 Nếu loại trừ tăng trưởng của thép cuộn cán nóng thì tốc độ tăng trưởng sản xuất các sản phẩm thép tăng 14% so với cùng kỳ 2018 trong khi bán hàng tăng 9% so với tháng 12/2018 Năm 2019, sản xuất đạt 25.263.113 tấn, tăng 4,4% so với cùng kỳ 2018, bán hàng đạt 23.126.480 tấn, tăng 6,4% so với cùng kỳ năm trước Trong đó, xuất khẩu thép là 4.591.079 tấn, giảm 3,4% so với năm

2018

Trong bối cảnh thị trường toàn cầu trầm lắng, thị trường thép trong nước năm 2019 có mức tăng trưởng sản xuất và bán hàng thép khá khiêm tốn lần lượt đạt 4,4 và 6,4 % so với cùng kỳ năm 2018 Tuy nhiên, loại trừ tăng

Hình 2.1 Tình hình sản xuất thép thành phẩm năm 2019.

trưởng của thép cuộn cán nóng (HRC) thì mức tăng trưởng trên lần lượt là 2

và 3%

1.2 Tình hình xử lý xỉ lò thổi luyện thép

1.2.1 Tình hình xử lý xỉ lò thổi luyện thép trên thế giới

Theo số liệu thống kê sản lượng thép năm 2018, xỉ thép của thế giới tương ứng với sản lượng thép thô trên thế giới là 1.808 triệu tấn Trong đó, 1.302 triệu tấn thép được luyện trong lò chuyển (BOF) đã phát sinh lượng xỉ thép BOF khoảng 170 triệu tấn, và 506 triệu tấn thép được luyện trong lò điện (EAF) đã phát sinh lượng xỉ thép EAF khoảng 80 triệu tấn Do lượng xỉ thép phát sinh hàng năm trong quá trình sản xuất thép rất lớn nên các nước

đã thực hiện quản lý, nghiên cứu chế biến, sử dụng xỉ thép nhằm mang lại lợi ích kinh tế cho các doanh nghiệp thép và góp phần bảo vệ môi trường hiệu quả

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ quá trình xử lý xỉ thép lò thổi.

Xử lý xỉ lò thổi được mô tả như trong Hình 1.2 Các nước đã chế biến

xỉ thép bằng cách nghiền nhỏ, sau đó tuyển từ tách thép vụn (mạt sắt) và ôxít sắt để tái sử dụng cho sản xuất quặng thiêu kết và luyện thép, phần còn lại được sử dụng cho các lĩnh vực khác nhau, chủ yếu là làm đường (43 %) và

sử dụng nội bộ (19 %)

Xỉ luyện thép được xử lý và tái sử dụng ở nhiều lĩnh vực tại Nhật Bản (Hình 1.3) Đối với xỉ thép sử dụng để làm đường 32%, các công trình dân dụng 29%, tái sử dụng cho sản xuất thép 22%, làm đường nội bộ 5%, sản

xuất xi măng 3%, cải tạo đất 3% và còn lại cho các mục đích khác như (cải tạo bờ biển, các rạn san hô…) Đối với các nước Châu Âu, sử dụng để làm đường 43%; tái sử dụng trong nội bộ nhà máy 30%; sản xuất xi măng 5%; công trình dân dụng 3%; sử dụng làm phân bón 3% và còn lại cho các mục đích khác, như trong Bảng 1.1

Bảng 2.1 So sánh tỉ lệ sử dụng xỉ luyện thép ở Nhật Bản và Châu Âu

Hình 1.3 Ứng dụng xỉ luyện thép tại Nhật Bản Hình 2.3 Sử dụng xỉ luyện thép tại Nhật Bản.

Tái sử dụng và tồn kho nội

1.2.2 Dây chuyền sản xuất và xử lý xỉ lò thổi tại nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương

1.2.2.1 Dây chuyền sản xuất nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương

Nhà máy thép Hòa Phát – Kinh Môn, Hải Dương sử dụng công nghệ luyện thép lò thổi Dây chuyền công nghệ được mô tả như trong Hình 1.4

Các thiết bị chính:

+ 3 lò thổi công suất mỗi lò 45 tấn/ mẻ

+ 1 lò tinh luyện LF công suất 45 tấn/ mẻ

+ 1 máy đúc (3 dòng)

+ 3 máy đúc (4 dòng)

+ Kích thước phôi 130x130mm, 150x150mm, 165x165mm Chiều dài 6m

và 12m

Gang lỏng từ lò cao được rót vào thùng chuyển gang lỏng và được vận chuyển và đưa vào lò thổi cùng với thép phế và các chất trợ dung Sau đó, quy trình thổi oxi để khử Cacbon và các tạp chất trong gang được tiến hành

để đạt phạm vi quy định của mác thép cần luyện Thép lỏng ra khỏi lò thổi được tiến hành hợp kim hóa và khử oxi trong thùng thép Nếu nhiệt độ và thành phần thép lỏng chưa đạt yêu cầu đúc thì đưa vào tinh luyện trong lò

LF Thép lỏng đạt yêu cầu về thành phần và nhiệt độ được rót vào máy đúc liên tục để đúc thành phôi thép

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ luyện thép lò thổi.

1.2.2.2 Dây chuyền xử lý xỉ lò thổi tại nhà máy luyện thép Hòa phát Hải Dương

Nhà máy luyện thép Hải Dương đã nâng công suất lên 2.000.000 tấn/năm, tương đương với lượng phát sinh xỉ lò thổi từ 250.000 – 300.000 tấn/năm Sau khi kết thúc mẻ luyện, xỉ lò thổi được đổ vào khay xỉ Sau đó

sử dụng xe tải để vận chuyển xỉ ra bãi xỉ

Các loại xỉ thải có trong nhà máy luyện thép:

- Xỉ lò thổi: là sản phẩm phụ của quá trình sơ luyện thép tại lò thổi

- Xỉ tinh luyện: là sản phẩm phụ của quá trình tinh luyện thép lỏng

- Xỉ đúc: là sản phẩm phụ của quá trình đúc liên tục

- Xỉ khử lưu huỳnh: là sản phẩm phụ của quá trình khử lưu huỳnh trong gang lỏng

Bảng 2.2 Thông số thành phần hóa học các loại xỉ

xỉ lớn sẽ được máy đục PC200 đập nhỏ Nếu quá lớn sẽ được máy đục PC450 đập nhỏ hoặc cắt bằng oxy cao áp Sau đó, xỉ lớn sẽ được phối chung với phế

để đưa vào lại lò thổi Xỉ nhỏ, mịn sẽ được xe xúc lật XL10 đưa vào Silo, thông qua các băng chuyền để tuyển xỉ

Hình 2.5 Dây chuyền xử lý xỉ tại công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương

Mặt khác, xỉ luyện thép có thể được sử dụng cho vật liệu xây dựng, vật liệu cho gạch lát vỉa hè hoặc là vật liệu kỹ thuật Xỉ luyện thép có thể được

dùng để san lấp mặt bằng Một vấn đề chính để sử dụng cho vật liệu xây dựng đó là vấn đề ổn định thể tích và hydrat hóa Với CaO tự do lớn dẫn đến vết nứt trong cấu trúc Vấn để sử dụng xỉ luyện thép bị hạn chế bởi CaO tự

do và bị hydrat hóa Xỉ luyện thép có thể được dùng trong quá trình xử lý nước thải Bên cạnh đó, do hàm lượng CaO tự do và P cao dẫn đến có thể dùng làm phân bón bằng quá trình hydrat hóa

Xỉ được các nhà nghiên cứu hết sức quan tâm Đã có rất nhiều hướng khác nhau để xử lý xỉ như dùng cho vật liệu xây dựng, vật liệu ceramic… Tuy nhiên để có thể thấy rằng việc xử lý một lượng lớn xỉ là rất khó khăn Chính vì vậy, dựa trên đặc tính của xỉ với độ kiềm cao, nghiên cứu này sẽ tập trung vào đánh giá 2 giải pháp có thể tái sử dụng xỉ luyện thép lấy từ công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương đó là phương pháp dùng xỉ làm chất trợ dung trong quặng viên hoặc sử dụng như chất khử S trong tiền xử lý gang lỏng

1.3.1 Tiền xử lý gang sử dụng xỉ luyện thép

Khử tạp chất trong gang lỏng trước khi đưa sang luyện thép đang là một hướng đi được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm [1-3] Đặc biệt, khử tạp chất Lưu huỳnh (S) trong gang lỏng cần được nghiên cứu do S là một tạp chất có hại Thép với hàm lượng S cao sẽ gây ra hiện tượng bở nóng, ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thép thành phẩm Các nhà sản xuất thép cần hạ thấp hàm lượng tạp chất S trong thép Xử lý khử sâu S trong gang lỏng trước khi gang đưa sang luyện thép là một hướng đi phù hợp Với hàm lượng S thấp của gang lỏng, tạp chất này không cần công đoạn khử sơ bộ trong quá trình luyện thép Theo đó, nguyên liệu dùng để khử tạp chất S trong dây chuyền sản xuất thép sẽ giảm bớt Điều đó có nghĩa là vừa đảm bảo được chất lượng thép thành phẩm, vừa đảm bảo được yếu tố về hiệu quả kinh tế Bên cạnh đó, công nghệ luyện gang lò cao sản xuất gang cung cấp cho luyện thép không cần khử sâu tạp chất S Theo đó, vai trò khử tạp chất S trong gang lỏng của lò cao sẽ giảm bớt Do đó, luyện gang lò cao tốn ít nhiên liệu hơn và lượng xỉ

trong luyện gang sẽ giảm

Một số chất trợ dung được sử dụng để làm chất khử tạp chất S trong gang lỏng như Mg, CaF2, CaO…Yang và cộng sự [4] chỉ ra rằng khi sử dụng MgO kết hợp với Al đã khử được tạp chất S trong gang lỏng đạt giá trị rất thấp Khử S trong gang lỏng với độ kiềm cao được nghiên cứu bởi Herandez và cộng sự [5] với chất khử được dùng là CaO-SiO2-CaF2-FeO-Na2O Kết quả nghiên cứu này chỉ ra khả năng khử S với hàm lượng CaO cao kết hợp thành phần FeO với hàm lượng nhất định Điều đó cho thấy với chất khử chứa độ kiềm cao kết hợp với FeO có thể sử dụng làm chất khử S trong gang lỏng

Xỉ luyện thép chứa CaO và FeO có khả năng khử S của gang lỏng Điều này rất quan trọng vì ngoài khả năng khử S, xỉ luyện thép có thể tái sử dụng với một lượng lớn Xỉ luyện thép kết hợp với chất trợ dung CaF2 làm chất khử được nghiên cứu thành công [6] Kết quả cho thấy khả năng khử S trong gang lỏng được chứng minh là hiệu quả cao Tuy nhiên, nghiên cứu về khử

S trong gang lỏng bằng xỉ luyện thép lò thổi vẫn chưa thật đầy đủ Đặc biệt, đánh giá các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến khử tạp chất S như hàm lượng Si trong gang thay đổi, sự thay đổi hàm lượng FeO trong xỉ do phản ứng hoàn nguyên… vẫn chưa được quan tâm Do đó, khử S trong gang lỏng bằng xỉ luyện thép cần được nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ về khả năng khử

S của xỉ và các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình khử Trong nghiên cứu này, khả năng khử tạp chất S trong gang lỏng với chất khử là xỉ lò thổi được đánh giá thông qua các nhân tố như quá trình oxi hóa Si trong gang, hoàn nguyên của FeO trong xỉ,…

1.3.2 Vê viên sử dụng xỉ luyện thép như chất trợ dung

Quặng vê viên là một trong những nguồn nguyên liệu đang rất được quan tâm đối với luyện gang lò cao Nguyên nhân là do quặng viên có thể tận dụng lại được những quặng có cỡ hạt nhỏ mà không thể sử dụng được trong quá trình thiêu kết, bên cạnh đó, quá trình sản xuất quặng viên trong các nhà máy luyện kim ít tác động tới môi trường hơn so với quy trình sản xuất quặng

thiêu kết Đặc biệt, quặng viên khi sử dụng trong lò cao dẫn đến quá trình vận hành lò cao ổn định do tính thông khí tốt Trong quy trình vê viên quặng, quặng viên được sản xuất từ nguồn nguyên nhiên liệu bao gồm có quặng sắt, chất trợ dung, than,… Nghiên cứu cho thấy độ kiềm của viên quặng thường được sử dụng từ 0,4 đến 1,2, khi đó quặng viên đạt hiệu quả và đáp ứng được yêu cầu của quặng viên sử dụng trong lò cao Bên cạnh đó, quặng viên đạt tính chất tối ưu với nhiệt độ nung thiêu trong khoảng 1200 – 1300 oC

Với xỉ luyện thép có độ kiềm cao, ngoài ra còn một lượng oxit sắt cần được tái sử dụng Lượng oxit sắt này có thể hoàn nguyên trong lò cao Chính

vì vậy, nghiên cứu đưa ra giải pháp tái sử dụng xỉ luyện thép được đưa vào trong quá trình vê viên là khả thi Nghiên cứu này đánh giá tính chất quặng viên sau khi được sử dụng xỉ luyện thép như là một chất trợ dung Các tính chất của viên quặng như độ bền, độ xốp, thay đổi thể tích… được phân tích

và đánh giá

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tiền xử lý gang lỏng

2.1.1 Photpho

Photpho (P) là một trong những nguyên tố có hại cho chất lượng thép, gây ra “bở nguội”, làm xấu tính hàn và khả năng gia công nguội của thép Photpho có nhiều trong nguyên liệu chính của lò thổi, đó là gang lỏng mà lò cao không thể khử được Do đó, nhiệm vụ của luyện thép lò thổi là phải khử

bỏ P

Photpho trong gang lỏng chủ yếu là từ quặng sắt mà có, dựa vào hàm lượng photpho có thể chia làm 3 loại: gang lỏng có photpho thấp, gang lỏng

có photpho trung bình và gang lỏng có photpho cao

Hiệu suất khử P trong lò thổi khí Oxy trong khoảng 85 ~ 95 %, hàm lượng P trong gang lỏng càng thấp, thao tác công nghệ lò thổi càng đơn giản hóa, và có lợi cho việc nâng cao tất cả các chỉ số kinh tế, kĩ thuật Thổi luyện gang lỏng có lượng P thấp, lò thổi có thể sử dụng thao tác xỉ đơn, gang lỏng

có lượng P trung bình thì cần sử dụng thao tác xỉ kép hoặc thao tác lưu xỉ kép; khi gang lỏng có lượng P cao, thì cần tạo xỉ nhiều lần, hoặc sử dụng công nghệ phun thổi bột vôi Ví dụ: khi luyện thép sử dụng gang lỏng có chứa Si > 1.50 %, thì xỉ lò có thể dùng làm phân bón Photpho

Để cân bằng thao tác lò thổi, tiện cho việc điều khiển tự động, nên sử dụng công nghệ tiền xử lý gang lỏng khử P bên ngoài lò, đạt được yêu cầu Nghiên cứu công nghệ tiền xử lý gang lỏng khử P bên ngoài lò ở nước ngoài đang rất khởi sắc, trong đó khá nổi bật là Nhật Bản, và hiện nay ở 5 nhà máy gang thép lớn đều tiến hành xử lý 3 khử: khử Silic, khử Photpho, khử lưu huỳnh trước khi cho gang lỏng vào lò thổi

Ngoài ra, đối với một số ít loại thép, như tấm bản thép mỏng chứa nhiều P, thép dễ cắt, thép hình viên đạn, cần phối trộn một lượng Photpho nguyên tố hợp kim nhất định để đạt được yêu cầu quy cách chủng loại thép

Khử Photpho trong gang lỏng trước khi nấu luyện đã phát triển thành kĩ thuật quan trọng trong việc cải thiện và ổn định thao tác công nghệ luyện lò thổi cũng như giảm tiêu hao và giá thành sản phẩm Nhất là hiện nay sự thành công trong phát triển kĩ thuật bổ sung nhiệt, có thể giải quyết vấn đề giảm nhiệt độ gang lỏng trong quá trình khử photpho, do vậy, ngày càng có nhiều nhà máy sử dụng công nghệ khử Photpho trong gang lỏng, tỉ lệ khử Photpho trước khi nấu luyện ngày càng cao

Nguyên lý khử Photpho trong gang lỏng và khử photpho trong lò thổi về

cơ bản là giống nhau Khử photpho trong điều kiện xỉ kết có nhiệt độ thấp, tính oxi hóa cao, độ kiềm cao So với gang lỏng, gang lỏng đã được khử trước photpho có ưu thế về nhiệt độ thấp, giá trị kinh tế hợp lý Về sau có thể đạt tới yêu cầu 100% gang lỏng đã qua tiền xử lý, và lò thổi sử dụng 100 % gang lỏng đã qua tiền xử lý Như thế rõ ràng có thể giảm nhẹ lượng dùng của trợ dung lò thổi, nâng cao tốc độ nấu luyện, đạt 100 % hiệu suất chính xác trong khống chế thành phần, mở rộng chủng loại thép, nâng cao chất lượng gang

Na2CO3(s) + 2[C] → 2Na(g) + 3CO↑ (2.2)

Hoặc: Na2O(s) + [C] → 2Na(g) + CO↑ (2.3)

Đặc điểm của bột soda khử photpho như sau:

a) Bột soda khử phôtpho cùng lúc có thể khử lưu huỳnh

b) Mangan trong gang lỏng gần như không bị mất

c) Tiêu hao kim loại thấp

d) Có thể thu hồi nguyên tố kim loại quý hiếm như V, Ti trong gang lỏng e) Trong quá trình tiền xử lý bột soda bị bốc hơi, Natri bị tổn hại nghiêm trọng, ô nhiễm môi trường, vật liệu chịu lửa bị ăn mòn

f) Trong quá trình tiền xử lý, gang lỏng bị mất nhiệt rất nhiều

② Chất khử photpho trong hệ vôi

Thành phần chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi khử photpho là CaO, tỉ

lệ phối trộn nhất định là vẩy sắt bị oxi hóa hay bột quặng thiêu kết và tỉ lệ florua thích hợp Nghiên cứu đã cho thấy độ hạt của những nguyên liệu này rất mịn, sau khi thổi vào trong gang lỏng, do chênh lệch vị trí oxi trong gang lỏng, nên có thể đồng thời khử photpho và lưu huỳnh

Sử dụng chất khử photpho trong hệ vôi có thể đạt tới hiệu quả khử photpho, gía rẻ, giá thành phẩm thấp Bất kể là sử dụng hệ soda hay nguyên liệu trong hệ vôi để khử photpho thì hàm lượng silic trong gang lỏng thấp đều có lợi cho khử photpho Do vậy khi sử dụng chất khử photpho trong hệ soda để khử photpho trong gang, yêu cầu Si trong gang < 0.10%

2.1.1.2 Phương pháp khử photpho

① Phương pháp khuấy trộn bằng máy

Đây là phương pháp trộn chất khử photpho vào trong gang lỏng, sau

đó sử dụng máy khuấy trộn có lắp phiến lá để trộn đều gang lỏng, cũng có thể đồng thời thổi khí oxi vào trong gang lỏng Các nhà máy ở Nhật Bản thưòng sử dụng phương pháp máy khuấy trộn bằng máy, tiến hành khử photpho ngoài lò với thùng chứa 50t gang lỏng, trong đó vận tốc xoay của

trục lá là 50~70 vòng/phút, lượng thổi oxy là 8~ 18 m3/t, thời gian xử lý 30~60 phút, tỉ lệ khử photpho là 60~85 %

② Phương pháp phun thổi

Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay, dùng khí để phun thổi chất khử photpho vào trong thùng gang lỏng, làm chất khử photpho trộn lẫn và phản ứng với gang lỏng, đạt được hiệu quả cao trong khử photpho Phương pháp phun thổi được ứng dụng trong thùng gang lỏng 100 tấn của công ty thép Tân Nhật (Nhật Bản), trong đó khí sử dụng là khí Argon, thổi vào chất khử photpho: 45 kg/t, thời gian xử lý phun thổi: 20 phút, tỉ lệ khử photpho là khoảng 90 %

2.1.2 Lưu huỳnh

Lưu huỳnh cũng là một trong những nguyên tố có hại cho thép Hàm lượng S trong thép cao dẫn đến hiện tượng “bở nóng” khi gia công áp lực nên cần khử bỏ S trong quá trình luyện thép Lưu huỳnh ở lò thổi chủ yếu là

có từ nguyên liệu kim loại, và trong trợ dung, trong đó lưu huỳnh trong gang lỏng là nguồn chủ yếu Khử lưu huỳnh trong lò thổi rất hạn chế

Trước đây, khử lưu huỳnh ngoài lò chỉ là biện pháp hỗ trợ Do kỹ thuật khả thi, hiệu quả kinh tế, dần dần nâng cao tính năng và chất lượng thép, là một trong những kỹ năng tất yếu nâng cao hiệu quả kinh tế Hiện nay, kỹ thuật khử lưu huỳnh ngoài lò đã trở nên điêu luyện hơn, trở thành một trong những mắt xích quan trọng trong việc sản xuất gang thép hiện nay

2.1.2.1 Chất khử lưu huỳnh

Nguyên lý khử lưu huỳnh gang lỏng ngoài lò hay khử lưu huỳnh trong

lò luyện gang về cơ bản là giống nhau Từ góc độ nhiệt lực học xem xét, quá trình lựa chọn nguyên tố hay chất hóa học làm lực liên kết lưu huỳnh lớn hơn lực liên kết giữa sắt và lưu huỳnh, làm cho lưu huỳnh chuyển hóa thành chất lưu huỳnh hòa tan hoặc không hòa tan vào dung dịch gang lỏng Đồng thời,

cũng tạo ra những điều kiện tốt cho động lực học, tăng tốc cho quá trình phản ứng khử lưu huỳnh

Nghiên cứu đã cho thấy, điều kiện khử lưu huỳnh trong gang lỏng ưu việt hơn điều kiện khử lưu huỳnh trong thép lỏng, hiệu suất khử lưu huỳnh cao hơn từ 5 đến 7 lần so với thép lỏng Do các nguyên nhân chủ yếu dưới đây:

- Trong gang lỏng có hàm lượng các nguyên tố như: C, Si khá cao, tăng cao hệ số hoạt độ lưu huỳnh trong gang lỏng

- Hàm lượng Oxi trong gang lỏng thấp, rất có lợi cho khử lưu huỳnh Chủ yếu là xem xét tổng hợp các nhân tố về khả năng khử lưu huỳnh, giá thành, tài nguyên, bảo vệ môi trường, sự ăn mòn vật liệu chịu lửa, trạng thái hình thành chất lưu huỳnh, ảnh hưởng đến thao tác, và an toàn sau đó mới quyết định lựa chọn chất khử lưu huỳnh Hiện nay có mấy loại chất khử lưu huỳnh như sau:

(1) Bột đất đèn

Thành phần chủ yếu là: CaC2, là một chất quan trọng để khử lưu huỳnh,

độ hạt trong khoảng 0.1~ 1mm Sau khi bột đất đèn tác dụng với gang lỏng

- Trong quá trình khử lưu huỳnh có sự ngăn thoát ra lượng nhỏ khí

CO và C2H2. Do vậy, môi trường bị ô nhiễm nên cần phải lắp máy lọc bụi

- Bột đất đèn là sản phẩm công nghiệp vì vậy giá rất đắt

- Sau khi CaC2 hấp thụ nước sẽ sản sinh phản ứng sau:

CaS(s) + 2H2O → Ca ( OH)2 + C2H2  (2.5)

CaS(s) + 2H2O → CaO(s) + C2H2  (2.6)

Chất C2H2 được tạo thành là khí tự nhiên, rất dễ nổ Do vậy phải đặc biệt chú ý an toàn trong quá trình vận chuyển và tích trữ bột đất đèn

(2) Bột vôi

Thành phần chủ yếu là: CaO Bột vôi khi tác dụng với gang lỏng sẽ sản sinh phản ứng sau:

4CaO(s) + 2 [ FeS] + [Si] → 2( CaS) +2 [ FeS] + (2 CaO SiO2) (2.7)

2CaO(s) + 2 [ FeS] + [Si] → 2( CaS) +2 [ FeS] + (SiO2) (2.8)

Bột vôi có những đặc điểm như sau:

- Đồng thời với việc khử lưu huỳnh, Si trong gang lỏng bị oxi hóa thành 2CaO.SiO2 và SiO2 Trong bột vôi cần trộn thêm một lượng CaF2, Al, hay Na2CO3 thích hợp, sẽ làm phá hủy liên kết 2CaO.SiO2 trên bề mặt hạt bột vôi, cải thiện trạng thái khử lưu huỳnh của bột vôi

- Chất khử lưu huỳnh ở trạng thái rắn, tiện cho việc gạt xỉ, làm giảm nhẹ sự ăn mòn vật liệu chịu lửa tấm lót trong nồi gang lỏng, nhưng lượng xỉ sẽ cao

- Tính lưu động của bột vôi trong thùng phun bột kém nên dễ tắc liệu, đồng thời vôi cũng rất dễ hấp thụ nước và bị tan rã

- Giá bột vôi khá rẻ

(3) Bột đá vôi

Thành phần chủ yếu là CaCO3 Phản ứng phân giải thu nhiệt của đá vôi như sau:

CaCO3(s) → CaO + CO2 (2.9)

Đặc điểm của bột đá vôi như sau:

- Đá vôi phân giải thải ra khí CO2, trộn mạnh với gang lỏng, rất có lợi cho phản ứng khử lưu huỳnh; đồng thời khi CaCO3 phân giải ở điểm sâu trong gang lỏng có thể hình thành các hạt bột vôi mịn nhỏ, có hoạt

độ cao, có thể tăng cao hiệu suất khử lưu huỳnh

- Phản ứng giữa khíCO2 được phân giải từ đá vôivà Si trong gang lỏng

sẽ tỏa nhiệt, nhiệt lượng này và nhiệt lượng hấp thụ từ phân giải CaCO3 tương đối thấp Tuy nhiên khi dùng đá vôi khử lưu huỳnh, gang lỏng sẽ không bị giảm nhiệt độ quá nhiều, cũng tương đương với dùng bột vôi khử lưu huỳnh

- Tài nguyên phong phú, giá rẻ

(4) Magiê kim loại và Magiê cơ bản

Magiê là kim loại kiềm thổ, điểm nóng chảy và điểm sôi đều thấp, điểm nóng chảy: 651 0C, điểm sôi 1107 0C, tồn tại ở dạng khí trong gang lỏng Lực liên kết giữa Magie và lưu huỳnh rất mạnh Gang lỏng chỉ cần hòa tan 0.05 ~ 0.06 % magie (tương đương với 0.5~ 0.6 kg/t), là đủ khả năng khử lưu huỳnh Phản ứng của magie khử lưu huỳnh như sau:

Mg(s) → Mg (1) →Mg(g) → [Mg] (2.10)

[Mg] + [FeS] → MgS (s) + [Fe] (2.11)

Đặc điểm của magie kim loại và magie cơ bản

- Khả năng khử lưu huỳnh của magie rất mạnh, hiệu suất khử lưu huỳnh khá cao

- Chất sinh ra là magie sungfua ở dạng rắn, dễ cho việc gạt bỏ, ít ăn mòn vật liệu chịu lửa

- Lượng tiêu hao ít, thời gian xử lý ngắn

Na2 O(s) + [C] + [FeS] → (Na2S) + [Fe] + CO (2.13)

Rất lâu trước đây, thường dùng Sođa khan làm chất khử lưu huỳnh, nhưng

do giá thành đắt, ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nên không được tiếp tục dùng

Các chất khử lưu huỳnh kể trên có thể sử dụng đơn lẻ, cũng có thể phối hợp sử dụng nhưng hiệu ích khử lưu huỳnh cũng khác biệt khá lớn Ví dụ như: chất kết hợp bột đá + bột vôi , bột đất đèn + bột vôi + bột đá vôi, magie kim loại + bột vôi hoặc magie kim loại + bột đất đèn

2.1.2.2 Phương pháp khử lưu huỳnh

Tính cho đến nay có không dưới 20 cách khử lưu huỳnh, Hình 2.1 là cách khử lưu huỳnh Hiện nay, phổ biến nhất là phương pháp khuấy trộn và phun thổi

Hình 2.1 Phương pháp khử lưu huỳnh trước thép lỏng.

Phương pháp này là máy khuấy trộn nhúng vào trong gang lỏng, ở phần trung tâm gang lỏng sẽ hình thành vòng xoáy hình chiếc búa, làm cho gang lỏng và chất khử lưu huỳnh trộn lẫn vào nhau Phương pháp KR, phương pháp DORA, phương pháp RS và phương pháp NP đều là phương pháp khuấy trộn Phương pháp KR khử lưu huỳnh bố trí theo hình 2.2 Nó được tạo thành bởi thiết bị khuấy trộn và thiết bị vận chuyển chất khử lưu huỳnh cấu tạo thành Phần đầu thiết bị khuấy trộn là một cánh trục hình chữ thập, khoang đỡ trong sử dụng kết cấu thép, xây lớp vật liệu chịu lửa bao quanh bên ngoài Tốc độ xoáy của máy trộn là 70 ~ 120 r/phút, sau 1 ~ 1.5 phút trộn, gang lỏng sẽ tạo thành dòng xoáy, trộn thêm chất khử lưu huỳnh, thông qua khuấy trộn, gang lỏng và chất khử lưu huỳnh kết hợp chặt chẽ với nhau, có tác dụng trộn lẫn (Hình 2.2)

Hình 2.2 Cơ cấu đưa chất khử vào gang lỏng.

Nếu sử dụng bột đất đèn làm chất khử lưu huỳnh, lượng dùng cho mỗi tấn gang lỏng là 2~3 kg, nếu sử dụng soda khan thì cần 6~8 kg Thời gian mỗi lần xử lý là 10~15 phút, hiệu suất khử lưu huỳnh là 80 ~ 90 %, lượng xử

lý lớn nhất là: 350 t, chu kỳ xử lý là 30~35 phút

Nếu dùng bột vôi làm chất khử lưu huỳnh, khi s trong gang lỏng =

0.030 %, lượng tiêu hao là 2 kg cho mỗi tấn thép Sau khi xử lý, lượng s

trong gang lỏng có thể giảm xuống mức 0.001%, hiệu suất khử lưu huỳnh là

96 đến 97 % Trước sau xử lý gang lỏng cần gạt xỉ Nhà máy luyện thép số

2 Vũ Cương Trung Quốc nhập khẩu thiết bị KR từ Nhật Bản, năm 1979 đi vào sản xuất, thông qua cải tạo, bột vôi hiện nay đã trở thành chất khử lưu huỳnh, hiệu quả rất tốt

Lấy không khí đã được sấy khô hay khí trơ làm dòng tải, cho chất khử lưu huỳnh và chất khí trộn lẫn vào nhau rồi thổi vào trong gang lỏng, đồng thời khuấy trộn gang lỏng, có thể xử lý ở thùng gang lỏng hay trong xe trộn gang Hình 2.3 là kết cấu thiết bị phun thổi Súng phun thổi có 2 loại, hình chữ “ T” ngược và hình chữ “Y” ngược, hiệu quả phun thổi của súng phun thổi hình chữ “ T” ngược khá tốt, cấu tạo như Hình 2.3

Hình 2.3 Súng phun thổi chất khử.

Súng phun được đặt thẳng đứng trong gang lỏng, do gang lỏng được khuấy trộn nên hiệu quả khử lưu huỳnh rất tốt Độ sâu cắm súng phun và cường độ phun thổi có liên quan trực tiếp đến hiệu suất khử lưu huỳnh Những năm 80 của thế kỷ 20, nhà máy gang thép Bảo Cương đã ứng dụng

kĩ thuật phun thổi khử lưu huỳnh của Nhật, cũng được gọi là phương pháp DTS, chất khử lưu huỳnh là bột đất đèn Nhà máy luyện kim disen của Tây Đức cũng phát minh thêm phương pháp phun thổi ATH Ukraine thì sử dụng súng phun thổi ở phòng trộn để phun thổi chất khử lưu huỳnh

Dùng magie kim loại làm chất khử lưu huỳnh, tiêu hao cho mỗi tấn thép là 0.3kg, s trong gang lỏng giảm từ 0.035 xuống 0.01 %, tiêu hao magie

là 0.4 kg/t, điểm cuối s có thể giảm xuống 0.005 %, thông thường chu kỳ

xử lý là 30~40 phút

2.2 Vê viên quặng

2.2.1 Lý thuyết vê viên

Cùng với sự phát triển của công nghiệp gang thép, nhu cầu về quặng càng ngày càng lớn, mà lượng quặng cục giàu cung cấp nạp trực tiếp vào lò ngày càng giảm Trong nguồn tài nguyên quặng sắt toàn cầu, trữ lượng quặng sắt phẩm vị lớn hơn 40% đã thăm dò đạt khoảng 850 tỉ tấn trữ lượng quặng phẩm vị lớn hơn 50% của Trung Quốc đã thăm dò chỉ đạt khoảng 4%, còn phần lớn là quặng nghèo có chứa hàm lượng tạp chất có hại như P, S, Pb, Zn,

As Loại quặng này cần phải tinh tuyển nghiền nhỏ thành cục mới có thể cấp vào lò luyện

Tỉ lệ đưa vào tuyển của quặng sắt tại các nước Âu Mỹ đạt 83~93 %, quặng sắt đạt 95 % trở lên tại Trung Quốc cần tiến hành tuyển trước Do vậy, sản lượng quặng cục nhân tạo và tỉ lệ nguyên liệu chín lò cao hàng năm đều

có xu thế tăng lên Trong thập kỷ 70 trở lại đây, tỉ lệ quặng chín vào lò của doanh nghiệp gang thép trọng điểm Trung Quốc đã đạt 89 %, tương đương với các nước phát triển Mà quặng cục tự nhiên trực tiếp vào lò thì giảm theo hàng năm, chỉ chiếm 7 % nguyên liệu cho vào lò Tóm lại, với tình hình thay đổi tài nguyên quặng sắt, và với tính ưu việt của quặng nhân tạo, thúc đẩy kỹ thuật vê viên, thiêu kết phát triển

Do quặng vê viên có tính năng luyện kim tốt, phương pháp vê viên đã

có những bước phát triển từ thập kỷ 60, có chuyên gia dự đoán, trong thế kỷ

21 phương pháp vê viên và thiêu kết mỗi loại sẽ chiếm 1 nửa tổng số quặng toàn cầu Thậm chí phương pháp vê viên còn vượt qua thiêu kết, phương pháp vê viên và thiêu kết mỗi loại đều có phạm vi ứng dụng riêng và không cạnh tranh với nhau, mà có quan hệ bổ trợ lẫn nhau Mục đích chung đều là làm cho quặng bột tiến hành quặng cục hóa Đối với việc luyện gang lò cao,

sự phối hợp giữa quặng vê viên và quặng thiêu kết đều ở tỉ lệ hợp lý

Qua thí nghiệm, quặng vê viên và quặng thiêu kết khi gia nhiệt hoàn nguyên, đều giảm độ cứng và thể tích tăng lên do quá trình giãn nở, sản sinh quá trình vỡ vụn và bột hóa Rất nhiều thí nghiệm chứng thực quặng vê viên

có tỉ lệ nứt hơn quặng thiêu kết Quặng vê viên sản sinh giãn nở nhiệt khi có chứa Fe2O3 Sự giãn nở của quặng vê viên thông thường chia làm 2 bước: Bước thứ nhất phát sinh trong giai đoạn quặng sắt đỏ hoàn nguyên thành quặng sắt từ, tỉ lệ giãn nở ở mức 20 % trở xuống Thông thường, giải thích

là kết cấu từ thể 6 mặt của quặng sắt đỏ chuyển biến thành kết cấu thể lập phương của quặng sắt từ, kết cấu tinh thể sắt oxy hóa bị phá vỡ, gây nên sự giãn nở thể tích Tỉ lệ giãn nở lớn nhất xuất hiện ở độ hoàn nguyên là ở

thao tác lò cao Đối với quặng sắt từ làm thành quặng vê viên dính kết lạnh,

mà không có bước giãn nở này Bước thứ 2 phát sinh khi sắt oxit chuyển thành sắt, thì sự giãn nở càng rõ rệt, gọi là giãn nở bất thường, thể tích có thể tăng lên 100 %, thậm chí có lúc còn tăng 300~400 % Khi giãn nở bất thường, hạt tinh quặng sắt bị kéo dài ra phía ngoài bề mặt sắt oxit thành dạng giống như sợi, gọi là râu tinh thể (sắt) Râu tinh thể bị kéo dài ra gây nên lực kéo lớn, làm cho kết cấu sắt bị lỏng lẻo, gây nên giãn nở, do vậy cần sử dụng các biện pháp thích hợp khống chế độ giãn nở theo tiêu chuẩn quy định, nếu không sự giãn nở bất thường này sẽ làm cho lò cao xấu đi vì độ thấu khí (xốp) quá lớn, ảnh hưởng lò cao bị treo liệu v.v…

Mặc dù rất nhiều chỉ tiêu của quặng vê viên tốt hơn quặng thiêu kết, nhưng vấn đề về giãn nở luôn ảnh hưởng tới tính năng luyện kim do vậy không thể không hạn định tỉ lệ phối trộn quặng vê viên trong lò Qua quá trình kinh nghiệm thực tiễn có thể đưa ra kết luận sau:

1 Khi tỉ lệ giãn nở quặng vê viên nhỏ hơn 20 %, thao tác lò cao rất thuận lợi

2 Khi tỉ lệ giãn nở quặng vê viên từ 20 ~ 40 %, tỉ lệ quặng vê viên cấp cho lò không quá 65 %

3 Khi tỉ lệ giãn nở quặng vê viên lớn hơn 40 %, thao tác lò cao trở nên bất thường, lúc đó tỉ lệ phối trộn quặng vê viên vào lò phải nhỏ hơn

65 %, đồng thời phải giảm lượng gió

Tiêu chuẩn chỉ tiêu chất lượng của rất nhiều quốc gia đều quy định tỉ lệ giãn nở quặng vê viên ở trong mức 20 %, thậm chí còn thấp hơn, nhằm đảm bảo lò cao vận hành thuận lợi Để cải thiện tính năng luyện kim nhiệt cao của quặng vê viên, các chuyên gia trong và ngoài nước luôn nghiên cứu giải quyết vấn đề giãn nở của nó, chủ yếu giải quyết bằng các biện pháp sau:

1 Nâng cao hợp lý hàm lượng SiO2 trong quặng vê viên Hàm lượng SiO2 trong quặng vê viên cao có lợi cho việc hình thành tạo xỉ nhiều

Có thể kìm chế sự giãn nở và tăng trưởng râu tinh thể của quặng vê viên Có người cho rằng quặng vê viên ở vùng Bắc Mỹ rất ít giãn nở

bất thường, tỉ lệ cấp vào lò có thể đạt 100 %, điều này có liên quan tới hàm lượng SiO2 của quặng đó có thể đạt 4~6 %

2 Xác định độ kiềm thích hợp cho quặng vê viên Qua nghiên cứu lý thuyết, CaO trong sắt Oxit phân bố không đồng đều là nguyên nhân chính hình thành râu tinh thể sắt Giải quyết sự phân bố đồng đều của CaO, sẽ liên quan đến vấn đề độ kiềm trong quặng vê viên, qua thử nghiệm cho thấy, khi dùng quặng sắt có chứa 1~10 % SiO2 để sản xuất quặng vê viên, thì quặng vê viên có độ kiềm là 0.3 ~ 0.4, độ giãn nở thể tích lớn nhất, khi tiếp tục tăng độ kiềm đến 0.7 ~ 0.8, thì tỉ lệ giãn

nở giảm rõ rệt

3 Nâng cao nhiệt độ đốt quặng vê viên Dưới điều kiện cho phép của thiết bị và dưới tình trạng bề mặt tầng liệu không phát sinh nóng chảy quá mức cho phép, thì việc nâng cao nhiệt độ nung quặng viên thích hợp không chỉ có thể nâng cao độ bền trạng thái nguội của quặng vê viên, mà còn có thể nâng cao độ bền hoàn nguyên nhiệt của nó Điều này do nhiệt độ cao có thể tăng sự kết cứng của xỉ, có lợi cho sự khuyếch tán Ca2+, đạt được sự phân bố đồng đều và cải thiện nguyên nhân dẫn tới điều kiện phát sinh kết tinh của quặng sắt đỏ Cùng với việc nâng cao nhiệt độ nung quặng viên, còn làm cho tầng trên và dưới của quặng vê viên được đốt đồng đều Hiện nay các đơn vị trong và ngoài nước đã lấy việc nâng cao nhiệt độ để làm mục tiêu chính thúc đấy kết tinh xỉ để cải thiện tính năng luyện kim ở nhiệt độ cao của quặng vê viên

Ngoài ra, việc tăng tỉ lệ giới hạn hạt nguyên liệu, giảm hàm lượng Fe2O3

trong nguyên liệu v.v…cũng đạt được hiệu quả nhất định trong việc khống chế (ức chế) độ giãn nở của quặng vê viên Quy trình công nghệ sản xuất quặng vê viên được trình bày dưới sơ đồ (Hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất quặng vê viên.

Nhằm tạo sự ổn định thành phần hóa học trong quặng vê viên để tạo thuận lợi cho quá trình vê viên, nguyên liệu phải được trộn đều; Chất trợ dung (bentonite, vôi sống, dolomite v.v…) phải được nghiền với cỡ hạt quy định, khi tinh quặng có độ hạt thô, phải nghiền nhỏ đến độ hạt quy định để

vê viên; khi bột quặng có độ ẩm cao, phải xử lý sấy khô Chuẩn bị nguyên liệu trộn hỗn hợp quặng đầy đủ Trộn đều nước và quặng nguyên liệu trong

máy trộn, qua máy vê viên tạo thành viên quặng sống với kích thước phù hợp, và sàng phân loại ra hạt nhỏ Viên quặng sống đạt tiêu chuẩn được bố liệu lên thiết bị thiêu thông qua máy bố liệu để tiến hành sấy khô, dự nhiệt

và nung đóng kết ở nhiệt độ cao, sau đó làm mát xuống dưới 150 0C, sàng loại bỏ hạt nhỏ hơn 5 mm, phân loại cỡ hạt từ 5~10 mm làm liệu rải đáy (khi dùng máy thiêu dạng băng tải), đạt được quặng vê viên thành phẩm có tính năng luyện kim tốt và độ bền tốt ở nhiệt độ thường

Viên nguyên liệu mịn là nguyên liệu được làm ẩm và dưới tác dụng của lực

cơ giới và áp lực mao dẫn được tạo viên thông qua thiết bị vê viên Do áp lực mao dẫn, lực ma sát giữa các hạt và lực dẫn phân tử v.v…làm cho viên sống có được độ bền cơ giới nhất định Tính năng vê viên của các loại nguyên liệu đều không giống nhau, chủ yếu có liên quan tới tính chất bề mặt nguyên liệu và khả năng tương thích của nước

2.2.2 Nhân tố ảnh hưởng tới quá trình bột quặng vê thành viên

Nhân tố ảnh hưởng tới quá trình bột quặng vê thành viên gồm 2 phương diện là tính chất nguyên liệu và điều kiện công nghệ vê viên

(1) Ảnh hưởng của tính chất nguyên liệu:

 Tính chất nguyên liệu: tính hút nước của bề mặt hạt càng mạnh, thì góc tiếp xúc ẩm giữa nước và hạt càng nhỏ, hạt quặng dễ bị ẩm, hàm lượng nước màng mỏng và nước mao dẫn càng cao, lực tác dụng nước mao dẫn càng mạnh, tính hình thành viên càng tốt Hình dạng viên quặng to hay nhỏ quyết định bởi diện tích bề mặt tiếp xúc hạt nguyên liệu trong viên quặng Diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn, độ bền viên quặng sống càng cao Hạt tinh thể quặng dạng kim, dạng mảnh, hạt bề mặt thô, có diện tích tiếp xúc lớn nhất thì tính vê viên tốt, mà hạt có hình dạng đa giác, mà bề mặt trơn bóng diện tích tiếp xúc nhỏ, thì tính vê viên kém

 Tính hình thành viên của quặng sắt limonit trong bột quặng sắt là tốt nhất, quặng sắt từ là kém nhất, quặng sắt limonit có tính hút nước rất