Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than lò cao, chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống

Header Page 1 of 120.

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2008

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN BỘT THAN LÒ CAO,

CHẾ TẠO MỘT SỐ BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG”

Ký hiệu : 249.08.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản
:
Cơ quan chủ trì đề tài :
Chủ nhiệm đề tài
:

Bộ Công Thương
Viện Nghiên cứu Cơ khí
Nguyễn Lâm Tuấn Anh

7265
30/3/2009

Hà Nội - 2008
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 1 of 120.

Header Page 2 of 120.

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2008

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN BỘT THAN LÒ CAO,

CHẾ TẠO MỘT SỐ BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG”

Ký hiệu : 249.08.RD/HĐ-KHCN

Thủ trưởng đơn vị
(Ký tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài
(Ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Lâm Tuấn Anh

Hà Nội - 2008

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 2 of 120.

Header Page 3 of 120.

MỤC LỤC
Trang

LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................ 5
1.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.................................................................... 5
1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước. ...................................................................... 5
1.3. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 6
CHƯƠNG 2. LUYỆN GANG LÒ CAO ..................................................................... 7
2.1 Sơ qua về công nghệ sản xuất gang thép ............................................................ 7
2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm quá trình công nghệ............................................ 8
2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang: ............................................................... 8
2.2.2. Đặc điểm quá trình công nghệ..................................................................... 9
2.2.3. Nguyên liệu đầu vào:................................................................................. 10
2.2.4. Các quá trình cơ bản trong lò cao: ............................................................ 10
2.2.5. Quá trình tạo gang: .................................................................................... 11
2.2.6. Quá trình tạo xỉ lò cao: .............................................................................. 12
2.2.7. Lò gió nóng. .............................................................................................. 14
2.2.8. Hệ thống gió nóng lò cao. ......................................................................... 15
2.3. Các thông số cơ bản của lò .............................................................................. 16
2.3.1. Trắc đồ lò cao ............................................................................................ 16
2.2.2. Cân bằng liệu và cân bằng nhiệt lò cao..................................................... 20
2.3.3. Tính phối liệu lò cao.................................................................................. 28
2.3. Vận hành lò cao. .............................................................................................. 30
2.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến tiêu hao than cốc theo.............................. 30
2.3.2. Chế độ thao tác lò cao. .............................................................................. 31
CHƯƠNG 3................................................................................................................ 40

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DÂY CHUYỀN PHUN THAN LÒ CAO ...................... 40
3.1. Cơ sở thiết kế. .................................................................................................. 40
3.2. Công nghệ. ....................................................................................................... 40
3.3. Thiết kế cung cấp điện và điều khiển .............................................................. 45
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 3 of 120.

1


Header Page 4 of 120.

3.4. Hệ thống chống sét và tiếp đất......................................................................... 46
3.5. Hệ thống cung cấp Oxy, nitơ. .......................................................................... 46
3.6. Danh mục thiết bị hệ thống phun than............................................................. 47
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN............................................................. 48
4.1. NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP BỘT THAN ..................... 48
4.1.1 Hệ thống thiết bị:....................................................................................... 48
4.1. 2. Một số vấn đề về hệ thống vận chuyển vật liệu bằng khí nén: ................ 48
4.1.3 . Tính toán thiết kế hệ thống vận chuyển khí nén đưa bột than đến lò: ..... 55
4.2 NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU KHIỂN PHUN THAN LÒ CAO ........................... 58
4.2 .1. Đặt vấn đề................................................................................................. 58
4.2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống phun bột than: ............................................ 60
4.2.3. Kết luận ..................................................................................................... 66
4.3 NGHIÊN CỨU TUYERE PHUN BỘT THAN, .............................................. 67
4.3.1. Giới thiệu về thiết bị phun, tuyere: ........................................................... 67
4.3.2. Chế độ làm việc của thiết bị phun, tuyere:................................................ 67
4.3.3. Cải tiến thiết bị tuyere, tăng lượng phun than và hiệu suất đốt cháy........ 68
4.3.4. Một số chỉ tiêu thiết kế thiết bị tuyere....................................................... 68
4.3.5. Thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than .............................................. 71
4.3.6. Chế tạo đầu phun bột than......................................................................... 73

4.4. VẬN HÀNH LÒ CAO VỚI CÔNG NGHỆ PHUN THAN ........................... 77
4.4.1. Đặt vấn đề:................................................................................................. 77
4.4.2. Tăng cường sự đôt cháy của bột than trong vùng cháy. ........................... 77
4.4.3. Chất lượng than, độ nghiền mịn trong phun than lò cao........................... 78
4.4.4. Đạt lượng phun 218kg/TMH tại lò cao số 4 Fukuyama Japan. ............... 79
4.4.5. Kết luận ..................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 84
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 85
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 86

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 4 of 120.

2


Header Page 5 of 120.

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

Họ và tên

Học hàm, học vị,
Cơ quan công tác
chuyên môn

1

Nguyễn Lâm Tuấn Anh

Thạc sỹ kỹ thuật

Viện NCCK

2

Nguyễn Văn Miên

Tiến sỹ kỹ thuật

Viện NCCK

3

Nguyễn Đức Toàn

Thạc sỹ kỹ thuật

Viện NCCK

4

Nguyễn Đăng Hiếu

Kỹ sư Cơ tin

Viện NCCK

TT

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 5 of 120.

3


Header Page 6 of 120.

LI M U
Nm 1963 m gang u tiên ra lò ti Nh Máy Gang thép Thái Nguyên ánh du
bc khi u ca ngnh luyn kim Vit Nam. Quá trình t ó n nay ngnh thép Vit
Nam tri qua giai on khó khn (1976 1989) do kinh t t nc lâm vo khng hong,
sn lng thép c nc ch t 40 ngn n 85 ngn tn/nm; n thi k 1989 1995
sản lợng thép trong nớc đã vợt trên 100ngàn tấn/năm; những năm 1996-2000 ngành
thép vẫn giữ mức tăng trởng cao, sản lợng thép cả nớc đạt 1,57 triệu tấn, tăng gấp 3 lần
năm 1995 và 14 lần so với năm 1990. Tuy nhiên, ngành thép Việt Nam đợc đánh giá vẫn
trong tình trạnh kém phát triển so với một số nớc trong khu vực và trình độ chung của thế
giới. Sự yếu kém này thể hiện qua các mặt: Năng lực sản xuất phôi thép (thép thô) quá nhỏ
bé, cha sử dụng có hiệu quả các nguồn quặng sẵn có trong nớc để sản xuất phôi. Chi phí
sản xuất lớn, năng suất lao động kém, mức tiêu hao nguyên liệu, năng lợng cao, chất
lợng sản phẩm cha ổn định. Trang thiết bị của Tổng Công ty thép Việt Nam phần lớn
thuộc thế hệ cũ, trình độ công nghệ thấp, thiếu đồng bộ, mức độ tự động hoá thấp.
Quan điểm và mục tiêu phát triển ngành thép giai đoạn năm 2000 -2010 là từng bớc
đáp ứng nhu cầu thông thờng về thép xây dựng của Việt Nam để không bị phụ thuộc
hoàn toàn vào nớc ngoài; cụ thể trong chiến lợc thể hiện:
-

Ngành thép cần đợc xác định là ngành công nghiệp đợc u tiên phát triển;

- Kết hợp chặt chẽ giữa phát huy nội lực và tranh thủ có hiệu quả các nguồn vốn nớc
ngoài (trớc hết về thiết bị và công nghệ).
- Về công nghệ: Trong giai đoạn đến năm 2002 vẫn sử dụng công nghệ truyền thống là

sản xuất lò cao luyện thép.
Hệ thống phun bột than lò cao là là một ứng dụng biện pháp công nghệ tiên tiến
trong lò cao luyện gang nhằm thay thế một phần nhiên liệu đắt tiền bằng than Antraxít
hiện có và phổ biến ở Việt Nam.
Hiện tại 02 lò cao luyện gang lớn nhất của ta tại Nhà máy Gang Công ty Gang thép
Thái sắp tới sẽ đợc cải tạo bổ sung hệ thống phun bột than lò cao. Thời gian sắp tới gần
đây, trong dự án giai đoạn 2 mở rộng nhà máy gang thép mà trong đó có xây dựng mới 02
lò cao với dung tích 500m3 (lớn gấp 5 lần lò cao cũ hiện có) cũng sẽ đợc trang bị hệ
thống phun bột than này.
Để làm chủ công nghệ và thiết bị tiên tiến, tăng cờng năng lực trong nớc bằng
cách chủ động nghiên cứu hệ thống, tận dụng công nghệ nớc ngoài đa vào ở mức độ có
thể tự thiết kế hệ thống, thiết kế, chế tạo thiết bị sẽ có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Vì vậy
nhóm nghiên cứu Viện nghiên cứu Cơ khí đã mạnh dạn đề xuất đề tài Nghiên cứu thiết
kế hệ thống phun bột than cho lò cao, thiết kế chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ
thống.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 6 of 120.

4


Header Page 7 of 120.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.
Kỹ thuật phun nhiên liệu lò cao thay thế một phần nhiên liệu cốc đắt tiền đã trở thành biện
pháp công nghệ phổ biến ở các nước phát triển. Vào đầu thập kỷ 60 của thế kỷ 20, kỹ
thuật phun thổi được thực hiện thành công ở Pháp, Mỹ, Liên Xô - chủ yếu là phun thổi
khí đốt tự nhiên. ở các nước Đức, Nhật đến những năm 80 thập kỷ 20 đã chuyển thành
công phun dầu nặng thành than cám.

Trong kỹ thuật luyện gang, phun than lò cao là một kỹ thuật quan trọng. Thuật ngữ “phun
than lò cao” chính là chỉ sự phun thổi trực tiếp cám than không khói, than có khói hoặc
cám trộn của hai loại trên và than nâu được nghiền nhỏ qua cửa gió lò cao để thay thế một
phần cốc, cung cấp nhiệt lượng và chất hoàn nguyên cho lò cao, các mục đích công nghệ
đạt được là:
- Thay thế cốc (nhiên liêu đắt tiền) bằng nhiên liệu rẻ tiền, làm giá thành luyện gang giảm
rõ rệt.
- Phun than lò cao có thể được xem là biện pháp điều chất trạng thái lò.
- Cải thiện trạng thái làm việc ổ định của nồi lò, làm cho lò cao vận hành ổ định.
- Tạo điều kiện cho lò nâng cao nhiệt độ gió và là giàu oxy.
- Hàm lượng Hydro trong thanh cám nhiều hơn so với than cốc, khí hydrô nâng cao khả
năng hoàn nguyên và năng lực khuyếch tán, thẩm thấu của khí than cải tạo chỉ tiêu thao
tác của lò.
Đối mặt với nhu cầu sử dụng nhiên liệu có hiểu quả, sử dụng nhiên liệu rẻ tiền sẵn có thay
thế cho nhiên liệu đắt tiền để giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu phát thải khí CO2, đã thúc
đẩy các quá trình nghiên cứu cải tiến không ngừng về kỹ thuật và công nghệ phun than lò
cao. Tại hãng thép Kobe Japan, bắt đầu áp dụng phun than lò cao từ năm 1980, lượng
phun than được nâng dần, bắt đầu 60-70kg/tMH và đến nay đã đạt 230 kg/tMH.
1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước.
Đối với sản xuất thép công đoạn hạ tầng (sản xuất thép thô từ quặng) đòi hỏi sự đầu tư
lớn, từ công đoạn khai thác tài nguyên, gia công quặng, nấu luyện; trong điều kiện phát
triển ngành thép theo định hướng của nhà nước, những năm đầu của giai đoạn 2000-2010
ưu tiên phát triển công đoạn sản xuất thép “thượng tầng“ (sản xuất từ thép thô - phôi thép
thành thép sản phẩm); sau đó phải phát triển công đoạn sản xuất thép“hạ tầng“. Do việc
tập trung giải quyết sản xuất về sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước nên hầu
hết các doanh nghiệp ngành thép đi theo hướng nhập dây chuyền thiết bị đồng bộ; còn
việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị trong nước rất hạn chế. Điều này dẫn đến sự phụ
thuộc của ngành thép vào nước ngoài, không chủ động được công nghệ, thiết bị và nguồn
thay thế trong nước.
Đối với hệ thống phun bột than, mặc dù ở các nước ngành thép phát triển, công nghệ này

đã được áp dụng từ khá lâu, nhưng đến nay Việt Nam mới có điều kiện tiếp cận.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 7 of 120.

5


Header Page 8 of 120.

1.3. Nội dung nghiên cứu.
a. Đối tượng: Hệ thống phun bột than cho lò cao được áp dụng tại nhà máy gang
thép thái nguyên.
b. Phạm vi: Thiết lập các báo cáo tổng quan, quy trình công nghệ, thiết kế chế tạo
01 đầu phun than đạt chất lượng tương đương nhập ngoại.
c. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan:
+ Công nghệ luyện gang hiện tại ở nhà máy Gang thép Thái Nguyên.
+ Công nghệ luyện Gang tiên tiến với lò cao có hệ thống phun bột than.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than.
- Nghiên cứu thiết kế các bộ phận thiết bị của hệ thống.
- Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống, chế
tạo 01 đầu phun than.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 8 of 120.

6


Header Page 9 of 120.

CHƯƠNG 2. LUYỆN GANG LÒ CAO
2.1 Sơ qua về công nghệ sản xuất gang thép
Sản xuất gang thép là ngành công nghiệp quan trọng, vấn đề này được đánh giá
qua các số liệu sau: trong giai đoạn từ 1900 đến 2005, sản lượng thép thô tăng từ 40 triệu
Tấn tới trên 1,1 tỷ Tấn. Nước Đức xếp hạng thứ 6 và hàng năm sản xuất khoảng 44,7
triệu Tấn trong năm 2005, trong khi đó nền kinh tế EU đứng thứ 2 thế giới về sản lượng
thép thô cho đến năm 2002 . Trung Quốc chiếm vị trí số một năm 2003China . Thép vẫn
là, và sẽ tiếp tục là, vật liệu số 1 của thế kỉ này với tỉ số hiệu năng/giá tốt nhất. Chính vì
vậy, công nghệ sản xuất thép rất được chú trọng phát triển, đây là vấn đề lớn, nhưng sơ
lược tổng quan có thể tóm tắt trong lưu trình công nghệ sản xuất gang thép thế giới như
sau:

Hình 2.1 Lưu trình công nghệ sản xuất gang thép thế giới
Theo lưu trình này, quặng sắt, trợ dung và coke cũng như các chất hoàn nguyên
khác như than, dầu, khí và các chất nhựa thải trước tiên được hoàn nguyên trong lò cao
thành kim loại lỏng, sau đó chúng chuyển thành thép thô qua hệ thống hạ lưu ở nhà máy
thép lò thổi oxy bazơ.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 9 of 120.

7


Header Page 10 of 120.

2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm quá trình công nghệ.
2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang:
- Sơ đồ tổng thể hệ thống lò cao:

Hình 2.2 Sơ đồ tổng thể lò cao

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 10 of 120.

8


Header Page 11 of 120.

Hình 2.3 Sơ đồ phân vùng trong lò cao
2.2.2. Đặc điểm quá trình công nghệ.
So với các quá trình luyện kim bao gồm 5 đặc điểm:
- Làm việc liên tục và không đổi trong một đời lò dài nhất 8 – 12 năm, tuổi thọ của
lò phụ thuộc vào thể xây chế độ vận hành.
- Gang xỉ ở dạng lỏng nên 2 pha gang và xỉ dễ tách riêng do tỷ trọng khác nhau,
nên hiệu thu hồi rất cao thường trên 98%.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 11 of 120.

9


Header Page 12 of 120.

- Lò cao là thiết bị trao đổi nhiệt đối lưu. Khí nóng từ dưới lên, nung nóng liệu từ
trên xuống nên hệ số lợi dụng nhiệt rất cao 80 ÷ 85%.
- Các bon trong lò cao ngoài chức năng cấp nhiệt nó còn làm chất hoàn nguyên.
Mức độ lợi dụng các bon trong lò thấp không vượt qúa 40 ÷ 60%, thể hiện ở chỗ khí lò cao
thoát ra có hàm lượng CO cao nên được dung làm nhiên liệu khí.
- Mức độ khử lưu huỳnh rất cao, hệ số phân bố S giữa xỉ và gang đạt tới 30 ÷ 50%,
còn quá trình hóa ly xảy ra phức tạp so với các lò luyện kim khác.
2.2.3. Nguyên liệu đầu vào:

a. Quặng:
- Quặng sống TFemin = 48 ÷ 50%; Fe max >60%; cỡ hạt 8x38mm (Tiêu chuẩn
Quốc tế).
- Quặng thiêu kết TFe 50 ÷ 56%
- Độ sạch SiO2 + Al2O3 ≤ 6% (Thế giới ≤ 4%).
- Tính hoàn nguyên dễ, độ xốp lớn (dễ hoàn nguyên).
- Ngoài thiêu kết có thể dùng cầu viên đơn, cầu viên kim loại hóa.
b. Trợ dung:
- Trợ dung kiềm tính: Đá vôi (CaO> 50%), Đôlômi (MgO ≥ 17%).
- Trợ dung axít: Sa thạch, Quắc zít (SiO2 ≥ 90%).
- Dùng bổ trợ khi có sự chỉ đạo của cấp trên (nhà máy). Bao gồm huỳnh thạch
(CaF2), rửa tường lò, nồi lò.
c. Nhiên liệu:
Cho đến nay Cốc luyện kim vẫn là thị phần chính trong nhiên liệu lò cao. Cốc
luyện kim có độ bền nhiệt cao; Ccđ ≥ 80%; S<1,0%; V<1,0%; cường độ >300kG/cm2; cỡ
hạt 25 ÷ 60mm, với lò to không lớn hơn 100mm.
Ngoài ra tùy theo tình hình tài nguyên, trình độ kỹ thuật công nghệ mà có thể sử
dụng thêm nguyên liệu phụ như:
-

Nhiên liệu rắn: Than bột.

-

Nhiên liệu khí: Khí hoàn nguyên, khí thiên nhiên.

-

Nhiên liệu lỏng: Dầu mazút, dầu FO.

2.2.4. Các quá trình cơ bản trong lò cao:
-

Quá trình bốc hơi và phân hóa.

-

Quá trình hoàn nguyên, các bon hóa sắt và tạo gang.

-

Quá trình tạo xỉ và khử lưu huỳnh.

-

Quá trình tạo khí.

Đặc trưng quá trình hóa lý mô tả theo sơ đồ sau:
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 12 of 120.

10


Header Page 13 of 120.

Hình 2.4 Phản ứng và nhiệp độ cáo vùng trong lò cao
2.2.5. Quá trình tạo gang:
a. Các bon hóa sắt trong lò cao:
- Ở 400 ÷ 5000C :
0

- Ở 500 ÷ 550 C :

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + 43,110 Kcal
3Fe + C = Fe3C + 5400,150 Kcal

Ở nhiệt độ càng cao quá trình Các bon hóa sắt càng mạnh (khi quá trình hoàn nguyên sắt
đã > 7%).
Lượng Các bon hóa được xác định gần đúng theo KΝTAΝEB như sau:
% CFe = [ 0,25 – 0,0006. (1000-t0)].
Trong đó:

t0 : Là nhiệt độ quá trình (0C)
: Là thời gian (h).

Lượng các bon hóa tăng dần theo vùng từ thân lò xuống nồi lò.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 13 of 120.

11


Header Page 14 of 120.

Vùng

Hàm lượng các bon
Min

Max

Thân lò dưới

0

0,5 ÷ 1

Bụng lò

0,5 ÷ 1

2,5 ÷ 3

Nồi lò

3÷4

4 ÷ 4,5

b. Lý tính gang lỏng:
Trọng lượng riêng d= 7,16 – (0,1.[Si] + [C])
Độ nhớt của hệ Fe – C
V1600 Là thể tích riêng hợp kim ở 16000C (cm3/g)
R là hằng số khí 1,988 Cal/mol
2.2.6. Quá trình tạo xỉ lò cao:
Các giai đoạn tạo xỉ trong lò cao được tiến hành qua các giai đoạn cơ bản sau đây,
nó có thể theo tuần tự hoặc tiến hành song song.
6.1 Phản ứng pha rắn – Tạo các hỗn hợp
ở 800 ÷ 10000C, Hỗn hợp:

2 CaO. SiO2 ; 3 CaO. SiO2

MgO. SiO2; 2MgO; SiO2 ở 800 ÷ 10000C
2FeO . SiO2 ; CaO . Fe2O3 ; MgO . Fe2O3 ở 800 ÷ 12000C
Tiếp xúc tách ra – khí – rắn
Tiếp xúc Oxít kiểm (Na,K) thúc đẩy phản ứng pha rắn. Nếu quặng bẩn (SiO2
+Al2O3) lớn thì chất kiềm tạo hợp chất khí chảy: K2O . Al2O3 . 2SiO2 (có nhiệt t0 nóng
chảy ở 17000C).
6.2 Hóa mềm:
Quặng thông thường hóa mềm ở t0 = 800 ÷ 13000C kết thúc. Riêng quặng thiêu kết
tùy theo % FeO mà có t0 bắt đầu và kết thúc mềm khác nhau:
Thực tế

FeO = 11%

t0 biến mềm 1120 ÷ 14000C

22% 1030 ÷ 14000C
23% 950 ÷ 13000C
6.3 Nóng chảy xỉ
Thông thường xét đến hệ xỉ 4 cấu tử
C, A, S, M
Đó là CaO – Al2O3 – SiO2 – MgO.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 14 of 120.

12


Header Page 15 of 120.

Trong lò cao luôn luôn tồn tại 3 loại xỉ là: xỉ đầu – Xỉ trung gian – Xỉ cuối
-

Xỉ đầu mới xuất hiện ở vùng tạo xỉ.

-

Xỉ trung gian là xỉ từ vùng mới tạo xỉ xuống nồi lò.

-

Xỉ cuối là xỉ tạo giữa xỉ trung gian và tro Kok.

* Yêu cầu xỉ lò cao
-

Có độ chảy loãng phù hợp.

-

Độ kiềm phù hợp.

Cụ thể 5 yếu tố cơ bản đối với xỉ lò cao là:
-

Xỉ đồng đều thành phần hóa học.

-

Vùng hóa mềm tạo xỉ mỏng tương đối thấp.

-

Xỉ đầu đủ loãng đảm bảo hấp thụ nhiệt, xỉ cuối loãng 2 ÷ 5 poa

-

Xuất lượng xỉ càng thấp càng tốt (Qxỉ).

-

Độ kiềm và độ loãng xỉ đủ để khử S.

Để đảm bảo 5 yêu cầu trên cần phải:
Yêu cầu 1: Quặng thiêu kết hay vê viên cao nên có độ kiềm cao tự trợ dung trung
hòa kỹ.
Yêu cầu 2: Chọn quặng thiêu kết có T0 hóa mềm cao phạm vi hóa mềm hẹp.
Yêu cầu 3: Tăng MgO trong xỉ đạt 6 ÷ 8%. Tạo xỉ loãng nồi lò.
Yêu cầu 4: Dùng nhiên liệu phụ bổ trợ có thể chạy xỉ axít khi dùng khí đốt Madút
– kết hợp khử S ngoài lò.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 15 of 120.

13


Header Page 16 of 120.

2.2.7. Lò gió nóng.

Hình 2.5 Lò gió nóng, nguyên lý hoạt động của các thông số KT
Các thông số cơ bản của gạch ô và buồng tích nhiệt.
- Diện tích mặt nung:
Φ=

4d
m2/m3
2
(d + δ )

- Tiết diện hữu ích:
d2
m2/m2
ω=
2
(d + δ )

- Hệ số điền đầy:
VH =

(d + δ ) 2 − d 2
= 1 − ω m3/m3
2
(d + δ )

- Chiều dày tương đương:

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 16 of 120.

14

Header Page 17 of 120.

S=

Trong đó:

2VH
δ ⎤
⎡
= δ ⎢1 +
Φ
⎣ 2d ⎥⎦

d: là kích thước đường dẫn, hình khối vuông hoặc Φ lỗ.
δ : Chiều dày thực của gạch.

Từ công thức trên muốn tăng diện tích gia nhiệt (mặt nung) thì cần phải giảm chiều dày
gạch ( δ ) và thu nhỏ kênh dẫn.
2.2.8. Hệ thống gió nóng lò cao.

Hình 2.6 Sơ đồ cung cấp Oxy làm giàu gió nóng lò cao

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 17 of 120.

15


Header Page 18 of 120.

2.3. Các thông số cơ bản của lò
2.3.1. Trắc đồ lò cao
Có nhiều phương pháp tính trắc đồ, song hiện nay phổ biến vẫn theo phương pháp
của ЛΑBЛОΒ với Vi cho trước.
A. Tính trắc đồ lò cao (Dựa theo CЛYTЧΗИК METAЛЛYPΓΑ)
H=

1. Chiều cao toàn bộ:

3

Vi.n 2

ε

(m)

- ε là hệ số trong công thức Vi= ε.D2.H
- D là đường kính bụng lò (m) ε = 0,52 ÷ 0,55.
H
thông thường n = 4,2 ÷ 4,5 (than gỗ)
D

- n là tỷ số

Với lò chạy than Kok n = 3,5 ÷ 4,5 (lò dung tích to lấy số nhỏ và ngược lại)
- Lò 100m3 Thái Nguyên n = 4,43.
- Vi thể tích hữu ích của lò (theo đầu bài cho).
2. Chiều cao có ích: Hi = H – H6 (m)

mở.

H6 là chiều cao thiết bị rơi liệu từ mép trên mặt bích vòm lò tới đáy côn lớn ở thể
Hi không vượt quá trị số lim (giới hạn) bền của Kok.
Hi max = 25,5 ÷ 31,5 (m) (Kok tốt)
23 ÷ 25 m (Kok thường)
(Các lò < 350m3 có thể nhỏ hơn)

3. Đường kính bụng lò D (m)
D=

Vi
H
=
(m)
n
ε .H

4. Đường kính nồi lò d (m)
d = 1,13.

P.K
Jd

(m)

Để tìm ra d phải thỏa mãn

Vi
πd 2

= 24 ÷ 28; A =
4
A

P là năng suất lò P = PV .Vi (Pv Hệ số lợi dụng Tấn/m3.24h)
K là suất tiêu thụ Kok

TKok/T gang.

JA Cường độ chạy T Kok/m3 nồi lò thông thường 21 ÷ 25.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 18 of 120.

16


Header Page 19 of 120.

5. Đường kính cổ lò d1 (m)
d1 = (0,67 ÷ 0,75).D
Lấy số lớn khi quặng nghèo, lò nhỏ < 300 m3, d1 = (0,5 ÷ 0,7).D
6. Chiều cao lỗ gió so với lỗ gang.
hmg =

P
.v1
A

(m)

V1 là xuất thể tích nồi lò phần dưới. Còn gọi là nồi hứng lim loại tích từ trục gang
đến trục lỗ gió.
V1 = 0,1 ÷ 0,11 gang GM
V1 = 0,12 ÷ 0,14 gang Đúc.
hmg >

⎞⎛ 1 M ⎞
p ⎛ 24
.⎜⎜
+ TCham ⎟⎟.⎜ + ⎟
24. A ⎝ S me
2 ⎠
⎠⎝T

Tchậm là xuất lượng xỉ

Tấn xỉ/ T.gang

Smẻ là số mẻ gang/ ngày đêm.
7. Chiều cao nồi lò h1 (m)
h1 = hmg + ∆h (m)
∆h là khoảng cách trục lỗ gió và mép dưới hông lò.
Lò 100m3 TN ∆h = 0,25 ÷ 0,3 m
8. Chiều cao hông lò h2 (m)
h2 =

D−d
2.Cotgβ

β góc nghiêng hông lò 800 ÷ 820

9. Chiều cao than lò h4 (m)
h4 =

D − d1
2.Cotgα

α góc nghiên than lò 840 ÷ 870

10. Chiều cao bụng lò và cổ lò h3,h5 (m)
Giải hệ phương trình bậc nhất 2 ẩn số h3 và h5.
h3 + h5 = H i − (h1 + h2 + h4 )

π .D 2
4

.h3 +

(1)

πd12

⎡ π .d 2
⎤
π
π
.h5 = Vi ⎢
.h1 + .h2 ( D 2 + Dd + d 2 ) + .h4 ( D 2 + Dd1 + d12 )⎥
4
12

12
⎣ 4
⎦

Thường h3 = 1,5 ÷ 2,5m; h5 < 3m
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 19 of 120.

17


Header Page 20 of 120.

B. Phương pháp tính trắc đồ theo PAMM và ЛEOHИДОΒ
Cho biết Vi m3
D = 0,5. Vi0,4
d = 0,32. Vi0,45
d1 = 0,5. Vi0,36
H = 7,4. Vi0,2
Hi = 6,44. Vi0,2 = 0,87. H
Hmg = 0,085. H = 0,098. Hi
Chiều cao hông lò: h2 = 3
h3 = 0,07 H
h4 = 0,6 H
h5 = h1
1. Đường kính của lò d2 (m) theo ЛΑBЛОΒ
Khi d1 < 6,15m, d2 = 0,7 d1
Khi d1 > 6,15m, d2 = d1 – 1,8m
Ở Thái Nguyên d2 - d1 = 1,1m
2. Góc côn lớn α ' thông thường chọn α ' = 50 ÷ 530 . Thái Nguyên = 500
3. Góc côn thành phễu lớn β ' = 67 ÷ 70 0 ở Thái Nguyên β '= 68 0

4. Bước hạ côn lớn hC (m) thường hC = 0,45 ÷ 1m
5. Chiều cao lỗ xỉ so với lỗ gang hxỉ (m)
Theo ЛΑBЛОΒ hxỉ phải thỏa mãn:
hxi ≈

⎞
P ⎛ 24
.⎜⎜
+ Tcham ⎟⎟ + (0,2 ÷ 0,5)m
168. A ⎝ S me
⎠

Theo kinh nghiệm thường hxỉ = 0,6 ÷ 0,7 hmg
6. Chiều cao lớp gang chết ho (m)
Thông thường ho = 0,3 ÷ 1,1 m, có khi > 2,2m.
Lò nhỏ thông thường lấy bằng bội số chiều dày viên gạch + mạch xây.
Ở Thái Nguyên ho =0,302m (4.0,075 m + mạch xây)
7. Xác định đường kính mắt gió dmg (m)
Cách xác định theo thứ tự sau đây:
7.1. Xác định số mắt gió Smg theo ПΑBЛОΒ.
Smg = 2d +1
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 20 of 120.

18


Header Page 21 of 120.

Hoặc có thể theo công thức: Smg =

πd
∆1

∆ 1 theo ΓОTЛИΒ thì ∆ 1 = 1,3 ÷ 1,6 m
∆ 1 là chiều dài phần cung nồi lò chắn giữa 2 trục mắt gió liền nhau.

7.2. Xác định vận tốc gió thổi vào lò cao Vo.
Muốn vậy phải xác định động năng của gió E.
Vo =

⎛ 273 ⎞⎤
2. g .E ⎡
⎟⎥
.⎢(1 + Pgio )⎜ o
⎜ t + 273 ⎟⎥
G ⎢⎣
⎝ gio
⎠⎦

E: Là động năng của gió Kgm/giây
G: Lưu lượng gió thổi vào 1 tuye Kg/giây
g: Là gia tốc trọng trường 9,8 m/s2.
Pgió: Là áp suất cảu gió, at.
togió: Là nhiệt độ của gió nóng oC.
E: Xác định theo kinh nghiệm.
E = 86,5d2 – 313d + 1160Kgm/giây
G=

Xác định
JV = PV . K

Π K .J V .Vi
.γ gio
86,4.S mg

PV: Hệ số lợi dụng, K: Tỷ lệ Kok

γ gio : Tỷ trọng của gió thường γ = 1,1 ÷ 1,3

Pgió: Thường 1,2 ÷ 1,6 at
Theo kinh nghiệm: Vo = 120 ÷ 140m/giây.
ДK: Suất lượng gió / 1Kg cốc thường 2,7 ÷ 3m3 gió/Kg cốc.
7.3. Đường kính mắt gió.
d mg = 1,13.

G
γ gio .Vo

8. Xác định đường kính vòng gió cái dvg.
dvg: Tính toán phải đảm bảo điều kiện
G

.S mg

γ gio
λ.d vg2

≤ 40 →

π .d vg2

4

≥

G.S mg
40.γ gio

4

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 21 of 120.

19


Header Page 22 of 120.

2.3.2. Cân bằng liệu và cân bằng nhiệt lò cao
1. Cân bằng liệu
1.1. Các khoản chi Kg/100Kg gang

1.2. Các khoản thu

Than Kok

Gang 100Kg

Nhiên liệu phụ (nếu có)

Xỉ

U

Quặng 1.

Khí khô

θ1

Quặng 2

Bụi

π

Đá vôi.

- Hơi nước

Kg/100Kg gang

Đôlômi.

+ Hyđrat

W1

Sa thạch (quắc zít).

+ Ẩm dính

W2

Gió.

+ Do hoàn nguyên Fe bằng H2

W3

+ Hơi S, MnO, SiO2, Shơi = MnOhơi = SiO2hơi
Σ chi

Σ thu
Σ chi = Σ thu

1.2.1. Xác định lượng bụi lò.
π=

⎤ KP ⎡ l K1 .π KP1
⎤
l K 2 .π K 2
l K 2 .π KP2
K ⎡ l K1 .π K1
...⎥ +
+
+
+ ....⎥
⎢
⎢
100 ⎣⎢100 − π K1 100 − π K 2 ⎦⎥ 100 ⎣⎢100 − π KP1 100 − π KP2
⎦⎥

+π =

⎤ y ⎡ l y .πy1
l x .π x
l y .πy 2 ⎤
xo ⎡ l x1 .π x1
+ 2 2 ...⎥ + o ⎢ 1
+ 2
⎢
⎥
100 ⎢⎣100 − π x1 100 − π x2 ⎥⎦ 100 ⎢⎣100 − πy 1 100 − πy 2 ⎥⎦

Ở đây: πx1 , πx 2 , πy1 , πy 2 ....
l K 1 , l K 2 : Tỷ lệ các loại than Kok . π K 1 , π K 2 : Tỷ lệ bốc bụi than Kok 1 và 2.
l KP1 , l KP 2 : Tỷ lệ các nhiên liệu phụ.

π KP1 , π KP 2 : Tỷ lệ bốc bụi than nhiên liệu phụ 1 và 2.
l X 1 , l X 2 : Tỷ lệ quặng 1 x 2 . πl X 1 , πl X 2 : Tỷ lệ bốc bụi than quặng x1 và x2.

l y1 , l y 2 : Tỷ lệ trợ dung 1 x 2 . πl y1 , πl y 2 : Tỷ lệ bốc bụi trợ dung 1,2.

K: Tỷ lệ Kok - Kp: Tỷ lệ nhiên liệu phụ.
xo: Trọng lượng quặng 1 x 2.
yo: Trọng lượng trợ dung 1 x 2.
1.2.2. Xác định lượng nước ẩm dính bốc hơi W2

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 22 of 120.

20

Header Page 23 of 120.

⎛ K 1 .WK1 K 2 .WK 2
⎞ ⎛ K P .WKP1 K P2 .WKP2
W2 = ⎜⎜
+
+ ....⎟⎟ + ⎜⎜ 1
+
100
100
⎝ 100
⎠ ⎝ 100
⎛ x1 .W x1 x 2 .W x2
⎞ ⎛ y1 .W y1 y 2 .W y2 ⎞
⎟
+
+ ⎜⎜
+
+ ....⎟⎟ + ⎜⎜
100
100 ⎟⎠
⎝ 100
⎠ ⎝ 100

⎞
⎟
⎟
⎠

Ở đây: WK1 ÷ 2; WKP1 ÷ 2; Wx1 ÷ 2; Wy1 ÷ 2; là độ ẩm dính của than quặng nhiên liệu phụ trợ,
trợ dung 1 x 2.
1.3. Xác định mức Hyđrat bốc hơi W1
⎛ Why ⎞
⎟⎟
W1 = Why .⎜⎜1 −
100
⎝
⎠

Ở đây: W1: Lượng nước hyđrat Kg/Kg gang.
Why: Mức độ phân hóa hyđrat.
1.4. Xác định mức W3 sinh ra do hoàn nguyên Fe bằng H2.
W3 = (ψ 2 + ψ 1 ).rh .

18
56

Ở đây: rh: Mức độ hoàn nguyên Fe bằng Hyđrô rh = 0,15 ÷ 0,25
ψ 2 : Tổng Fe trong phối liệu lò cao, Kg.
ψ 1 : Lượng Fe được hoàn nguyên bằng H2.

1.5. Xác định S, MnO, SiO2 bốc hơi.
S hoi =

λS
100

.Σ S

MnOhoi =

λ Mn
100

.Σ MnO

SiO2 hoi =

λ Si
100

.Σ SiO2

Ở đây: λ S , λ Mn , λ Si : Hệ số bốc hơi của S, Mn, Si.
Thông thường chỉ tính:
S bochoi +

λS ⎛ S K

Sy ⎞
S
⎜⎜
.K + x . x +
.y ⎟
100 ⎝ 100
100
100 ⎟⎠

Ở đây: SK, Sx, Sy: Là hàm lượng S trong Kok, quặng, trợ dung.
K, x, y: Là xuất tiêu thụ Kok, quặng, trợ dung cho 100Kg gang.
1.6. Xác định sai số R
R = Σ chi – (100 – U + π + W1 + W2 + W3 + Shơi)
R ≤ 0,01 % Σ chi
2. Cân bằng nhiệt lò cao luyện gang dựa theo:
2.1. Các khoản nhiệt cấp: Gồm 6 khoảng nhiệt q1 ÷ q6
2.1.1. Nhiệt cấp cháy C thành CO2
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 23 of 120.

q1

Kcal/Kg gang

21


Header Page 24 of 120.

⎡ CO2tong − (CO2 y + CO2 K )⎤ 95407
q1 = ⎢
⎥x
100
⎣
⎦ 22,4

Kcal/Kg gang

Ở đây:
CO2: Tổng thể tích khí CO2 trong khí lò cao m3/100 Kg gang.

CO2y: Thể tích khí CO2 trong khí lò cao từ trợ dung m3/100 Kg gang.
CO2K: Thể tích khí CO2 trong khí lò cao do than bốc ra m3/100 Kg gang.
95407
rút ra từ phản ứng Ccốc + O2 = CO2 + 95407 Kcal.
22,4

2.1.2. Nhiệt cấp do cháy C thành CO

Kcal/Kg gang q2.

22,4 ⎤
⎡
⎢ COtong − CO K − 2C y . 11 ⎥ 28080
q2 = ⎢
⎥x
100
⎢
⎥ 22,4
⎣⎢
⎦⎥

Kcal/Kg gang

Ở đây:
COtổng: Là tổng khí CO trong khí lò cao m3/100 Kg gang.
COK: Tổng thể tích khí lò cao do than Kok bốc ra m3/100 Kg gang
Cy: Là lượng C tiêu thụ để phân hóa CO2 của trợ dung các bonát trong lò
cao Kg/100Kg gang
28080 là hiẹu ứng nhiệt phản ứng.
2.1.3. Nhiệt cấp do H2 cháy thành H2O

q3 =

q3 Kcal/Kg gang

W3
x3210 Kcal/Kg gang.
100

W3: Là trọng lượng nước trong khí lò cao
2.1.4. Nhiệt cấp do phản ứng tạo xỉ
q4 =

Kg/100Kg gang

q4 Kcal/Kg gang

U
(3,14.CaO − 17)
100

Kcal/Kg gang.

U là lượng xỉ/ 100 Kg gang CaO là tổng (CaO + MgO) trong xỉ lò cao không kể
CaO + MgO do quặng thiêu kết đưa vào)
Theo PAMM

q4 =

U
.27.CaO

100

2.1.5. Nhiệt cấp do nhiệt hàm của gió đem vào q5 Kcal/Kg gang
⎡⎛
4 ⎞
f
o
o ⎤
q5 = τ ⎢⎜1 −
.C H' 2O .t gio
⎟.C ' KK .t gio +
⎥
100
⎣⎝ 100 ⎠
⎦

Kcal/ Kg gang

Ở đây:
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 24 of 120.

22


Header Page 25 of 120.

τ : Là thể tích gió ẩm thổi vào nồi lò m3/100Kg gang.

f: Là độ ẩm luyện kim trong bình của gió %.
C’KK và C’H2O: Là tỷ nhiệt thể tích trung bình của không khí và hơi nước.

togió: Là nhiệt độ của gió nóng oC.
2.1.6. Nhiệt cấp do nhiệt hàm của phối liệu
q6 =

ϕK + ϕx + ϕ y
100

q6
Kcal/Kg

.C fe .t ofe

Ở đây:
ϕ K , ϕ x , ϕ y : Là suất tiêu thụ thực tế của than – quặng – trợ dung kiềm Kg/100Kg

gang.
Kcal/KgoC.

Cfe: Là nhiệt trọng lượng trung bình của phối liệu
tofe: Là nhiệt độ trung bình của phối liệu oC.
Cfe = 0,2 ÷ 0,25 Kcal/KgoC
Tổng nhiệt cấp (thu) từ q1 ÷ q6
3. Các khoản nhiệt chi Kcal/Kg gang
3.1. Nhiệt phân hóa các oxít sắt q’1
q’1

= (q’1a + q’1b + q’1c) –

Kcal/Kg gang

q’1d

Kcal/Kg

q’1a: Là nhiệt phân hóa Fe2O3 → Fe

q1' a =

ψ2
100

x1758

Kcal/Kg

Ở đây: ψ 2 : Là lượng Fe ở dạng Fe2O3 trong phối liệu Kg/100Kg gang
q’1b: Là nhiệt phân hóa Fe2O3 → Fe

q1' b =

ψ3
100

x1583

Kcal/Kg

Ở đây: ψ 3 : Là lượng Fe ở dạng Fe2O3 trong phối liệu Kg/100Kg gang
q’1c: Là nhiệt phân hóa FeO → Fe
q’1d: Là nhiệt thu do Fe

q1c =

ψ4
100

x1,50

Kcal/kg

ψ 4 : Là lượng Fe ở dạng Fe2O3
q1' d =

Fe4
x1150
100

Kcal/kg gang

Fe4: Là hàm lượng Fe trong xỉ lò cao Kg/100Kg gang.
3.2. Nhiệt phân hóa các Oxit Mn q’2 Kcal/Kg gang
q 2' = (q 2' a + q 2' b + q 2' c − q 2' d ) − q 2' e

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 25 of 120.

23