Giáo trình - Lò công nghiệp - chương 7 pot

Bín trong vỏ lò xđy bằng gạch chịu lửa.Phần thđn vă bụng lò xđy bằng gạch samôt chđt lượng cao, còn nồi lò, phần dưới đây lò xđy bằng gạch cacbon.Phần trín giữa đây xđy bằng gạch cac nh

Chương 7- MỘT SỐ LÒ CÔNG NGHIỆP

7.1 LÒ CAO

7.1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Lò cao lă thiết bị lớn, phức tạp nhất để luyện gang Cấu tạo lò được trình băy trín hình 7.1 Phần trín cổ lò có câc thiết bị cấp liệu (phểu nạp liệu, xe kíp chuyển liệu), ống thoât khí Lò được đặt trín móng bítông chịu nhiệt Thđn vă cổ lò xđy trín một vănh đỡ lớn hình khuyín bằng thĩp dăy, dưới có cột đỡ, chđn cột có câc bulong băt

liền văo nền bítông Bín ngoăi lò được bọc vỏ kim loại dăy 20 đến 25 mm ở phần trín, còn phần dưới dăy 35÷40 mm Bín trong vỏ lò xđy bằng gạch chịu lửa.Phần thđn vă

bụng lò xđy bằng gạch samôt chđt lượng cao, còn nồi lò, phần dưới đây lò xđy bằng gạch cacbon.Phần trín giữa đây xđy bằng gạch cac nhôm chứa hơn 45% Al2O5 để giảm mạch nhiệt, tăng độ bền của đây.Âp suất khí trong lò cao lín tới (0, 3÷0, 5).106

pa, nín lớp lót chịu lửa được bọc thĩp tấm dăy20÷40 mm.Chiều dăy lớp lót phần trín thđn lò khoảng 900÷1000 mm, còn phía dưới thđn lò khoảng 1300÷1500 mm.Để tăng

độ bền lớp lót, tường lò được lăm nguội bằng nước giữa vỏ lò vă lớp lót.Phía trong cổ

lò lót thĩp tấm để chống va đập, băo mòn của quặng

Hình 7.1 Kết cấu lò cao

1-cổ lò; 2-thđn lò; 3-bụng lò; 4-hông lò; 5-lỗ thâo xỉ; 6-lỗ thâo gang;7-nồi lò;8-mắt gió

Câc nguyín liệu chính lă quặng sắt vă than được xe kíp chất văo phểu lò.Không khí được nung nóng trước với nhiệt độ 1000÷1250 oC trong câc lò Caopơ (một lò cao thường có 4 lò Caopơ:3 lò đốt khí lò cao để nung gạch, còn 1 lò để nung không khí, lăm việc thay phiín nhau), sau đó thổi văo lò qua câc mắt gió.Trong lò có hai luồng di chuyển ngược chiều nhau: nguyín liệu từ trín xuống, từ dưới lín lă luồng khí lò hình thănh do nhiín liệu chây vă phản ứng của nó với nguyín liệu.Do câc phản ứng hóa học, gang vă xỉ tạo thănh chuyển động xuống dưới tích tụ ở nồi lò qua mâng chảy văo nơi chứa

Bảng 7.1.Câc kích thước cơ bản của lò cao

Câc kích thước(m) vă thể tích (m3 ) có ích Câc thông số

1000 1500 2000 3000 5000

Chiều cao có ích

Chiều cao nồi lò

Chiều cao thđn lò

Đường kính nồi lò

Số mắt gió

25, 5

2, 9

14, 5

7, 2

14

27, 8

3, 2

16, 3

8, 6

18

29, 4

3, 6

18, 2

9, 7

20

31, 2

3, 9

18, 7

11, 6

28

32, 2

4, 5

19, 5

14, 9

36

7.1.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT

Trong lò cao xảy ra đồng thời câc quâ trình khí động học, nhiệt học vă hóa học Nguyín liệu chuyển động từ trín xuống với câc quâ trình: sấy, phđn li, hoăn nguyín, nóng chảy vă tạo xỉ Nhiệt độ khí thoât ra từ lớp liệu ở cổ lò khoảng 250 đến 400 oC, còn ở nồi lò dạt tới 2000 oC Trong lò cao có hai câch hoăn nguyín sắt từ oxit của nó:bằng câc khíCO, H2 (hoăn nguyín giân tiếp với sự tỏa nhiệt) vă cacbon cứng (hoăn nguyín trực tiếp với sự thu nhiệt) Khi nhiệt độ gần 900 oC bắt đầu tạo xỉ vă pha lỏng,

sự kết dính biến mềm phối liệu quặng xảy ra trước khi tạo xỉ Câc phản ứng chính vă

sự phđn bố câc vùng được trình băy tóm tắt ở hình 7.2

Hình 7.2 Các phản ứng chính và sự phân bố các vùng trong lò cao

Cường độ công tác lò được quyết định tốc độ hoàn nguyên sắt bởi khí lò Để cường hóa quá trình đó bởi các khí hoàn nguyên ( CO, H2) thì lớp liệu phải có độ thông khí tốt, nên yêu cầu than, quặng cần được xếp theo thứ tự và kích thước của

chúng phải hợp lý ( với than là 20÷60 mm, còn quặng 10÷15mm )

Một thông số quan trọng quyết định đến quá trình và chất lượng gang là nhiệt độ vùng mắt gió ( tại vùng tâm mắt gió có nhiệt độ khoảng 1800÷2000 oC, còn ở trục lò 1400÷1500 oC, nhiệt độ gang ra lò 1450÷1520 oC )

Thông số chủ yếu về công tác nhiệt của lò là hiệu suất nhiệt, có giá trị 42÷45% Nếu sử dụng được cả lượng nhiệt của khí lò ( với lượng khí ra khỏi lò khoảng

1600÷1900 m 3 /tấn gang có nhiệt trị 3, 8÷4, 2 kJ/m 3) thì hiệu suất nhiệt của lò đạt tới 80÷85% Do đó, tính ưu việt cơ bản của lò cao là năng suất và hiệu suất nhiệt lớn, còn nhược điểm cơ bản là yêu cầu đối với đặc tính của nguyên liệu và tiêu tốn nhiều than cốc đắt tiền

Tóm tắt nguyên lý luyện gang là:

Quặng sắt + than + trợ dung + gió nóng = gang + xỉ + khí + bụi lò

Dây chuyền công nghệ sản xuất gang như sơ đồ dưới đây

Hình 7.3 Sơ đồ dđy chuyền công nghệ của lò cao

7.2 LÒ LUYỆN THÉP

Phụ thuộc văo dạng năng lượng sử dụng, lò luyện thĩp được chia thănh 3 nhóm:

lò thổi oxy, lò ngọn lửa( lò Mactanh) vă lò điện Ở đđy ta chỉ xem xĩt lò thổi oxy, lă nhóm được phât triển mạnh mẽ trong quâ trình sản xuất thĩp trín thế giới hiện nay

7.2.1 CẤU TẠO NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Lò thổi oxy ( lò LD:Linz-Donawitz) lă một thùng hình quả lí có lớp lót ở trong, lăm bằng thĩp tấm dăy 30÷110 mm, phía trín có lỗ hổng - miệng lò Miệng lò để đưa nguyín liệu văo, đưa ống thổi oxy từ trín xuống, rót xỉ, sau đó lă thĩp ra

Hình 7.4- Lò luyện thép LD có vành đỡ và đáy lắp

1 Khung lò; 2 Vỏ lò; 3 Ổ đỡ trục; 4 Miệng rót; 5 Vành đỡ; 6 Trục chính;

7 Cơ cấu quay; 8 Đáy lắp

Lò được trình bày trên hình 7.4 Vỏ lò được kê trên gối đỡ đặt trên bệ máy Lò có thể quay trên cổ trục quay quanh trục ngang góc 360o để thực hiện các công việc: rót gang, thép vụn vào, rót thép, xỉ ra Trong thời gian thổi oxy thì lò ở vị trí thẳng đứng

Cơ cấu quay của lò LD gồm hai hay một số động cơ điện truyền lực quay cho cổ trục Kích thước cơ bản của lò được trình bày trong bảng 7.2

Bảng 7.2- Kích thước cơ bản của lò LD

Kích thước cơ bản lò thổi theo dung tích (T) Câc thông số

Tổng chiều cao, m

Đường kính vỏ lò, m

Đường kính cổ lò, m

Kích thước bể lò:

đường kính, m

chiều sđu, m

Thể tích riíng, m 3 /T

7, 9

5, 2

1, 6

3, 6

1, 1÷ 1, 2

1, 0

8, 7

5, 7

1, 7

4, 0

1, 5÷ 1, 6

0, 8

9, 7

8, 3

2, 6

6, 5

1, 6÷ 1, 8

0, 72

Vỏ vă đây lò được lót một lớp gạch chịu nhiệt Phần trụ của lò gồm ba lớp: lớp

trong cùng lă lớp lăm việc với vật liệu chịu lửa gồm nhựa than, đôlômit, manhí có độ

dăy 600÷800 mm Lớp giữa lă hỗn hơp vật liệu như trín đầm chặt, dăy 50÷150 mm

Lớp tiếp giâp vỏ dăy 150÷300 mm lă gạch crom-manhí Lớp lăm việc trín đây lò lă

hỗn hợp nhựa than-đôlômit, lớp ngoăi lă gạch crom-manhí, dăy 800÷900 mm

Oxy thổi văo lò LD với âp suất 9÷14 at qua ống phun đặt đứng, di chuyển

lín-xuống, theo trục lò Ống phun gồm ba ống đồng tđm: oxy được cấp văo ống tđm, còn

ống giữa vă ống ngoăi tạo thănh kính vănh khuyín dẫn nước lăm mât Phần dưới ống

phun lă mỏ phun bằng đồng gồm từ 3 đến 4 lỗ phun Lavan, đường kính 30÷55mm với

góc nghiíng 8÷15o so với trục ống phun ( với lò dung tích lớn dùng ống phun 6 lỗ)

Trình tự mẻ luyện: khi lò hơi nghiíng so với phương thẳng đứng thì liệu được

đưa văo lò (sắt thĩp vụn chiếm 20%), vă rót gang lỏng Để điều chỉnh lượng vă thănh

phần xỉ người ta cho thím câc nguyín liệu tạo xỉ: đâ vôi (5÷7%), một ít quặng sắt,

huỳnh thạch Sau đó lò được quay về trạng thâi cđn bằng vă đưa ống cấp oxy xuống

Khoảng câch giữa mỏ phun với bề mặt kim loại tùy thuộc dung tích lò, âp suất oxy,

cấu tạo mỏ phun vă dao động trong khoảng 800÷1500 mm Sau khi kết thúc quâ trình

oxy hóa gang vă nung kim loại đến nhiệt độ cần thiết (1580÷16500C ), ngừng cấp oxy

Quay nghiíng lò, rót thĩp, sau đó lă xỉ văo gâo chứa, đồng thời cho thím câc chất hợp

kim, chất khử oxy để tinh luyện thĩp theo thănh phần mong muốn

7.2.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT

Bản chất quâ trình luyện thĩp lă sự oxy hóa câc tạp chất của kim loại bởi oxy của

quặng sắt, oxy được thổi văo bể kim loại lỏng với phản ứng quan trọng nhất: phản ứng

oxy hóa cacbon Chính tốc độ oxy hóa cacbon sẽ quyết định tốc độ quâ trình luyện

thĩp trong lò LD Khi thổi oxy văo bể lò sẽ xảy ra phản ứng sơ cấp đạt nhiệt độ 2200÷2500 0C Do nồng độ oxy vă nhiệt độ cao nín phản ứng oxy hóa câc tạp chất xảy

ra mênh liệt:

2C + O2 = 2 CO

C + FeO = Fe + CO

Si + O2 = SiO2

Si + 2FeO = SiO2 + 2 Fe

Ngoăi câc phản ứng oxy hóa trín trong quâ trình luyện gang thănh thĩp còn xảy

ra sự khử lưu huỳnh vă phốt pho

Trong mẻ luyện thĩp có 50% nhiệt do gang lỏng mang văo vă 50% nhiệt do phản ứng tỏa nhiệt ( trong đó có 60÷65% do phản ứng oxy hóa cacbon)

Hệ số sử dụng nhiệt của lò thổi oxy cao hơn nhiều so với phương phâp luyện thĩp khâc Hiệu suất nhiệt của lò đạt 70%, trong khi đó ở lò Mactanh chỉ đạt khoảng 30% Ngoăi ra, khí thải đi ra khỏi lò có nhiệt trị (10÷11, 5).106 J/ m 3 được đốt chây hoăn toăn trong câc nồi hơi sử dụng nhiệt

Ưu điểm chính của lò LD lă năng suất cao, không cần tiíu thụ nhiín liệu Còn nhược điểm chính lă chưa có khả năng sử dụng thĩp vụn với lượng lớn trong phối liệu

7.3 LÒ ỐNG QUAY

7.3.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Hệ thống lò ống quay sản xuất ximăng bao gồm bộ phận chuẩn bị vă cung cấp nhiín liệu, lò quay với câc thiết bị truyền động, cấp nhiệt bín trong vă bín ngoăi lò, thiết bị lăm nguội klinke, thiết bị thông gió vă lắng bụi

Bộ phận chính của lò ống quay lă thđn lò lăm bằng thĩp CT3, có độ dăy 20÷70

mm; đường kính D đến 7 m hoặc lớn hơn; chiều dăi L = 40 ÷230 m hay lớn hơn Góc

nghiíng của lò 3÷50, số vòng quay 0, 5÷ 9 vòng phút Thđn lò có thể chế tạo theo kiểu hăn hoặc tân riví Đường kính lò thường có giâ trị không đổi suốt chiều dăi lò Cũng

có loại đường kính thu hẹp ở vùng phđn tích với mục đích giảm khối lượng sắt thĩp vă gạch chịu lửa Trong vỏ thĩp lă lớp lót xđy bằng gạch chịu lửa, đảm bảo chịu măi mòn, nhiệt độ cao, ăn mòn hóa học, dao động nhiệt độ Theo chiều dăi lò người ta dùng nhiều loại vật liệu khâc nhau Để tiết kiệm, có thể dùng gạch câch nhiệt giữa vỏ lò vă gạch chịu lửa

Theo kích thước người ta phđn loại lò ngắn ( L/D < 32 ) vă lò dăi ( L/D > 32)

Theo cấu tạo, phân loại lò có thiết bị trao đổi nhiệt ( TBTĐN) bên trong và lò có TBTĐN bên ngoài

Theo phương pháp sản xuất ximăng, phân loại lò cho phương pháp ướt, phương pháp khô

Hình 7.5- Lò ống quay sản xuất ximăng theo phương pháp ướt

Trên hình 7.5 trình bày loại lò quay phổ biến nhất theo phương pháp ướt Thân lò 1với vành lò 2, đặt trên con lăn chịu lực 3 dưới một góc 3÷40 và quay với tốc độ 0, 5÷

1, 2

vòng /phút nhờ động cơ điện 4 qua hộp giảm tốc 5, bánh răng vành 6 Để hạn chế

sự dịch chuyển của lò dọc theo trục, trên mỗi bệ lò còn có con lăn chặn Cơ cấu dẫn động phụ 7 được sử dụng khi sửa chữa, trong giai đoạn khởi động và ngừng lò Nguyên liệu được đưa vào ống 8 bằng gầu hoặc phễu nạp liệu

Do sự quay và độ nghiêng của thân lò, vật liệu sẽ di chuyển từ đầu cao ( nguội ) xuống đầu thấp( nóng) Từ phía đầu 9 nhiên liệu được cấp vào lò, sản phẩm cháy chuyển động ngược chiều với vật liệu Bộ hàm lọc 10, màn che mạch 11, bộ trao đổi nhiệt 12 có nhiệm vụ làm tốt hơn sự truyền nhiệt và lọc bụi cho khí lò Bụi được bơm khí nén đưa đến phễu 13, qua bộ phận tiếp liệu biên 14 vào phần bên trong lò

Hai đầu ống lò gắn với hai bộ phận cố định bằng các khớp đầu lò (nhiều vòng kim loại lồng vào nhau, ống thép chun gắn chặt vào phần cố định ) để đảm bảo độ kín Đầu phía vùng nung là chỗ quan sát, điều khiển vòi phun nhiên liệu, đầu phía nguội là phòng lắng bụi

Để tăng cường trao đổi nhiệt giữa khí với vật liệu nung, giảm nhiệt độ khói, trong

lò còn có các thiết bị trao đổi nhiệt như: xích, cánh xới, bộ phận hâm Thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài gồm 3 kiểu: thiết bị cô đặc bùn ( dùng cho phương pháp ướt), băng xích TĐN và xyclon TĐN (dùng cho phương pháp khô)

- - 74 - -

7.3.2 CHẾ ĐỘ NHIỆT

Trình tự câc quâ trình nung hỗn hợp liệu ximăng theo phương phâp ướt bao gồm: thoât hơi nước, nung nóng liệu, phđn hóa câc sản phẩm, giai đoạn tạo mới vă lăm nguội sản phẩm Đoạn lò ở phía đầu nạp liệu, vật liệu được gia nhiệt tới 90÷100 oC vă thoât khoảng 90% lượng ẩm Tiếp theo lă vùng sấy mă trong đó có câc thiết bị TĐN kim loại, nhiệt độ vật liệu tăng đến 200÷250 oC Sau đó lă vùng dehydrat, nhiệt độ vật liệu lín tới 450÷500 oC, câc tạp chất hữu cơ trong liệu sẽ chây vă xảy ra phđn hóa caolinit kỉm theo sự sinh hơi nước dính kết hóa học Đoạn lò tiếp theo, vật liệu có nhiệt độ 500÷750 oC, gọi lă vùng nung Tiếp đến lă vùng khử khí cacbonic (canxihóa), xảy ra sự phđn hủy cacbonat canxi vă manhí bắt đầu ở nhiệt độ gần 700 oC vă kết thúc khi hơn 900 oC

Sau giai đoạn phđn hóa lă giai đoạn tạo mới Vùng đầu tiín trong giai đoạn năy nhiệt độ tăng lín 1300 oC Tiếp theo lă vùng thiíu kết, nơi xảy ra sự nóng chảy câc khoâng chất tạo thănh trước đó, nhiệt độ vật liệu tăng đến 1400÷1470 oC Ở trạng thâi hai pha của vật liệu sẽ tạo thănh klinke, chủ yếu lă alit ( C3S)

Ở phía đầu ra liệu vùng thiíu kết tiếp giâp với vùng lăm nguội, nhiệt độ klinke trước khi ra khỏi lò giảm xuống 1250÷1000 oC Quâ trình lăm nguội kết thúc trong buồng lăm mât, khi klinke ra khỏi đđy, nhiệt độ của nó chỉ còn khoảng 50÷300 oC

7.4 LÒ ĐIỆN

Lò điện được biín soạn thănh giâo trình riíng, ở đđy chỉ giới thiệu lò điện hồ

quang trong công nghiệp sản xuất thĩp

7.4.1 CẤU TẠO

Trong lò điện năng lượng cung cấp để thực hiện quâ trình công nghệ lă điện năng Môi trường khí lò có nhiệt độ cao, có thể lă hoăn nguyín hoặc oxy hóa cho phĩp luyện thĩp có chất lượng cao với dung tích lò 50÷200 T vă lă thiết bị cơ bản để sản xuất thĩp có chất lượng cao (thĩp hợp kim) từ sắt thĩp vụn, gang thỏi Cấu tạo lò được trình băy trín hình 7.6

Bảng 7.3.Câc đặc tính cơ bản lò điện hồ quang

Dung tích lò, T

Câc thông số

50 100 200

Công suất mây biến âp, W

Đường kính điện cực, m

Đường kính bể lò cỡ mức cửa, m

Chiều sđu bể lò, m

Chi phí điện năng, 10 6 J/T

20

0, 5

4, 56

0, 89 1590

40

0, 55

5, 4

1, 1 1500

65

0, 61

7, 0

1, 5

1400

Hình 7.6- Lò điện hồ quang

1-buồng lò; 2-bể lò; 3-nóc lò;

Lò dùng dòng điện 3 pha với 3 điện cực Buồng lăm việc của lò gồm không gian

lò vă bể lò bân cầu, nóc thâo rời Đây lò được xđy bằng gạch manhídit, trín được đầm hỗn hợp bột manhí, hắc ín Tường vă nóc xđy bằng gạch manhídit-crômit gắn văo vòng thĩp, phía ngoăi có vỏ lò bọc Trín nóc có 3 lỗ để đặt điện cực graphit Lò có 1 đến 2 cửa để bảo dưỡng, sửa chữa, nắp cửa được lăm mât bằng nước Ở câc lò lớn có câc thiết bị chất liệu vă nóc thâo rời nhờ cơ cấu riíng Thiết bị quay lò đảm bảo cho lò

có thể quay quanh trục đứng một góc 80o để thực hiện câc quâ trình rót gang, thâo xỉ, sửa lò

Câc điện cực dịch chuyển lín xuống nhờ cơ cấu nđng hạ Ở thiết bị điện của lò phải có bộ chỉnh lưu để tăng tính tự cảm, trânh nguy cơ ngắn mạch của điện cực Do

có thiết bị điện tử để tạo sự xâo trộn kim loại lỏng nín vỏ lò cần chế tạo bằng thĩp không từ tính

Câc đặc trưng cơ bản của lò hồ quang luyện thĩp được trình băy ở bảng 7.3

7.4.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC

Qúa trình luyện thĩp trong lò điện hồ quang như sau: vâ lò, chất liệu, chảy lỏng phối liệu, giai đoạn oxy hóa, hoăn nguyín, thâo kim loại vă xỉ Giai đoạn vâ lò thực hiện giữa hai mẻ luyện bằng phun bột manhídit lín đây lò để tạo hình đây bân cầu Sau khi đưa liệu văo lò, đặt nóc văo vị trí, điện cực được hạ xuống tới mức phối liệu

vă cấp điện Mỗi điện cực tạo một hồ quang điện với nhiệt độ khâc nhau từ 2000 oC đến 8000 oC, tỏa nhiệt lượng lớn vă kim loại bắt đầu nóng chảy

Theo mức chảy lỏng phối liệu, kim loại chảy xuống đây lò, dưới điện cực tạo thănh hốc trong phối liệu vă dần hình thănh giếng chứa điện cực vă hồ quang Giai đoạn năy cần sử dụng toăn bộ công suất định mức của biến âp lò, đồng thời hồ quang

có chế độ chây không ổn định, chiều dăi hồ quang ngắn (10÷15 mm), công suất điện dao động đột ngột Sau khi tạo giếng trong phối liệu ổn định, nóc lò với điện cực được nđng lín vă quay vỏ lò một góc nhất định, tiếp tục tạo 3 giếng khâc trong phối liệu Sau đó cho lò quay theo chiều ngược lại để chảy lỏng phần phối liệu còn lại Để tăng cường độ chảy lỏng phối liệu, có thể bổ sung câc mỏ đốt khí oxy đặt trín tường lò