QUY TRÌNH TRONG NHÀ MÁY GANG THÉP

NMT - LKD 1.1 Lịch sử phát triển lò cao - Phát triển kỹ thuật luyện gang cận đại là từ thế kỷ 18 bắt đầu cuộc cách mạng công nghiệp nổ ra ở Châu Âu 1709 Lần đầu tiên nước Anh dùng tha

Coke- makin

g

Coke-making

NMT - LKD

Tổng quan công nghệ gang - thép

NMT - LKD

Tổng quan công nghệ gang - thép

NMT - LKD

Tổng quan về nhiên liệu cho lò cao luyện gang

1

1.1 Lịch sử phát triển của lò cao

- Thời trung cổ - thế kỷ 15 ở Trung Quốc

Nấu luyện – làm sạch

Đúc, chế tạo

NMT - LKD

1.1 Lịch sử phát triển lò cao

- Phát triển kỹ thuật luyện gang cận đại là từ thế kỷ 18 bắt

đầu cuộc cách mạng công nghiệp nổ ra ở Châu Âu

1709 Lần đầu tiên nước Anh dùng than cốc thay than gỗ

Đầu thế kỷ 19 Anh , Nga dùng quạt gió hơi nước

Năm 1829 người Anh phát minh ra quạt gió dùng gió nóng gia nhiệt khí than lò cao

Những năm 50 của thế kỷ này bắt đầu sử dụng

quặng giàu nhân tạo

Những năm 60 bắt đầu dùng gió tổng hợp, phun nhiên liệu phụ (khí than, khí thiên nhiên…)

Nhân tạo: Khí

than lò coke, khí than lò cao, khí lò sinh khí…

NMT - LKD

1.3 Yêu cầu chung đối với chất đốt

Nhiên liệu

Trữ lượng lớn

Không độc

Nhiệt trị

lớn

Dễ khống chế

Điều kiện của nhiên liệu dùng trong công nghiệp

Dễ khai thác Giá rẻ

NMT - LKD

1.3 Yêu cầu chung đối với chất đốt

Điều kiện của nhiên liệu dùng trong phối liệu lò cao

có hại.

Đặc biệt là lưu huỳnh phải thấp

Đảm bảo:

độ bền

cơ, độ bền nhiệt

để tránh

vỡ vụn

Có độ hạt

độ xốp thích hợp

để đảm bảo tính thông khí tốt

5

- Rẻ tiền

- Dễ cung cấp

- Thu được than

coke khi nung than

- tỷ trọng 1,80-1,95 g/cm³

NMT - LKD

2.1.Giới thiệu về coke luyện kim

Phân loại coke

Coke nhiệt độ cao

- Nhiệt độ tạo coke trên

1000 độ C

- Còn gọi là coke luyện

kim hay coke lò cao

Coke

Coke nhiệt độ thấp

- Nhiệt độ 500–700 độ C

- Còn gọi là bán coke

- Là nhiên liệu chủ yếu và quan trọng

- Trên 90% lò cao chạy than coke

- 85÷90% coke được dùng cho lò cao

- Yêu cầu cao về chất lượng coke

- Nhiệt nóng chảy của tro cao

- Khô yêu cầu cao về độ cứng

NMT - LKD

2.2 Vai trò của coke trong lò cao

200400600

800100012001400

200℃

400600800100012001400

Vùng thoát hơi ẩm

Vùng hoàn nguyên gián tiếp

Fe 2 O 3 +CO=FeO+CO 2 C+CO 2 =2CO

C+H 2 O=CO+H 2 FeO+CO=Fe+CO 2 FeO+H 2 =Fe+H 2 O Vùng biến mềm, nóng chảy

Vùng cháy

2C+O2=2CO C+H2O=CO+H2

Cửa ra gang

NMT - LKD

2.2 Vai trò của coke trong lò cao

Làm chất phát nhiệt: Khoảng 70-80% nhiệt lượng

tiêu thụ của lò cao là do than cốc cung cấp.

Làm chất khử: CO và C là chất khử chính

Làm giá đỡ: coke chiếm ½ thể tích

Là khung xương của lò

Làm chất tăng cacbon

NMT - LKD

2.4 Tổng quan quá trình sản xuất coke

Sơ đồ công nghệ sản xuất coke

NMT - LKD

Sơ đồ quản lý nguyên liệu vào – ra

NMT - LKD

Cân bằng nguyên liệu – năng lượng

- Để luyện 1 tấn coke cần 1.37 tấn than

- Năng suất thu hồi coke >68%

- còn lại là tạo thành sản phẩm phụ

NMT - LKD

2.5 Một số nhiên liệu thay thế coke

- Sử dụng tiết kiệm, giảm thiểu coke

- Tìm ra loại nhiên liệu thay thế

- Hướng mới cho công nghệ

Sự khan hiếm than luyện coke

-Giảm thấp tỷ lệ coke trong lò cao -Phun thêm nhiên liệu phụ

-Dùng coke hình, coke sắt, than không khói…

-Phát triển luyện gang phi coke -Sử dụng năng lượng nguyên tử trong luyện kim

NMT - LKD

2.5 Một số nhiờn liệu thay thế coke

Than khụng khúi – Than antraxit

- Nhiệt trị cao 31.000 – 34.000 kj/kg

- Độ tro ớt: 1 – 10 %

- Cường độ thấp

Chỉ dựng cho lũ cao nhỏ

So sánh với than Coke

- Kết cấu của than không khói chặt, ít lỗ khí -> tính phản ứng kém

- Khi sử dụng than không khói luyện gang, tính thấu khí của

nguyên liệu kém, áp lực gió tương đối cao, vùng cháy trước mắt gió

tương đối lớn -> sử dụng quạt gió có lượng gió tương đối lớn.

bụi lò cao, quặng tinh mịn

- Được nghiên cứu từ mấy

chục năm trước nhưng

4 Độ tro cao nhưng do có kim loại nên tính phản ứng tốt hơn coke thường

ép nguội thành hình.

- Nung viên than liệu ở điều kiện nhiệt

độ cao để tạo coke

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

Sơ đồ lưu trình công nghệ Midrex.

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

Sơ đồ lưu trình công nghệ Fastmet.

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

Sơ đồ nguyên lý công nghệ ITmk3

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

Sơ đồ nguyên lý công nghệ Corex

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

So sánh lưu trình Công nghệ lò cao và công nghệ COREX

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

Sơ đồ nguyên lý công nghệ FINEX

NMT - LKD

Công nghệ phi coke

So sánh lưu trình Công nghệ lò cao và công nghệ FINEX

Coke- makin

g

Coke-making

18 – 20 giờ

- xay ra các phản ứng phân giải và bay hơi

- %C > 85%

- Kích thước 25 – 75 mm

- Xốp

- Bền cơ, bền nhiệt

Biến mềm

và phân giải chất than

Giai đoạn tạo bán coke

Giai đoạn kết coke

Có thể xem quá trình luyện coke trải qua 4 giai đoạn chính

 ở 180 – 2000C thoát nước kết tinh

 200 – 3000C bắt đầu xuất hiện khí sản phẩm khí thoát ra(tuy nhiên còn ít và lúc này nước đã bị nhiệt phân)

 Khoảng 3000C bắt đầu phân hủy than, có sự thay đổi về tính kết dính và tính chất bề mặt

 Những khí thoát ra từ quá trình phân giải xuyên qua lớp dẻo tạo ra độ

xốp cho khối than

 Khoảng 5000C khối than dẻo bị phân giải mạnh và bắt đầu xuất hiện than kết rắn

 Ở 6500C xuất hiện bán coke, xốp và dòn.

 Ở thời điểm này vẫn tiếp tục sự thoát khí nhưng không phải do phân giải của than và là của các sản phẩm thoát ra trước đó

 Lúc này phần rắn sẽ chịu những biến đổi hóa học như co và tạo vết

nứt Phần hữu cơ sẽ tạo ra Hydro chứ ko còn tạo nhựa

NMT - LKD

Giai đoạn tạo coke

Nhiệt độ 700 – 11000C

 Nâng nhiệt đến 7000C sự phân hủy đạt đến điểm tới hạn đặc trưng bởi

sự thoát khí nhanh, mạnh và thoát hydro cuối cùng

 Khi phần chất bốc thoát ra hết, từ những lỗ xốp của bán coke tiết ra

dầu nặng Khi đó bánh coke bắt đầu co ngang và có thể vỡ ra do xuất hiện các vết nứt

 Khối than dần dần chuyển thành coke gọi là quá trình coke hóa

 Ở 8000C lượng chất khí thoát ra giảm hẳn xuống

 900 – 11500C khối than rắn thoát ra lượng khí cuối cuồng và tạo các vết nứt, hình thành các khối rắn nhỏ hơn và bền chắc gọi là coke luyện kim

 Quá trình coke hóa kết thúc ở nhiệt độ cao hơn một chút, có thể tới

1200 – 12500C

 Các hợp chất như Cacbua thơm NH3, H2S …

 Ứng với 100% phối liệu than có thể thu được từ 2 ÷ 45% dầu coke; 0,2 ÷ 0,4% NH3; 0,6 ÷ 1,3% Bengen; và 0,2 ÷ 15% hợp

chất chứa S.

Dập coke khô

- Sử dụng khí trơ

để làm nguội coke

NMT - LKD

Phương pháp dập coke ướt

Tháp dập coke dùng nước tạo mưa kiểu truyền thống

NMT - LKD

Phương pháp CSQ

Phương pháp làm nguội đồng đều coke: Coke stabilizing quench (CSQ)

- Được cải tiến

NMT - LKD

Phương pháp dập coke khô

- Hệ thống nồi hơi nhiệt: công suất 76t/h

- Máy phát điện: công suất 18 MW

 Sử dụng khí trơ (nito)

 Coke được làm nguội xuống dưới 2000C

 Khí trơ ra khỏi lò CDQ đạt 900 – 9800C, và được thu hồi nhiệt

với nồi hơi phát điện

 Khí trơ được làm nguội đến 125 – 1350C và quay vòng sử dụng cho quá trình làm nguội

NMT - LKD

3.6 Sự hình thành sản phẩm phụ

Nung than luyện coke Xảy ra quá trình phân giải

Quá trình nhiệt phân lần thứ nhất

- Đứt mạch của các gốc dị vòng, thẳng và

các nhóm cacboxyl, hydroxyl

- Tạo ra những sản phẩm hóa học của nhựa

ở nhiệt độ thấp

Quá trình nhiệt phân lần thứ hai

- Nhựa nhiệt độ cao là một sản phẩm cơ bản của quá trình nhiệt phân lần thứ hai

- Nhiệt phân lần 2 là nhiệt phân nhựa dầu

- Tạo các hydro thơm do sự tạo vòng nhân thơm

NMT - LKD

Nhiệt phân lần thứ nhất

sự đứt mạch vòng naften của tetralin

Ở nhiệt độ 5000C sẽ xảy ra phản ứng khử hyđrô của

naften và xyclo-ôlêfin Ví dụ như với xyclohexan

NMT - LKD

Nhiệt phân lần thứ 2

CH CH

Tiếp theo sự tạo thành những hợp chất thơm cao hơn tiến hành do sự

ngưng tụ những cacbua hyđrô thơm ít vòng

NMT - LKD

Cơ sở lý thuyết tạo các sản phẩm khí hóa

 Quá trình tạo thành khí khi nhiệt phân rất phúc tạp

 ở khoảng 4000C tác ra chủ yếu là khí chứa CO2, CO và Hơi nước

 Tiếp tục nâng nhiệt còn xảy ra nhiệt phân nhựa đầu

 CO2 tách ra là do đứt mạch nhóm cacboxyl do đó khí đầu

thường giàu CO2

 H2 thoát ra sớm hơn so với tạo nhựa đầu nhưng mạnh nhất là ở

5000C (ở nhiệt độ này H2 tăng lên là do phân hủy Metan)

 Thành phần khí thay đổi không chỉ do phản ứng phân hủy than

và phản ứng nhiệt phân mà còn do phản ứng tổng hợp xảy ra

trong pha khí

NMT - LKD

Sự biến đổi thành phần khí theo nhiệt độ

SỰ BIẾN ĐỔI THÀNH PHẦN KHÍ THEO NHIỆT ĐỘ

Nhiệt độ nhiệt phân ( o C) Thành phần khí (% thể tích)

tử khí

CO2 CmHn O2 CO H2 CH4 N2

Đầu 120 3 4 0,5 4 26 60 2,5 6326 14,1 Trung 200 4 3,5 3,5 5 45 38 4 5166 12,6 Cốc 330 4 3,0 0,5 8 52 25 7,5 4240 12,2

NMT - LKD

Xử lý sản phẩm phụ

Thành phần khí lò coke

NMT - LKD

Xử lý sản phẩm phụ

Lump Coke 1,227,000 Ton (63.5%)

NMT - LKD

Các thành phần được chiết tách và thu hồi

 a) Dầu coke (Tar)

 b) Naphthalene

 d) Benzole

 e) Hydro sunfua

NMT - LKD

Sơ đồ khối xử lý sản phẩm phụ

NMT - LKD

Khu vực tách dầu coke

NMT - LKD

Khu vực tách dầu coke

NMT - LKD

Khu vực làm nguội ban đầu

NMT - LKD

Khu vực làm nguôi ban đầu

NMT - LKD

Khu vực tách dầu bằng tĩnh điện

NMT - LKD

Khu vực tách dầu bằng tĩnh điện

NMT - LKD

Thu hồi dầu coke

 Dầu coke thường được thu hồi bằng cách ngưng tụ

từ dạng hơi thành dạng dung lỏng

 Dầu coke có chứa thành phần axit (phenol) và bazo

(pyrides)

 Dầu coke chứa phần lớn các hydro các bon thơm

 70% dầu coke đươc ngưng tụ (bằng NH4OH),còn lại

bị thu hồi ở khu vực tĩnh điện

 Là sản phẩm có giá trị kinh tế cao

NMT - LKD

Thu hồi amoniac

 Tồn tại ở dạng hơi trong COG

 Dễ bị hòa tan trong dung dịch kiềm yếu

 Amoniac thường được thu hồi ngay sau quá

trình thu hồi dầu coke bằng tĩnh điện (nếu ko

nó sẽ kết hợp với hydro sunfua tạo axit gây

ăn mòn)

Phun dd sunphuric

COG chứa NH3

Amoni sunphat

NMT - LKD

Thu hồi naptalen

 Tồn tại ở dạng hơi trong khí lò coke

 Khi ngưng tụ tạo thành dạng rắn

 Có tính thơm và trung tính

 Naptalen ngưng tụ từ COG ở nhiệt độ điểm sương 50 – 500C

 Được ngưng tụ ở khu vực làm nguội cuối cùng sau khi thu hồi

NMT - LKD

Thu hồi benzen

 Là các loại hydrocacbon thơm: benzen,

toluen,xylene…

 Thu hồi bởi quá trình hấp thụ

 Thu hồi benzen sau khi thu hồi naptalen và

được tiến hành trong bộ rửa khí (wash – oil

scrubbers)

NMT - LKD

Thu hồi hydro sunfua

 Tồn tại ở dạng khí trong COG

 Dễ bị hấp thụ bởi dung dịch kiềm

NMT - LKD

Chưng cất – chế biến dầu coke

NMT - LKD

Chưng cất – chế biến dầu coke

Cấu tạo bể lắng

1 Ống dẫn dịch ngưng vào bể; 2 Mô tơ điện; 3 Cửa tháo nước NH4OH ra; 4 Hệ thống

hơi nước bảo ôn; 5 Cửa tháo dầu cốc; 6 Xích tải răng cào; 7 vón than ra.

- khí đi lên – lỏng đi xuống

- Thu được khí với các

thành phần yêu cầu ở trên

cùng

NMT - LKD

Chưng cất – chế biến dầu coke

NMT - LKD

LÒ LUYỆN COKE

NMT - LKD

1 Lịch sử phát triển

- 1709 than coke

được dùng cho lò cao

- Cùng thời gian này lò

coke ra đời và có dạng

tổ ong (hình a)

- Sau cách mạng công

nghiệp kiểu lò này

được cải tiến thành

liên hợp nhiều lò xây

lền kề nhau (hình b)

NMT - LKD

1 Lịch sử phát triển

- Kiểu lò tổ ong liên hợp được người mỹ cải tiến và xây

dựng nhiều ở Throckley bên bờ sông Tyne vào năm

1759

- Thời gian luyện coke 44 – 72 giờ/mẻ

- Kiểu lò này tồn tại đến tận 1958

NMT - LKD

Những vết tích còn lại của lò luyện coke tổ ong liên hợp

NMT - LKD

1 Lịch sử phát triển

- Sự phát triển tiếp theo là

sự hoàn thiện thiết kế và

cơ giới hóa hệ thống lò

- Dùng 2 cửa thay cho 1

cửa trước đây

- Giảm thời gian luyện tiến hành thêm các biện pháp cấp nhiệt bằng

gia nhiệt gián tiếp hoặc trực tiếp

- Trên cơ sở gia nhiệt đó mà bắt đầu xuất hiện kiểu lò Battery

NMT - LKD

Lò coke hiện đại

- Hiện nay ngành công

nghiệp luyện coke chủ

yếu sử dụng hai kiểu lò

luyện

a) Non-recovery/Heat

recovery

b) By-product recovery

- Công nghệ này quá

trình cacbon hóa được

tiến hành tròng buồng

rộng

- Nhiệt được truyền tử

dưới lên và trên xuống

- Chất bốc thoát ra

được đốt cháy hoàn

hồi để chạy máy phát điện cho nên công nghệ này có tên Non-recovery/Heat recovery

NMT - LKD

công nghệ Non-recovery/Heat recovery

- Than được tập kết và chuyển đến khu vực chuẩn bị liệu bằng băng tải

NMT - LKD

công nghệ Non-recovery/Heat recovery

- Liệu than được cho vào

xe nạp liệu

- Xe nạp liệu chạy dọc

hệ thống lò và nạp liệu cho lò qua các lỗ trên đỉnh

NMT - LKD

công nghệ Non-recovery/Heat recovery

- Liệu than được cho vào

NMT - LKD

công nghệ Non-recovery/Heat recovery

- Sau khi nạp liệu một máy san liệu (Machine –

ram) sẽ làm nhiệm vụ san bằng mặt liệu trong lò.

NMT - LKD

công nghệ Non-recovery/Heat recovery

- Cửa lò được bịt kín bởi sét chịu nhiệt

NMT - LKD

công nghệ Non-recovery/Heat recovery

- Xe dập coke được đưa vào tháp dập coke

- Ở đây đập coke bằng nước

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

CẤU TẠO LÒ NON-RECOVERY

Gồm nhiều buồng luyện

liên tiếp nhau

 Nền bê tông, tường gạch

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

NGUYÊN LÝ LÒ NON-RECOVERY

 Nhiệt truyền từ trên xuống và dưới lên

 Quá trình luyện được bắt đầu bằng nhiệt dư của lần luyện trước Dưới tác dụng nhiệt dư, chất bốc và không khí lùa vào

sẽ cháy và tạo nhiệt bức xạ

 Một phần khí bốc đi xuỗng rãnh đáy lò, chúng tiếp tục bị đốt cháy và truyền nhiệt cho khối than qua đáy lò

 Các loại hydrocacbon thoát ra hầu như được đốt cháy hoàn toàn

 Nhiệt dư của khí thoát ra được dùng để nung nóng nồi hơi phát điện

 Thời gian luyện tương đối dài 36 – 40 giờ Nhiệt độ buồng luyện và coke nóng có thể lên tới 12500C

 Coke thu được có %C > 85%

- Công nghệ này quá trình

cacbon hóa được tiến

hành tròng buồng hẹp

- Than được nạp từ trên

vào buồng luyện qua lỗ

nạp liệu

- Nhiệt được truyền hai

bên tường vào khối than

Do các sản phẩm phụ được thu hồi hoàn toàn để sản xuất ra các chất có giá trị kinh tế cho nên công nghệ này được gọi là By-product recovery

NMT - LKD

công nghệ By-product recovery

- Liệu được nạp vào xe nạp liệu có khả năng di chuyển đễn các lỗ nạp liệu phía trên đỉnh buông lò

NMT - LKD

công nghệ By-product recovery

- Nạp liệu điền đầy lò

NMT - LKD

công nghệ By-product recovery

- Hệ thống san phẳng liệu từ máy tống coke sẽ làm nhiệm vụ san

phẳng bề mặt liệu nạp trong buồng lò

NMT - LKD

công nghệ By-product recovery

- Quá trình nung than được tiến hành trong 18 giờ trong môi trường thiếu không khí Sau thời gian luyện, coke trong lò được chuẩn bị ra bởi máy tống coke

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

CẤU TẠO LÒ BATTERY

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

CẤU TẠO LÒ BATTERY

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

CẤU TẠO LÒ BATTERY

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

CẤU TẠO LÒ BATTERY

Gồm nhiều buồng luyện

xen kẽ buồng đốt (30 – 100

buồng)

 Phía dưới buồng đốt là

buồng hoàn nhiệt Mỗi

buồng đốt có 2 buồng hoàn

NMT - LKD

Nguyên lý cấu tạo – hoạt động

NGUYÊN LÝ LÒ BATTERY

 Không khí từ đường dẫn khí đáy lò đi lên buồng hoàn nhiệt để

được nung nóng trước rồi theo đuờng dẫn lên buồng đốt

 khí lò coke or khí lò cao được dẫn vào mỏ đốt, gặp không khí

sẽ cháy tỏa nhiệt

 Nhiệt tỏa ra sẽ nung nóng tường buồng đốt, nhiệt từ tường lò

sẽ truyền vào khối than liệu để tiến hành quá trình cacbon hóa

 Sản phẩm cháy của buồng đốt (khí nóng) được dẫn xuống

nung nóng buồng hoàn nhiệt rồi theo kênh khói thoát ra cống khói

rồi thoát ra ngoài qua ống khói

 Trong lò battery, quá trình cacbon hóa được tiến hành nhờ

việc truyền nhiệt từ hai bên do liệu tiếp xúc với tường lò Quá

trình tạo coke sẽ diễn ra theo hướng từ ngoài vào tâm khối liệu

than