Bộ Công thương Tài liệu hướng dẫn Sản xuất sạch hơn Ngành Luyện thép lò điện hồ quang Phiên bản 10 2008 Cơ quan biên soạn Hợp phần Sản xuất sạch hơn trong công nghiệp Chƣơng trình hợp tác phát triển V[.]
Tài liệu hướng dẫn Sản xuất Ngành: Luyện thép lò điện hồ quang Phiên bản: 10.2008 Cơ quan biên soạn Hợp phần Sản xuất công nghiệp Chƣơng trình hợp tác phát triển Việt nam – Đan mạch mơi trƣờng BỘ CƠNG THƢƠNG Trung tâm Sản xuất Việt nam Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Mục lục Mục lục Mở đầu Giới thiệu chung 1.1 Mô tả ngành sản xuất thép 1.2 Quá trình sản xuất thép lò điện hồ quang 1.2.1 Chuẩn bị liệu 1.2.2 Nạp liệu 1.2.3 Nấu chảy 1.2.4 Rót thép xỉ 1.2.5 Tinh luyện 1.2.6 Đúc liên tục Sử dụng tài nguyên, ô nhiễm môi trƣờng an toàn sản xuất 10 2.1 Tiêu thụ nguyên nhiên liệu 11 2.2 Các vấn đề mơi trƣờng an tồn sản xuất 12 2.2.1 Khí thải 12 2.2.2 Chất thải rắn 14 2.2.3 Nƣớc thải 15 2.2.4 Tiếng ồn 16 2.2.5 Cháy nổ an toàn sản xuất 16 2.3 Tiềm sản xuất 16 Cơ hội sản xuất 17 3.1 Loại bỏ chất phi kim loại, băm, chặt nhỏ nguyên liệu 17 3.2 Vận hành lò điện chế độ siêu cao công suất 17 3.3 Làm nguội tƣờng lò nắp lò nƣớc 17 3.4 Phun ôxy-nhiên liệu phun ôxy 18 3.5 Hệ thống thép đáy lò 18 3.6 Công nghệ xỉ bọt 18 3.7 Tinh luyện lò thùng 18 3.8 Tự động hoá 18 3.9 Nung sơ thép phế 19 3.10 Hệ thống nƣớc làm nguội khép kín 19 3.11 Sử dụng lại xỉ lò điện 20 3.12 Tái sử dụng bụi lò điện 20 3.13 Các giải pháp liên quan đến quản lý xử lý môi trƣờng 20 3.13.1 Các hệ thống thu gom phát tán đại 20 3.13.2 Giảm phát thải ô nhiễm hữu 21 3.13.3 Công nghệ cháy sau kết hợp với xử lý khói 22 3.13.4 Phun bột than cốc để xử lý khí thải 22 Thực sản xuất 23 4.1 Bƣớc 1: Khởi động 23 4.1.1 Cơng việc 1: Thành lập nhóm đánh giá SXSH 23 4.1.2 Công việc 2: Phân tích cơng đoạn xác định lãng phí 27 4.2 Bƣớc 2: Phân tích cơng đoạn sản xuất 32 4.2.1 Công việc 3: Chuẩn bị sơ đồ dây chuyền sản xuất 32 4.2.2 Công việc 4: Cân vật liệu 33 4.2.3 Cơng việc 5: Xác định chi phí dịng thải 36 4.2.4 Cơng việc 6: Xác định nguyên nhân dòng thải 39 4.3 Bƣớc 3: Đề giải pháp SXSH 41 4.3.1 Công việc 7: Đề xuất hội SXSH 41 4.3.2 Công việc 8: Lựa chọn hội thực đƣợc 43 4.4 Bƣớc 4: Chọn lựa giải pháp SXSH 45 4.4.1 Công việc 9: Phân tích tính khả thi kỹ thuật 45 4.4.2 Công việc 10: Phân tích tính khả thi mặt kinh tế 46 Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 2/57 4.5 4.6 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 4.4.3 Công việc 11: Đánh giá ảnh hƣởng đến môi trƣờng 47 4.4.4 Công việc 12: Lựa chọn giải pháp thực 48 Bƣớc 5: Thực giải pháp SXSH 48 4.5.1 Công việc 13: Chuẩn bị thực 49 4.5.2 Công việc 14: Thực giải pháp 49 4.5.3 Công việc 15: Quan trắc đánh giá kết 50 Bƣớc 6: Duy trì SXSH 50 4.6.1 Công việc 16: Duy trì SXSH 51 4.6.2 Các yếu tố bất lợi cho việc thực SXSH 51 4.6.3 Các yếu tố thành cơng chƣơng trình SXSH 52 Xử lý môi trƣờng 53 Lọc bụi tĩnh điện 53 Lọc bụi túi vải 54 Cyclon 54 Máy lọc khí ƣớt tinh (Fine Wet Scrubber) 55 Khử lƣu huỳnh ƣớt 55 Cacbon hoạt tính tái sinh (Regenerative Activated carbon-RAC) 56 Hoàn nguyên chất xúc tác (Selective Catalytic Reduction-SCR) 57 Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 3/57 Mở đầu Theo định nghĩa Chƣơng trình Mơi trƣờng Liên hợp quốc (UNEP), sản xuất việc áp dụng liên tục chiến lƣợc phịng ngừa tổng hợp mơi trƣờng vào q trình sản xuất, sản phẩm dịch vụ nhằm nâng cao hiệu suất sinh thái giảm thiểu rủi ro cho ngƣời môi trƣờng Nhƣ vậy, sản xuất tiếp cận giảm thiểu ô nhiễm nguồn thơng qua việc sử dụng ngun nhiên liệu có hiệu Việc áp dụng sản xuất khơng giúp doanh nghiệp cắt giảm chi phí sản xuất, mà cịn đóng góp vào việc cải thiện trạng mơi trƣờng, qua giảm bớt chi phí xử lý môi trƣờng Tài liệu hƣớng dẫn sản xuất ngành sản xuất thép lò điện hồ quang đƣợc biên soạn khuôn khổ hợp tác Hợp phần sản xuất Công nghiệp (CPI), thuộc chƣơng trình Hợp tác Việt nam Đan mạch Môi trƣờng (DCE), Bộ Công thƣơng Trung tâm Sản xuất Việt nam, thuộc Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng, trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội Tài liệu đƣợc chuyên gia chuyên ngành nƣớc biên soạn nhằm cung cấp kiến thức nhƣ thông tin công nghệ nên tham khảo trình tự triển khai áp dụng sản xuất Các chuyên gia chuyên ngành dành nỗ lực cao để tổng hợp thông tin liên quan đến trạng sản xuất Việt nam, vấn đề liên quan đến sản xuất môi trƣờng nhƣ thực hành tốt áp dụng đƣợc điều kiện nƣớc ta Mặc dù Sản xuất đƣợc giới hạn việc thực giảm thiểu ô nhiễm nguồn, tài liệu hƣớng dẫn sản xuất bao gồm thêm chƣơng xử lý môi trƣờng để doanh nghiệp tham khảo tích hợp sản xuất việc đáp ứng tiêu chuẩn môi trƣờng Hợp phần Sản xuất Công nghiệp Trung tâm Sản xuất Việt nam xin chân thành cảm ơn đóng góp TS Nguyễn Văn Sƣa, cán Công ty Cổ phần Tƣ vấn EPRO đặc biệt phủ Đan mạch, thơng qua tổ chức DANIDA, Chính phủ Thụy sĩ, thơng qua Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên hợp quốc UNIDO hỗ trợ thực tài liệu Mọi ý kiến đóng góp, xây dựng tài liệu xin gửi về: Văn Phòng Hợp phần Sản xuất công nghiệp, email: cpi-cde@vnn.vn Trung tâm Sản xuất Việt nam, email: vncpc@vncpc.org Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 4/57 Giới thiệu chung Chương cung cấp thơng tin tình hình sản xuất thép Việt nam, xu hướng phát triển thị trường, như thơng tin quy trình sản xuất 1.1 Mô tả ngành sản xuất thép Gang thép giữ vai trị quan trọng q trình phát triển văn minh nhân loại qua nhiều thiên niên kỷ chúng đƣợc sử dụng rộng rãi ngành nông nghiệp, xây dựng, sản xuất phân phối lƣợng, chế tạo máy móc thiết bị, sản xuất hàng gia dụng y học, an ninh quốc phòng … Cùng với than giấy, gang thép vật liệu cách mạng cơng nghiệp Chính vậy, sản lƣợng thép giới tăng trƣởng nhanh chóng, đặc biệt nửa sau kỷ 20 đến nay, đạt 1.240 triệu năm 2006 Hiện nay, giới, thép đƣợc sản xuất hai cơng nghệ : - Cơng nghệ lị cao - lị chuyển thổi ô xy - đúc liên tục - Công nghệ lò điện hồ quang - đúc liên tục Ngồi hai cơng nghệ nêu trên, có hai cơng nghệ phát triển - Hoàn nguyên nấu chảy - luyện thép lị chuyển – đúc liên tục - Hồn ngun trực tiếp - luyện thép lò điện – đúc liên tục Tuy nhiên, hai công nghệ triển khai số nƣớc nhƣ Ấn Độ, Iran, Venezuela … Sản lƣợng cơng nghệ cịn nhỏ, chiếm khoảng 5% tổng sản lƣợng thép giới (năm 2005 tổng sản lƣợng sắt hoàn nguyên nấu chảy hoàn nguyên trực tiếp đạt 55,4 triệu tấn) Ngành công nghiệp thép Việt Nam đƣợc năm 1959 việc xây dựng Khu gang thép Thái Nguyên, Công ty gang thép Thái Nguyên, Cộng hoà nhân dân Trung Hoa giúp đỡ với cơng suất thiết kế 100.000 tấn/năm Tiếp đó, nhà máy Luyện cán thép Gia Sàng đƣợc khởi công xây dựng vào năm 1972 với giúp đỡ CHDC Đức có cơng suất thiết kế 50.000 tấn/năm Sau đất nƣớc thống năm 1975, Công ty Thép Miền nam tiếp quản sở luyện kim nhỏ chế độ cũ để lại với tổng công Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 5/57 suất khoảng 80.000 tấn/năm Từ năm 1992 trở lại đây, ngành thép Việt Nam đƣợc trang bị loạt lò thùng tinh luyện máy đúc liên tục làm cho chất lƣợng suất thép thỏi đƣợc cải thiện rõ rệt Từ năm 1994, loạt nhà máy liên doanh với nƣớc đƣợc xây dựng vào sản xuất Sau nhiều nhà máy doanh nghiệp ngồi quốc doanh đời Ngành cơng nghiệp thép Việt Nam sản xuất đƣợc thép trịn dài, thép hình nhỏ, thép ống hàn bắt đầu sản xuất thép cán nguội Các nhà máy sản xuất thép nƣớc ta tập trung chủ yếu Miền Bắc Miền Nam Ở Miền Bắc tỉnh Thái Nguyên, Hải Phòng, Hƣng Yên, Bắc Ninh Ở Miền Nam thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai Bà RịaVũng Tàu Trong tƣơng lai, số nhà máy luyện kim liên hợp đƣợc xây dựng Miền Trung nhƣ nhà máy luyện kim liên hợp 4,5 triệu tấn/năm Hà Tĩnh Dung Quất, Quảng Ngãi Trong năm gần ngành thép Việt Nam có tốc độ tăng trƣởng cao, 18%/năm Năm 2006 Việt nam sản xuất đƣợc 4.743.000 thép bao gồm thép thanh, thép dây, thép hình nhỏ, thép cán nguội, thép ống hàn thép mạ loại, đáp ứng đƣợc gần 66% nhu cầu thép đất nƣớc Sản lƣợng phôi thép năm 2006 đạt khoảng 1.100.000 tấn, đáp ứng đƣợc 33,4% nhu cầu phôi nƣớc Sản lƣợng phôi thép nƣớc ta, theo số liệu Hiệp hội thép Việt nam, năm gần đƣợc nêu hình 1200 1000 1000 800 600 400 200 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Hình Sản lượng thép phôi Việt nam Tuy nhiên, phát triển ngành công nghiệp thép Việt Nam cân đối khâu luyện gang, luyện thép cán thép Ở Việt nam, phần lớn thép đƣợc sản xuất cơng nghệ lị điện hồ quang – đúc liên tục Ngành sản xuất thép Việt nam bắt đầu lò mactanh 50 Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lị điện hồ quang Trang 6/57 tấn/mẻ Cơng ty gang thép Thái Nguyên lò BOF tấn/mẻ nhà máy Luyện cán thép Gia Sàng Sau số năm vận hành, Cơng ty chuyển sang lị điện hồ quang Hiện tại, ngành thép Việt nam sử dụng 100% cơng nghệ lị điện Điều xuất phát từ điều kiện thiếu gang lỏng nƣớc ta Gần nhiều nhà máy sản xuất phôi thép đƣợc xây dựng vào hoạt động nhƣ Hoà Phát, Đình Vũ, Lƣơng Tài, Vạn Lợi … Các lị điện sản xuất thép Việt nam nhỏ, trừ nhà máy thép Phú Mỹ đƣợc trang bị lò điện hồ quang kiểu DANARC 70 tấn/mẻ đƣợc đƣa vào vận hành Các lò điện áp dụng số tiến kỹ thuật nhƣ phun ô xy than vào tạo xỉ bọt, dùng biến siêu cao công suất, sử dụng loại vật liệu chịu lửa siêu bền, thép đáy lệch tâm … Trong thời gian tới, ngành thép có lị chuyển thổi ô xy 25 T, 50 T đặc biệt xây dựng nhà máy luyện kim liên hợp có lị chuyển thổi xy 200 T Lúc đó, trình độ cơng nghệ ngành luyện thép đƣợc nâng lên tầm cao mới, đáp ứng đƣợc nhu cầu công xây dựng đất nƣớc hội nhập kinh tế 1.2 Q trình sản xuất thép lị điện hồ quang Sản xuất thép lò điện hồ quang bao gồm khâu chuẩn bị liệu, nạp liệu, nấu luyện, thép xỉ, tinh luyện, thu gom xỉ đúc liên tục Sơ đồ hình mơ tả tóm tắt cơng đoạn quy trình sản xuất thép lị điện Sắt thép phế Điện Chuẩn bị liệu Đất cát Chất phi kim loại Tiếng ồn Nạp liệu Điện Điện cực Chất tạo xỉ VL đầm lò Gas Oxy Dầu mỡ Nƣớc Nấu chảy Ra thép Khí thải Bụi Hơi nƣớc Chất thải rắn Dầu mỡ Tiếng ồn Nhiệt độ cao Tinh luyện 1.2.1 Chuẩn bị liệu Điện Dầu, mỡ Nƣớc Bụi Chất thải rắn Hơi nƣớc Tiếng ồn Nhiệt độ cao Nguyên liệu cho Đúc liên tục luyện thép lò điện sắt thép phế, sắt xốp Sản phẩm gần số Hình Quy trình sản xuất thép lị điện hồ quang nƣớc nhƣ Trung Quốc, Ấn Độ Việt Nam sử dụng lƣợng gang lỏng tới 50-60% Sắt thép phế đƣợc tập trung bãi chứa liệu Tại liệu đƣợc xử lý nhƣ phân loại, cắt, băm thành kích thƣớc theo quy định Các tạp chất nhƣ đất cát, nhựa, gỗ chất gây cháy nổ nhƣ vũ khí cũ loại đƣợc loại bỏ cắt làm thống ống kín… Sau xử lý, liệu đƣợc chất vào thùng chứa liệu vận chuyển đến vị trí quy định xƣởng luyện Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 7/57 Trong số trƣờng hợp nguyên liệu đƣợc gia nhiệt trình vận chuyển (trong thùng chứa liệu băng tải) nhiệt tuần hoàn lị điện Một số loại lị điện có hệ thống sấy liệu nhiệt khí thải nhƣ lị kiểu lò đứng (shaft furnace) consteel Tuy nhiên việc gia nhiệt liệu dẫn đến sinh lƣợng khí thải gồm chất độc hữu chứa halogen nhƣ polyclorin dibenzo-p-dioxin furam (PCDD/F), polyclorin biphenil (PCB), polyciclic aromatic hydrocarbon (PAH)… cao cần thêm chi phí xử lý Việc kiểm tra đồng vị phóng xạ nguyên liệu quan trọng Các nguyên liệu khác nhƣ chất tạo xỉ dạng cục hay bột (vôi, bột carbon), chất hợp kim hóa, hợp kim phero, chất khử ôxy vật liệu chịu lửa phải đƣợc lƣu trữ, bảo quản thùng hay boongke có mái che Các vật liệu dạng bột cần đƣợc chứa xilo kín 1.2.2 Nạp liệu Sắt thép vụn với chất trợ dung nhƣ vôi, dolomit đƣợc chất vào thùng chứa liệu Khi nạp liệu, điện cực đƣợc nâng lên cao, nắp lò đƣợc xoay sang bên để chất liệu từ thùng chứa liệu vào lị Thơng thƣờng lần đầu chất 50-60% liệu cho mẻ Sau nắp lị đóng lại, điện cực từ từ hạ xuống tới khoảng cách 20-30 mm tới liệu bắt đầu đánh hồ quang Sau liệu đầu nóng chảy chất phần liệu lại vào lò 1.2.3 Nấu chảy Khi bắt đầu qúa trình nấu chảy cần lƣu ý sử dụng cơng suất điện thấp để phịng ngừa phá hủy tƣờng lò nắp lò xạ nhiệt Khi hồ quang bị bao che sắt thép phế xung quanh nâng cơng suất điện nấu chảy hồn tồn Các vịi phun oxy ngày đƣợc sử dụng để cƣờng hóa q trình nấu luyện Ngồi điện, q trình nấu chảy cịn sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên dầu nhằm rút ngắn q trình nấu luyện Oxi đƣợc phun vào thép lỏng vòi phun đặc biệt dƣới từ hơng lị Oxi luyện thép lò điện hồ quang đƣợc sử dụng ngày nhiều từ 30 năm khơng lý luyện kim mà yêu cầu tăng suất Việc sử dụng oxi từ bình oxi lỏng từ trạm sản xuất oxi Về luyện kim, oxi đƣợc dùng để khử cacbon thép lỏng khử chất không mong muốn nhƣ P, Mn, Si, S Hơn nữa, oxi phản ứng với cacbua hydro tạo nên phản ứng tỏa nhiệt, hỗ trợ cƣờng hóa Cần lƣu ý việc thổi oxi tăng khí khói lị Khí CO, CO2, hạt oxit sắt cực mịn sản phẩm khói khác đƣợc tạo thành Trong trƣờng hợp cháy sau (post composting), hàm lƣợng CO dƣới 0.5% thể tích Argon khí trơ khác đƣuọc phun vào thép lỏng để khuấy đảo bể thép làm đồng thành phần hóa học nhiệt độ thép Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lị điện hồ quang Trang 8/57 1.2.4 Rót thép xỉ Khi thép lỏng đạt yêu cầu cần tháo xỉ trƣớc rót thép vào thùng để đƣa sang lị tinh luyện Lị đƣợc nghiêng phía cửa tháo xỉ để xỉ chảy vào thùng xỉ Sau thép lỏng đƣợc rót vào thùng chứa thép Hiện thƣờng áp dụng công nghệ thép đáy lệch tâm (Eccentric Bottom Tapping-EBT) với lƣợng xỉ phủ bề mặt thùng thép lỏng Trong nhà máy khơng có thiết bị tinh luyện riêng nguyên tố hợp kim đƣợc cho vào thép trƣớc thép Các chất cho thêm nhƣ làm tăng lƣợng khói trình thép Xỉ cần đƣợc vớt trình nóng chảy oxi hóa cuối mẻ luyện, trƣớc thép 1.2.5 Tinh luyện Tinh luyện thép thơng thƣờng đƣợc tiến hành lị thùng (Ladle FurnaceLF) sau thép đƣợc lấy từ lò điện hồ quang Trong lò thùng, bể thép lỏng đƣợc nâng nhiệt hồ quang điện đồng hoá nhiệt độ nhƣ thành phần hố học cách thổi khí argon Việc thổi khí argon cịn có tác dụng khử sâu tạp chất khí tạp chất phi kim loại Ngồi cịn bón dây nhơm CaSi vào để khử sâu lƣu huỳnh, ôxy 1.2.6 Đúc liên tục Hiện nay, 90% sản lƣợng thép sản xuất tồn giới đƣợc đúc liên tục cơng nghệ cải thiện đƣợc suất chất lƣợng phơi thép Thép lỏng sau tinh luyện đƣợc rót vào thùng trung gian (tundish) máy đúc liên tục để đúc thành thép phôi vuông (billet), phôi dẹt (slab) … qua hệ thống hộp kết tinh đồng đƣợc làm nguội nƣớc Tốc độ làm nguội cần đƣợc kiểm tra chặt chẽ để đảm bảo chất lƣợng phơi thép Để phơi thép khơng bám dính vào thành hộp kết tinh, ngƣời ta áp dụng cấu rung theo hƣớng đúc bôi trơn hộp dầu thực vật Khi khỏi hộp kết tinh, phôi thép đƣợc kéo liên tục làm nguội hệ thống giàn phun Sau đƣợc làm nguội, phôi thép đƣợc cắt theo chiều dài yêu cầu máy cắt lửa Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 9/57 Sử dụng tài nguyên, ô nhiễm môi trường an tồn sản xuất Chương cung cấp thơng tin đặc thù tiêu thụ nguyên, nhiên, vật liệu tác động q trình sản xuất đến mơi trường, tiềm áp dụng SXSH ngành sản xuất thép Ngồi ngun liệu thép phế, sắt xốp, gang thỏi gang lỏng, vôi, việc sản xuất thép sử dụng lƣợng (than, gas, điện, dầu, oxy), nƣớc, chất phụ trợ nhƣ hợp kim, điện cực, khí trơ, vật liệu đầm lị Q trình sản xuất thép sinh chất thải khí, rắn tiếng ồn Trong số trƣờng hợp, nƣớc làm mát khơng đƣợc tuần hồn tuyệt đối phát thải mơi trƣờng Tổng quan dịng ngun nhiên liệu sử dụng phát thải môi trƣờng ngành luyện thép lị điện hồ quang đƣợc mơ tả hình Ngồi dịng thải đƣợc mơ tả, q trình sản xuất sinh tiếng ồn nhiệt độ cao mơi trƣờng Khí thải Thép phế Gang Fero hợp kim Điện cực Quá trình sản xuất thép lị điện hồ quang Phơi thép Năng lƣợng (điện, gas, than, oxi) Nƣớc Chất thải rắn (xỉ, bùn, vẩy oxit) Nƣớc thải Hình Nguyên nhiên liệu sử dụng phát thải môi trường ngành sản xuất thép lị điện Ví dụ lƣợng ngun nhiên liệu sử dụng phát thải cơng nghệ trung bình đƣợc thể hình Tài liệu hƣớng dẫn Sản xuất ngành luyện thép lò điện hồ quang Trang 10/57