Nghiên cứu công nghệ xử lý tạp chất trong gang lỏng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.12 MB, 95 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
LÊ HOÀNG
LÊ HOÀNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TẠP CHẤT TRONG GANG LỎNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU KIM LOẠI
KHOÁ 2012B
Hà Nội – Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
LÊ HOÀNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TẠP CHẤT TRONG GANG LỎNG
Chuyên ngành: Khoa học và kỹ thuật vật liệu
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. Nguyễn Sơn Lâm
Hà Nội – Năm 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.
Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Sơn Lâm; Các
số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được công bố
trong các công trình nghiên cứu trước đây.
Tác giả luận văn
Lê Hoàng
Luận văn thạc sĩ
2014
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Danh mục hình vẽ, đồ thị
iv
Danh mục bảng
v
Danh mục chữ viết tắt
vi
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 3
-
Lý do chọn đề tài. ............................................................................................................. 3
Lịch sử nghiên cứu: .......................................................................................................... 6
Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ............................... 7
Tóm tắt các luận điểm cơ bản, một số đóng góp của tác giả: ......................................... 9
Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 10
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................... 11
1.1. Sự phát triển của ngành thép thế giới. ....................................................................... 11
1.1.1. Tình hình phát triển .......................................................................................... 11
1.1.2. Xu hướng phát triển .......................................................................................... 14
1.2. Sự phát triển của ngành thép Việt Nam...................................................................... 17
1.2.1. Quá trình hình thành. ........................................................................................ 17
1.2.2. Tình hình phát triển .......................................................................................... 18
1.2.2.1. Sản xuất gang ................................................................................................ 18
1.2.2.2. Sản xuất phôi thép ......................................................................................... 19
1.2.2.3. Thực trạng công nghệ .................................................................................... 20
1.2.3. Mục tiêu phát triển ngành thép trong thời gian tới ........................................... 24
1.2.4. Thuận lợi và khó khăn của ngành thép Việt Nam. ........................................... 25
CHƢƠNG II. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT........................................................ 27
2.1. Khái quát về gang. ...................................................................................................... 27
2.1.1. Định nghĩa. ....................................................................................................... 27
2.1.2. Phân loại. .......................................................................................................... 27
2.1.2.1. Theo tổ chức tế vi. ......................................................................................... 27
2.1.2.2. Theo công dụng. ............................................................................................ 31
2.2. Khái quát về thép. ....................................................................................................... 32
2.2.1. Định nghĩa. ....................................................................................................... 32
2.2.2. Phân loại. .......................................................................................................... 32
2.2.2.1. Theo thành phần hóa học. .............................................................................. 32
2.2.2.2. Theo công dụng. ........................................................................................... 32
2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến thép và gang. ...................................................... 33
2.3.1. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim. ........................................................... 33
2.3.1.1. Ảnh hưởng của Cácbon (C) ........................................................................... 33
2.3.1.3. Ảnh hưởng của Silic (Si) ............................................................................... 34
2.3.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất ............................................................. 36
2.3.2.1. Ảnh hưởng của S ........................................................................................... 36
ii
Luận văn thạc sĩ
2014
2.3.2.2. Ảnh hưởng của Oxi ....................................................................................... 36
2.3.2.3. Ảnh của các tạp chất khí (Nitơ và Hidrô) ...................................................... 36
2.3.2.4. Ảnh hưởng của Phốt pho (P) ......................................................................... 37
2.5. Ảnh hưởng của công nghệ đối với khả năng khử bỏ tạp chất .................................... 38
2.5.1. Đối với công nghệ sản xuất gang lò cao ........................................................... 38
2.5.2. Đối với công nghệ sản xuất thép ...................................................................... 40
2.5.2.1. Luyện thép lò thổi. ......................................................................................... 41
2.5.2.2. Các phản ứng chính xảy ra trong luyện thép. ................................................ 43
2.5.3. Ảnh hưởng của hàm lượng P trong gang lỏng đến luyện thép lò thổi. ............. 46
2.6. Công nghệ tiền xử lý gang lỏng – Khả năng khử bỏ tạp chất .................................... 46
2.6.1. Khái quát về tiền xử lý gang lỏng. ................................................................... 46
2.6.2. Khả năng khử bỏ tạp chất của công nghệ tiền xử lý......................................... 47
2.6.2.1. Khử Silíc:....................................................................................................... 47
2.6.2.2. Khử Lưu huỳnh: ............................................................................................ 47
2.6.2.3. Khử Phốt Pho. ............................................................................................... 49
2.6.3. Một số công nghệ tiền xử lý gang lỏng ............................................................ 50
2.6.3.1. Công nghệ ZSP .............................................................................................. 50
2.6.3.2. Công nghệ tiền xử lý gang lỏng trên xe Toperdo. ......................................... 51
2.6.3.3. Công nghệ tiền xử lý trong thùng chân không. ............................................. 52
2.7. Xác định phương pháp nghiên cứu cho đề tài. ........................................................... 52
2.7.1. Phương pháp khử bỏ P trong gang lỏng ........................................................... 53
2.7.2. Khả năng xử lý tạp chất P................................................................................. 54
CHƢƠNG III. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .............................................. 55
3.1. Khảo sát tình hình sử dụng gang lỏng trong luyện thép ............................................ 55
3.1.1. Tình hình sử dụng gang lỏng tại Nhà máy thép Lưu Xá – Thái Nguyên ......... 55
3.1.2. Tình hình sử dụng gang lỏng tại Nhà máy gang thép Hòa Phát ....................... 59
3.2. Nghiên cứu thực nghiệm với quy mô thí nghiệm và thí nghiệm mở rộng ................... 63
3.2.1. Mục đích. .......................................................................................................... 63
3.2.2. Thiết bị thí nghiệm. .......................................................................................... 63
3.2.2.1. Thiết bị nấu chảy. .......................................................................................... 63
3.2.2.2. Khuôn đúc. .................................................................................................... 65
3.3. Chuẩn bị nguyên vật liệu và tính toán phối liệu. ........................................................ 66
3.3.1. Nguyên vật liệu: ............................................................................................... 66
3.3.2. Tính toán phối liệu: .......................................................................................... 67
3.3.2.1. Tính phối liệu cho xử lý trong lò 10 kg/mẻ ................................................... 67
3.3.2.2. Tính phối liệu cho xử lý trong lò 50 kg/mẻ ................................................... 70
3.4. Các bước tiến hành thực nghiệm. ............................................................................... 73
3.5. Kết quả đạt được sau khi tiến hành xử lý trong lò 10kg/mẻ với hệ chất phản ứng
CaO – FeO – CaF2. ........................................................................................................... 74
3.6. Thực nghiệm trong thiết bị lò 50 kg/mẻ...................................................................... 78
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 82
Kết luận ............................................................................................................................. 82
Kiến nghị ........................................................................................................................... 83
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 84
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 85
iii
Luận văn thạc sĩ
2014
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân bố thị phần sản xuất thép của thế giới và giá thép cuộn cán nóng 13
Hình 1.2: Lưu trình sản xuất gang thép.
16
Hình 2.1: Tổ chức tế vi của gang xám.
28
Hình 2.2: Tổ chức tế vi của gang cầu.
28
Hình 2.3: Tổ chức tế vi của gang trắng.
30
Hình 2.4:Tổ chức tế vi của gang dẻo.
30
Hình 2.5: Ảnh hưởng của C đến độ bền của thép.
33
Hình 2.6: Giản đồ trạng thái Fe-Mn.
34
Hình 2.7: Ảnh hưởng của một số nguyên tố hợp kim trong dung dịch rắn ferit đến
độ cứng (hình a) và độ dai va đập (hình b).
34
Hình 2.8: Giản đồ trạng thái Si-Fe.
35
Hình 2.9. Chuyển biến hóa lý tại các vùng nhiệt độ khác nhau trong lò cao
39
Hình 2.10: Lưu trình sản xuất thép.
40
Hình 2.12: Cấu tạo lò thổi.
42
Hình 2.13. Cấu tạo và hoạt động cơ bản của lò thổi.
42
Hình 2.14: Quan hệ giữa chỉ số khử P và nhiệt độ.
45
Hình 2.15. Lượng Mg sử dụng khi khử S với MgO+CaC2 phun vào nồi chuyển
48
Hình 2.16. Quy trình ZSP tại nhà máy Fukuyama của NKK.
50
Hình 2.17. Công nghệ tiền xử lý trên xe Toperdo.
51
Hình 2.18. Công nghệ tiền xử lý trong lò thổi.
51
Hình 2.19. Công nghệ tiền xử lý trong thùng chân không.
52
Hình 3.1: Cấu tạo nguyên lý của lò cảm ứng trung tần.
64
Hình 3.2: Lò cảm ứng trung tần dùng trong thực nghiệm.
65
Hình 3.3: Khuôn đúc.
65
Hình 3.4: Gang thỏi sử dụng trong thực nghiệm
66
Hình 3.5: Vảy cán (a) và vôi luyện kim (b) sử dụng trong thực nghiệm
66
Hình 3.6. Sơ đồ lưu trình công nghệ tiến hành thí nghiệm.
73
Hình 3.7. Mẫu gang sau khi đúc thỏi (a) và mẫu gang để phân tích (b)
74
iv
Luận văn thạc sĩ
2014
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Sản lượng thép thô của thế giới từ năm 2007-2012
12
Bảng 1.2. Sản lượng thép sản xuất năm 2010 trên thế giới phân loại theo công nghệ
14
Bảng 1.3. Sản lượng gang giai đoạn 2006 – 2011 của Việt Nam
19
Bảng 1.4. Sản lượng phôi thép Việt Nam năm 2011 theo công nghệ sản xuất
19
Bảng 1.5. Sản lượng phôi và thép thành phẩm sản xuất 2007-2012 (triệu tấn)
20
Bảng 1.6. Các chỉ tiêu KT-KT của ngành sản xuất gang
21
Bảng 1.7. Các chỉ tiêu KT-KT luyện thép của nước ta và thế giới
23
Bảng 1.8. Dự báo nhu cầu thép của Việt Nam đến năm 2025
24
Bảng 1.9. Mục tiêu sản lượng của ngành thép đến năm 2025
25
Bảng 2.1: Thành phần thông thường của gang.
27
Bảng 2.2. Các thuộc tính của gang.
27
Bảng 2.3: Thành phần mác gang đúc theo TCVN 2361 – 90.
31
Bảng 2.4: Thành phần mác gang luyện thép TCVN 2361 – 78.
31
Bảng 3.1: Thành phần hoá học của phối liệu sử dụng cho luyện thép tại Công ty
Gang thép Thái Nguyên.
56
Bảng 3.2: Tiêu chuẩn gang luyện thép – Hòa Phát
59
Bảng 3.3: Thành phần gang lỏng vào lò thổi và thép lỏng ra lò thổi (2012)
60
Bảng 3.4 : Các chỉ tiêu tiêu hao khi sử dụng gang lỏng có %P từ 0,08%-0,14%
61
Bảng 3.5. Thành phần gang nguyên liệu
63
Bảng 3.6: Thành phần gang sau xử lý lựa chọn để tính toán thực nghiệm
67
Bảng 3.7. Nguyên liệu sử dụng trong quy mô xử lý lò 10 kg/mẻ với hệ chất phản
ứng là CaO–FeO–CaF2
70
Bảng 3.8. Nguyên liệu sử dụng trong quy mô xử lý ở lò 50 kg/mẻ
72
Bảng 3.9. Thành phần gang ban đầu và kết quả của mẻ 1 và mẻ 2.
75
Bảng 3.10. Thành phần gang trước và sau xử lý của mẻ 3.
76
Bảng 3.11. Thành phần gang trước và sau xử lý của mẻ 4.
76
v
Luận văn thạc sĩ
2014
Bảng 3.12. Thành phần gang trước và sau xử lý của mẻ 5.
77
Bảng 3.13. Thành phần gang trước và sau xử lý của mẻ 6.
78
Bảng 3.14. Thành phần gang sau xử lý với phương pháp rải hệ phản ứng bề mặt 79
Bảng 3.15. Thành phần gang sau xử lý với phương pháp nhúng sâu hệ phản ứng 79
Bảng 3.16. Thành phần gang sau xử lý bằng Soda.
80
Bảng 3.17. Thành phần gang sau xử lý bằng hỗn hợp Na2CO3 – FeO – CaF2
81
Bảng 3.18: Tổng hợp kết quả nghiên cứu thực nghiệm
81
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BOF/LD: Lò chuyển thổi ôxy
CCM: Máy đúc liên tục
CNH-HĐH: Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá
EAF: Lò điện hồ quang
IF: Lò Cảm ứng
KHCN: Khoa học - Công nghệ
KT-KT: Kinh tế-Kỹ thuật
LF: Lò thùng tinh luyện
n/m: Nhà máy
OH: Lò Martin
SEAISI: Viện Gang-Thép Đông Nam Á (South East Asia Iron and Steel Institute)
UNIDO: Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên hiệp quốc
VSA: Hiệp hội Thép Việt Nam
IISI: Viện Gang thép quốc tế (International Iron and Steel Institute)
WTO: Tổ chức thương mại Thế Giới (World Trade Organization).
ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế
vi
Luận văn thạc sĩ
2014
LỜI NÓI ĐẦU
Có hai phương thức chủ yếu sản xuất thép trên thế giới là sản xuất liên hợp (Quặng
– Lò cao luyện gang – Lò thổi luyện thép – sản phẩm) chiếm 70% sản lượng và sản
xuất bằng lò hồ quang điện (Thép phế - Lò điện luyện thép – Sản phẩm) chiếm
khoảng 28,8% tổng sản lượng thép). Tùy điều kiện hoàn cảnh các quốc gia, vùng
lãnh thổ mà người ta lựa chọn sơ đồ công nghệ sản xuất thép theo hướng liên hợp
hoặc sử dụng công nghệ rút gọn, hoặc sử dụng các công nghệ khác (chiếm khoảng
1,2% sản lượng thép). Nhiều dự án đầu tư sản xuất thép giai đoạn gần đây ở Việt
Nam lựa chọn sơ đồ công nghệ liên hợp.
Cùng với sản lượng thép toàn thế giới tăng, nhu cầu về quặng sắt của các quốc gia
sản xuất thép càng lớn, lượng quặng sắt chất lượng tốt (có hàm lượng sắt cao, tạp
chất có hại ít) càng giảm; ngược lại, lượng quặng có chất lượng thấp được cung cấp
nhiều hơn (đặc biệt là đối với các khách hàng ―nhỏ‖). Ở Việt Nam, có khoảng 216
mỏ, điểm mỏ, với tổng trữ lượng khoảng 1,16 tỉ tấn; một số mỏ lớn như Thạch Khê
- 544 triệu tấn, Quý Sa -112 triệu tấn, Yên Bái -176 triệu tấn, Thái Nguyên -38 triệu
tấn, Cao Bằng -60 triệu tấn, Bắc Kạn -50 triệu tấn, Hà Giang -120 triệu tấn…, tuy
nhiên, chất lượng quặng sắt không cao, hàm lượng lượng sắt không cao và hàm
lượng tạp chất cao, bên cạnh đó, điều kiện khai thác khó khăn. Điều này trở nên
mâu thuẫn hơn khi càng ngày, yêu cầu chất lượng sản phẩm gang thép càng tăng,
cũng có nghĩa là ngoài đạt các chỉ tiêu cơ lý tính, thành phần tạp chất có hại phải ở
giới hạn cho phép và thường là ở mức thấp.
Thời gian gần đây, một loạt các tiến bộ khoa học công nghệ trong sản xuất thép đã
được nghiên cứu và đưa vào áp dụng theo xu hướng tăng năng suất, chất lượng, tiết
kiệm năng lượng, giảm tiêu hao nguyên nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Để tăng
chất lượng của sản phẩm thép có nhiều biện pháp, nhiều phương án công nghệ được
lựa chọn, tùy vào yêu cầu chất lượng sản phẩm và khả năng công nghệ, tài chính
của mỗi quốc gia, mỗi doanh nghiệp; một trong các hướng nghiên cứu được lựa
chọn hiện nay là ngoài việc tăng hàm lượng các nguyên tố hợp kim có lợi trong thép
1
Luận văn thạc sĩ
2014
còn có một hướng khác rất hiệu quả mà không phụ thuộc vào nguồn nguyên tố hợp
kim vừa đắt tiền mà lại ngày càng cạn kiệt. Hướng nghiên cứu đó là khử bỏ các tạp
chất có hại trong thép như P, S, tạp chất khí: H, N, O xuống tới mức tối thiểu.
Do đó trong quá trình học tập và nghiên cứu, tôi đã chọn đề tài ―Nghiên cứu công
nghệ xử lý tạp chất trong gang lỏng‖ để làm luận văn tốt nghiệp. Với mục tiêu của
đề tài là xử lý, giảm thấp các hàm lượng P, S trong gang lỏng trước khi đưa vào
luyện thép, đồng thời đề xuất quy trình công nghệ phù hợp có khả năng áp dụng vào
thực tiễn sản xuất.
Trong quá trình học tập, nghiên cứu, tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, hợp tác
và tạo điều kiện thuận lợi của Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu; Tôi đặc biệt dành
lời cảm ơn tới thày giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Sơn Lâm, thày giáo ThS.
Nguyễn Minh Thuyết đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thày cô, và các bạn đồng nghiệp đã giúp tôi trong
quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này./.
Hà Nội, tháng 3/2014
Lê Hoàng
2
Luận văn thạc sĩ
2014
MỞ ĐẦU
- Lý do chọn đề tài.
Công nghiệp gang thép là ngành công nghiệp cơ bản, đóng vai trò quan trọng trong
quá trình công nghiệp hoá đất nước. Các ngành công nghiệp trụ cột như: cơ khí, ôtô,
xây dựng và các công trình hạ tầng... đều gắn liền với sự hỗ trợ của ngành thép.
Nhiều quốc gia coi trọng công nghiệp gang thép và tạo sự nâng đỡ, phát triển cho
ngành. Trước những năm 90 của thế kỷ 20, đại đa số các xí nghiệp gang thép lớn
của các nước phát triển hay đang phát triển đều là xí nghiệp nhà nước, được bảo hộ
về mọi lĩnh vực. Hậu quả của chính sách này là công nghiệp gang thép có qui mô
kinh tế đặc trưng rõ rệt nhưng lại thuộc vào một trong những ngành nghề có độ tập
trung thấp.
Cùng với tiến bộ của kỹ thuật sản xuất, tiêu hao giảm xuống, hiệu suất tăng lên,
năng suất lao động tăng, giá thành sản phẩm thép liên tục giảm xuống. Do các nước
đã có một thời kỳ dài coi trọng đầu tư cho công nghiệp gang thép, quy mô sản xuất
gang thép phát triển mạnh mẽ, năng lực sản xuất tăng lên rất nhiều vượt quá mức
cầu của thị trường. Gía vận chuyển và hàng rào thuế quan giảm xuống, làm cho trao
đổi thương mại quốc tế tăng dần từng năm, sự cạnh tranh trên thị trường quốc tế
quyết liệt dẫn đến giá thành sản phẩm gang thép chỉ dao động xung quanh giá thành
bình quân của xã hội. Theo báo cáo của Viện Gang thép quốc tế (IISI) năng lực sản
xuất thép thô trên toàn cầu hiện đang vượt nhu cầu thép của thế giới. Sản lượng thép
thô thế giới tăng từ 851 triệu tấn vào năm 2001 lên 1.607 triệu tấn năm 2013, tương
ứng lượng tiêu thụ thép bình quân đầu người tăng từ 150 kg năm 2001 lên 217 kg
năm 2012. Một số quốc gia như Hàn Quốc, Trung Quốc đã đẩy mạnh việc phát triển
ngành thép, nâng cao sản lượng, mở rộng phạm vi đầu tư ra hải ngoại.
Sự thay đổi theo khu vực địa lý của công nghiệp gang thép cho thấy, nguyện vọng
mãnh liệt của việc thực hiện công nghiệp hoá ở các nước phát triển sau, bắt buộc các
nước này phải dành cho ngành thép một sự quan tâm lớn lao. Việc nâng cao hàm
lượng công nghệ, hạ giá thành sản phẩm, với tốc độ tăng trưởng nhanh của nhu cầu
3
Luận văn thạc sĩ
2014
trong nước đã tạo cho những nước đang phát triển có cơ may để đuổi kịp những
nước phát triển.
Những sáng tạo kỹ thuật thúc đẩy tốc độ phát triển của ngành thép rất nhanh. Trong
vòng 20 năm, phương diện nâng cao hiệu quả năng lượng của ngành thép đã thu
được những bước tiến quan trọng. Trước mắt, các nước phát triển đang đầu tư
nguồn kinh phí lớn cho dây truyền sản xuất đã có, tiến hành cải tạo kỹ thuật đi
trước, nâng cao trình độ tự động hoá sản xuất gang thép, từ đó đảm bảo chất lượng
đứng đầu và có ưu thế cạnh tranh thị trường.
Cho đến nay, Lò cao luyện gang là công nghệ chính để luyện gang; Lò chuyển thổi
ôxy luyện thép và lò điện luyện thép đã trở thành công nghệ chính. Thời kỳ cuối của
thế kỷ 20, có sự ảnh hưởng rất lớn đến tiến bộ trong khoa học kỹ thuật chế tạo gang
thép, đặc biệt là sự nghiên cứu cơ bản quá trình chuyển pha và phát triển thiết bị
công nghệ. Kỹ thuật cán liên tục tạo phôi thép tấm mỏng từ đúc liên tục và kỹ thuật
đúc thép dẹt là một bước tiến bộ trong quá trình phát triển kỹ thuật của ngành thép.
Đúc liên tục làm giảm đáng kể giá năng lượng, làm giảm đầu tư thiết bị cán, nâng
cao hiệu quả sản xuất. Đến cuối thế kỷ 20, tỷ lệ đúc liên tục ở các nước phát triển
đạt trên 95%. Do yêu cầu nâng cao sức cạnh tranh và sự xuất hiện kỹ thuật mới,
buộc các xí nghiệp gang thép không ngừng nâng cao hiệu quả sản xuất và sử dụng
có hiệu quả lao động có chất lượng cao, từ đó làm cho số lượng cán bộ nhân viên
trong ngành thép của các nước phát triển ngày một giảm đi. Sự thay đổi lớn nhất
mấy năm gần đây là một số công ty liên doanh lớn đã áp dụng biện pháp cải tiến cơ
cấu quản lý và đề cao các giải pháp linh hoạt trong sản xuất. Điều này làm cho các
xí nghiệp gang thép thích ứng linh hoạt với thực tế và thoả mãn được yêu cầu của
người sử dụng.
Chuyên nghiệp hoá, chuyên môn hóa sản xuất mỗi ngày một tăng, các nhà sản xuất
tập trung sản xuất những sản phẩm có ưu thế cạnh tranh rõ rệt. Kỹ thuật tin học đã
ứng dụng vào các khâu sản xuất, quản lý, tiêu thụ, không ngừng nâng cao hiệu suất
vận hành cuả ngành thép.
4
Luận văn thạc sĩ
2014
Dù công nghiệp gang thép là ngành sản xuất truyền thống, là ngành công nghiệp tập
trung vốn lớn, hàm lượng kỹ thuật chưa cao, nhưng cải tiến kỹ thuật công nghệ, tính
năng sản phẩm, nâng cao chất lượng vẫn phải dựa vào những tiến bộ về khoa học
kỹ thuật. Các công ty gang thép lớn cũng đã tập trung sự chú ý vào các vấn đề
nghiên cứu và phát triển, cố gắng sản xuất được nhiều sản phẩm có sức cạnh tranh
cao, thoả mãn yêu cầu của khách hàng. Sau những năm 90 các công ty gang thép
lớn trên thế giới đã sử dụng 0,6-1,3% tổng doanh thu cho nghiên cứu R-D, mỗi năm
chi phí khoảng 75 triệu USD đến 0,2 tỷ USD; so với ngành hàng không, ôtô, điện
tử... đầu tư cho nghiên cứu khoa học chưa phải là cao, nhưng cũng thể hiện rõ xu
thế coi trọng công tác nghiên cứu khoa học kỹ thuật của ngành thép.
Để đạt được mục tiêu nước ta về cơ bản trở thành nước công nghiệp hóa, hiện đại
hóa vào năm 2020, ngành công nghiệp nói chung, ngành công nghiệp gang thép nói
riêng còn cần rất nhiều nỗ lực. Theo thống kê của Nippon Steel Corporation, giai
đoạn bắt đầu ―cất cánh‖ của nhiều nền kinh tế thông thường có lượng tiêu thụ thép/
đầu người đạt khoảng 100 kg/người, tương ứng GNP/ người khoảng 1000 USD (các
chỉ tiêu này gần tương đương hiện trạng ở Việt Nam); Giai đoạn phát triển có mức
tiêu thụ đạt 600 – 1000 kg thép/người và qua giai đoạn bão hòa, tiêu thụ thép ở giai
đoạn ổn định khoảng 350 kg- 400 kg/ người.
Hiện nay, các nhà máy ở Việt Nam đang được xây dựng và sẽ được xây dựng trong
tương lai với xu thế lưu trình công nghệ được lựa chọn chủ đạo là:
Lò cao – Lò thổi – Tinh luyện – Đúc liên tục – Sản phẩm
Gang lỏng là nguyên liệu cơ bản và quan trọng cho luyện thép, chất lượng của gang
lỏng là yếu tố đầu tiên có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của thép và hiệu quả của
quá trình công nghệ. Trong gang lỏng tồn tại một số thành phần có hại như P, S…
chúng làm giảm mạnh chất lượng sản phẩm thép sau này.
Nghiên cứu biện pháp xử lý các tạp chất có hại trong gang lỏng trở nên cấp thiết đối
với ngành thép Việt Nam khi yêu cầu chất lượng sản phẩm thép ngày một chặt chẽ,
trong khi thép bán ra vẫn phải đảm bảo giá thành cạnh tranh, đây cũng là lý do để
lựa chọn đề tài này.
5
Luận văn thạc sĩ
2014
- Lịch sử nghiên cứu:
Xử lý tạp chất trong gang lỏng là một biện pháp đã được nghiên cứu, phát triển và
ứng dụng trên thế giới, tuy nhiên, ở Việt Nam mới chỉ có những bước nghiên cứu sơ
bộ. Công nghệ này cho phép xử lý trước một phần tạp chất có hại trong nước gang,
làm giảm gánh nặng khử tạp chất cho công nghệ luyện thép, gián tiếp giảm giá
thành sản phẩm.
Tùy vào chất lượng nguồn quặng sắt và cốc ở các quốc gia mà người ta tập trung
nghiên cứu theo hướng khử bỏ các tạp chất có hại.
Việc xử lý nước gang lỏng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu đầu vào và yêu
cầu của công nghệ luyện thép. Tiền xử lý nước gang ở các nước Bắc Mỹ và Châu
Âu tập trung vào khử S vì thường sử dụng quặng sắt chứa ít P, ngược lại tiền xử lý
ở Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc chủ yếu quan tâm khử bỏ P. Cho đến nay, các
lò cao trên thế giới thông thường sử dụng nhiều loại quặng sắt phối trộn với nhau để
đảm bảo yếu tố ―trung hòa‖; thông thường một lò sử dụng quặng được phối trộn từ
10 nguồn quặng khác nhau trở lên; đảm bảo vận hành lò ổn định trong khoảng 8-10
năm, vì không dừng lò bất kỳ để chờ quặng. Vì đặc điểm như vậy, người ta luôn ưu
tiên lựa chọn nguồn cung cấp quặng tại địa phương, chiếm tỉ lệ chính, sau đó phối
trộn các nguồn quặng nhập khác để đảm bảo yêu cầu công nghệ.
Vì vậy, các nghiên cứu về xử lý tạp chất trong gang lỏng trên thế giới đến nay tập
trung chủ yếu vào việc khử silic, lưu huỳnh, phốt pho.
Ở Việt Nam, hiện chỉ có hai nhà máy sử dụng gang lỏng, đó là Công ty Gang thép
Thái Nguyên và Công ty Gang thép Hòa Phát sử dụng gang lỏng để luyện thép.
Chưa có các nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ khử tạp chất trong gang lỏng.
Một nghiên cứu của Đại học Bách khoa Hà Nội, Hội KHKT Đúc Luyện kim Việt
Nam tập trung vào việc khử phốt pho trong gang lỏng, mới dừng ở mức sơ bộ.
6
Luận văn thạc sĩ
2014
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Với công nghệ luyện gang – thép chất lượng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào chất
lượng nguyên liệu đầu vào. Chính vì vậy, hầu hết các nhà đầu tư, xây dựng các nhà
máy, khu liên hợp gang – thép luôn quan tâm đến vấn đề nguồn cung nguyên, nhiên
liệu có chất lượng tốt, đảm bảo cho quá trình vận hành sản xuất và mang lại hiệu
quả kinh tế cao. Cũng chính vì tầm quan trọng của nguyên nhiên liệu mà từ trước
đến nay ngành công nghiệp gang thép chỉ qua tâm dò tìm, khai thác và sử dụng
những loại nguyên liệu có chất lượng tốt, mà chưa thật quan tâm nghiên cứu tìm
cách tận thu, xử lý các nguyên liệu có chất lượng xấu và trung bình. Tuy nhiên, điều
này lại mâu thuẫn khi quặng sắt và cốc chất lượng tốt ngày càng khan hiếm và đắt
đỏ (theo tài liệu hướng dẫn công nghệ thích hợp của Liên minh Châu Âu (BAT)), có
nghĩa là gánh nặng khử các tạp chất như lưu huỳnh, phốt pho… trong quặng và cốc
sẽ phải thực hiện trong các khâu công nghệ luyện thép (từ lựa chọn, chuẩn bị, thiêu
kết, luyện cốc, luyện gang, luyện thép).
Ngày nay, với xu thế phát triển chung của thế giới, ngành công nghiệp gang thép
trong nước cũng đang phát triển theo hướng tận thu, xử lý và sử dụng tất cả các
nguồn nguyên nhiên liệu có thể sử dụng để đưa vào sản xuất.
Gang lỏng là một loại nguyên liệu chính trong công nghệ luyện thép. Để luyện thép
đạt chất lượng tốt từ gang lỏng thì việc đảm bảo thành phần của gang lỏng là một
khâu đầu tiên phải tiến hành, đặc biệt là khống chế thành phần tạp chất có tính chất
quyết định đến chất lượng sản phẩm sau này như tạp chất lưu huỳnh, phot pho là
một ví dụ điển hình nhất. Gang lỏng với thành phần phot pho (P) và lưu huỳnh (S)
thấp (thường gang luyện thép có thành phần P, S <0,07%) là nguyên liệu luyện thép
lý tưởng cho luyện thép, đặc biệt là luyện thép lò thổi.
Đề tài ―Nghiên cứu công nghệ xử lý tạp chất trong gang lỏng‖ được lựa chọn với
mục đích giải quyết tăng chất lượng của gang lỏng luyện thép, xử lý được lượng tạp
chất trong gang lỏng đến giới hạn P, S <0,07%, đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn chất
lượng gang cho khâu luyện thép.
7
Luận văn thạc sĩ
2014
Hiện tại, ở Việt Nam chỉ có 2 cơ sở sản xuất sử dụng gang lỏng để luyện thép là
Công ty Gang thép Thái nguyên và Công ty Thép Hòa Phát. Đề tài nghiên cứu được
tiến hành trên đối tượng cụ thể là gang thỏi của Công ty Thép Hòa Phát, có thành
phần hóa học các nguyên tố tương ứng là:
Thành phần (%)
C
Si
Mn
S
P
Gang lỏng
4,30 ÷ 4,60
0,80÷1,00
1,10÷1,20
<0,05
0,10÷0,12
Nội dung nghiên cứu chính của đề tài gồm có:
- Nghiên cứu lý thuyết: khảo sát thực tế, xây dựng phương pháp luận, tham khảo các
công trình nghiên cứu trước đó, đánh giá chung về khả năng thực hiện mục tiêu đề tài.
- Nghiên cứu thực nghiệm: xây dựng phương pháp tính toán, xác định quy trình thực
nghiệm, tiến hành thực nghiệm, kiểm tra, đánh giá kết quả và tổng hợp, kết luận.
Qua công tác khảo sát thực tế tình hình sản xuất của các doanh nghiệp sử dụng gang
lỏng hiện có trong nước, chỉ có Công ty Gang thép Thái Nguyên, Công ty Gang
thép Hòa Phát đang sử dụng gang lỏng để luyện thép. Hàm lượng tạp chất P, S,
trong gang lỏng của Công ty GTTN nằm trong giới hạn tiêu chuẩn của gang luyện
thép, hàm lượng P trong gang lỏng của Công ty Gang thép Hòa Phát cao (từ 0,1% –
0,12 %, hoặc cao hơn), tuy nhiên, hàm lượng S luôn ở mức nhỏ hơn 0,05%.
Căn cứ vào các nghiên cứu về xử lý tạp chất trong gang lỏng trên thế giới, tình hình
thực tế các nhà máy sản xuất thép có sử dụng gang lỏng ở Việt Nam, nghiên cứu đã
lựa chọn đối tượng nghiên cứu là gang lỏng của Công ty Thép Hòa Phát với phạm vi
nghiên cứu lý thuyết về khử tạp chất trong gang lỏng và tập trung nghiên cứu thực
nghiệm xử lý khử bỏ P trong gang lỏng xuống dưới mức 0,06%.
8
Luận văn thạc sĩ
2014
- Tóm tắt các luận điểm cơ bản, một số đóng góp của tác giả:
Quá trình công nghệ sản xuất thép hiện đại thực hiện qua nhiều công đoạn sản xuất
theo hướng chuyên môn hóa, hiện đại hóa, với mục đích cuối cùng là làm tăng chất
lượng và hạ giá thành sản phẩm để mang lại lợi nhuận cho nhà sản xuất.
Cùng với chi phí sản xuất về nhiên liệu, năng lượng nhân công và xử lý môi trường
tăng cao, áp lực tăng chi phí cho một đơn vị sản phẩm ngày một cao; ngược lại, sức
cạnh tranh của ngành thép lớn, đẩy giá sản phẩm về sát giá thành hoặc thậm chí bị
cạnh tranh không lành mạnh, yêu cầu cấp thiết đặt ra với ngành thép là chuyên môn
hóa từng công đoạn sản xuất, giảm tối đa thời gian nấu luyện, đồng nghĩa với giảm
chi phí sản xuất. Công nghệ xử lý tạp chất có hại trong gang lỏng trước khi chuyển
đến khâu luyện thép đã ra đời, đáp ứng được các yêu cầu trên và là xu thế chung của
các nhà máy thép trên thế giới để đảm bảo yêu cầu chất lượng gang cho khâu luyện
thép.
Nguyên tố tạp chất có hại trong gang lỏng yêu cầu xử lý trước khi đi luyện thép chủ
yếu là silic, phốt pho và lưu huỳnh. Các nguyên tố có hại khác được xử lý trong
khâu chuẩn bị liệu luyện gang, khâu luyện thép và tinh luyện.
Trong nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết xử lý các nguyên tố tạp chất
có hại trong gang lỏng và thực nghiệm khử phốt pho trong phòng thí nghiệm.
Đề tài đã tiến hành thực nghiệm tại phòng thí nghiệm tại Bộ môn Kỹ Thuật Gang
Thép, Đại học Bách khoa Hà Nội và Viện Luyện kim đen, phân tích kết quả thành
phần hóa tại Viện Luyện kim đen, Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ với kết quả đạt
được trong quá trình nghiên cứu như sau:
Đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết về khử tạp chất P, S, Si có hại trong gang lỏng;
Đã khảo sát thực tế và thực nghiệm thành công quá trình xử lý khử bỏ P trong gang
lỏng, đưa hàm lượng P ban đầu từ 0,12 ÷ 0,13% xuống dưới mức 0,06% với hỗn
hợp chất phản ứng là CaO – FeO – CaF2 , Na2CO3 – FeO – CaF2, Na2CO3 với thời
gian xử lý khoảng dưới 30 phút;
Nghiên cứu cũng cho thấy khi sử dụng Na2CO3 và hệ Na2CO3 – FeO – CaF2 đều
mang lại hiệu quả khử bỏ P cao hơn so với hệ CaO – FeO – CaF2. Tuy nhiên trong
thực tế sản xuất, tùy theo yêu cầu cụ thể của mác thép và hiệu quả kinh tế mà lựa
chọn hệ chất khử phù hợp;
9
Luận văn thạc sĩ
2014
Nghiên cứu cũng cho thấy cần tiến hành giảm thấp hàm lượng Si trước, đồng thời hỗn
hợp chất phản ứng cần được nhúng sâu và khấy trộn đều trong lòng kim loại lỏng;
Thông qua các kết quả nghiên cứu, có thể tiếp tục triển khai thử nghiệm và áp dụng
tại các nhà máy sử dụng gang lỏng trong nước.
- Phƣơng pháp nghiên cứu
Để tiến hành nghiên cứu đề tài bước tiếp cận ban đầu là tiến hành khảo sát tình hình
sản xuất gang – thép có sử dụng gang lỏng trong luyện thép tại một số nhà máy như
Công ty Gang thép Thái Nguyên, Công ty thép Hòa Phát.
Tiến hành nghiên cứu phương pháp luận để tổng hợp kiến thức, áp dụng cơ sở lý
thuyết vào đánh giá và triển khai thực nghiệm.
Dựa trên phương pháp tiếp cận đó, đề tài sẽ được tiến hành nghiên cứu với hai
phương pháp tiến hành song song như sau:
- Nghiên cứu lý thuyết, khảo sát thực tế, tổng hợp, đánh giá
- Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành tính toán cụ thể và tiến hành thực nghiệm với
đối tượng cụ thể.
10
Luận văn thạc sĩ
2014
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Sự phát triển của ngành thép thế giới.
1.1.1. Tình hình phát triển
Sự phát triển của ngành thép thế giới hay nói cách khác, sản xuất và tiêu thụ gang thép
luôn luôn theo nhịp cùng với tăng trưởng kinh tế, bởi vì, ngành công nghiệp gang thép
luôn tồn tại tính quan trọng của nó, vật liệu gang thép có ưu thế là không có loại vật
liệu nào thay thế được.
Sự thay đổi sản lượng gang thép thế giới mang tính chất chu kỳ rõ rệt, quan hệ mật
thiết với hoàn cảnh kinh tế tổng thể của thế giới. Xem xét một cách tổng thể, từ
những năm 70 của thế kỷ 20, tăng trưởng sản lượng thép có xu thế bình ổn, năm
2001 so với năm 1970 tăng trưởng 42%, mức tăng trong từng giai đoạn có xu hướng
giảm. Năm 1950-1960 mức tăng bình quân hàng năm là 6,2%, từ năm 1960-1970 là
5,5%, năm 1970-1980 là 1,9%, năm 1980-1990 là 0,7%, từ năm 1990-1995 là 0,5%,
năm 1995-2000 lại tăng trở lại đến 2,4% (năm 2000 chịu sự ảnh hưởng của nền
kinh tế thế giới, xuất hiện một lần tăng trưởng tương đối nhanh, mức tăng trưởng
đạt 7,6% là mức tăng trưởng nhanh nhất kể từ 1980 trở lại đây, nhưng tiếp ngay
năm đó, năm 2001 lại giảm 0,1%). Từ năm 2001 – 2006, mức tăng trưởng đạt
khoảng 6-7%; giai đoạn 2006 đến nay, mức tăng trưởng trung bình khoảng 2% (do
khủng hoảng kinh tế năm 2008-2009). Điều này chứng minh được ngành công
nghiệp gang thép không phải là ngành tăng trưởng cao. Sự tăng trưởng của sản xuất
gang thép toàn cầu giai đoạn 1980 – 2000 chậm lại đã làm mờ nhạt đi sự thay đổi
phân bố địa lý, trong đó, một số quốc gia đang phát triển như Trung Quốc lại tăng
trưởng với tốc độ nhanh. Đến năm 2001 Trung Quốc, Hàn Quốc, Braxin... đã trở
thành những nước sản xuất gang thép lớn trên thế giới, trong khi đó Mỹ, Nhật Bản,
Anh là nước lớn về truyền thống sản xuất gang thép lại mất đi đà tăng trưởng, thậm
chí suy giảm. Nhất là ngành gang thép nước Mỹ có khôi phục tăng trưởng vào giữa
thời kỳ những năm 90 của thế kỷ 20, nhưng đến năm 1997 sau khi đạt được đỉnh
cao lại xuất hiện sự suy thoái nghiêm trọng, năm 2001 sản lượng thép thô đạt 0,09
tỷ tấn quay về mức trước năm 1994.
11
Luận văn thạc sĩ
2014
Năm 2012, theo hiệp hội Thép Thế giới (WSA)1, tổng sản lượng phôi thép thế giới
đạt 1.510 triệu tấn giảm 1,35% so với năm 2011. Hiện Trung Quốc là quốc gia sản
xuất phôi thép nhiều nhất thế giới chiếm 47% thị phần, tiếp đến là Nhật chiếm 7%,
Mỹ chiếm 6%, Nga chiếm 5%, Hàn Quốc chiếm 5%... 15 công ty thép hàng đầu
chiếm 1/3 thị phần thép thế giới bao gồm Mittal, Arcelor, Severstal, Corus,
Baosteel, Posco, JFE, Nippon, Riva, Nucor, ThyssenKrupp, US steel, Evraz,
Gardau, Tangshan. Năm tháng đầu 2013, sản lượng thép thô toàn thế giới đạt 656,3
triệu tấn tăng 1,5% so với cùng kỳ năm 2012. Riêng sản lượng thép thô toàn cầu
trong tháng 5/2013 đạt 136,3 triệu tấn, tăng 2,6% so với cùng kỳ năm ngoái và tăng
3,2% so với tháng trước đó.
Thép cuộn cán nóng thường được dùng trong sản xuất công nghiệp, thép cuộn cán
nguội sử dụng chủ yếu trong ô tô và các thiết bị tiêu dùng nội địa. Việc cắt giảm sản
xuất tại hầu hết các vùng trên thế giới bù lại sản lượng tăng tại Trung Quốc.
WSA đánh giá tiêu thụ thép toàn cầu tăng 3,1% trong năm 2013 đạt 1,475 tỷ tấn,
trong đó tiêu thụ thép của Trung Quốc ước tăng 6% đạt 700 triệu tấn. Tiêu thụ thép
của Liên minh châu Âu (27 nước) giảm 3,8% còn 135 triệu tấn.
Bảng 1.1. Sản lượng thép thô của thế giới từ năm 2007-2012
Đơn vị: triệu tấn
STT
1
Tên nƣớc/vùng
2007
2008
2009
2010
2011
2012
—
Thế giới
1351
1326 1.219,7
1414
1490
1548
1
Trung Quốc
494,9
500,3
573,6
626,7
683,3
716,5
-
Liên minh Châu Âu
210,2
198,2
139,3
172,8
177,7
169,4
2
Nhật Bản
120,2
118,7
87,5
109,6
107,6
107,2
3
Mỹ
98,1
91,4
58,2
80,6
86,2
88,6
4
Ấn Độ
53,5
57,8
62,8
68,3
72,2
76,7
WSA đại diện cho khoảng 170 nhà sản xuất thép hàng đầu trên thế giới
12
Luận văn thạc sĩ
STT
Tên nƣớc/vùng
2014
2007
2008
2009
2010
2011
2012
5
Nga
72,4
68,5
60,0
66,9
68,7
70,6
6
Hàn Quốc
51,5
53,6
48,6
58,5
68,5
69,3
7
Đức
48,6
45,8
32,7
43,8
44,3
42,7
8
Thổ Nhĩ kỳ
25,8
26,8
25,3
29,0
34,1
35,9
9
Bra xin
33,8
33,7
26,5
32,8
35,2
34,7
10
Ukraine
42,8
37,3
29,9
33,6
35,3
32,9
11
Việt Nam
2,0
2,3
2,7
4,3
4,9
5,2
Nguồn: Báo cáo của Bộ Công Thương năm 2013
Hình 1.1. Phân bố thị phần sản xuất thép của thế giới và giá thép cuộn cán nóng
13
Luận văn thạc sĩ
2014
1.1.2. Xu hướng phát triển
Trên thế giới, sản xuất thép sử dụng hai công nghệ chính là sản xuất liên hợp (Công
nghệ với chu trình kín từ quặng sắt, bao gồm: Lò cao – Lò chuyển thổi ôxy – Đúc
liên tục – Cán thép) và công nghệ rút gọn (Công nghệ sử dụng Lò điện hồ quang –
Đúc liên tục – Cán thép).
Ngoài ra, thép còn được sản xuất từ công nghệ luyện kim phi cốc (mới phát triển)
và lò bằng, tuy nhiên, sản lượng rất nhỏ. Lò bằng thì còn rất ít, chỉ còn tại Nga và
các nước thuộc Liên Xô cũ; Công nghệ luyện kim phi cốc bước đầu triển khai tại
một số nước giầu tài nguyên khí thiên nhiên như Ấn Độ, Iran, Venezuela ...
Bảng 1.2. Sản lượng thép sản xuất năm 2010 trên thế giới phân loại theo công nghệ
Khu vực
Châu Âu (EU-27)
Các nước Châu Âu
khác
Nga và các nước
thuộc Liên xô cũ
(C.I.S)
Bắc Mỹ
Trung và Nam Mỹ
Châu Phi
Trung Đông
Châu Á
Châu Đại dương
Tổng
Lò thổi
(BOF)
Lò điện hồ
quang (EAF)
99,6
(57,7%)
9,5
(29,1%)
69,8
(64,1%)
72,3
(41,9%)
23,1
(70,9%)
23,0
(21,1%)
43,9
(39,8%)
28,7
(64,1%)
5,5
(33,5%)
2,4
(12,4%)
721,5
(80,3%)
6,4
(77,9)
989,5
(70,0%)
66,3
(60,2%)
16,1
(35,9%)
11,0
(66,5%)
16,9
(87,6%)
176,1
(19,6%)
1,8
(22,1%)
407,1
(28,8%)
Đơn vị : Triệu tấn
Lò bằng và các
Tổng
dạng khác (OH
and other)
0,7
172,6
(0,4%)
(100%)
32,6
(100%)
16,1
108,9
(14,8%)
(100%)
0,9
(0,1%)
-
17,0
(1,2%)
110,2
(100%)
44,8
(100%)
16,5
(100%)
19,3
(100%)
898,5
(100%)
8,2
(100%)
1.413,6
(100%)
Nguồn: Báo cáo của Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA)
14
Luận văn thạc sĩ
2014
Các nhà máy liên hợp trước hết phải luyện gang và tiếp sau đó luyện thép. Nguyên
liệu thô cho quá trình sản xuất bao gồm quặng sắt, than, đá vôi, thép phế liệu đã
được tái chế, năng lượng và rất nhiều loại nguyên liệu khác với số lượng thay đổi
khác nhau như dầu đốt, ôxi, khí nén, hóa chất, vật liệu chịu lửa, hợp kim, vật liệu đã
được sơ chế - tinh chế, nước v.v… Gang từ lò cao được chuyển đến lò thổi luyện
thành thép, sau đó đúc khuôn và làm nguội để tạo thành dạng thép cuộn, tấm hay
các thanh thép trong các máy cán kéo. Phương thức này chiếm khoảng 70% tổng
sản lượng thép được sản xuất trên thế giới. Thông thường, diện tích các nhà máy
liên hợp thường lớn, ví dụ, một nhà máy công suất 3 triệu tấn thép/năm có thể
chiếm một diện tích 4-8 km2.
Thép được sản xuất trong nhà máy EAF bằng cách làm nóng chảy thép phế liệu bởi
lò hồ quang điện (EAF) và điều chỉnh thành phần hóa học của thép bằng cách cho
thêm các hợp chất kim loại, thường thực hiện trong lò tinh luyện dạng gầu (LF) có
điện thế thấp hơn. Hầu hết năng lượng dùng cho nung chảy là điện năng, mặc dầu
ngày càng có khuynh hướng thay thế điện năng bằng ô xi, than, nhiên liệu hóa thạch
phun trực tiếp vào lò EAF. Ngược lại với một nhà máy liên hợp, một nhà máy EAF
công suất một triệu tấn/ năm chỉ chiếm diện tích tối đa 2 km2
Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ sản xuất thép phụ thuộc vào đặc điểm tự nhiên, hoàn
cảnh kinh tế, cơ sở hạ tầng, yếu tố con người. Tuy nhiên, đa số các quốc gia có tiềm
năng kinh tế, điều kiện về tài nguyên (quặng, than), công nghệ hoặc cảng nước sâu
đều lựa chọn công nghệ nhà máy liên hợp sản xuất thép. Những quốc gia có điều
kiện về nguồn phế liệu (nhập khẩu hoặc nội tại), giá điện thấp, đầu tư ít thì lựa chọn
phương án công nghệ sản xuất thép bằng Lò điện hồ quang.
Có thể thấy, trong các công nghệ sản xuất thép nêu trên thì sơ đồ công nghệ liên
hợp (Luyện gang lò cao – Luyện thép lò chuyển – Đúc liên tục) chiếm tới 70% tổng
sản lượng thép của thế giới. Luyện gang bằng lò cao là khâu đầu tiên của dây
chuyền này. Vì vậy, luyện gang bằng lò cao là một trong các khâu công nghệ quan
trọng nhất của ngành công nghiệp thép hiện nay và trong nhiều thập kỷ tới.
15
Luận văn thạc sĩ
Nguyên liệu thô
2014
Quặng sắt, than, cốc,
phụ gia
Hoàn nguyên quặng sắt
Luyện gang
- SX gang theo công nghệ lò cao (BF Iron making)
- Luyện gang phi cốc (Non - Coking Iron
Nấu chảy và tinh luyện
making)
- SX- sắt
nguyên trực tiếp (DRI Lòhoàn
chuyển;
production)
- Lò điện hồ quang
Luyện thép và đúc rót
Đông đặc và kết tinh
- Đúc thỏi ; Đúc phôi liên tục
- Đúc chi tiết
Biến dạng và tạo hình
Cán thép
- Cán nóng; Cán nguội
- Cán đặc chủng khác
- Sản phẩm dài (Long products), thanh,
Sản phẩm cán
cuộn,
hình;
Sản
phẩm
dẹt
(Flat
products); Cuộn cán nóng (HRC), cuộn
cán nguội (CRC); Tấm (Plate)
+ Lá (Sheet)
Các sản phẩm sau cán
- ống thép hàn (Welded steel pipe)
- Tôn mạ, sơn phủ (Coating Sheet)
- Lƣới thép (Wire mesh); Bulông, ốc vít
(Bolts, Nuts...)
Hình 1.2: Lưu trình sản xuất gang thép.
16
Luận văn thạc sĩ
2014
1.2. Sự phát triển của ngành thép Việt Nam
1.2.1. Quá trình hình thành.
Ngành thép Việt Nam được hình thành từ đầu những năm 60 của thế kỷ 20 với sự ra
đời của Công ty Gang thép Thái nguyên - liên hợp luyện kim khép kín theo sơ đồ
công nghệ lò cao truyền thống do Trung Quốc giúp ta xây dựng công trình được
khởi công từ năm 1959 đến tháng 11/1963 mẻ gang đầu tiên ra lò do chiến tranh 12
năm sau mới có sản phẩm thép cán do nhà máy luyện cán thép Gia Sàng (Công suất
thiết kế 50.000 tấn/năm) sản xuất. Tiếp đó năm 1978 nhà máy cán thép Lưu Xá
(Công suất thiết kế 100.000 tấn/năm) đi vào hoạt động. Năm 1976 sau khi đất nước
thống nhất, công ty Luyện kim đen Miền Nam được thành lập trên cơ sở tiếp quản
và sát nhập các nhà máy luyện cán thép cỡ nhỏ theo công nghệ lò điện hồ quang của
chế độ cũ để lại tại Thành phố Hồ Chí Minh và Biên Hoà với tổng công suất khoảng
80.000 tấn/năm. Sản phẩm chủ yếu cũng chỉ là thép xây dựng thông thường và một
lượng nhỏ là đinh thép, lưới thép dây, thép gai. Giai đoạn 1976 - 1985 là giai đoạn
ngành thép gặp rất nhiều khó khăn do nền kinh tế yếu kém. Những năm này sản
lượng thép cán toàn ngành chỉ ở mức 40.000 - 85.000 tấn/năm. Ngành thép chỉ thực
sự bắt đầu khởi sắc từ những năm 1990 trở đi khi công cuộc đổi mới đất nước được
triển khai mạnh mẽ. Về việc đầu tư vào ngành thép đặc biệt sôi động trong giai
đoạn 1995 đến nay do nhu cầu sử dụng các sản phẩm thép ngày càng nhiều. Vì vậy
hàng loạt dự án đầu tư chiều sâu và đầu tư mới của nhiều thành phần kinh tế kể cả ở
trong và ngoài ngành thép, trong đó có các dự án đầu tư nước ngoài lần lượt ra đời
như Công ty liên doanh Natsteelvina (liên doanh với Singapore) Vietnam-Posco
Stee Co.-VPS (liên doanh với Hàn Quốc), Công ty ống thép Việt Nam Vinapipe
(liên doanh với Hàn Quốc), Vinausteel (liên doanh với Australia), Vinakyoei (liên
doanh với Nhật Bản), Công ty thép Tây Đô (liên doanh với Đài Loan) chuyên sản
xuất thép xây dựng. Tiếp đó là nhiều nhà máy của các doanh nghiệp trong và ngoài
quốc doanh ra đời như Công ty thép Hòa Phát, Công ty thép Việt – Ý, Công ty thép
Pomihoa, Công ty thép Pomina (Thép Việt)….Gần đây, nhiều nhà máy luyện kim
đã được xây dựng như nhà máy thép Phú Mỹ, nhà máy cán nguội Phú Mỹ, nhà máy
17
