Luyen thep trong lo thoi oxi

LUYỆN THÉP TRONG
LÒ THỔI OXI


LUYỆN THÉP
TRONG LỊ THỔI OXI
• Q trình lị thổi oxi là một trong những quá
trình luyện thép từ gang lỏng mà không tốn
nhiên liệu bằng cách thổi oxi kỹ thuật vào gang
lỏng trong lị thổi.
• Lần đầu tiên q trình luyện thép lị thổi oxi
được thực hiện với quy mơ công nghiệp ở
nước Áo vào năm 1952-1953 tại các nhà máy
ở các thành phố Linz và Donawitz nên phương
pháp này được gọi theo tên viết tắt của các
thành phố này là LD.


• Q trình có vai trị dẫn đầu trong các phương
pháp sản xuất thép với quy mô lớn. Hiện nay,
sự tăng trưởng sản xuất thép ở tất cả các nước
diễn ra chủ yếu là nhờ đưa các phân xưởng lò
thổi oxi vào hoạt động. Sự thành cơng của q
trình lị thổi oxi được giải thích là do khả năng
xử lý được gần như bất kỳ thành phần nào của
gang với việc sử dụng phế liệu từ 10 đến 30%,
khả năng nấu luyện nhiều loại thép khác nhau
bao gồm cả thép hợp kim, năng suất cao, chi
phí xây dựng ít, tính linh hoạt cao và chất
lượng sản phẩm tốt.

1. Q trình luyện thép lị thổi đỉnh oxi
1.1. Thiết bị lị thổi đỉnh oxi.
• Mặc dù q trình lị thổi oxi được phổ biến rộng rãi, nhưng
đến bây giờ vẫn chưa có một lý thuyết hồn chỉnh để tính
tốn nội hình lị thổi. Khi lựa chọn hình dạng lị thổi, cần tính
tốn một loạt các thơng số, bắt đầu từ hiện tượng khí động
lực học và thủy động lực học xảy ra trong khơng gian lị thổi
trong thời gian thổi khí và kết thúc bằng các vấn đề về bảo
dưỡng và sửa chữa lị.
• Phần lớn các lị thổi có hình dạng quả lê với miệng lị đồng
tâm. Thân lò đối xứng qua trục tâm đứng của lò. Thể xây lị
tạo ra khơng gian làm việc của lị. Khơng gian làm việc của lò
bị giới hạn bởi đáy lò phía dưới có hình chỏm cầu chuyển
tiếp qua phần hình trụ và phần hình nón cụt phía trên có
miệng lị. Cịn có các phương án khác về hình dạng khơng
gian làm việc của lị như: phần phía dưới có hình nón cụt
hay hình nón cụt kết hợp với hình chỏm cầu.


• Hình dạng như vậy đảm bảo điều kiện để đưa
ống thổi oxi vào lị và đưa khí thải ra khỏi lị,
rót gang lỏng vào lị, nạp phế liệu và các chất
tạo xỉ.
• Trên hình 1 là lị thổi có đáy lò tháo rời được.
Với đáy lò tháo rời được dễ dàng sửa chữa lị.
Trong trường hợp này, có thể chuẩn bị trước
đáy lò trên một giá tựa đặc biệt. Đáy lò được
ghép với thân lò bằng mối ghép chêm. Để làm
kín chỗ nối giữa đáy lị và thân lị, người ta trét

bột chịu lửa nhão. Các lò thổi với dung tích
>100 tấn, có đáy liền khơng tháo rời được để
đảm bảo độ cứng vững của tồn bộ thân lị.


Hình 1. Lị thổi oxi 100 tấn có đáy tháo rời được


• Vỏ lò được hàn từ thép tấm dày từ 20 đến 110 mm. Người ta
gắn chặt tai trục, dùng để ghép với thiết bị nghiêng lò, vào giữa
thân lò thổi. Ở chỗ ghép tai trục vào thân lò, người ta sử dụng
các biện pháp khác nhau để ngăn ngừa tác động nhiệt, ví dụ,
sử dụng tường lị hai lớp hay hệ thống nước làm nguội bên
trong tai trục.
• Miệng lò chịu biến dạng dẻo nhiều nhất ở nhiệt độ cao do bức
xạ nhiệt từ kim loại và khí lị trong quá trình nấu luyện. Do vậy,
để tăng tuổi thọ của miệng lị, người ta làm nguội bằng nước
hay đơi khi người ta làm miệng lị tháo rời được.
• Cơ cấu nghiêng lị thổi bao gồm hệ truyền động (hình 2) ghép
tai trục với cơ cấu dẫn động. Lò thổi có thể quay xung quanh
trục nằm ngang một góc 3600 với tốc độ từ 0,01 đến 2
vòng/phút. Đối với các lị thổi có dung tích nhỏ và trung bình,
người ta sử dụng cơ cấu dẫn động một bên. Cơ cấu dẫn động
gồm hai hay vài động cơ điện. Đối với các lị thổi có dung tích
>200 tấn, người ta sử dụng cơ cấu dẫn động hai bên, ví dụ,
gồm bốn động cơ điện, mỗi tai trục có hai động cơ.


Hình 2. Lị thổi oxi
1- Ổ đỡ; 2- Tai trục; 3- Vỏ bảo vệ; 4- Vành đỡ; 5- Hộp bánh răng

bị dẫn; 6- Động cơ treo và hộp giảm tốc; 7-Bánh răng bị dẫn; 8Bộ chống rung của động cơ treo; 9- Bộ chống rung của hộp bánh
răng bị dẫn; 10- Trụ đỡ.


• Trong đỉnh lị thổi có lỗ tháo thép. Việc tháo thép qua lỗ tháo
cho phép giảm khuấy trộn giữa kim loại và xỉ. Lỗ tháo được bịt
kín bằng đất sét chịu lửa nhào trộn với nước. Việc chọn đúng
nội hình lị thổi đảm bảo hoạt động của lị thành cơng. Các
thơng số cơ bản để tính tốn nội hình lị thổi là: Chiều cao H
và đường kính khơng gian làm việc của lị D, thể tích riêng V r,
chiều sâu bể kim loại lịng l, đường kính miệng lị d v.v..
• Tỷ lệ giữa các giá trị này đối với các lị thổi có dung tích khác
nhau được thể hiện trên bảng 1.
• Thể tích riêng của các lị thổi có dung tích <100 tấn dao động
từ 0,8 đến 1,1 m3/tấn; đối với các lò thổi 270, 300 tấn và lớn
hơn – đến 0,7-0,79 m3/tấn. Tăng thể tích riêng q lớn hay
giảm thể tích riêng q nhỏ đều khơng nên. Trong trường hợp
thứ nhất dẫn đến tăng kích thước lò thổi và xưởng luyện thép,
tăng tiêu hao gạch chịu lửa. Trong trường hợp thứ hai dẫn đến
tăng phun bắn kim loại, gây khó khăn cho việc nấu luyện.


Bảng 1. Đặc tính của các lị thổi oxi
Dung tích
lị thổi, t

H, m

D, m

H/D

Vr, m3/t

l, m

d, m

30

5,85

2,78

2,10

1,00

0,85

1,40

40

5,50

3,00

1,83

0,81

1,00

1,50

100

7,65

4,00

1,90

0,80

1,50

1,65

135

8,50

5,55

1,53

1,10

1,34

2,60

180

9,35

5,52

1,69

0,93

1,71

2,85

200

9,50

5,95

1,60

1,03

1,78

3,10

250

8,46

6,08

1,39

0,76

1,50

2,60

300

9,00

6,70

1,34

0,67

1,72

3,66

• Tỷ lệ chiều cao khơng gian lị H và đường kính trong D đối với các
lị thổi vào khoảng 2,1-1,17, tỷ lệ này giảm đối với các lị có dung
tích lớn. Giá trị tỷ lệ này đối với các lị thổi có dung tích >300 tấn
vào khoảng 1,35-1,30 và đối với các lò nhỏ (đến 80 tấn) vào
khoảng 1,9-2,0 là tối ưu. Tỷ lệ giữa dung tích, đường kính trong D
và chiều sâu bể kim loại l của lò thổi như sau:
Dung tích
100
150
200
300
D, m
4-4,4
4,8-5,5 5,5-5,94
6,7
l, m
1,4-1,5 1,54-1,61 1,85-1,9 1,99-2,05
• Người ta chọn đường kính miệng lị thổi từ khối lượng phế liệu
của mẻ nấu luyện. Miệng lị có kích thước lớn cho phép nạp phế
liệu vào một lần nên giảm thời gian nấu luyện, tăng tuổi thọ vật
liệu chịu lửa của miệng lị (giảm tác động của dịng khí thải nóng).
Nhưng đường kính miệng lị q lớn có thể là ngun nhân hút
khơng khí của khí quyển vào lị dẫn đến tăng hàm lượng nitơ
trong thép. Đường kính miệng lò của các lò chuyển vào khoảng
0,4-0,6D, tức là vào khoảng 1,0-3,8 m. Góc nghiêng của thành
miệng lị đối với phương thẳng đứng vào khoảng 20-45 0.


Thể xây lị thổi.

• Trên hình 3 là cấu tạo thể xây ba lớp của lò thổi. Thể
xây gồm lớp cốt nằm sát vỏ lò, lớp trung gian và lớp
làm việc nằm phía trong cùng. Lớp cốt được xây
bằng gạch manhêzit nung hay crom-manhêzit, có
chiều dày 110-250 mm. Lớp này làm việc trong thời
gian dài không phải xây lại. Lớp trung gian bảo vệ
cho lớp cốt, được đầm bằng hỗn đolomit-nhựa than
đá, thông thường được xây bằng gạch đolomit-nhựa
than đá đã qua sử dụng. Lớp làm việc được xây
bằng gạch đolomit-nhựa than đá hay gạch đolomitmanhêzit không nung. Chiều dày lớp làm việc vào
khoảng 380-750 mm đối với các lò thổi có dung tích
khác nhau. Tổng chiều dày của thể xây lị thổi
khoảng 700-1000 mm, tùy thuộc vào dung tích lò.


• Điều kiện vận hành của lớp xây lò thổi oxi phức
tạp hơn nhiều so với các phương pháp sản
xuất thép khác. Đó là do các nguyên nhân sau:
1) Sự khuấy trộn thép mãnh liệt khi thổi oxi; 2)
Tác động va đập của liệu nạp vào lò; 3) Tác
động của tải trọng đổi dấu, xuất hiện khi quay
lò thổi; 4) Sự dao động mạnh của nhiệt độ
trong chu kỳ từ mẻ nấu luyện này đến khi rót
mẻ nấu luyện tiếp theo; 5) Tác động của nhiệt
độ cao; 6) Tạo ra khối lượng bụi lớn.


Hình 3. Thể xây lị thổi

• Như vậy, vật liệu chịu lửa để xây lò thổi phải có độ bền
hóa học cao, chống tác động xói mịn do các dịng kim
loại và xỉ gây ra và chống va đập do nạp liệu.
• Gạch đolomit-nhựa than đá đáp ứng được những yêu
cầu trên và yêu cầu về kinh tế. Gạch đolomit-nhựa
than đá được làm từ đolomit nung có thêm 4-9% nhựa
than đá. Thành phần của đolomit nung: 50-60% CaO;
32-39% MgO; 5-7% SiO2; 8-12% tất cả các tạp
chất, bao gồm SiO2. Người ta sản xuất gạch đolomit
bằng cách ép dưới áp suất 30-40 MPa. Nhược điểm
của gạch đolomit-nhựa than đá là có xu hướng hyđrat
hóa, tức là gạch đolomit-nhựa than đá không thể cất
giữ trong thời gian dài được (gạch mất độ bền và tơi,
bở). Do vậy, khi cất giữ và vận chuyển gạch phải bọc
giấy bóng kính.


• Gạch đolomit-manhêzit-nhựa than đá (45-55% MgO) có khả năng
chống tác động của xỉ tốt, ít bị vỡ và ít có xu hướng tạo hiđrat.
Thay gạch đolomit-nhựa than đá bằng gạch đolomit-manhêzitnhựa than đá cho phép tăng tuổi thọ thể xây. Thể xây lị thổi bằng
gạch khơng nung. Việc nung thể xây được thực hiện ở 110012000C nhờ các mỏ đốt dầu mazut. Khi nung xảy ra cốc hóa nhựa
than đá tạo thành than cốc bền, chắc. Than cốc tăng độ bền cho
thể xây, giảm tương tác của xỉ với thể xây. Người ta xây đáy lò
thổi theo ba lớp. Sát vỏ lị được xây bằng gạch samơt hay gạch
manhêzit nung, sau đó là gạch manhêzit và lớp gạch đolomitnhựa than đá hay đolomit-manhêzit.
• Phương pháp tăng tuổi thọ thể xây lò hiệu quả là phun vữa vào
những chỗ dễ mòn hỏng nhất. Phương pháp này là phun lên bề
mặt thể xây bằng hỗn hợp bột crom-manhêzit trong dịng khơng
khí nén. Độ bền thể xây các lò thổi oxi hiện đại vào khoảng 500800 mẻ nấu luyện (độ bền tối đa đạt được khoảng 1400 mẻ nấu),
tương ứng với tiêu hao gạch chịu lửa từ 2 đến 6 kg/t. Đây là tiêu

hao nhỏ nhất so với tất cả các phương pháp sản xuất thép quy
mô lớn.


Cấu tạo ống thổi oxi.
• Oxi đi vào lị theo ống thổi có nước làm nguội, được làm từ ba
ống thép kéo liền, lắp đồng tâm nhau. Phía dưới ống thổi gió là
đầu ống bằng đồng. Đầu ống thổi gió có thể thay đổi được. Đầu
ống được gắn vào ống thép bằng ren hay hàn. Thông thường,
oxi đi vào ống ở trong cùng, cịn hai ống ở ngồi dùng để dẫn
nước vào và nước ra. Cũng có cấu tạo ống thổi oxi với nước
làm nguội đưa vào ống trong cùng. Áp suất của oxi đi vào ống
thổi khoảng 0,9-1,5 MPa, áp suất nước làm nguội 0,6-1,0 MPa.
Nhiệt độ nước ra khỏi ống thổi oxi khơng được q 400C.
• Ống thổi được đặt thẳng đứng theo trục tâm của lò thổi. Chiều
cao lắp đặt ống thổi trên mức kim loại thay đổi theo tiến trình
nấu luyện. Việc nâng và hạ ống thổi oxi nhờ cơ cấu, được khóa
liên động với cơ cấu quay lị thổi. Lị thổi khơng thể quay khi
chưa rút ống thổi oxi ra khỏi lò. Cấu tạo ống thổi oxi có ảnh
hưởng lớn đến hoạt động của lị thổi và năng suất lò, tuổi thọ
thể xây, sản lượng đạt yêu cầu v.v..


• Ống thổi một vòi phun là cấu tạo đơn giản nhất. Ống thổi
một vòi phun được sử dụng thành cơng trong các lị thổi
có dung tích nhỏ và trung bình với lưu lượng oxi khơng
q 200-300 m3/phút.
• Khi tăng kích thước lị thổi và khối lượng oxi thổi qua
một vòi phun làm tăng mạnh lượng kim loại phun bắn ra,
dẫn đến giảm sản lượng đạt yêu cầu và giảm tuổi thọ

thể xây lò. Khi sử dụng ống thổi nhiều vòi phun cho phép
thổi phân tán “thổi mềm”, tăng diện tích vùng phản ứng,
giảm khối lượng kim loại phun bắn ra, cho phép thổi khối
lượng oxi lớn (500-900 m3/phút).
• Phổ biến nhất là ống thổi ba và bốn vòi phun (hình 4).
Đầu các ống thổi này có các vịi phun đi ra theo hình rẽ
quạt nghiêng một góc 6-150 so với trục tâm ống thổi.
Tuổi thọ của ống thổi oxi vào khoảng 70-300 mẻ nấu
luyện.


Hình 4. Đầu ống thổi ba vịi phun
1- Phân bố nước; 2- Vòi phun Lavan


2. Ngun liệu luyện thép lị thổi oxi.
• Ngun liệu của q trình lị thổi oxi gồm có gang và
thép phế liệu (thép vụn), trợ dung (đá vôi, vôi, quặng
bôxit, huỳnh thạch), vật liệu làm nguội (quặng sắt,
vảy sắt v.v..), các chất hợp kim hóa và khử oxi.
Ngồi các vật liệu kể trên, đôi khi người ta sử dụng
quặng thiêu kết, quặng vê viên, quặng-vơi đóng
bánh, quặng mangan. Tỷ lệ gang trong phần liệu kim
loại từ 70 đến 100%. Trong các nhà máy luyện thép
của nước Nga thường sử dụng gang có thành phần:
3,9-4,3% C; 0,5-1,0% Si; 0,7-1,7% Mn; 0,03-0,06%
S; 0,015-0,15% P. Thành phần gang ảnh hưởng rất
nhiều đến quá trình luyện thép, chất lượng thép, tuổi
thọ thể xây lị và các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của quá
trình luyện thép.