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

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 1 MỤC LỤC Tiêu dề Số trang 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 2 I. Các chất thải sinh ra trong quá trình luyện gang, thép………… 25 II. Ảnh hưởng của các chất thải tới môi trường…………………. 25 III. Một số phương pháp giảm và kiểm soát ô nhiễm…………. 27 Tài liệu tham khảo …………………………………………… 3 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 4 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, than cốc và chất chảy CaCO 3 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 (Fe 2 O 3 ) và manhetit (Fe 3 O 4 ). Hematite là quặng sắt phong phú nhất trong tự nhiên, thuộc loại quặng dễ hoàn nguyên và thông thường chỉ chứa 0,05% P nên nó là nguyên liệu rất phù 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 Fe 2 O 3 .nH 2 O 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 FeCO 3 chỉ 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 5 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 As 2 O 5 ; và As 2 O 3 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, PbCO 3 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. Mặt khác do có nhiệt độ sôi ở khoảng 1550 o C 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 (905 o C) 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 MnO 2 ; Mn 2 O 3 ; Mn 3 O 4 .Đây là nguyên tố phụ trong gang và có mặt trong bất kỳ loại gang, thép nào. Trong lò cao mangan được hoàn nguyên hoàn toàn và chủ yếu đi vào gang, làm tăng độ bền, độ cứng, độ mài 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 6 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; Ti 2 O 3 ; Ti 3 O 5 ; TiO 2 . Titan làm tăng tính chống mài mòn, tính chịu nóng và độ bền cơ học 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 FeCr 2 O 4 .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)SiO 3 .2H 2 O. 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; V 2 O 3 ; V 3 O 5 ; V 4 O 7 ; V 5 O 9 ; V 6 O 11 ; V 7 O 13 ; VO 2 . 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. 7 3. Chất chảy CaCO 3 Chất chảy CaCO 3 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 SiO 2 tạo thành sỉ silicat dễ nóng chảy, khối lượng riêng nhỏ(D = 2,5 g/cm 3 ) nổi lên trên gang (D = 6,9 g/cm 3 ). Điều này giúp làm giảm năng lượng và giúp dễ tách SiO 2 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 trình sản 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 CO 2 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. 8 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 cho quá 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. 9 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 tinh quặng. 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 vậy các hạt đó sẽ bị từ hóa và bị nam châm điện hút tách khỏi các hạt thấm từ 10 [...]... chất thải sinh ra trong quá trình luyện gang, thép Chất thải rắn: chất thải rắn của quá trình sản xuất gang thép chủ yếu là xỉ và đất đá tách ra trong quá trình tuyển và làm giàu quặng Chất thải lỏng: chủ yếu là nước thải để rửa quặng và làm mát hệ thống Chất thải khí: Đây là dòng thải chủ yếu của quá trình luyện gang thép và cũng là nguyên nhân khiến môi trường xung quanh khu vực luyện gang thép ô... suất của thiết bị cũng giúp giảm lượng chất thải ra môi trường Công nghệ sản xuất thép bằng lò hồ quang trong sản xuất thép hiện nay chiếm 50% trong số các công nghệ được sử dụng tại Hoa Kỳ Một trong những nguyên nhân của việc công nghệ này ngày càng chiếm ưu thế chính là nhờ ở khả năng tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất so với các công nghệ khác Công nghệ lò hồ quang hiện được tất cả các. .. kg/tấn thép lỏng Lượng xỉ sắt bằng 11- 12% lượng kim loại Các chất trợ dung khác là vảy sắt (1%) và huỳnh thạch Trong khi chất liệu, để chống chế nhiệt độ của nồi lò thường thì thép vụn vào trước rồi mới đổ gang lỏng vào Lượng thép vụn phụ thuộc vào lượng silic trong gang Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào nhiết độ của nồi lò và tường lò Sau khi đổ gang vào thì lập tức cắm ống phun được làm nguội bằng nước vào... cao, các nhiên liệu là vào than và oxy Về phương pháp hoàn nguyên nóng chảy, chỉ có công nghệ Corex được 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 16 lò sản xuất thép Trong tiểu luận này chỉ xin giới thiệu một vài loại lò tiêu biểu là lò thổi oxy và lò... đặt liên tiếp nhau thiết bị này tạo ra trường tĩnh điện dọc theo đường đi của hạt bụi hay dòng khí Các hạt bụi được tích điện âm và chuyển động về phía tấm thu bụi trước tích điện dương Trong các thiết bị lọc bụi tĩnh điện, các hạt bụi được tách khỏi các tấm thu bụi bằng cách gõ hoặc rung các tấm này theo một chu kỳ nhất định Bụi thu được sẽ đóng vào các túi thu bụi Trong các thiết bị lọc bụi tĩnh điện... tác dụng của dòng oxy không còn tuần hoàn nữa Vì vậy, khi dòng oxy chảy trên bề mặt kim loại phẳng lặng đã được luyện xong thì khó có thể xuyên vào trong được Quá trình thao tác của phương pháp luyện thép lò chuyển thổi oxy nguyên chất từ đỉnh thổi xuống như sau: thoạt tiên nghiêng lò để chất vôi và cách chất trợ dung khác Sau đó, đổ gang lỏng vào Lượng vôi phụ thuộc vào thành phần silic trong gang, phải... xuất thép bằng lò thổi oxy Nguyên liệu sản xuất thép gồm có gang, thép vụn, quặng sắt và chất trợ dung 1 Gang Ở các nước thường sử dụng loại gang có thành phần: 3,3 – 4,6 % C; 0,4 – % Si; 0,3 – 2,6 Mn; 0,02 – 0,075% S; 0,035 – 0,36% P Trong những thành phần của gang, silic có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình nấu luyện, chất lượng thép, độ bền cục của tường lò, những chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật đặc biệt... làm rơi các hạt bụi vào một điểm xác định bằng một trong ba cơ chế: Không khí đảo chiều, rung và xung Đây là phương pháp được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy thép tại Việt Nam như Nhà máy thép Biên Hòa, Nhà máy cơ khí luyện kim của Công ty Thép miền Nam , Công ty thép Sun Co, Công ty thép Pomina 29 b Phương pháp lọc bụi tĩnh điện Thiết bị thông dụng nhất để xử lý một khối lượng rất lớn khí thải là... xuất này với mục đích chính cần đạt là khử C, Ni, H, P và S trong thép xuống mức rất thấp, ngoài ra để đồng nhất hóa thép lỏng, và giữ nhiệt nhiệt độ ở một giới hạn hẹp và chính xác 3 Đúc thép Thép lỏng, được sản xuất với số lượng lớn, phải qua quá trình xử lý hạ nguồn Vì mục đích này nó được tạo hình nhất định về hình dạng, kích thước và khối lượng bằng quá trình đúc Trong các tổ hợp nhà máy gang và. .. hiệu quả kinh tế Theo Vụ Công nghiệp nặng (Bộ Công Thương), hiện tại, tổng công suất cán thép xây dựng vẫn vượt gần 2 lần công suất luyện, 80% sản lượng phôi thép hiện nay được sản xuất từ thép phế liệu Ngành thép vẫn phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu (gần 80% thép tấm lá các loại, gần 50% nhu cầu phôi thép, trên 60% lượng thép phế cho lò điện), do vậy sản xuất thường bị động và chịu nhiều thiệt . 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. Các dòng thải khi sản xuất gang, thép. Tác động của chúng tới môi trường và biện pháp xử lí 2 I. Các chất thải sinh ra trong quá trình luyện gang, thép ……… 25 II. Ảnh hưởng của các chất thải tới. 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