Đang tải... (xem toàn văn)
Microsoft Word Bia ISO ta doc 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,[.]
BỘ CƠNG 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 Cơng Thương Viện Nghiên cứu Cơ khí Nguyễn Lâm Tuấn Anh 7265 30/3/2009 Hà Nội - 2008 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 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu nước ngồi 1.2.Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG LUYỆN GANG LÒ CAO 2.1 Sơ qua công nghệ sản xuất gang thép 2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm q trình cơng nghệ 2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang: 2.2.2 Đặc điểm q trình cơng nghệ 2.2.3 Nguyên liệu đầu vào: 10 2.2.4 Các trình lò cao: 10 2.2.5 Quá trình tạo gang: 11 2.2.6 Quá trình tạo xỉ lò cao: 12 2.2.7 Lị gió nóng 14 2.2.8 Hệ thống gió nóng lị cao 15 2.3 Các thơng số lị 16 2.3.1 Trắc đồ lò cao 16 2.2.2 Cân liệu cân nhiệt lò cao 20 2.3.3 Tính phối liệu lị cao 28 2.3 Vận hành lò cao 30 2.4.1 Ảnh hưởng yếu tố đến tiêu hao than cốc theo 30 2.3.2 Chế độ thao tác lò cao 31 CHƯƠNG 40 THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ DÂY CHUYỀN PHUN THAN LỊ CAO 40 3.1 Cơ sở thiết kế 40 3.2 Công nghệ 40 3.3 Thiết kế cung cấp điện điều khiển 45 3.4 Hệ thống chống sét tiếp đất 46 3.5 Hệ thống cung cấp Oxy, nitơ 46 3.6 Danh mục thiết bị hệ thống phun than 47 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN 48 4.1 NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN HỆ THỐNG CẤP BỘT THAN 48 4.1.1 Hệ thống thiết bị: 48 4.1 Một số vấn đề hệ thống vận chuyển vật liệu khí nén: 48 4.1.3 Tính tốn thiết kế hệ thống vận chuyển khí nén đưa bột than đến lị: 55 4.2 NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU KHIỂN PHUN THAN LÒ CAO 58 4.2 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 thiết bị phun, tuyere: 67 4.3.2 Chế độ làm việc thiết bị phun, tuyere: 67 4.3.3 Cải tiến thiết bị tuyere, tăng lượng phun than hiệu suất đốt cháy 68 4.3.4 Một số 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 LỊ CAO VỚI CƠNG NGHỆ PHUN THAN 77 4.4.1 Đặt vấn đề: 77 4.4.2 Tăng cường đôt cháy bột than vùng cháy 77 4.4.3 Chất lượng than, độ nghiền mịn phun than lò cao 78 4.4.4 Đạt lượng phun 218kg/TMH lò cao số Fukuyama Japan 79 4.4.5 Kết luận 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85 LỜI CẢM ƠN 86 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA Họ tên Học hàm, học vị, Cơ quan công tác chuyên môn Nguyễn Lâm Tuấn Anh Thạc sỹ kỹ thuật Viện NCCK Nguyễn Văn Miên Tiến sỹ kỹ thuật Viện NCCK Nguyễn Đức Toàn Thạc sỹ kỹ thuật Viện NCCK Nguyễn Đăng Hiếu Kỹ sư Cơ tin Viện NCCK TT LỜI MỞ ĐẦU Nm 1963 m gang u tiên lò ti Nh Máy Gang thép Thái Nguyên ánh du bc u ca ngnh luyn kim Vit Nam Quá trình t ó đến ngành thÐp Việt Nam trải qua giai đoạn khã khăn (1976 –1989) kinh tế đất nước l©m vào khủng hoảng, sản lượng thÐp nước đạt 40 ngàn đến 85 ngàn tấn/năm; đến thời kỳ 1989 1995 sản lợng thép nớc đà vợt 100ngàn tấn/năm; năm 1996-2000 ngành thép giữ mức tăng trởng cao, sản lợng thép nớc đạt 1,57 triệu tấn, tăng gấp lần năm 1995 14 lần so với năm 1990 Tuy nhiên, ngành thép Việt Nam đợc đánh giá tình trạnh phát triĨn so víi mét sè n−íc khu vùc vµ trình độ chung giới Sự yếu thể qua mặt: Năng lực sản xuất phôi thép (thép thô) nhỏ bé, cha sử dụng có hiệu nguồn quặng sẵn có nớc để sản xuất phôi Chi phí sản xuất lớn, suất lao động kém, mức tiêu hao nguyên liệu, lợng cao, chất lợng sản phẩm cha ổn định Trang thiết bị Tổng Công ty thép Việt Nam phần lớn thuộc hệ cũ, trình độ công nghệ thấp, thiếu ®ång bé, møc ®é tù ®éng ho¸ thÊp Quan ®iĨm mục tiêu phát triển ngành thép giai đoạn năm 2000 -2010 bớc đáp ứng nhu cầu thông thờng thép xây dựng Việt Nam để không bị phụ thuộc hoàn toàn vào nớc ngoài; cụ thể chiến lợc thể hiện: - Ngành thép cần đợc xác định ngành công nghiệp đợc u tiên phát triển; - Kết hợp chặt chẽ phát huy nội lực tranh thủ có hiệu nguồn vốn nớc (trớc hết thiết bị công nghệ) - Về công nghệ: Trong giai đoạn đến năm 2002 sử dụng công nghệ truyền thống sản xuất lß cao lun thÐp HƯ thèng phun bét than lß cao là ứng dụng biện pháp công nghệ tiên tiến lò cao luyện gang nhằm thay phần nhiên liệu đắt tiền than Antraxít có phổ biến Việt Nam Hiện 02 lò cao luyện gang lớn ta Nhà máy Gang Công ty Gang thép Thái tới đợc cải tạo bổ sung hệ thống phun bột than lò cao Thời gian tới gần đây, dự án giai đoạn mở rộng nhà máy gang thép mà có xây dựng 02 lò cao với dung tích 500m3 (lớn gấp lần lò cao cũ có) đợc trang bị hệ thống phun bột than Để làm chủ công nghệ thiết bị tiên tiến, tăng cờng lực nớc cách chủ động nghiên cứu hệ thống, tận dụng công nghệ nớc đa vào mức độ cã thĨ tù thiÕt kÕ hƯ thèng, thiÕt kÕ, chÕ tạo thiết bị có ý nghĩa thực tiễn quan trọng Vì nhóm nghiên cứu Viện nghiên cứu Cơ khí đà mạnh dạn đề xuất đề tài Nghiên cøu thiÕt kÕ hƯ thèng phun bét than cho lß cao, thiÕt kÕ chÕ t¹o mét sè bé phËn quan träng cđa hƯ thèng” CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu nước ngồi Kỹ thuật phun nhiên liệu lò cao thay phần nhiên liệu cốc đắt tiền trở thành biện pháp công nghệ phổ biến nước phát triển Vào đầu thập kỷ 60 kỷ 20, kỹ thuật phun thổi thực thành công Pháp, Mỹ, Liên Xô - chủ yếu phun thổi khí đốt tự nhiên nước Đức, Nhật đến năm 80 thập kỷ 20 chuyển thành công phun dầu nặng thành than cám Trong kỹ thuật luyện gang, phun than lò cao kỹ thuật quan trọng Thuật ngữ “phun than lị cao” phun thổi trực tiếp cám than khơng khói, than có khói cám trộn hai loại than nâu nghiền nhỏ qua cửa gió lị cao để thay phần cốc, cung cấp nhiệt lượng chất hoàn nguyên cho lị cao, mục đích cơng nghệ đạt là: - Thay cốc (nhiên liêu đắt tiền) nhiên liệu rẻ tiền, làm giá thành luyện gang giảm rõ rệt - Phun than lị cao xem biện pháp điều chất trạng thái lò - Cải thiện trạng thái làm việc ổ định nồi lò, làm cho lò cao vận hành ổ định - Tạo điều kiện cho lị nâng cao nhiệt độ gió giàu oxy - Hàm lượng Hydro cám nhiều so với than cốc, khí hydrơ nâng cao khả hoàn nguyên lực khuyếch tán, thẩm thấu khí than cải tạo tiêu thao tác lò Đối mặt với nhu cầu sử dụng nhiên liệu có hiểu quả, sử dụng nhiên liệu rẻ tiền sẵn có thay cho nhiên liệu đắt tiền để giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu phát thải khí CO2, thúc đẩy trình nghiên cứu cải tiến không ngừng kỹ thuật 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 nâng dần, bắt đầu 60-70kg/tMH đến đạt 230 kg/tMH 1.2.Tình hình nghiên cứu nước Đối với sản xuất thép công đoạn hạ tầng (sản xuất thép thơ từ quặng) địi hỏi đầu tư lớn, từ công đoạn khai thác tài nguyên, gia công quặng, nấu luyện; điều kiện phát triển ngành thép theo định hướng nhà nước, năm đầu giai đoạn 2000-2010 ưu tiên phát triển công đoạn sản xuất thép “thượng tầng“ (sản xuất từ thép thô - phơi thép thành thép sản phẩm); sau phải phát triển công đoạn sản xuất thép“hạ tầng“ Do việc tập trung giải sản xuất sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường nước nên hầu hết doanh nghiệp ngành thép theo hướng nhập dây chuyền thiết bị đồng bộ; cịn việc nghiên cứu cơng nghệ thiết bị nước hạn chế Điều dẫn đến phụ thuộc ngành thép vào nước ngồi, khơng chủ động cơng nghệ, thiết bị nguồn thay nước Đối với hệ thống phun bột than, nước ngành thép phát triển, công nghệ áp dụng từ lâu, đến Việt Nam có điều kiện tiếp cận 1.3 Nội dung nghiên cứu a Đối tượng: Hệ thống phun bột than cho lò cao áp dụng nhà máy gang thép thái nguyên b Phạm vi: Thiết lập báo cáo tổng quan, quy trình cơng 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 nhà máy Gang thép Thái Nguyên + Công nghệ luyện Gang tiên tiến với lị cao có hệ thống phun bột than - Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than - Nghiên cứu thiết kế phận thiết bị hệ thống - Nghiên cứu quy trình cơng nghệ chế tạo số phận quan trọng hệ thống, chế tạo 01 đầu phun than CHƯƠNG LUYỆN GANG LỊ CAO 2.1 Sơ qua cơng nghệ sản xuất gang thép Sản xuất gang thép ngành công nghiệp quan trọng, vấn đề đánh giá qua số liệu sau: giai đoạn từ 1900 đến 2005, sản lượng thép thô tăng từ 40 triệu Tấn tới 1,1 tỷ Tấn Nước Đức xếp hạng thứ hàng năm sản xuất khoảng 44,7 triệu Tấn năm 2005, kinh tế EU đứng thứ giới sản lượng thép thô năm 2002 Trung Quốc chiếm vị trí số năm 2003China Thép là, tiếp tục là, vật liệu số kỉ với tỉ số hiệu năng/giá tốt Chính vậy, công nghệ sản xuất thép trọng phát triển, vấn đề lớn, sơ lược tổng quan tóm tắt lưu trình cơng nghệ sản xuất gang thép giới sau: Hình 2.1 Lưu trình cơng nghệ sản xuất gang thép giới Theo lưu trình này, quặng sắt, trợ dung coke chất hoàn nguyên khác than, dầu, khí chất nhựa thải trước tiên hồn ngun lị cao thành kim loại lỏng, sau chúng chuyển thành thép thơ qua hệ thống hạ lưu nhà máy thép lò thổi oxy bazơ 2.2 Lị cao Luyện gang, đặc điểm q trình cơng nghệ 2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang: - Sơ đồ tổng thể hệ thống lị cao: Hình 2.2 Sơ đồ tổng thể lị cao Hình 4.3.4 Thiết kế tuyere tổ hợp với đường cung cấp oxy riêng biệt Thân làm mát nước, 2- Đầu phun, - mặt bích, 4- Làn oxy Thiết kế tuyere đồng thời phun khí nóng hồn ngun (HRG), O2, PC với tỷ lệ PC cao phải thoả mãn hai điều kiện mặt ngăn chặn bắt lửa sớm bột than với nồng độ cao O2 không gian tuyere; mặt trách pha loãng hỗn hợp cháy bột than O2 HRG Phương pháp kết cấu tuyere phun (PC + O2 + HRG + chất xúc tác) với đường dẫn (PC+O2) riêng biệt để tăng cường điều kiện đốt cháy cho than O2 tốt hơn, hình 4.3.5 HRG gió nóng HRG trường hợp dùng toàn oxy để đốt bột than, đưa vào thông qua đường tuyere Oxy cường hố PC đưa thơng qua đường 4, mà đặt vỏ làm mát Một hỗn hợp bột than - oxy hình thành khơng gian đưa trực tiếp vào lò PC đốt cháy với O2 phía trước đầu tuyere vùng cục với nhiệt độ mơi trường oxy hố cao Than hố khí gia tăng cách mạnh mẽ đốt cháy lượng than bột phun cao trì HRG sản phẩm cháy than trộn hình thành khí phản ứng với hàm hượng N2 thấp nhiệt độ lửa phù hợp Lưu lượng dịng thơng qua kênh tuyere thấp đáng kể so với cơng nghệ lị cao thơng thường thể tích dịng O2 than cao Lưu ý động hai dòng không vượt giá trị định để ngăn chặn: - Bắt lửa hỗn hợp bột than oxy bên đường dẫn (vận tốc dịng phải lớn tốc độ lan truyền lửa); 70 Hình 4.3 Tuyere kiểu tổ hợp dùng cho HRG, nhiên liệu phụ hoá thạch phun oxy 1thân làm mát nước, 2- phần đầu, 3- bích phía sau, 4- làn, 5- kênh tuyere, 6- trục kênh tuyere - Dòng biên sản phẩm đốt cháy bột than với hạt than không cháy; - Sự trộn không sản phẩm đốt cháy bột than với HRG vùng cháy lò; 4.3.5 Thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than 4.3.5.1 Lựa chọn kiểu đầu phun để thiết kế Các phương án kết cấu thiết bị tuyere - đầu phun bột than nằm tổng thể tổ chức trình cung cấp đốt cháy nhiên liệu cung cấp nhiệt chất hoàn nguyên cho phản ứng lò cao, thoả yêu cầu phân tính mục trên, đồng thời đồng với thực tế thiết bị Đối với phun bột than lò cao Gang thép - Thái Nguyên, với điều kiện công nghệ hạn chế nhiệt độ gió nóng khả cung cấp oxy, mức độ phun bột than xác định lượng phun thấp, đồng với hệ thống cung cấp bột than trang bị thiết bị có (tuyere thiết bị sẵn có gắn liền với lị) Nội dung thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than nguyên tuyere có (phần thiết bị nghiên cứu cải tiến tiếp thơng qua q trình vận hành thực tế), thiết kế đầu phun bột than 4.3.5.2 Thiết kế đầu phun theo tham khảo mẫu: Đầu phun bột than thiết kế dựa tham khảo mẫu đầu phun trang bị nhà thầu Trung Quốc Thông qua việc đo đạc tham khảo mẫu cho thấy loại đầu phun loại đầu phun có kết cấu theo kết cấu trình bày sáng chế số 4700930 Viện nghiên cứu luyện kim Pháp Uỷ ban cấp sáng chế Mỹ cấp, hình vẽ kết cấu thể Hình 4.3.6 71 Đường cấp bột than bố trí dịch phía đỉnh tuyere, nhằm mục đích giảm trở lực áp ngược lị tác động Hình 4.3.6 Kết cấu tuyere - đầu phun than theo sáng chế số 4,700,930 1- Đầu tuyere, 2- vỏ lị, 3- ống lót, 4- áo tuyere, 5- đình tuyere, 6- đầu phun than, 7- đoạn ống gió nóng đầu vào, 8- đường ống dẫn than, 9- trục tuyere, 10- trục đường ống dẫn than, 13- ống phun cơng nghệ, 14- lớp lót chịu nhiệt, 15- nước làm mát Đường ống dẫn than có trục nghiêng 15 độ so với trục tuyere, điểm (I) giao điểm đường trục ống dẫn than trục tuyere gọi điểm xâm nhập đường phun than Điểm xâm nhập nằm sâu chiều dài tuyere với tương quan 7cm chiều dài tuyere 50 -60 cm Đường kính tuyere đường kính đường ống dẫn than, xác định so cho tốc độ gió nóng tốc độ bột than thơng qua tuyere, chế độ vận hành lớn đạt giá trị: vận tốc gió nóng khoảng 200-220m/s; tốc độ dịng bột than 20-30m/s Tính tốn với số liệu lò cao Gang thép, nghiệm lại giá trị phù hợp khoảng 72 01 02 03 04 05 1010(L) 120 300 L520(L1) Ø30 55 100 Ø42 100 10 11 12 06 I 16 70 V? nh? m?t gió 500 M12 Ð?m m?t c?u ?ng th?i 50 07 09 08 Hình 4.3.7 Vịi phun than lò cao Gang thép Thái Nguyên 4.3.6 Chế tạo đầu phun bột than 4.3.6.1 Yêu cầu kỹ thuật vật liệu để chế tạo vòi phun than Vòi phun than nối tháo nhanh với tuyere đoạn ống gió nóng, làm kín tiếp xúc trực tiếp qua bề mặt cầu Do bề mặt gia công tinh, biên dạng Với điều kiện môi trường làm việc khắc nghiệt, phần đầu vịi phun phía tuyere tiếp xúc với vùng đốt cháy nhiên liệu Phần vòi phun làm vật liệu chịu nhiệt (Vật liệu bê tông chịu nhiệt CR11) có khả chịu mà mịn làm việc lâu dài nhiệt độ 1500 độ Vật liệu làm vỏ vòi phun sau: Phần đầu thép Sus 304, Sus 316, phần thân đầu sau làm thép Q345 thép đúc C20 73 Ø180 Ø100 150 Ø219 Ø130 10 15° Ø300 Ø250 Ø160 Ø150 4.3.6.2 Công đoạn tạo phôi: 125 15 84 16 35 33 Ø95 Ø141 Ø155 Ø185 Ø215 Ø265 Ø305 ỉ155 28 R13 ỉ245 25 15 105 Phôi đúc Tên chi tiết Việt liệu: SUS316 Phôi đúc Tên chi tiết: §Çu sau ViƯt liƯu: C20 Hình 4.3.8 Vịi phun than, chi tiết đúc 4.3.6.3 Phần đồ gá khuôn mẫu: Chất lượng lớp vật liệu cách nhiệt, ý để đảm bảo lớp bê tông đặc chắc, hình dạng, kích thước xác Cơng đoạn tạo khn để nhồi bê tông chuẩn bị tốt Chi tiết thao lắp ghép đúc bê tông chịu nhiệt 985 856 Đoạn côn 21 Đoạn trụ Đoạn trụ 108 77 15 12° 150 Ø160 2° Ø130 A Ø100 B A Ø 10 14 ? v d?u h c cỏ ỉ7 B Vít nở sắt đóng chặt gắn kheo Ø6 Ø5 trí M18 217 45 28 50 Ø29 Vật liệu: Gỗ khô Tiện kích thớc; Chú ý rÃnh định vị phần đầu nhỏ Các rÃnh đầu A để nhồi bê tông chịu nhiệt Bớch d?nh v? S? lu?ng: 01 V?t li?u: CT3 Hình 4.3.9 Chi tiết thao lỗ đầu phun 74 Hình 4.3.10 Chi tiết thao để làm lõi để nhồi bê tông chịu nhiệt 4.3.6.4 Sản phẩm đánh giá chất lượng: Chất lượng sản phẩn kiểm soát tất khâu, thiết kế tham khảo chi tiết mẫu có vẽ chế tạo Trung Quốc - Vật liệu, phôi đúc Viện Công Nghệ, với mác SUS 304 C20; - Các chi tiết khí hồn thiện chế tạo cơng ty Song Việt; - Bê tông chịu nhiệt Trung tâm Vật liệu chịu nhiệt Viện khoa học Việt Nam - Kiểm tra chất lượng mối hàn lý tính Trung tâm ĐKT thực (có báo cáo kết kiểm tra NDT thành phần hoá học) - Kiểm tra kích thước hình học tổng thể chất lượng (Có biên kèm theo) - Có biên làm việc đánh giá chất lượng sản phẩm đồng ý đưa vào sử dụng N/m Luyện gang - Công ty Gang thép Thái Nguyên 75 Hình 4.3.11 Đầu phun bột than lò cao N/m luyện gang - C.ty Gang thép Thái Nguyên 76 4.4 VẬN HÀNH LÒ CAO VỚI CÔNG NGHỆ PHUN THAN 4.4.1 Đặt vấn đề: Vấn đề vận hành lò cao với phun than vấn đề cơng nghệ khó, mà tất hãng thép có tên tuổi giới phải trải qua Lượng than bột nâng dần lò cao, với cơng nghệ Khi có hệ thống phun bột than lị cao, liệu khai thác sử dụng có hiệu hay khơng, vai trị cơng nghệ vận hành lò cao phun bột than quan trọng Đây mối lo lắng lò cao Gang thép Thái Nguyên Để góp phần giải vấn đề cơng nghệ vận hành lị cao, đề tài đề cập vài điểm cơng nghệ vận hành lị cao với phun bột than Nhân tố mà nằm sau tăng lượng bột than phun vào lò cao là, trì đốt cháy bột than mức cao vùng cháy lò cao vận hành êm thuận lị cao thay đổi nhiệt, hình thành xỉ điều kiện thơng khí thuỷ lực lị Cần làm sáng tỏ trình cháy bột than vùng cháy lò cao, ảnh hưởng loại than khác đến giảm nhiệt độ trình v.v 4.4.2 Tăng cường đôt cháy bột than vùng cháy 4.4.2.1 Nghiên cứu lý thuyết đốt cháy bột than Đốt cháy bon nghiên liệu rắn trình phản ứng dị pha, chất rắn pha khí xác định hai, động lực cháy hạt (trên bền mặt sâu hạt) và khuyếch tán O2 sản phẩm cháy Cường hoá tốc độ phản ứng dị pha hơn, tức tăng nhiệt độ hoạt tính hạt than Một điều tương phản, nhiệt độ thấp hoạt tính thấp tăng cường phản ứng diễn bên Việc đánh giá cường độ trình cháy cần thiết, trước hết để hiểu đặc tính q trình nơi xảy Cho mục đích này, nghiên cứu thực nghiệm mơ hình hố q trình đốt cháy lửa bột than điều kiện vùng cháy lò cao thực 4.4.2.2 Gió nóng giàu oxy Một thực nghiệm thực lò cao DSP (Ukrainan) với gió nóng làm giàu oxy 25,3 - 26,0 % Kết rút ra, nhiệt độ lửa trì Năng suất lị tăng l,6 -1,8 % 1% giàu oxy gió nóng Chi phí cốc giảm khoảng 1,6% tổng nhiên liệu giảm khoảng 2,7 đến 4,8% Những nghiên cứu đốt cháy bột than vùng cháy lò thực với hỗ trợ ống lấy mẫu làm mát nước, lấy mẫu điểm khác mức tuyere Kết phân tích mẫu tăng nồng độ oxy lên đến 25 -26% giảm chiều dài lửa vùng đốt cháy bột than cách đáng kể, điều tạo điều kiện tăng lượng phun than 4.4.2.3 Phân phối cach riêng biệt O2 đến tuyere Làm giàu O2 đứng quan điểm cân phản ứng đốt cháy không đủ, hiệu O2 làm giàu gió nóng cần nhìn góc độ hồ trộn tốt vớ bột than Trên sở phương pháp cung cấp O2 riêng biệt đến tuyere nghiên cứu ứng dụng 77 Kết phân tích mẫu vật liệu nồng độ than bột điểm cuối tuyere với trường hợp công nghệ cung cấp O2 cách độc lập trung bình thấp 15-20% so với trường hợp làm giàu oxy theo phương pháp truyền thống Tại khoảng cách 0,5 m từ đầu tuyere lượng hạt bụi đồng thời thấp Kết nhận gia tăng trình đốt cháy bột than cung với phương pháp phân phối O2 riêng biệt Hệ thống cung cấp O2 riêng biệt thực lò cao DSP số Ukrainna 4.4.2.4 Sự dụng bột than trộn với chất phun thêm chất xúc tác Các chất hoá học khác với bột than in buồng cháy sử dụng để cường hoá đốt cháy bột than, cải thiện chế độ xỉ điều kiện khử lưu huỳnh v.v Các chất kèm xúc tác trộn bột than như: bột quặng sắt, NaNO3, bột oxyt sắt (FeO) v 4.4.2.5 Cường hoá khả cháy hạt than hiệu ứng nhiễm điện Một số hiệu ứng vật lý cường hố đốt cháy bột than Một phương pháp sử dụng điện trường Hạt than trình nghiền vận chuyển khí nén đến tuyere, chúng hấp thụ bề mặt phân tử ni tơ làm giảm khả cháy Khi đưa bột than vào điện trường, tác dụng điện trường phân tử bị hấp thụ bị giải phóng ra, hoạt tính cháy hạt than tăng lên Thực nghiệm cho thấy, mức độ đốt cháy bột than tăng lên 20-30% 4.4.3 Chất lượng than, độ nghiền mịn phun than lò cao 4.4.3.1 Chất lượng than: Chất lượng, loại than ảnh hưởng trực tiếp đến khả đốt cháy than, sinh nhiệt, sinh khí tro đưa vào lị Loại than antrraxit với hàm lượng chất bốc ít, thực tế tỏ ưu điểm phun than lò cao Hàm lượng bon, tương ứng nhiệt trị than cao tốt Than chứa lưu huỳnh Hoạt tính cháy than ảnh hưởng nhiều cấu trúc vi mô hạt than cần phải để cập Trên thực tế phun than lò cao trên, than dùng loại, đấu trộn loại khác để có tốt cho đốt cháy lị cao 4.4.3.2 Độ nghiền mịn than Liên quan đến vấn đề hiệu chi phí lượng, phải bỏ để nghiền than đến độ mịn thu lai khả đốt cháy triệt để lò cao Độ mịn tối ưu dụng cho phun than xác định thông qua chi tiêu kinh tế tối ưu Thông thường độ mịn bột than dùng cho phun than lò cao 80% cớ hạt qua sàng 200mesh Cá biệt số lị cao (ví dụ lị cao Anh) than "hột" cớ hạt đến 2mm than bột với chế độ chạy khác 78 4.4.4 Đạt lượng phun 218kg/TMH lò cao số Fukuyama Japan 4.4.4.1 Tóm lược: Tháng năm 1994 lị cao số Fukuyama, Nhật Bản lắp đặt xong, đến tháng 10, sáu tháng sau lắp đặt lượng phun cao đạt Lượng phun lớn dạt 230 kg/TMH, trung bình đạt 218kg/TMH Nguyên nhân để đạt lượng phun bột than cao sau: (1) Hiệu suất cháy cao với việc thiết kế đầu phun độ lệch tâm; (2) Sử dụng quặng thiêu kết, quặng vê viên với tính hồn nguyên đặc tính chảy tốt; (3) Điều khiển tối ưu phân bố dịng khí để giữ tính thơng khí lò; Hơn nữa, vùng thấp lò phân tích thiết bị lấy mẫu vật liệu cột cốc chống lị khẳng định tính thấm vùng trì cải tiến phun nhiên liệu đặc tính cột liệu 4.4.4.2 Phát triển phun với hiệu suất đốt cao: Chìa khố cơng nghệ để tăng lượng than phun nâng cao hiệu suất cháy vùng cháy lò cao Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bao gồm đặc tính than điều kiện gió nóng, thiết kế phun than đảm bảo hiệu suất cháy cao Vòi phun hai lệch tâm phát triển, hiệu cháy tăng khoảng 10% so với phun đơi thường Trên hình 4.4.1 Hiệu cháy bột than với bố trí khác phun, (1) đơn thông thường, (2) đôi; (3) đôi lệch tâm thiết kế mới.η: hiệu suất cháy đo mơ hình thực (tại vị trí cách điểm phun 300mm) Hình 4.4.1 Hiệu cháy bột than với bố trí khác phun 79 Trên hình 4.4.2 Bố trí phun thiết bị tuyere lò cao Hai phun bố trí chéo để tránh đụng dòng than, phân tán bột than tốt dẫn đến hiệu cháy tốt Hình 4.4.2 Bố trí đơi lệch tâm 4.4.4 Thiết lập lượng phun lớn Hình 4.4.3 Xác định lượng phun than lớn Hiệu suất cháy lò cao xác định mơ hình tốn học với ý đến phân tán hạt than Từ kết mơ hình hiệu suất cháy, lượng bột than hoá cốc (muội than) sinh vùng cháy lị thể Hình 4.4.3, Hình 4.4.3 lượng bon tiêu thụ phản ứng hoà tan cho lượng phun khác 80 tính tốn mơ hình Rist đưa Giả thiết lượng muội than tiêu phản ứng hoà tan bon, điểm nơi mà lượng muội than lượng bon giao thể giới hạn lượng phun than lớn nhất, thay đổi theo cách bố trí phun Trong Hình 7.3, thiết lập 190kg/TMH, 210kg/TMH, 230kg/TMH tương ứng với phun đơn, phun đôi phun đôi lệch tâm Cân nhắc kết phun đôi lệch tâm ứng dụng cho lò cao Fukuyam số - Japan 4.4.4.4 Tối ưu hố chế độ vận hành lị cao: Bên cạnh hiệu suất đốt cháy, vấn đề vận hành với phun bột than cao điều khiển nhiệt độ đỉnh lị, trì tính thấm khí lị Với vấn đề đặt vật phương pháp sau phát triển 4.4.4.4.1 Điều kiện gió nóng Hình 4.4.4 thể mối quan hệ lượng phun than mức độ giàu oxy, phân loại tỷ số dòng nhiệt nhiệt độ lửa tuyere Mối quan hệ thực nghiệm nhiệt độ khí đỉnh lị hệ số dòng nhiệt đồng thời hình 4.4.4, nhiệt độ đỉnh lị tăng giảm tỷ số dòng nhiệt Giới hạn nhiệt độ đỉnh lò định 250 độ C để bảo vệ thiết bị nạp liệu giảm trở lực thơng khí lị vùng Từ hình 4.4.4 cho thấy tỷ số dòng nhiệt phải giữ giá trị 0,75 Nhiệt độ lửa tuyere đặt thấp 2050 độ C, trì hiệu suất cháy bột tha trình truyền nhiệt vùng lị Làm giàu oxy cho mức phun than dựa sở tỷ số dịng nhiệt thấp nhiệt độ lửa thấp xác định thể phần gạch dấu Hình.4.4.4 Hơn cần tạo không gian trước tuyere để đủ thời gian lưu hạt than đảm bảo hiệu suất cháy, tốc độ gió nóng đầu tuyere đặt cao 220m/s đường kính tuyere điều chỉnh giảm gió 81 Hình 4.4.4 Xác định lượng oxy để làm giàu gió nóng theo tỷ nhiệt lò nhiệt độ lửa (Điều kiện gió nóng 1200 độ, ẩm gió nóng 25g/Nm3) 4.4.4.4.2 Điều chỉnh phân bố cột liệu Tại lò cao số 4, phân bố cột liệu điều khiển sử dụng thiết bị nạp cốc trung tâm (CFC) áo giáp lưu động (MA) Dịng khí trung tâm trì điều chỉnh lượng cốc CFC, đồng thời dịng khí biên điều chỉnh MA Với tăng lượng than, lượng cốc cung thay đổi Lượng cốc giảm từ 34 t/ch lượng cốc 420 28 t/ch lượng cốc thấp 350 giới hạn suất nạp quặng Điều tương ứng với giảm chiều dày lớp cốc từ 40 đến 33 cm phân bụng lò Khi chiều dày lớp cốc gảm, khả thơng khí giảm giảm bù lại phần cách giảm tải cột liệu 4.4.4.4.3 Các tính chât than liệu Chất lượng nguyên liệu giữ nguyên từ bắt đầu phun than đến lượng phun đạt 200 kg/TMH, sau đo chất lượng quặng thay đổi để tăng cường tính thấm khí, thấm lỏng vùng lị Như bảng đặc tính liệu lượng phun đặt mức 220 kg/TMH Điều đầu tiên, tỷ lệ hoá cục (HPS) quạng thiêu kết tăng từ 30 đến 100% để tăng cường khả hoàn nguyên giảm sức cản thấm vùng nóng chảy liệu lị Vì khả cốc nhỏ tích tụ vùng cột chống cốc lò giai tăng tăng lượng phun than, dẫn đến làm nghèo tính thấm vùng lò, cường độ cốc (DI) 82 tăng 0,4% bảng Lượng xỉ giam 320 đến 280 kg/TMH đề phòng khả ảnh hưởng đến dịng khí dịng chất lỏng vùng thấp lò Sự giảm lượng xỉ đạt cách giảm hàm lượng tr cốc tăng lượng quạng cục quặng viên 4.4.5 Kết luận Vận hành lị cao với phun than có hiệu quả, vấn đề công nghệ lớn lĩnh vực sản xuất gang thép Để ứng dụng công nghệ lần Việt Nam, kỹ sư công nghệ, thiết bị cần nghiên cứu nắm bí vận hành lò cao đại thực tiễn vận hành lị cao có qui mơ trình độ tương tự Vấn đề phải trọng đổi cải tiến khâu cơng nghệ lị cao (từ vấn đề ngun, nhiên liệu, hệ thống lò cao vận hành lị) 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Dây chuyền cơng nghệ phun than lị cao_Nhà máy luyện gang-Cơng ty Gang thép Thái Nguyên, 2007 [2].Dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất phơi thép liên hồn cơng suất 500.000 tấn/năm- Công ty Hưng Thịnh Phát, 2007 [3].Consulting Services and Cooperation Agreements- ThyssenKrupp Steel, 2007 [4].SHRI RAMRUPAI BALAJI STEELS LIMITED-(Jai Balaji Group) [5] http://www.luyenkim.net/ [6].Lý thuyết trình luyện kim/ Nguyễn Văn Hiền, Đỗ Minh Đức- NXB Đại học trung học chun nghiệp, 1983 [7].Tìm hiểu cơng nghiệp luyện thép/ Nguyễn Văn Ngọc.- NXB Khoa học kỹ thuật, 1980 [8].Steel forgings/ Edward G Nisbett, Albert S Melilli, editor, 1997 [9] http://www.chinesesuppliers.org/ [10] http:// www.kompass.com [11].Luyện gang/N.I Kraxapxep/Nhà xuất quốc gia sách giáo khoa kỹ thuật luyện kim đen màu/ Nhà xuất giáo dục/1964 [12] Vận chuyển khí nén vật liệu rời với nồng độ cao/ NXB Mockba/ 1969 [13] Lý thuyết luyện kim/Bùi Văn Mưu, Nguyễn Kế Bính/NXB Đại học Bách khoa/ 1993 [14] Lý thuyết thiết bị cháy/ Nguyễn Sĩ Mão/NXB Khoa học kỹ thuật/2002 [15] Báo cáo đề tài cấp bộ, Nghiên cứu hệ thống vận chuyển máng khí động / Nguyễn Chỉ Sáng/ Viện Nghiên cứu khí [16] Pneumatic Conveying Design Guide/ Second Edition/ David Mills/ 2005 84