Tìm hiểu về công nghệ luyện gang thép và các chất thải đặc trưng kèm theo nguồn gốc của chúng trong công nghệ này

Trong tự nhiên, ngoài thành phần là sắt thì quặng sắt cũng chứa hàm lượng nhất định các chất như P,S,Si….Các chất này thường ảnh hưởng không tốt tới quá trình luyện gang thép về sau.. Ch

TIỂU LUẬN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN

Đề tài tiểu luận: Tìm hiểu về công nghệ luyện gang thép và các chất thải đặc trưng kèm theo nguồn gốc của chúng trong công nghệ này.

Giáo viên hướng dẫn: Đinh Bách Khoa

Nhóm:

Nhóm trưởng: Lý Quang Thành

Thành viên:

Nguyễn Thanh Hằng

Dương Lê Hoàng

Trương Hữu Thái

Nguyễn Việt An

Hà Nội, Tháng 11 năm 2014

MỤC LỤC

Lời nói đâu 4

A Quá trình sản xuất gang……… 5

I Nguyên nhiên liệu cho quá trình sản xuất gang bằng lò cao…… 5

1 Quặng sắt……… 5

2 Than cốc ……… 7

3 chất chảy……… 7

4 Nhiên liệu……… 8

II Quá trình sản xuất gang 9

1 Nghiền, sàng, nung và làm giàu quặng 9

2 Nung……… 9

3 làm giàu quặng sắt……… 10

4 luyện cục quặng sắt……… 10

5 luyện gang trong lò cao……… 11

B Quá trình sản xuất thép I Nguyên liệu sản xuất thép bằng lò thổi oxy……… 17

1 Gang……… 17

2 Thép vụn……… 17

3 quặng sắt, quặng thiêu kết……… 18

4 chất trợ dung……… 18

II Quá trình sản xuất thép

1 Quá trình sản xuất thép bằng lò chuyển oxy thổi đỉnh………… 19

2 Sơ lược quá trình sản xuất thép bằng lò hồ quang và

luyện kim thứ cấp……… 21

3 Đúc thép……… 23

C Các dòng thải khi sản xuất gang, thép Tác động của chúng

tới môi trường và biện pháp xử lí

I Các chất thải sinh ra trong quá trình luyện gang, thép………… 25

II Ảnh hưởng của các chất thải tới môi trường……… 25III Một số phương pháp giảm và kiểm soát ô nhiễm………… 27 Tài liệu tham khảo ………

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp sắt thép giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội và văn minh nhân loại Thép là hợp kim luôn là hợp kim được

sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, chế tạo máy, Thậm chí ngay trong căn bếp hằng ngày của mọi nhà cũng có nhiều dụng cụ bằng gang thép như dao, kéo… Điều này một phần cũng vì thép là một hợp kim đa năng, dễ rèn, giá thành không quá cao Đặc biệt khi cho thêm một vài chất vào như crom, titan hay valadi thì thép lại có thêm nhiều tính chất quý mà trước kia nó chính là nhược điểm của thép như không rỉ, khả năng chống chịu tốt với môi trường khắc nghiệt

Cấp độ sản xuất thép và ứng dụng thép của một quốc gia hay vùng miền phụ thuộc vào phát triển con người và vào sự phát triển kinh tế - kỹ thuật của quốc gia 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 2003 Thép vẫn là, và sẽ tiếp tục là, vật liệu số 1 của thế kỉ này với tỉ số hiệu năng/giá tốt nhất Ở Việt Nam trong những năm gần đây sản lượng thép cũng có tốc độ tăng trưởng cao (trên 18%/năm) Thế nhưng không gì là hoàn mỹ cả Việc sản xuất thép phát sinh ra rất nhiều chất thải độc hại, đặc biệt là khí thải Nó ảnh hưởng lớn tới môi trường sống và sinh thái xung quanh các lò luyện gang thép

Vì thế chúng tôi xin làm bài tiểu luận nhỏ này để giới thiệu cho mọi người biết các công đoạn sản xuất gang thép cũng như những chất thải kèm theo trong quá trình sản xuất gang thép nhằm cung cấp cho mọi người thêm thông tin và cũng mong muốn mọi người biết sự tác hại của

các chất thải trong quá thải cũng như một vài biện pháp khắc phục

Chúng tôi cũng hi vọng rằng sẽ có nhiều tổ chức và cá nhân đóng góp những ý tưởng hay hơn nữa cho việc sản xuất và giải quyết các chất thải nêu trên để việc sản xuất gang thép vừa có hiệu quả cao vừa ít sinh chất thải gây ảnh hưởng tới môi trường

A Quá trình sản xuất gang

I Nguyên nhiên liệu cho quá trình sản xuất gang bằng lò cao

Nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất gang gồm có quặng sắt, thancốc và chất chảy CaCO3

1 Quặng sắt

Có thể nói thành phần của sắt trong quặng ở Việt Nam là không cao Hơn nữa không phải cứ có sắt trong thành phần quặng là được gọi là quặng sắt Hiện nay ở nước ta, người ta quy ước khi hàm lượng sắt chứa trong hợp phần chiếm từ 17% trở lên thì được gọi là quặng sắt, nếu hàm lượng này nhỏ hơn 17% thì gọi là nguyên liệu khoáng

Trong tự nhiên, ngoài thành phần là sắt thì quặng sắt cũng chứa hàm lượng nhất định các chất như P,S,Si….Các chất này thường ảnh hưởng không tốt tới quá trình luyện gang thép về sau

Theo thành phần hóa học, quặng sắt được chia thành 4 loại Oxit không ngậm nước gồm có hematite (Fe2O3) và manhetit (Fe3O4)

Hematite là quặng sắt phong phú nhất trong tự nhiên, thuộc loại quặng dễhoàn nguyên và thông thường chỉ chứa 0,05% P nên nó là nguyên liệu rấtphù hợp cho sản xuất gang đúc loại đặc biệt nghèo photpho Còn

manhetit có hàm lượng sắt từ 55-68% và được coi là loại quặng giàu sắt nhất Oxit hydrat có công thức chung là Fe2O3.nH2O và được gọi là

limotit hay sắt nâu Quặng sắt nâu nói chung có hàm lượng sắt từ 28 – 45%, rất dễ nóng chảy và hoàn nguyên Quặng sắt cacbon – siderit FeCO3chỉ chứa 25 – 40%, một số quặng có hàm lượng mangan cao, thậm chí trên 2%, nhưng hàm lượng photpho lại thấp nên rất phù hợp cho luyện

gang bằng công nghệ lò cao Nói chung quặng sắt dùng để luyện gang là loại chứa 30 – 95% oxit sắt, không chứa hoặc chứa rất ít lưu huỳnh, phốt pho Chủ yếu gồm các loại quặng sắt có độ hạt và thành phần hóa học nhất định.

Như đã nêu ở trên, có một vài thành phần trong quặng gây ảnh hưởng không tốt tới quá trình luyện gang thép Có thể nêu một vào chất sau:

 Asen trong quặng thường ở dạng As2O5; và As2O3 Trong lò cao Asen dễ hoàn nguyên và chuyển hoàn toàn vào gang làm giảm tính cơ và tính hàn của gang, thép,

 Chì ở trong quặng thường ở dạng SPb, PbCO3 Sau khi hoàn nguyên chì không hoà tan vào gang, do tỷ trọng của chì lớn nên

nó lắng xuống đáy lò, thấm vào các khe hở phá hoại đáy lò Mặtkhác do có nhiệt độ sôi ở khoảng 1550oC một phần Chì được bốc hơi có thể thoát ra khỏi lò gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh

 Kẽm trong quặng thường ở dạng hợp chất với ôxy và lưu

huỳnh, do có nhiệt độ sôi thấp (905oC) nên kẽm tuy không chuyển vào gang nhưng thường gây biếu lò và phá hoại tường

lò cao

Nhưng trong quặng cũng tồn tại một số tạp chất có lợi khác như: Mangan(Mn); Titan(Ti); Crom(Cr); Vanadi(V); Coban(Co); Niken (Ni)

 Mangan trong quặng sắt thường ở dạng MnO2; Mn2O3;

Mn3O4 Đây là nguyên tố phụ trong gang và có mặt trong bất kỳloại gang, thép nào Trong lò cao mangan được hoàn nguyên hoàn toàn và chủ yếu đi vào gang, làm tăng độ bền, độ cứng, độmài mòn và độ dai va đập của thép Tuy nhiên với hàm lượng mangan trong gang quá cao sẽ gây khó khăn cho công nghệ luyện thép tiếp theo Chính vì vậy quặng sắt được qui định chặt

chẽ về tỷ lệ Mn/Fe, nếu tỷ lệ này vượt quá 1,5% thì bắt buộc phải tính toán lại phối liệu quặng hoặc phải luyện những mác gang, thép thích hợp

 Titan trong quặng chủ yếu ở dạng TiO; Ti2O3; Ti3O5; TiO2 Titan làm tăng tính chống mài mòn, tính chịu nóng và độ bền cơhọc của thép Trong lò cao một phần nhỏ titan được hoàn

nguyên vào gang còn chủ yếu đi vào sỉ và tăng độ sệt của sỉ sẽ gây khó khăn cho vận hành lò Vì vậy hàm lượng titan trong quặng thường được qui định < 0,3%

 Crom thường ở dạng FeCr2O4 Trong lò cao khoảng 88% crom được hoàn nguyên vào gang Crom làm tăng khả năng chịu ăn mòn của gang và thép Tuy nhiên, nếu gang chứa nhiều crom sẽ khó gia công Do vậy hàm lượng crom trong quặng cũng phải được khống chế với mức < 0,2%

 Niken trong quặng thường tồn tại ở dạng (Ni.Mg)SiO3.2H2O Trong lò cao niken rất rễ hoàn nguyên, xong đây là nguyên tố quý có khả năng nâng cao hỗn hợp thành cục quặng thô

 Vanadi trong quặng chủ yếu ở dạng oxit: VO; V2O3; V3O5; V4O7; V5O9; V6O11; V7O13; VO2 Trong lò cao vanadi được hoàn nguyên và hầu hết được chuyển vào gang, vanadi là nguyên tố không thể thiếu đối với việc luyện các hợp kim quí

2 Than cốc

Than cốc là dư lượng còn lại sau khi đốt nóng than đá khi không có không khí, thường chứa tới 90% carbon Than cốc không có sẵn trong tự nhiên, phải điều chế từ than mỡ Than cốc là một thành phần quan trọng trong quá trình luyện gang Nó không chỉ là một thành phần có trong gang thép mà nó còn là nhiên liệu cho quá trình cháy và là chất khử cho nhiều quá trình trong lò cao Chúng tôi sẽ trình bày rõ hơn tác dụng làm nhiên liệu rõ hơn trong phần nhiên liệu

3 Chất chảy CaCO3

Chất chảy CaCO3 có nguồn gốc là từ đá vôi trong tự nhiên Ở nhiệt độ cao, nó bị phân hủy thành CaO Cao sau đó hóa hợp với SiO2 tạo thành sỉsilicat dễ nóng chảy, khối lượng riêng nhỏ(D = 2,5 g/cm3 ) nổi lên trên gang (D = 6,9 g/cm3) Điều này giúp làm giảm năng lượng và giúp dễ tách SiO2 ra khỏi quặng

4 Nhiên liệu

Nhiên liệu chính: như than cốc, than antraxit, than gỗ

Than cốc là nhiên liệu chính trong ngành công nghiệp sắt và thép vì

nó cung cấp cả chất khử và các đặc tính dòng chảy quy định bởi lò cao trong sản xuất sắt Quá trình cháy của than cốc sinh ra một lượng nhiệt lớn Chính nhiệt lượng này làm quặng sắt hóa lỏng và là xúc tác cho tất

cả các phản ứng oxy hóa khử trong quá trình luyện gang Một khối lượng lớn các sản phẩm phụ (ví dụ, lò than cốc, khí lò cao) tạo ra trong quá trìnhsản xuất thép cũngđược sử dụng làm nhiên liệu Do đó, một thay đổi trong sử dụng than cốc sẽ ảnh hưởng đến cân bằng năng lượng của nhà máy tích hợp sắt thép

Các nhiên liệu phụ ở dạng khí, lỏng, hay bột, nhũ, bao gồm khí thiên nhiên, khí lò cốc, dầu mazut, than bột, Các nhiên liệu phụ này cho vào

lò cao thông qua mắt lò để giảm tỉ lệ than cốc

Gần đây, ngành công nghiệp thép đã phát triển công nghệ sử dụng chất thải, chẳng hạn như nhựa, làm nhiên liệu thay thế và nguyên liệu thô.Chất thải nhựa đã được xử lí ban đầu, được tái chế trong lò than cốc, lò cao làm giảm phát thải CO2 bằng cách giảm lượng khí thải từ đốt và nhu cầu về nhiên liệu hóa thạch Tại Brazil, than được sử dụng như là một thay thế cho than cốc trong lò cao Việc sử dụng hydro để giảm quặng sắt

là một công nghệ mang tính lâu dài

II Quá trình sản xuất gang

Sau đây chúng tôi xin giới thiệu về quá trình sản xuất thép trong lò cao, lò sản xuất gang dược sử dụng phổ biến ở cả Việt Nam và nhiều nước vì nhiều ưu điểm sau:

Lò cao sản lượng lớn (đáy có đường kính khoảng 15m; dung tích khoảng 6000 m³) sản xuất khoảng 12000 tấn kim loại lỏng một ngày hoặc 4 triệu tấn năm Nghĩa là để lò cao hoạt động được như vậy, cần có lượng vật liệu trung bình mỗi ngày là 19200 tấn quặng sắt, 4000 tấn coke,

1750 tấn than bột và 11 triệu m³ khí thổi được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1200°C Và lượng xỉ tích lũy mỗi ngày khoảng 3300 tấn, chúng được sử dụng làm vật liệu xây dựng trong công nghiệp xi măng và xây dựng đường sá, và như vậy khoảng 17 triệu m³ khí, sau khi được làm sạch, được sử dụng nhờ nhiệt năng của nó Năm 2002, khoảng 600 triệu kim loại lỏng được sản xuất bằng lò cao trên toàn thế giới

Thời gian hoạt động (đời lò), nghĩa là thời gian trong suốt thời gian hoạt động cho đến khi lớp lót chịu lửa được thay thế hoàn toàn, ngày nay vào khoảng 15 đến 20 năm

Quá trình sản xuất gang

1 Nghiền, sàng, nung và làm giàu quặng

a Nghiền, sàng

Thông thường thì quặng khi khai thác lên có khối lượng và kích thước lớn Vì thế nếu như không thực hiện công đoạn nghiền sàng thì sẽ gây ra nhiều tác hại Thứ nhất, quặng quá to sẽ gây ra khó khăn cho việc xếp quặng vào trong lò cao, khiến cho quặng nóng không đều ảnh hưởng không tốt đến chất lượng quặng Thứ hai, việc nghiền nhỏ quặng giúp choquá trình oxy hóa oxit sắt diễn ra dễ dàng hơn và tốn ít nhiên liệu hơn, điều này có thể giúp giảm đáng kể giá thành và chất lượng của quặng

Hiện nay có nhiều phương pháp để nghiền quặng sắt Tùy vào mục đích và độ nhỏ của quặng nghiền mà người ta có các loại máy nghiền khác nhau Để nghiền to và vừa (nghiền to thì kích thước cục quặng khoảng 100mm, nghiền vừa khoảng 100-30mm) thì người ta hay dùng máy nghiền kiểu má và máy nghiền kiểu côn Còn nếu muốn nghiền nhỏ (30-1mm), ta dùng máy nghiền kiểu nấm, kiểu trục và máy xay (kiểu lõi

và kiểu bi) Nghiền mịn (1mm hoặc nhỏ hơn) thì dùng máy xay

b Nung

Nung là biện pháp giúp loại bỏ bớt lượng hơi ẩm dính và nước ngậm, loại bỏ được lưu huỳnh, phân hóa quặng xiderit và manhetit Tuy nhiên ngày nay do để giảm giá thành sản xuất thì người ta không hay nung quặng nữa Trong một vài trường hợp, việc nung quặng thực hiện trong máy thiêu kết và kết hợp với việc luyện quặng cục các quặng bột hay tinhquặng Ngoài ra người ta còn ứng dụng sự nung khử oxy nhằm nâng cao tính thấm từ của oxy ( phương pháp nung nam châm hóa)

c Làm giàu quặng sắt

Tuyển hay làm giàu quặng sắt mục đích là nhằm loại bỏ tới một mức nào đó các đá bẩn và các tạp chất có hại và qua đó nâng cao một cách thích đáng hàm lượng phần trăm của sắt Các phương pháp làm giàu quặng căn bản gồm: rửa, trọng lực, tuyển từ, tuyển nổi

- Rửa là quá trình phá tan và đánh tơi các khoáng chất mềm, đất sét bằng nước và bằng tác dụng cơ học của các bộ phận máy móc để cuối cùng loại bỏ đất sét ở dạng bùn cám Có 5 loại máy rửa chủ yếu được dùng để rửa quặng sắt là: kiểu thùng quay, kiểu bể dài, kiểu tang quay, kiểu

timosenko, kiểu tần số cao nối tiếp

- Tuyển từ: quặng sau khi nghiền và sàng chứa khoáng chất có tính thấm

từ mạnh được đưa vào từ trường của một nam châm điện, các đường sức của từ trường sẽ tập trung vào các hạt quặng có tính thấm từ mạnh vì vậycác hạt đó sẽ bị từ hóa và bị nam châm điện hút tách khỏi các hạt thấm từ

yếu Tuyển từ gồm tuyển từ khô (áp dụng cho các quặng hạt to) và tuyển

từ ướt (áp dụng cho các quặng hạt nhỏ)

Có hai phương pháp luyện cục quặng sắt là đóng bánh và thiêu kết

a Đóng bánh

Đóng bánh thực chất là quá trình ép quặng vụn ở dạng nguyên chất hay thông thường ở dạng pha thêm chất dính với sức ép tương đối cao Chất dính có thể là các chất hữu cơ và vô cơ như than đá, dầu than bùn Tuy nhiên phương pháp này không còn được sử dụng do bánh không đủ bền mà giá thành lại cao hơn so với thiêu kết

b Thiêu kết

Thiêu kết là quá trình luyện cục quặng vụn bằng cách nung dính Trong một số trường hợp thiêu kết còn nhằm cải thiện tính chất luyện kimcủa nguyên liệu như loại trừ lưu huỳnh, đưa trợ dung vào

Có ba phương pháp nung dính quặng vụn là nung dính bằng cách hút, nung dính trong trạng thái lơ lửng và nung dính trong lò quay Tuy nhiên phương pháp thiêu kết chủ yếu là phương pháp nung dính bằng cách hút

3 Luyện gang trong lò cao

a Cấu tạo chính của lò cao

- Cổ lò: có dạng hình trụ, được xây bằng gạch samốt Ở đây xảy ra cácquá trình bốc hơi nước của liệu đưa vào

- Thân lò: thân lò được thiết kế sao cho phù hợp với quá trình giãn nở

nhiệt của nguyên liệu, độ nghiêng cũng như góc nghiêng của thân lò đượctính toán phụ thuộc và chất lượng của quặng và cốc Ở đây xảy ra các phản ứng hoàn nguyên gián tiếp bằng khí và một ít phản ứng hoàn

b Quá trình luyện gang trong lò cao

Quá trình luyện gang trong lò cao thực chất là quá trình dùng các chất khử như CO, C để khử oxit sắt có trong quặng

Các quá trình sản xuất cơ bản:

Muốn thu được gang từ quặng, phải sử dụng chất hoàn nguyên sắt, đồng thời phải cung cấp nhiệt lượng để tạo điều kiện cho phản ứng hoàn nguyên biến liệu lò thành dạng lỏng, tách xỉ gang Khí than trong lò cao lưu động ngược hướng với liệu lò, liệu lò trong thời gian đó trải qua biến đổi hình thái từ dạng rắn đến thể biến mền rồi đến thể lỏng Than cốc (C) vừa là chất tạo ra môi trường hoàn nguyên, vừa là chất cấp nhiệt đồng thời có tác dụng làm cốt, tạo đường thông cho khí than trong lò đi lên Trong quặng ngoài khoáng vật có ích Fe2O3; Fe3O4 ra còn có đá vôi CaO, MgO; Al2O3 không thể hoàn nguyên và SiO2 ; MgO hoàn nguyên một ít ởđiều kiện của lò cao, để làm cho các đá vỉa đó nóng chảy thành xỉ lò có điều kiện lưu động tự do, từ đó có thể tách khỏi gang, còn phải cho thêm một lượng chất trợ dung nhất định Một số nhiên liệu phụ được cho vào mắt gió để thay thế một phần than cốc Các nguyên liệu đó (trừ chất phun) đều theo một tỷ lệ nhất định từ đỉnh lò nạp vào trong lò Từ mắt gió

phần dưới quạt gió nóng vào, than cốc cháy trước mắt gió sinh ra khí than, khí than trong quá trình đi lên hoàn thành nhiệm vụ hoàn nguyên và gia nhiệt liệu lò.

Quá trình hoá lý xảy ra trong lò cao rất phức tạp Chúng ta có thể tóm tắt bằng các phản ứng cụ thể sau đây:

H2O(lỏng) H2O(hơi) ; H2Ohydrat H2O(hơi)

FeCO3→FeO + CO2;

MnCO3→ MnO + CO2

CaCO3→ CaO + CO2

Hoàn nguyên gián tiếp

Fe2O3 + CO(H2) →Fe3O4 + CO2(H2O)

Fe3O4 + CO(H2) →FeO + CO2(H2O)

Mn2O3 + CO(H2)→ Mn 3O4 + CO2(H2O)

Mn3O4 + CO(H2) →MnO + CO2(H2O)

Hoàn nguyên trực tiếp

Quá trình cháy ở mắt gió là nguyên nhân và động lực của tất cả các quá trình khác trong lò cao Vùng cháy chiếm 35% thể tích của lò cao, chiếm 20% - 30% tiết diện ngang của nồi lò Vùng cháy rộng thì liệu dễ tụt xuống và vùng cháy sinh nhiệt cấp cho quá trình nóng chảy, biến mềm, tạo gang, tạo xỉ

Trong vùng cháy xảy ra các phản ứng sau:

- O2 càng vào trong càng giảm xuống đến hết

- CO2 càng vào trong càng tăng đến cực đại sau đó giảm

- CO càng vào trong càng tăng

- N2 về tương đối có giảm ít (do tăng các phản ứng cháy nên tăng thể tích)Quá trình cháy ở mắt gió đóng vai trò quan trọng trong lò cao Chúng ta cần nghiên cứu đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy để đưa ra quy trình điều khiển thích hợp

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy ở mắt gió

- Áp suất của gió nóng: áp suất gió nóng càng lớn thì động năng gió thổi vào lò càng lớn nên vùng cháy sẽ được đưa sâu vào trong Nhưng khi áp suất lớn thì trở lực càng lớn nên có sự chênh lệch áp suất trong lò lớn nhất là giữa đỉnh lò và đáy lò có thể gây treo liệu Do vậy cần phải điều chỉnh sao cho hợp lý áp suất gió nóng vào lò cao

- Nhiệt độ gió nóng: nhiệt độ gió càng nóng thì phản ứng cháy càng xảy

ra mãnh liệt Khi nhiệt độ gió càng nóng thì thể tích gió càng lớn và áp suất cao nên sẽ mở rộng vùng cháy vào phía bên trong.

- Nhiên liệu phụ: nhiên liệu phụ phun vào lò cao nhằm giảm lượng tiêu thụ than cốc và có ảnh hưởng đến vùng cháy Nhiên liệu phun vào được phân huỷ sẽ thu nhiệt làm giảm nhiệt độ của vùng cháy, khi đó phải tăng nhiệt độ gió nóng hoặc phun gió giàu ôxy

Quá trình cháy ở mắt gió là động lực của các quá trình khác trong lò cao Chúng ta mong muốn phải điều chỉnh quá trình cháy sao cho hợp lý như phối hợp các điều kiện về áp suất, nhiệt độ, lưu lượng hợp lý để tăng năng suất lò cao

Tóm lại: trong lò cao

- Than cốc đã tạo ra môi trường hoàn nguyên ở thể khí (phần trên của lò)

- Từ vùng nhão (bụng lò & hông lò), vùng lỏng (nồi lò), (xỉ & gang lỏng)

có môi trường hoàn nguyên rất mạnh và xảy ra các phản ứng hoàn

nguyên trực tiếp do C trong than cốc

- Toàn bộ lò cao là môi trường hoàn nguyên, riêng vùng cháy có môi trường ôxy hoá nhưng vùng cháy chỉ chiếm 35% thể tích lò cao Nhiệm

vụ không thể thay thế được than cốc đó là làm bộ khung xương cho lò cao

Sản xuất kim loại (gang) lỏng

Khí nóng hay khí thổi có nhiệt độ khoảng 1200°C được thổi qua hệ thống dẫn vào phần dưới của lò cao để tạo khí hoàn nguyên Cacbon trong cốc ở vùng này sẽ hóa khí do bị oxy hóa và tạo khí hoàn nguyên (CO), quá trình cháy tạo nhiệt độ ở đây lên đến 2200°C Khí tạo thành chạy lên trên, liên kết với oxy, hay hoàn nguyên quặng Khí chạy lên trên

sẽ nung nóng liệu Một phần nhỏ C tan vào gang, làm giảm nhiệt độ chảy

lỏng của kim loại lỏng Các nguyên tố lẫn trong vật liệu nạp tạo thành xỉ lỏng và chúng được tách khỏi kim loại lỏng Kim loại lỏng và xỉ được tậphợp ở vùng dưới lò cao (đáy) và tháo ra ở vùng dưới lò với nhiệt độ khoảng 1500°C qua lỗ tháo, mà phải được mở Kim loại lỏng và xỉ được tách bằng hệ thống dẫn lót gạch chịu lửa và dẫn đến lò chứa kim loại lỏng

và lò chứa xỉ lỏng tương ứng Chất mang C như than, dầu hoặc các chất thải nhựa dẻo được phun vào làm chất thay thế Hoạt động của lò cao không có than cốc là không thể được Than cốc được duy trì trong lò làm chất tạo cấu trúc cứng trong các vùng của lò cao khi quặng biến mềm hoặc chảy lỏng, nhờ đó nó đảm bảo khí chạy thông suốt và coke làm nhiệm vụ tạo cấu trúc nâng đỡ cột liệu rắn

Các quá trình được phát triển, mặc dù, để hoàn nguyên quặng không

sử dụng than cốc Chúng đươc gom nhóm theo thuật ngữ "hoàn nguyên trực tiếp" và "hoàn nguyên nóng chảy"

Hoàn nguyên trực tiếp không tạo ra kim loại lỏng, nó hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn so với quá trình lò cao Chỉ có oxy được tách khỏi quặng, và các phần tử đất cháy trong quặng vẫn được duy trì trong các sản phẩm hoàn nguyên Trong hầu hết quá trình hoàn nguyên trực tiếp khíhoàn nguyên được sản sinh bằng cách chuyển hóa khí thành H2 và CO Sản phẩm hoàn nguyên được nạp trực tiếp vào lò điện hồ quang

Quá trình hoàn nguyên nóng chảy hoạt động qua 2 giai đoạn Đầu tiên tất cả quặng được hoàn nguyên thành sắt xốp, và sau đó được chuyển thành kim loại lỏng, tương tự quá trình lò cao, các nhiên liệu là vào than

và oxy Về phương pháp hoàn nguyên nóng chảy, chỉ có công nghệ Corexđược sử dụng trong công nghiệp

B Quá trình sản xuất thép

Để sản xuất thép người ta dùng phương pháp lấy oxy (thường là oxy nguyên chất) để khử bớt C và các tạp chất khác ra khỏi gang Có rất nhiều