TỔNG QUAN
Tình hình sản xuất thép Việt Nam
Năm 2019, sản xuất thép đạt 2.256.795 tấn, tăng 11,9% so với năm 2018, trong khi bán hàng đạt 2.006.739 tấn, tăng 10,8% Xuất khẩu thép giảm 9% so với cùng kỳ năm trước, với 359.929 tấn Nếu không tính thép cuộn cán nóng, sản xuất các sản phẩm thép tăng 14%, và bán hàng tăng 9% so với tháng 12/2018 Tổng sản xuất trong năm 2019 đạt 25.263.113 tấn, tăng 4,4% so với 2018, và tổng bán hàng đạt 23.126.480 tấn, tăng 6,4% Xuất khẩu thép trong năm là 4.591.079 tấn, giảm 3,4% so với năm trước.
Trong bối cảnh thị trường toàn cầu trầm lắng, thị trường thép nội địa năm 2019 ghi nhận mức tăng trưởng sản xuất và tiêu thụ khiêm tốn, lần lượt đạt 4,4% và 6,4% so với năm 2018.
Hình 2.1 Tình hình sản xuất thép thành phẩm năm 2019
2 trưởng của thép cuộn cán nóng (HRC) thì mức tăng trưởng trên lần lượt là 2 và 3%.
Tình hình xử lý xỉ lò thổi luyện thép
1.2.1 Tình hình xử lý xỉ lò thổi luyện thép trên thế giới
Theo thống kê năm 2018, sản lượng thép thô toàn cầu đạt 1.808 triệu tấn, trong đó lò chuyển (BOF) sản xuất 1.302 triệu tấn thép, tạo ra khoảng 170 triệu tấn xỉ thép, trong khi lò điện (EAF) với 506 triệu tấn thép đã phát sinh 80 triệu tấn xỉ Do lượng xỉ thép phát sinh hàng năm rất lớn, nhiều quốc gia đã chú trọng quản lý và nghiên cứu chế biến xỉ thép để mang lại lợi ích kinh tế cho các doanh nghiệp và bảo vệ môi trường hiệu quả.
Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ quá trình xử lý xỉ thép lò thổi
Xử lý xỉ lò thổi được thực hiện bằng cách nghiền nhỏ xỉ thép, sau đó tiến hành tuyển từ để tách thép vụn và ôxít sắt, nhằm tái sử dụng cho sản xuất quặng thiêu kết và luyện thép Phần xỉ còn lại được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, chủ yếu là làm đường (43%) và sử dụng nội bộ (19%).
Xỉ luyện thép tại Nhật Bản được xử lý và tái sử dụng trong nhiều lĩnh vực, với 32% được dùng để làm đường, 29% cho công trình dân dụng, 22% tái sử dụng trong sản xuất thép, 5% làm đường nội bộ, 3% sản xuất xi măng, và 3% cải tạo đất, cùng một số mục đích khác như cải tạo bờ biển và rạn san hô Trong khi đó, tại Châu Âu, 43% xỉ thép được sử dụng để làm đường, 30% tái sử dụng trong nội bộ nhà máy, 5% cho sản xuất xi măng, 3% cho công trình dân dụng, 3% làm phân bón, và phần còn lại cho các mục đích khác.
Bảng 2.1 So sánh tỉ lệ sử dụng xỉ luyện thép ở Nhật Bản và Châu Âu
Lĩnh vực sử dụng Châu Âu Nhật Bản
Hình 2.3 Sử dụng xỉ luyện thép tại Nhật Bản
Tái sử dụng và tồn kho nội bộ trong nhà máy thép 30 27
1.2.2 Dây chuyền sản xuất và xử lý xỉ lò thổi tại nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương
1.2.2.1 Dây chuyền sản xuất nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương
Nhà máy thép Hòa Phát – Kinh Môn, Hải Dương sử dụng công nghệ luyện thép lò thổi Dây chuyền công nghệ được mô tả như trong Hình 1.4
+ 3 lò thổi công suất mỗi lò 45 tấn/ mẻ
+ 1 lò tinh luyện LF công suất 45 tấn/ mẻ
+ Kích thước phôi 130x130mm, 150x150mm, 165x165mm Chiều dài 6m và 12m
Gang lỏng từ lò cao được chuyển vào thùng và vận chuyển đến lò thổi cùng với thép phế và chất trợ dung Quy trình thổi oxi diễn ra để khử cacbon và tạp chất, nhằm đạt tiêu chuẩn của mác thép cần luyện Sau khi ra khỏi lò thổi, thép lỏng được hợp kim hóa và khử oxi trong thùng thép Nếu nhiệt độ và thành phần không đạt yêu cầu, thép lỏng sẽ được tinh luyện trong lò.
LF Thép lỏng đạt yêu cầu về thành phần và nhiệt độ được rót vào máy đúc liên tục để đúc thành phôi thép
Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ luyện thép lò thổi
1.2.2.2 Dây chuyền xử lý xỉ lò thổi tại nhà máy luyện thép Hòa phát Hải Dương
Nhà máy luyện thép Hải Dương đã nâng công suất sản xuất lên 2.000.000 tấn/năm, tạo ra lượng xỉ lò thổi từ 250.000 đến 300.000 tấn/năm Sau khi hoàn tất quá trình luyện, xỉ lò thổi được đổ vào khay xỉ và sau đó được vận chuyển ra bãi xỉ bằng xe tải.
Các loại xỉ thải có trong nhà máy luyện thép:
- Xỉ lò thổi: là sản phẩm phụ của quá trình sơ luyện thép tại lò thổi
- Xỉ tinh luyện: là sản phẩm phụ của quá trình tinh luyện thép lỏng
- Xỉ đúc: là sản phẩm phụ của quá trình đúc liên tục
- Xỉ khử lưu huỳnh: là sản phẩm phụ của quá trình khử lưu huỳnh trong gang lỏng
Bảng 2.2 Thông số thành phần hóa học các loại xỉ
Loại xỉ Thành phần hóa học xỉ (%)
CaO SiO 2 FeO MgO MnO
Dây chuyền xử lý xỉ lò thổi bao gồm các bước chính như sau: Cẩu trục 32T sẽ cẩu và đổ xỉ ra bãi, sau đó xỉ được làm nguội bằng cách phun nước Tiếp theo, cẩu trục 10T sẽ chuyển xỉ bằng mâm từ và đập nhỏ xỉ bằng cục tải trọng Các mảng xỉ lớn sẽ được đập nhỏ bằng máy đục PC200, trong trường hợp xỉ quá lớn sẽ sử dụng máy đục PC450 hoặc cắt bằng oxy cao áp Cuối cùng, xỉ lớn sẽ được phối chung với phế liệu để đưa vào lại lò thổi, trong khi xỉ nhỏ, mịn sẽ được xe xúc lật XL10 đưa vào Silo thông qua các băng chuyền để tuyển xỉ.
Hình 2.5 Dây chuyền xử lý xỉ tại công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương
Quá trình sản xuất thép tạo ra một lượng xỉ lớn với thành phần hóa học và khoáng vật biến động mạnh So với xỉ lò cao, xỉ lò thổi hoặc lò điện có hàm lượng oxit sắt cao hơn do quá trình oxy hóa Thông thường, xỉ luyện thép chứa Fe từ 2-10%, CaO 40-60%, MgO 3-10% và Mn từ 1-8%, với độ kiềm khoảng 3.5 Xỉ luyện thép có thể được sử dụng làm nguyên liệu thứ cấp cho các quá trình thiêu kết, luyện gang và luyện thép, cho phép tái sử dụng một số nguyên tố trong xỉ.
Xỉ được các nhà nghiên cứu quan tâm vì tiềm năng tái sử dụng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu xây dựng và ceramic Tuy nhiên, việc xử lý lượng lớn xỉ vẫn gặp nhiều khó khăn Nghiên cứu này sẽ đánh giá hai giải pháp khả thi để tái sử dụng xỉ luyện thép từ công ty cổ phần thép Hòa Phát Hải Dương, bao gồm việc sử dụng xỉ làm chất trợ dung trong quặng viên và làm chất khử S trong tiền xử lý gang lỏng.
1.3.1 Tiền xử lý gang sử dụng xỉ luyện thép
Khử tạp chất trong gang lỏng trước khi luyện thép đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu Đặc biệt, việc khử lưu huỳnh (S) là cần thiết vì S là tạp chất gây hại, làm giảm chất lượng thép thành phẩm và gây hiện tượng bở nóng Các nhà sản xuất thép cần giảm hàm lượng S để đảm bảo chất lượng Xử lý khử sâu S trong gang lỏng trước khi chuyển sang luyện thép là một giải pháp hợp lý, giúp giảm thiểu nguyên liệu cần thiết và nâng cao hiệu quả kinh tế Với hàm lượng S thấp trong gang lỏng, quá trình luyện thép sẽ không cần khử sơ bộ, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng xỉ thải ra.
9 trong luyện gang sẽ giảm
Một số chất trợ dung như Mg, CaF2, và CaO được sử dụng để khử tạp chất S trong gang lỏng Yang và cộng sự chỉ ra rằng việc sử dụng MgO kết hợp với Al có thể giảm tạp chất S trong gang lỏng đến mức rất thấp Nghiên cứu của Hernandez và cộng sự cho thấy việc khử S trong gang lỏng với độ kiềm cao, sử dụng hỗn hợp CaO-SiO2-CaF2-FeO-Na2O, cho thấy hiệu quả cao khi hàm lượng CaO cao kết hợp với một lượng nhất định của FeO Điều này chứng tỏ rằng chất khử có độ kiềm cao kết hợp với FeO có thể là giải pháp hiệu quả để khử S trong gang lỏng.
Xỉ luyện thép chứa CaO và FeO có khả năng khử lưu huỳnh (S) trong gang lỏng, điều này rất quan trọng vì xỉ không chỉ khử S mà còn có thể tái sử dụng với khối lượng lớn Nghiên cứu cho thấy xỉ luyện thép kết hợp với chất trợ dung CaF2 có hiệu quả cao trong việc khử S trong gang lỏng.
Khả năng khử tạp chất lưu huỳnh (S) trong gang lỏng bằng xỉ lò thổi được đánh giá dựa trên các yếu tố như quá trình oxi hóa silicon (Si) trong gang và sự hoàn nguyên của sắt oxit (FeO) trong xỉ Nghiên cứu này phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả khử S, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình sản xuất gang chất lượng cao.
1.3.2 Vê viên sử dụng xỉ luyện thép như chất trợ dung
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tiền xử lý gang lỏng
Photpho (P) là một nguyên tố gây hại cho chất lượng thép, dẫn đến hiện tượng “bở nguội” và làm giảm tính hàn cũng như khả năng gia công nguội Nguyên tố này thường xuất hiện trong nguyên liệu chính của lò thổi, đặc biệt là gang lỏng, mà lò cao không thể khử được Vì vậy, nhiệm vụ của quá trình luyện thép trong lò thổi là loại bỏ photpho để cải thiện chất lượng sản phẩm.
Photpho trong gang lỏng chủ yếu xuất phát từ quặng sắt và được phân loại theo hàm lượng photpho Có ba loại gang lỏng: gang lỏng có photpho thấp, gang lỏng có photpho trung bình và gang lỏng có photpho cao.
Hiệu suất khử P trong lò thổi khí Oxy đạt 85 ~ 95%, với hàm lượng P trong gang lỏng càng thấp, quy trình công nghệ càng đơn giản và tối ưu hóa các chỉ số kinh tế, kỹ thuật Đối với gang lỏng có lượng P thấp, có thể sử dụng thao tác xỉ đơn; trong khi gang lỏng có lượng P trung bình cần thao tác xỉ kép, và gang lỏng có lượng P cao yêu cầu tạo xỉ nhiều lần hoặc áp dụng công nghệ phun thổi bột vôi Ví dụ, gang lỏng chứa Si > 1.50 % có thể sử dụng xỉ lò làm phân bón Photpho Để tối ưu hóa quy trình lò thổi và hỗ trợ điều khiển tự động, công nghệ tiền xử lý gang lỏng khử P bên ngoài lò được khuyến khích Nghiên cứu công nghệ này đang phát triển mạnh, đặc biệt tại Nhật Bản, với 5 nhà máy gang thép lớn thực hiện 3 khử: Silic, Photpho và lưu huỳnh trước khi đưa gang lỏng vào lò thổi.
Đối với một số loại thép đặc biệt như tấm thép mỏng chứa nhiều photpho, thép dễ cắt và thép hình viên đạn, cần phối trộn một lượng photpho nguyên tố hợp kim nhất định để đáp ứng yêu cầu về quy cách và chủng loại thép.
Nguyên lý khử photpho trong gang lỏng và lò thổi tương tự nhau, với điều kiện khử photpho diễn ra trong môi trường xỉ kết có nhiệt độ thấp, tính oxi hóa và độ kiềm cao Gang lỏng đã qua khử photpho trước có lợi thế về nhiệt độ và giá trị kinh tế Việc đạt yêu cầu 100% gang lỏng đã qua tiền xử lý cho phép lò thổi sử dụng hoàn toàn gang lỏng này, giảm lượng trợ dung, tăng tốc độ nấu luyện và đảm bảo 100% hiệu suất trong việc kiểm soát thành phần, từ đó mở rộng chủng loại thép và nâng cao chất lượng gang.
Nguyên liệu khử photpho được sử dụng rộng rãi là hệ soda và chất khử photpho trong hệ vôi
① Chất khử photpho trong hệ soda
Khi độ kiềm trong bột soda khử photpho đạt tỷ lệ mNa2CO3 / mSiO2 > 3, chỉ số m (P2O5) / m[P] có thể vượt quá 1000, cho thấy hiệu suất khử photpho khá cao Tuy nhiên, trong quá trình này, một lượng lớn bột soda sẽ bị bay hơi, dẫn đến mất mát đáng kể natri.
Bột soda khử photpho có những đặc điểm quan trọng như khả năng khử lưu huỳnh đồng thời, giúp giữ lại mangan trong gang lỏng mà không bị mất mát đáng kể Ngoài ra, quy trình này tiêu hao kim loại ở mức thấp và có thể thu hồi các nguyên tố kim loại quý hiếm như V và Ti từ gang lỏng Tuy nhiên, trong quá trình tiền xử lý, bột soda có thể bị bốc hơi, dẫn đến tổn hại nghiêm trọng cho natri, ô nhiễm môi trường và ăn mòn vật liệu chịu lửa Hơn nữa, gang lỏng cũng bị mất nhiệt đáng kể trong quá trình này.
② Chất khử photpho trong hệ vôi
Nguyên liệu đá vôi khử photpho chủ yếu chứa CaO và cần có tỉ lệ phối trộn hợp lý với vẩy sắt bị oxi hóa hoặc bột quặng thiêu kết cùng với florua thích hợp Nghiên cứu chỉ ra rằng độ hạt của các nguyên liệu này rất mịn, giúp quá trình thổi vào gang lỏng hiệu quả Nhờ vào sự chênh lệch vị trí oxi trong gang lỏng, quá trình này có khả năng khử đồng thời photpho và lưu huỳnh.
Sử dụng chất khử photpho trong hệ vôi mang lại hiệu quả cao và chi phí thấp Dù là hệ soda hay nguyên liệu trong hệ vôi, hàm lượng silic thấp trong gang lỏng đều hỗ trợ quá trình khử photpho Do đó, khi áp dụng chất khử photpho trong hệ soda, cần đảm bảo hàm lượng Si trong gang dưới 0.10%.
Phương pháp khuấy trộn bằng máy là kỹ thuật hiệu quả để trộn chất khử photpho vào gang lỏng Quá trình này sử dụng máy khuấy có lắp phiến lá để đảm bảo gang lỏng được trộn đều, đồng thời có thể thổi khí oxi vào để tăng cường hiệu quả Nhiều nhà máy tại Nhật Bản áp dụng phương pháp này, thực hiện khử photpho ngoài lò với thùng chứa 50 tấn gang lỏng, trong đó vận tốc xoay của máy khuấy đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được chất lượng sản phẩm tối ưu.
14 trục lá là 50~70 vòng/phút, lượng thổi oxy là 8~ 18 m 3 /t, thời gian xử lý 30~60 phút, tỉ lệ khử photpho là 60~85 %
Phương pháp phun thổi là kỹ thuật phổ biến nhất hiện nay trong việc khử photpho, sử dụng khí để phun chất khử photpho vào thùng gang lỏng Phương pháp này giúp chất khử trộn đều và phản ứng hiệu quả với gang lỏng, đạt hiệu suất cao Tại công ty thép Tân Nhật (Nhật Bản), phương pháp này được áp dụng cho thùng gang lỏng 100 tấn, sử dụng khí Argon với liều lượng 45 kg/t và thời gian xử lý 20 phút, đạt tỷ lệ khử photpho khoảng 90%.
Lưu huỳnh là một nguyên tố có hại cho thép, vì hàm lượng S cao trong thép có thể gây ra hiện tượng “bở nóng” khi gia công áp lực Do đó, việc khử bỏ S trong quá trình luyện thép là rất cần thiết Lưu huỳnh trong lò thổi chủ yếu đến từ nguyên liệu kim loại và trợ dung, trong đó nguồn chủ yếu là lưu huỳnh trong gang lỏng Tuy nhiên, việc khử lưu huỳnh trong lò thổi gặp nhiều hạn chế.
Khử lưu huỳnh ngoài lò trước đây chỉ là biện pháp hỗ trợ, nhưng nhờ vào sự phát triển kỹ thuật và hiệu quả kinh tế, nó đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao tính năng và chất lượng thép Hiện nay, kỹ thuật này đã trở nên tinh vi hơn và là một mắt xích thiết yếu trong quy trình sản xuất gang thép.
Nguyên lý khử lưu huỳnh trong gang lỏng, dù thực hiện ngoài lò hay trong lò luyện, đều dựa trên sự tương đồng về mặt nhiệt lực học Quá trình này liên quan đến việc lựa chọn nguyên tố hoặc chất hóa học có lực liên kết với lưu huỳnh mạnh hơn so với lực liên kết giữa sắt và lưu huỳnh Kết quả là lưu huỳnh sẽ được chuyển hóa thành dạng hòa tan hoặc không hòa tan trong dung dịch gang lỏng.
15 cũng tạo ra những điều kiện tốt cho động lực học, tăng tốc cho quá trình phản ứng khử lưu huỳnh
Vê viên quặng
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp gang thép, nhu cầu về quặng ngày càng gia tăng, trong khi lượng quặng cục giàu cung cấp trực tiếp vào lò lại giảm dần Trên toàn cầu, trữ lượng quặng sắt đã được thăm dò đạt khoảng 850 tỉ tấn, trong đó quặng phẩm vị lớn hơn 40% chiếm ưu thế Tuy nhiên, trữ lượng quặng phẩm vị lớn hơn 50% của Trung Quốc chỉ đạt khoảng 4%, phần lớn còn lại là quặng nghèo chứa nhiều tạp chất có hại như P, S, Pb và Zn.
As Loại quặng này cần phải tinh tuyển nghiền nhỏ thành cục mới có thể cấp vào lò luyện
Tỉ lệ tuyển quặng sắt tại các nước Âu Mỹ đạt 83-93%, trong khi Trung Quốc yêu cầu quặng sắt đạt 95% trở lên phải qua tuyển trước Điều này dẫn đến sản lượng quặng cục nhân tạo và tỉ lệ nguyên liệu chín lò cao ngày càng gia tăng Kể từ thập kỷ 70, tỉ lệ quặng chín vào lò của các doanh nghiệp gang thép lớn tại Trung Quốc đã đạt 89%, tương đương với các nước phát triển, trong khi tỉ lệ quặng cục tự nhiên trực tiếp vào lò giảm xuống chỉ còn 7% Tình hình tài nguyên quặng sắt đang thay đổi, cùng với ưu điểm của quặng nhân tạo, thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật vê viên và thiêu kết.
Quặng vê viên sở hữu tính năng luyện kim vượt trội, và phương pháp vê viên đã trải qua sự phát triển đáng kể kể từ thập kỷ 60 Các chuyên gia dự đoán rằng trong thế kỷ tới, công nghệ này sẽ tiếp tục tiến bộ và mang lại nhiều ứng dụng mới trong ngành công nghiệp luyện kim.
Phương pháp vê viên và thiêu kết sẽ chiếm một nửa tổng số quặng toàn cầu, trong đó vê viên thậm chí còn vượt qua thiêu kết Mỗi phương pháp có phạm vi ứng dụng riêng và không cạnh tranh, mà bổ trợ lẫn nhau với mục tiêu chung là quặng bột được cục hóa Đối với luyện gang lò cao, sự phối hợp giữa quặng vê viên và quặng thiêu kết cần được thực hiện với tỷ lệ hợp lý.
Qua thí nghiệm, quặng vê viên và quặng thiêu kết khi gia nhiệt hoàn nguyên đều giảm độ cứng và tăng thể tích do quá trình giãn nở, dẫn đến vỡ vụn và bột hóa Nhiều thí nghiệm cho thấy quặng vê viên có tỉ lệ nứt cao hơn quặng thiêu kết Quặng vê viên sản sinh giãn nở nhiệt khi chứa Fe2O3, với quá trình giãn nở chia thành hai bước Bước đầu tiên xảy ra khi quặng sắt đỏ hoàn nguyên thành quặng sắt từ, với tỉ lệ giãn nở dưới 20% Điều này được giải thích là do cấu trúc từ thể 6 mặt của quặng sắt đỏ chuyển sang cấu trúc thể lập phương của quặng sắt từ, làm phá vỡ cấu trúc tinh thể sắt oxy hóa và gây ra giãn nở thể tích Tỉ lệ giãn nở lớn nhất xuất hiện ở độ hoàn nguyên khoảng 30~40%.
Quá trình sản xuất quặng sắt từ quặng vê viên dính kết lạnh không bao gồm bước giãn nở Tuy nhiên, khi sắt oxit chuyển thành sắt, hiện tượng giãn nở bất thường xảy ra, với thể tích có thể tăng lên 100%, thậm chí 300-400% Hiện tượng này làm cho hạt tinh quặng sắt kéo dài ra thành dạng sợi, gọi là râu tinh thể, gây ra lực kéo lớn và làm lỏng kết cấu sắt Do đó, cần áp dụng các biện pháp kiểm soát độ giãn nở theo tiêu chuẩn, nếu không sẽ dẫn đến tình trạng xấu cho lò cao do độ thấu khí quá lớn, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất.
Mặc dù quặng vê viên có nhiều chỉ tiêu vượt trội hơn quặng thiêu kết, nhưng vấn đề giãn nở vẫn ảnh hưởng đến tính năng luyện kim, do đó cần hạn chế tỉ lệ phối trộn quặng vê viên trong lò Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy việc kiểm soát tỉ lệ này là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình luyện kim.
1 Khi tỉ lệ giãn nở quặng vê viên nhỏ hơn 20 %, thao tác lò cao rất thuận lợi
2 Khi tỉ lệ giãn nở quặng vê viên từ 20 ~ 40 %, tỉ lệ quặng vê viên cấp cho lò không quá 65 %
3 Khi tỉ lệ giãn nở quặng vê viên lớn hơn 40 %, thao tác lò cao trở nên bất thường, lúc đó tỉ lệ phối trộn quặng vê viên vào lò phải nhỏ hơn
65 %, đồng thời phải giảm lượng gió
Tiêu chuẩn chất lượng quặng vê viên của nhiều quốc gia quy định tỉ lệ giãn nở không vượt quá 20% để đảm bảo hiệu suất lò cao Để nâng cao tính năng luyện kim nhiệt cao, các chuyên gia trong và ngoài nước đang tích cực nghiên cứu và áp dụng các biện pháp nhằm cải thiện vấn đề giãn nở của quặng vê viên.
1.Nâng cao hợp lý hàm lượng SiO2 trong quặng vê viên Hàm lượng SiO 2 trong quặng vê viên cao có lợi cho việc hình thành tạo xỉ nhiều
Có khả năng kiểm soát sự giãn nở và tăng trưởng của râu tinh thể trong quặng vê viên Nhiều người cho rằng quặng vê viên tại khu vực Bắc Mỹ có mức độ giãn nở rất thấp.
24 bất thường, tỉ lệ cấp vào lò có thể đạt 100 %, điều này có liên quan tới hàm lượng SiO2 của quặng đó có thể đạt 4~6 %
Để xác định độ kiềm thích hợp cho quặng vê viên, cần lưu ý rằng sự phân bố không đồng đều của CaO trong sắt Oxit là nguyên nhân chính gây ra râu tinh thể sắt Nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh độ kiềm trong quặng vê viên rất quan trọng Khi sử dụng quặng sắt có chứa 1~10% SiO2, quặng vê viên đạt độ kiềm từ 0.3 đến 0.4, tạo ra độ giãn nở thể tích lớn nhất Tuy nhiên, khi tăng độ kiềm lên 0.7 đến 0.8, tỉ lệ giãn nở sẽ giảm rõ rệt.
Nâng cao nhiệt độ đốt quặng vê viên trong điều kiện thiết bị cho phép có thể cải thiện độ bền trạng thái nguội và độ bền hoàn nguyên nhiệt của quặng Nhiệt độ cao giúp tăng sự kết cứng của xỉ, hỗ trợ sự khuyếch tán Ca2+, từ đó đạt được sự phân bố đồng đều và cải thiện điều kiện kết tinh của quặng sắt đỏ Việc nâng cao nhiệt độ cũng giúp tầng trên và dưới của quặng vê viên được đốt đồng đều, góp phần vào việc cải thiện tính năng luyện kim ở nhiệt độ cao, là mục tiêu chính của nhiều đơn vị trong và ngoài nước hiện nay.
Tăng tỷ lệ giới hạn hạt nguyên liệu và giảm hàm lượng Fe2O3 trong nguyên liệu là những biện pháp hiệu quả để kiểm soát độ giãn nở của quặng vê viên Quy trình công nghệ sản xuất quặng vê viên được minh họa trong sơ đồ (Hình 2.4).
Hình 2.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất quặng vê viên
Để đảm bảo ổn định thành phần hóa học trong quặng vê viên, nguyên liệu cần được trộn đều Các chất trợ dung như bentonite, vôi sống và dolomite phải được nghiền đến kích thước hạt quy định Nếu tinh quặng có độ hạt thô, cần nghiền nhỏ đến kích thước phù hợp cho quá trình vê viên Đối với bột quặng có độ ẩm cao, cần tiến hành sấy khô Cuối cùng, chuẩn bị nguyên liệu trộn hỗn hợp quặng một cách đầy đủ và đồng nhất.
Máy trộn và máy vê viên được sử dụng để tạo ra viên quặng sống có kích thước phù hợp, sau đó sàng phân loại hạt nhỏ Viên quặng sống đạt tiêu chuẩn sẽ được đưa vào thiết bị thiêu qua máy bố liệu để sấy khô, dự nhiệt và nung ở nhiệt độ cao, tiếp theo là làm mát xuống dưới 150°C Hạt nhỏ hơn 5 mm sẽ bị loại bỏ, trong khi hạt có kích thước từ 5~10 mm được phân loại để làm liệu rải đáy khi sử dụng máy thiêu dạng băng tải Quá trình này giúp sản xuất quặng vê viên thành phẩm với tính năng luyện kim và độ bền tốt ở nhiệt độ thường.
QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
Vật liệu thí nghiệm
Xỉ được dùng cho thí nghiệm được lấy từ nhà máy luyện thép Hòa Phát Hải Dương Thành phần xỉ được phân tích và ghi như trong Bảng 3.1
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của xỉ luyện thép
C MgO Al2O3 SiO2 P2O5 CaO MnO Fe2O3
Quặng sắt được chuẩn bị và nghiền bằng thiết bị chuyên dụng tại bộ môn kỹ thuật gang thép, với thành phần được ghi trong Bảng 3.2 Sau khi nghiền, quặng được sàng để thu được cỡ hạt nhỏ hơn 0.25 mm.
Bảng 3.2 Thành phần quặng sắt Ẩm TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO Mn S P
Trong quá trình thí nghiệm khử lưu huỳnh (S) trong gang, nguyên liệu gang được lấy từ một công ty thép trên thị trường Thành phần hóa học của gang đã được phân tích bằng máy quang phổ tại Viện Năng lượng Mỏ và Luyện kim, và kết quả được trình bày trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3 Thành phần mác gang ban đầu.
Quy trình thí nghiệm vê viên quặng
Quặng và xỉ được nghiền nhỏ với kích thước hạt dưới 0,25 mm và sau đó được trộn đều Trong thí nghiệm, than được thêm vào vê viên với tỷ lệ 0% và 2%, như được trình bày trong Bảng 3.4.
Thành phần nguyên tố C Si S P
Bảng 3.4 Phối liệu tạo viên
Quy trình tạo viên tươi được tiến hành bằng thiết bị vê viên tại Bộ môn
Kỹ thuật Gang thép tại Đại học Bách Khoa Hà Nội yêu cầu sử dụng 300g phối liệu để đảm bảo quá trình tạo viên diễn ra thuận lợi và đủ lượng mẫu cần thiết Các bước thực hiện trong quá trình tạo viên bao gồm nhiều công đoạn quan trọng.
Bước 1 Vệ sinh máy vê viên, sau đó đổ phối liệu vào tang quay để trộn phối liệu
Bước 2: Sau khi trộn đều, phối liệu được lấy ra khỏi tang quay Tiếp theo, tang quay được làm sạch trước khi thực hiện vê viên quặng
Bước đầu tiên trong quy trình vê viên quặng là tạo mầm, trong đó khoảng 20g phối liệu được đưa vào máy cùng với việc tạo độ ẩm Quá trình này giúp hình thành từ 70 đến 80 mầm cho mỗi mẻ.
Tại bước 4, quặng được bổ sung nước phun hợp lý để tăng cường độ cứng của mầm Khi mầm đạt đường kính khoảng 2 mm, lượng quặng được tăng thêm để đẩy nhanh quá trình hình thành viên lớn.
Sau khi quặng vê viên đạt yêu cầu kích thước, chúng được trải ra giấy để làm khô Cuối cùng, máy vê viên được vệ sinh sạch sẽ để sẵn sàng cho các mẻ sản xuất tiếp theo.
Sau khi tạo quặng viên đạt tiêu chuẩn về kích thước và độ bền, quặng được nung rắn ở nhiệt độ 1300°C Trước khi nung, đường kính và khối lượng của từng viên quặng được xác định, với đường kính được đo ở ba chiều để lấy kích thước trung bình Khối lượng được đo bằng cân điện tử, và từng vị trí mẫu trong cốc được đánh số để xác định kích thước và khối lượng viên quặng sau khi nung.
3.2.3 Kiểm tra tính chất viên quặng sau nung
(1) Thử độ bền nén quặng viên
Để thử độ cứng của quặng vê viên đã nung, sử dụng máy ép thủy lực 10 tấn với độ chia 10kg Trước tiên, cần vệ sinh khuôn ép sạch sẽ và đặt viên quặng vào chính giữa khuôn, thẳng trục ép để đảm bảo độ chính xác trong kết quả đo Khi thực hiện ép mẫu, hạ từ từ máy ép và chú ý đến điểm vỡ của viên quặng, ghi lại giá trị trên đồng hồ máy ép tại thời điểm vỡ Các mảnh vỡ của từng mẫu cần được cho vào túi riêng và ghi chú để phục vụ cho các công đoạn tiếp theo.
(2) Độ xốp của quặng viên sau nung
Hình 3.1 Thiết bị vê viên quặng sắt
Để đo độ xốp của mẫu rắn, cần thực hiện các bước sau: đầu tiên, cân mẫu khô với khối lượng W1 (g) trong môi trường không khí Sau đó, nhúng mẫu vào nước sôi trong 20 phút nhằm loại bỏ khí bên trong các lỗ trống của viên quặng Khi hoàn tất, nước sẽ lấp đầy các lỗ trống Tiếp theo, vớt mẫu ra và nhúng vào nước cất để xác định khối lượng W2 (g) Cuối cùng, để khô mẫu trên vải cotton và xác định khối lượng W3 (g) Độ xốp của mẫu được tính toán theo công thức 3.1.
(3) Soi tổ chức tế vi
Mẫu quặng viên được xử lý bằng cách đóng epoxy các mảnh vỡ trong quá trình thử độ cứng, sử dụng các mảnh vỡ xuyên tâm Sau đó, mẫu được mài bằng giấy ráp với độ nhám từ 100 đến 1000 và cuối cùng được đánh bóng bằng bột oxit Crom Để quan sát cấu trúc tổ chức của các mẫu, máy hiển vi quang học tại Bộ môn Vật liệu học và xử lý nhiệt được sử dụng.
Quy trình thí nghiệm khử S trong gang lỏng
Hình 3.2 Quy trình thí nghiệm khử S trong gang lỏng
Gang được nấu chảy trong lò cảm ứng trong vòng 60 phút Sau khi hoàn tất quá trình nấu chảy, lò được duy trì công suất ổn định để giữ nhiệt độ không thay đổi Tiếp theo, chất khử được thêm vào gang lỏng, trong đó xỉ và vôi được phối trộn với tỷ lệ 1:1.
Sau khi đưa chất khử vào, lò được đậy nắp và tiến hành thổi khí Argon bề mặt trong thí nghiệm 1 với mẫu M1, kéo dài 10 phút Sau đó, lò được tắt và mẫu xỉ cùng mẫu gang được lấy ra để kiểm tra thành phần Thí nghiệm 2 với mẫu M2 chỉ thổi Argon bề mặt mà không đậy nắp Cuối cùng, thí nghiệm 3 với mẫu M3 không ngăn chặn không khí trên bề mặt gang lỏng.