Header Page of 120 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2008 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN BỘT THAN LÒ CAO, CHẾ TẠO MỘT SỐ BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG” Ký hiệu : 249.08.RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản : Cơ quan chủ trì đề tài : Chủ nhiệm đề tài : Bộ Công Thương Viện Nghiên cứu Cơ khí Nguyễn Lâm Tuấn Anh 7265 30/3/2009 Hà Nội - 2008 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2008 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN BỘT THAN LÒ CAO, CHẾ TẠO MỘT SỐ BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG” Ký hiệu : 249.08.RD/HĐ-KHCN Thủ trưởng đơn vị (Ký tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Lâm Tuấn Anh Hà Nội - 2008 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu nước ngồi 1.2.Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG LUYỆN GANG LÒ CAO 2.1 Sơ qua công nghệ sản xuất gang thép 2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm q trình cơng nghệ 2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang: 2.2.2 Đặc điểm q trình cơng nghệ 2.2.3 Nguyên liệu đầu vào: 10 2.2.4 Các q trình lò cao: 10 2.2.5 Quá trình tạo gang: 11 2.2.6 Q trình tạo xỉ lò cao: 12 2.2.7 Lò gió nóng 14 2.2.8 Hệ thống gió nóng lò cao 15 2.3 Các thông số lò 16 2.3.1 Trắc đồ lò cao 16 2.2.2 Cân liệu cân nhiệt lò cao 20 2.3.3 Tính phối liệu lò cao 28 2.3 Vận hành lò cao 30 2.4.1 Ảnh hưởng yếu tố đến tiêu hao than cốc theo 30 2.3.2 Chế độ thao tác lò cao 31 CHƯƠNG 40 THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ DÂY CHUYỀN PHUN THAN LỊ CAO 40 3.1 Cơ sở thiết kế 40 3.2 Công nghệ 40 3.3 Thiết kế cung cấp điện điều khiển 45 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 3.4 Hệ thống chống sét tiếp đất 46 3.5 Hệ thống cung cấp Oxy, nitơ 46 3.6 Danh mục thiết bị hệ thống phun than 47 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN 48 4.1 NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN HỆ THỐNG CẤP BỘT THAN 48 4.1.1 Hệ thống thiết bị: 48 4.1 Một số vấn đề hệ thống vận chuyển vật liệu khí nén: 48 4.1.3 Tính tốn thiết kế hệ thống vận chuyển khí nén đưa bột than đến lò: 55 4.2 NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU KHIỂN PHUN THAN LÒ CAO 58 4.2 Đặt vấn đề 58 4.2.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống phun bột than: 60 4.2.3 Kết luận 66 4.3 NGHIÊN CỨU TUYERE PHUN BỘT THAN, 67 4.3.1 Giới thiệu thiết bị phun, tuyere: 67 4.3.2 Chế độ làm việc thiết bị phun, tuyere: 67 4.3.3 Cải tiến thiết bị tuyere, tăng lượng phun than hiệu suất đốt cháy 68 4.3.4 Một số tiêu thiết kế thiết bị tuyere 68 4.3.5 Thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than 71 4.3.6 Chế tạo đầu phun bột than 73 4.4 VẬN HÀNH LỊ CAO VỚI CƠNG NGHỆ PHUN THAN 77 4.4.1 Đặt vấn đề: 77 4.4.2 Tăng cường đôt cháy bột than vùng cháy 77 4.4.3 Chất lượng than, độ nghiền mịn phun than lò cao 78 4.4.4 Đạt lượng phun 218kg/TMH lò cao số Fukuyama Japan 79 4.4.5 Kết luận 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 85 LỜI CẢM ƠN 86 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA Họ tên Học hàm, học vị, Cơ quan công tác chuyên môn Nguyễn Lâm Tuấn Anh Thạc sỹ kỹ thuật Viện NCCK Nguyễn Văn Miên Tiến sỹ kỹ thuật Viện NCCK Nguyễn Đức Toàn Thạc sỹ kỹ thuật Viện NCCK Nguyễn Đăng Hiếu Kỹ sư Cơ tin Viện NCCK TT luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 LỜI MỞ ĐẦU Năm 1963 mẻ gang u tiên lò ti Nh Máy Gang thép Thái Nguyên ánh du bc u ca ngnh luyn kim Vit Nam Quá trình t ó n ngnh thÐp Việt Nam trải qua giai đoạn khã khăn (1976 –1989) kinh tế đất nước l©m vào khủng hoảng, sản lượng thÐp nước đạt 40 ngàn đến 85 ngàn tấn/năm; đến thời kỳ 1989 – 1995 s¶n lợng thép nớc vợt 100ngàn tấn/năm; năm 1996-2000 ngành thép giữ mức tăng trởng cao, sản lợng thép nớc đạt 1,57 triệu tấn, tăng gấp lần năm 1995 14 lần so với năm 1990 Tuy nhiên, ngành thép Việt Nam đợc đánh giá tình trạnh phát triển so với số nớc khu vực trình độ chung cđa thÕ giíi Sù u kÐm nµy thĨ hiƯn qua mặt: Năng lực sản xuất phôi thép (thép thô) nhỏ bé, cha sử dụng có hiệu nguồn quặng sẵn có nớc để sản xuất phôi Chi phí sản xuất lớn, suất lao động kém, mức tiêu hao nguyên liệu, lợng cao, chất lợng sản phẩm cha ổn định Trang thiết bị Tổng Công ty thép Việt Nam phần lớn thuộc hệ cũ, trình độ công nghệ thấp, thiếu đồng bộ, mức độ tự động hoá thấp Quan điểm mục tiêu phát triển ngành thép giai đoạn năm 2000 -2010 bớc đáp ứng nhu cầu thông thờng thép xây dựng Việt Nam để không bị phụ thuộc hoàn toàn vào nớc ngoài; cụ thể chiến lợc thể hiện: - Ngành thép cần đợc xác định ngành công nghiệp đợc u tiên phát triển; - Kết hợp chặt chẽ phát huy nội lực tranh thủ có hiệu nguồn vốn nớc (trớc hết thiết bị công nghệ) - Về công nghệ: Trong giai đoạn đến năm 2002 sử dụng công nghệ truyền thống sản xuất lò cao luyện thép Hệ thống phun bột than lò cao là ứng dụng biện pháp công nghệ tiên tiến lò cao luyện gang nhằm thay phần nhiên liệu đắt tiền than Antraxít có phổ biến Việt Nam Hiện 02 lò cao luyện gang lớn ta Nhà máy Gang Công ty Gang thép Thái tới đợc cải tạo bổ sung hệ thống phun bột than lò cao Thời gian tới gần đây, dự án giai đoạn mở rộng nhà máy gang thép mà có xây dựng 02 lò cao với dung tích 500m3 (lớn gấp lần lò cao cũ có) đợc trang bị hệ thống phun bột than Để làm chủ công nghệ thiết bị tiên tiến, tăng cờng lực nớc cách chủ động nghiên cứu hệ thống, tận dụng công nghệ nớc đa vào mức độ tự thiết kế hệ thống, thiết kế, chế tạo thiết bị sÏ cã ý nghÜa thùc tiƠn quan träng V× vËy nhóm nghiên cứu Viện nghiên cứu Cơ khí mạnh dạn đề xuất đề tài Nghiên cứu thiết kế hƯ thèng phun bét than cho lß cao, thiÕt kÕ chÕ t¹o mét sè bé phËn quan träng cđa hƯ thèng” luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu nước ngồi Kỹ thuật phun nhiên liệu lò cao thay phần nhiên liệu cốc đắt tiền trở thành biện pháp công nghệ phổ biến nước phát triển Vào đầu thập kỷ 60 kỷ 20, kỹ thuật phun thổi thực thành công Pháp, Mỹ, Liên Xô - chủ yếu phun thổi khí đốt tự nhiên nước Đức, Nhật đến năm 80 thập kỷ 20 chuyển thành công phun dầu nặng thành than cám Trong kỹ thuật luyện gang, phun than lò cao kỹ thuật quan trọng Thuật ngữ “phun than lò cao” phun thổi trực tiếp cám than không khói, than có khói cám trộn hai loại than nâu nghiền nhỏ qua cửa gió lò cao để thay phần cốc, cung cấp nhiệt lượng chất hồn ngun cho lò cao, mục đích cơng nghệ đạt là: - Thay cốc (nhiên liêu đắt tiền) nhiên liệu rẻ tiền, làm giá thành luyện gang giảm rõ rệt - Phun than lò cao xem biện pháp điều chất trạng thái lò - Cải thiện trạng thái làm việc ổ định nồi lò, làm cho lò cao vận hành ổ định - Tạo điều kiện cho lò nâng cao nhiệt độ gió giàu oxy - Hàm lượng Hydro cám nhiều so với than cốc, khí hydrơ nâng cao khả hồn nguyên lực khuyếch tán, thẩm thấu khí than cải tạo tiêu thao tác lò Đối mặt với nhu cầu sử dụng nhiên liệu có hiểu quả, sử dụng nhiên liệu rẻ tiền sẵn có thay cho nhiên liệu đắt tiền để giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu phát thải khí CO2, thúc đẩy q trình nghiên cứu cải tiến khơng ngừng kỹ thuật cơng nghệ phun than lò cao Tại hãng thép Kobe Japan, bắt đầu áp dụng phun than lò cao từ năm 1980, lượng phun than nâng dần, bắt đầu 60-70kg/tMH đến đạt 230 kg/tMH 1.2.Tình hình nghiên cứu nước Đối với sản xuất thép công đoạn hạ tầng (sản xuất thép thơ từ quặng) đòi hỏi đầu tư lớn, từ công đoạn khai thác tài nguyên, gia công quặng, nấu luyện; điều kiện phát triển ngành thép theo định hướng nhà nước, năm đầu giai đoạn 2000-2010 ưu tiên phát triển công đoạn sản xuất thép “thượng tầng“ (sản xuất từ thép thô - phôi thép thành thép sản phẩm); sau phải phát triển cơng đoạn sản xuất thép“hạ tầng“ Do việc tập trung giải sản xuất sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường nước nên hầu hết doanh nghiệp ngành thép theo hướng nhập dây chuyền thiết bị đồng bộ; việc nghiên cứu cơng nghệ thiết bị nước hạn chế Điều dẫn đến phụ thuộc ngành thép vào nước ngồi, khơng chủ động công nghệ, thiết bị nguồn thay nước Đối với hệ thống phun bột than, nước ngành thép phát triển, công nghệ áp dụng từ lâu, đến Việt Nam có điều kiện tiếp cận luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 1.3 Nội dung nghiên cứu a Đối tượng: Hệ thống phun bột than cho lò cao áp dụng nhà máy gang thép thái nguyên b Phạm vi: Thiết lập báo cáo tổng quan, quy trình cơng nghệ, thiết kế chế tạo 01 đầu phun than đạt chất lượng tương đương nhập ngoại c Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan: + Công nghệ luyện gang nhà máy Gang thép Thái Nguyên + Cơng nghệ luyện Gang tiên tiến với lò cao có hệ thống phun bột than - Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than - Nghiên cứu thiết kế phận thiết bị hệ thống - Nghiên cứu quy trình cơng nghệ chế tạo số phận quan trọng hệ thống, chế tạo 01 đầu phun than luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page of 120 CHƯƠNG LUYỆN GANG LÒ CAO 2.1 Sơ qua công nghệ sản xuất gang thép Sản xuất gang thép ngành công nghiệp quan trọng, vấn đề đánh giá qua số liệu sau: giai đoạn từ 1900 đến 2005, sản lượng thép thô tăng từ 40 triệu Tấn tới 1,1 tỷ Tấn Nước Đức xếp hạng thứ hàng năm sản xuất khoảng 44,7 triệu Tấn năm 2005, kinh tế EU đứng thứ giới sản lượng thép thô năm 2002 Trung Quốc chiếm vị trí số năm 2003China Thép là, tiếp tục là, vật liệu số kỉ với tỉ số hiệu năng/giá tốt Chính vậy, cơng nghệ sản xuất thép trọng phát triển, vấn đề lớn, sơ lược tổng quan tóm tắt lưu trình cơng nghệ sản xuất gang thép giới sau: Hình 2.1 Lưu trình công nghệ sản xuất gang thép giới Theo lưu trình này, quặng sắt, trợ dung coke chất hồn ngun khác than, dầu, khí chất nhựa thải trước tiên hoàn nguyên lò cao thành kim loại lỏng, sau chúng chuyển thành thép thô qua hệ thống hạ lưu nhà máy thép lò thổi oxy bazơ luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page of 120 Header Page 10 of 120 2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm q trình cơng nghệ 2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang: - Sơ đồ tổng thể hệ thống lò cao: Hình 2.2 Sơ đồ tổng thể lò cao luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 10 of 120 Header Page 72 of 120 Hình 4.3.4 Thiết kế tuyere tổ hợp với đường cung cấp oxy riêng biệt Thân làm mát nước, 2- Đầu phun, - mặt bích, 4- Làn oxy Thiết kế tuyere đồng thời phun khí nóng hồn ngun (HRG), O2, PC với tỷ lệ PC cao phải thoả mãn hai điều kiện mặt ngăn chặn bắt lửa sớm bột than với nồng độ cao O2 khơng gian tuyere; mặt trách pha lỗng hỗn hợp cháy bột than O2 HRG Phương pháp kết cấu tuyere phun (PC + O2 + HRG + chất xúc tác) với đường dẫn (PC+O2) riêng biệt để tăng cường điều kiện đốt cháy cho than O2 tốt hơn, hình 4.3.5 HRG gió nóng HRG trường hợp dùng tồn oxy để đốt bột than, đưa vào thông qua đường tuyere Oxy cường hoá PC đưa thông qua đường 4, mà đặt vỏ làm mát Một hỗn hợp bột than - oxy hình thành khơng gian đưa trực tiếp vào lò PC đốt cháy với O2 phía trước đầu tuyere vùng cục với nhiệt độ môi trường oxy hố cao Than hố khí gia tăng cách mạnh mẽ đốt cháy lượng than bột phun cao trì HRG sản phẩm cháy than trộn hình thành khí phản ứng với hàm hượng N2 thấp nhiệt độ lửa phù hợp Lưu lượng dòng thơng qua kênh tuyere thấp đáng kể so với cơng nghệ lò cao thơng thường thể tích dòng O2 than cao Lưu ý động hai dòng khơng vượt giá trị định để ngăn chặn: - Bắt lửa hỗn hợp bột than oxy bên đường dẫn (vận tốc dòng phải lớn tốc độ lan truyền lửa); luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 72 of 120 70 Header Page 73 of 120 Hình 4.3 Tuyere kiểu tổ hợp dùng cho HRG, nhiên liệu phụ hoá thạch phun oxy 1thân làm mát nước, 2- phần đầu, 3- bích phía sau, 4- làn, 5- kênh tuyere, 6- trục kênh tuyere - Dòng biên sản phẩm đốt cháy bột than với hạt than không cháy; - Sự trộn không sản phẩm đốt cháy bột than với HRG vùng cháy lò; 4.3.5 Thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than 4.3.5.1 Lựa chọn kiểu đầu phun để thiết kế Các phương án kết cấu thiết bị tuyere - đầu phun bột than nằm tổng thể tổ chức trình cung cấp đốt cháy nhiên liệu cung cấp nhiệt chất hoàn nguyên cho phản ứng lò cao, thoả u cầu phân tính mục trên, đồng thời đồng với thực tế thiết bị Đối với phun bột than lò cao Gang thép - Thái Nguyên, với điều kiện công nghệ hạn chế nhiệt độ gió nóng khả cung cấp oxy, mức độ phun bột than xác định lượng phun thấp, đồng với hệ thống cung cấp bột than trang bị thiết bị có (tuyere thiết bị sẵn có gắn liền với lò) Nội dung thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than nguyên tuyere có (phần thiết bị nghiên cứu cải tiến tiếp thông qua trình vận hành thực tế), thiết kế đầu phun bột than 4.3.5.2 Thiết kế đầu phun theo tham khảo mẫu: Đầu phun bột than thiết kế dựa tham khảo mẫu đầu phun trang bị nhà thầu Trung Quốc Thông qua việc đo đạc tham khảo mẫu cho thấy loại đầu phun loại đầu phun có kết cấu theo kết cấu trình bày sáng chế số 4700930 Viện nghiên cứu luyện kim Pháp Uỷ ban cấp sáng chế Mỹ cấp, hình vẽ kết cấu thể Hình 4.3.6 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 73 of 120 71 Header Page 74 of 120 Đường cấp bột than bố trí dịch phía đỉnh tuyere, nhằm mục đích giảm trở lực áp ngược lò tác động Hình 4.3.6 Kết cấu tuyere - đầu phun than theo sáng chế số 4,700,930 1- Đầu tuyere, 2- vỏ lò, 3- ống lót, 4- áo tuyere, 5- đình tuyere, 6- đầu phun than, 7- đoạn ống gió nóng đầu vào, 8- đường ống dẫn than, 9- trục tuyere, 10- trục đường ống dẫn than, 13- ống phun công nghệ, 14- lớp lót chịu nhiệt, 15- nước làm mát Đường ống dẫn than có trục nghiêng 15 độ so với trục tuyere, điểm (I) giao điểm đường trục ống dẫn than trục tuyere gọi điểm xâm nhập đường phun than Điểm xâm nhập nằm sâu chiều dài tuyere với tương quan 7cm chiều dài tuyere 50 -60 cm Đường kính tuyere đường kính đường ống dẫn than, xác định so cho tốc độ gió nóng tốc độ bột than thơng qua tuyere, chế độ vận hành lớn đạt giá trị: vận tốc gió nóng khoảng 200-220m/s; tốc độ dòng bột than 20-30m/s Tính tốn với số liệu lò cao Gang thép, nghiệm lại giá trị phù hợp khoảng luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 74 of 120 72 Header Page 75 of 120 01 02 03 04 05 1010(L) 120 300 L520(L1) Ø30 55 100 Ø42 100 10 11 12 06 I 16 70 V? nh? m?t gió 500 M12 Ð?m m?t c?u ?ng th?i 50 07 09 08 Hình 4.3.7 Vòi phun than lò cao Gang thép Thái Nguyên 4.3.6 Chế tạo đầu phun bột than 4.3.6.1 Yêu cầu kỹ thuật vật liệu để chế tạo vòi phun than Vòi phun than nối tháo nhanh với tuyere đoạn ống gió nóng, làm kín tiếp xúc trực tiếp qua bề mặt cầu Do bề mặt gia công tinh, biên dạng Với điều kiện mơi trường làm việc khắc nghiệt, phần đầu vòi phun phía tuyere tiếp xúc với vùng đốt cháy nhiên liệu Phần vòi phun làm vật liệu chịu nhiệt (Vật liệu bê tông chịu nhiệt CR11) có khả chịu mà mòn làm việc lâu dài nhiệt độ 1500 độ Vật liệu làm vỏ vòi phun sau: Phần đầu thép Sus 304, Sus 316, phần thân đầu sau làm thép Q345 thép đúc C20 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 75 of 120 73 Ø180 Ø100 150 Ø219 Ø130 10 15° Ø300 Ø250 Ø160 Ø150 Header Page 76 of 120 4.3.6.2 Công đoạn tạo phôi: 125 15 84 16 35 33 Ø95 Ø141 Ø155 Ø185 Ø215 Ø265 Ø305 Ø155 28 R13 ỉ245 25 15 105 Phôi đúc Tên chi tiết Việt liệu: SUS316 Phôi đúc Tên chi tiết: Đầu sau Việt liƯu: C20 Hình 4.3.8 Vòi phun than, chi tiết đúc 4.3.6.3 Phần đồ gá khuôn mẫu: Chất lượng lớp vật liệu cách nhiệt, ý để đảm bảo lớp bê tơng đặc chắc, hình dạng, kích thước xác Cơng đoạn tạo khn để nhồi bê tông chuẩn bị tốt Chi tiết thao lắp ghép ỳc bờ tụng chu nhit 985 856 Đoạn côn 21 §o¹n trơ §o¹n trơ 108 77 15 12° 150 Ø160 2° Ø130 A Ø100 B A Ø 10 14 ? v d?u h c cá Ø7 B Vít nở sắt đóng chặt gắn kheo ỉ6 ỉ5 trớ M18 217 45 28 50 ỉ29 Vật liệu: Gỗ khô Tiện kích thớc; Chú ý rãnh định vị phần đầu nhỏ Các rãnh đầu A để nhồi bê tông chịu nhiệt Bớch d?nh v? S? lu?ng: 01 cỏi V?t li?u: CT3 Hình 4.3.9 Chi tiết thao lỗ đầu phun luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 76 of 120 74 Header Page 77 of 120 Hình 4.3.10 Chi tiết thao để làm lõi để nhồi bê tông chịu nhiệt 4.3.6.4 Sản phẩm đánh giá chất lượng: Chất lượng sản phẩn kiểm soát tất khâu, thiết kế tham khảo chi tiết mẫu có vẽ chế tạo Trung Quốc - Vật liệu, phôi đúc Viện Công Nghệ, với mác SUS 304 C20; - Các chi tiết khí hồn thiện chế tạo công ty Song Việt; - Bê tông chịu nhiệt Trung tâm Vật liệu chịu nhiệt Viện khoa học Việt Nam - Kiểm tra chất lượng mối hàn lý tính Trung tâm ĐKT thực (có báo cáo kết kiểm tra NDT thành phần hố học) - Kiểm tra kích thước hình học tổng thể chất lượng (Có biên kèm theo) - Có biên làm việc đánh giá chất lượng sản phẩm đồng ý đưa vào sử dụng N/m Luyện gang - Công ty Gang thép Thái Nguyên luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 77 of 120 75 Header Page 78 of 120 Hình 4.3.11 Đầu phun bột than lò cao N/m luyện gang - C.ty Gang thép Thái Nguyên luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 78 of 120 76 Header Page 79 of 120 4.4 VẬN HÀNH LỊ CAO VỚI CƠNG NGHỆ PHUN THAN 4.4.1 Đặt vấn đề: Vấn đề vận hành lò cao với phun than vấn đề công nghệ khó, mà tất hãng thép có tên tuổi giới phải trải qua Lượng than bột nâng dần lò cao, với cơng nghệ Khi có hệ thống phun bột than lò cao, liệu khai thác sử dụng có hiệu hay khơng, vai trò cơng nghệ vận hành lò cao phun bột than quan trọng Đây mối lo lắng lò cao Gang thép Thái Nguyên Để góp phần giải vấn đề cơng nghệ vận hành lò cao, đề tài đề cập vài điểm cơng nghệ vận hành lò cao với phun bột than Nhân tố mà nằm sau tăng lượng bột than phun vào lò cao là, trì đốt cháy bột than mức cao vùng cháy lò cao vận hành êm thuận lò cao thay đổi nhiệt, hình thành xỉ điều kiện thơng khí thuỷ lực lò Cần làm sáng tỏ q trình cháy bột than vùng cháy lò cao, ảnh hưởng loại than khác đến giảm nhiệt độ trình v.v 4.4.2 Tăng cường đôt cháy bột than vùng cháy 4.4.2.1 Nghiên cứu lý thuyết đốt cháy bột than Đốt cháy bon nghiên liệu rắn trình phản ứng dị pha, chất rắn pha khí xác định hai, động lực cháy hạt (trên bền mặt sâu hạt) và khuyếch tán O2 sản phẩm cháy Cường hoá tốc độ phản ứng dị pha hơn, tức tăng nhiệt độ hoạt tính hạt than Một điều tương phản, nhiệt độ thấp hoạt tính thấp tăng cường phản ứng diễn bên Việc đánh giá cường độ trình cháy cần thiết, trước hết để hiểu đặc tính q trình nơi xảy Cho mục đích này, nghiên cứu thực nghiệm mơ hình hố q trình đốt cháy lửa bột than điều kiện vùng cháy lò cao thực 4.4.2.2 Gió nóng giàu oxy Một thực nghiệm thực lò cao DSP (Ukrainan) với gió nóng làm giàu oxy 25,3 - 26,0 % Kết rút ra, nhiệt độ lửa trì Năng suất lò tăng l,6 -1,8 % 1% giàu oxy gió nóng Chi phí cốc giảm khoảng 1,6% tổng nhiên liệu giảm khoảng 2,7 đến 4,8% Những nghiên cứu đốt cháy bột than vùng cháy lò thực với hỗ trợ ống lấy mẫu làm mát nước, lấy mẫu điểm khác mức tuyere Kết phân tích mẫu tăng nồng độ oxy lên đến 25 -26% giảm chiều dài lửa vùng đốt cháy bột than cách đáng kể, điều tạo điều kiện tăng lượng phun than 4.4.2.3 Phân phối cach riêng biệt O2 đến tuyere Làm giàu O2 đứng quan điểm cân phản ứng đốt cháy không đủ, hiệu O2 làm giàu gió nóng cần nhìn góc độ hồ trộn tốt vớ bột than Trên sở phương pháp cung cấp O2 riêng biệt đến tuyere nghiên cứu ứng dụng luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 79 of 120 77 Header Page 80 of 120 Kết phân tích mẫu vật liệu nồng độ than bột điểm cuối tuyere với trường hợp công nghệ cung cấp O2 cách độc lập trung bình thấp 15-20% so với trường hợp làm giàu oxy theo phương pháp truyền thống Tại khoảng cách 0,5 m từ đầu tuyere lượng hạt bụi đồng thời thấp Kết nhận gia tăng trình đốt cháy bột than cung với phương pháp phân phối O2 riêng biệt Hệ thống cung cấp O2 riêng biệt thực lò cao DSP số Ukrainna 4.4.2.4 Sự dụng bột than trộn với chất phun thêm chất xúc tác Các chất hoá học khác với bột than in buồng cháy sử dụng để cường hoá đốt cháy bột than, cải thiện chế độ xỉ điều kiện khử lưu huỳnh v.v Các chất kèm xúc tác trộn bột than như: bột quặng sắt, NaNO3, bột oxyt sắt (FeO) v 4.4.2.5 Cường hoá khả cháy hạt than hiệu ứng nhiễm điện Một số hiệu ứng vật lý cường hố đốt cháy bột than Một phương pháp sử dụng điện trường Hạt than trình nghiền vận chuyển khí nén đến tuyere, chúng hấp thụ bề mặt phân tử ni tơ làm giảm khả cháy Khi đưa bột than vào điện trường, tác dụng điện trường phân tử bị hấp thụ bị giải phóng ra, hoạt tính cháy hạt than tăng lên Thực nghiệm cho thấy, mức độ đốt cháy bột than tăng lên 20-30% 4.4.3 Chất lượng than, độ nghiền mịn phun than lò cao 4.4.3.1 Chất lượng than: Chất lượng, loại than ảnh hưởng trực tiếp đến khả đốt cháy than, sinh nhiệt, sinh khí tro đưa vào lò Loại than antrraxit với hàm lượng chất bốc ít, thực tế tỏ ưu điểm phun than lò cao Hàm lượng bon, tương ứng nhiệt trị than cao tốt Than chứa lưu huỳnh Hoạt tính cháy than ảnh hưởng nhiều cấu trúc vi mô hạt than cần phải để cập Trên thực tế phun than lò cao trên, than dùng loại, đấu trộn loại khác để có tốt cho đốt cháy lò cao 4.4.3.2 Độ nghiền mịn than Liên quan đến vấn đề hiệu chi phí lượng, phải bỏ để nghiền than đến độ mịn thu lai khả đốt cháy triệt để lò cao Độ mịn tối ưu dụng cho phun than xác định thông qua chi tiêu kinh tế tối ưu Thông thường độ mịn bột than dùng cho phun than lò cao 80% cớ hạt qua sàng 200mesh Cá biệt số lò cao (ví dụ lò cao Anh) than "hột" cớ hạt đến 2mm than bột với chế độ chạy khác luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 80 of 120 78 Header Page 81 of 120 4.4.4 Đạt lượng phun 218kg/TMH lò cao số Fukuyama Japan 4.4.4.1 Tóm lược: Tháng năm 1994 lò cao số Fukuyama, Nhật Bản lắp đặt xong, đến tháng 10, sáu tháng sau lắp đặt lượng phun cao đạt Lượng phun lớn dạt 230 kg/TMH, trung bình đạt 218kg/TMH Ngun nhân để đạt lượng phun bột than cao sau: (1) Hiệu suất cháy cao với việc thiết kế đầu phun độ lệch tâm; (2) Sử dụng quặng thiêu kết, quặng vê viên với tính hồn ngun đặc tính chảy tốt; (3) Điều khiển tối ưu phân bố dòng khí để giữ tính thơng khí lò; Hơn nữa, vùng thấp lò phân tích thiết bị lấy mẫu vật liệu cột cốc chống lò khẳng định tính thấm vùng trì cải tiến phun nhiên liệu đặc tính cột liệu 4.4.4.2 Phát triển phun với hiệu suất đốt cao: Chìa khố công nghệ để tăng lượng than phun nâng cao hiệu suất cháy vùng cháy lò cao Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất cháy bao gồm đặc tính than điều kiện gió nóng, thiết kế phun than đảm bảo hiệu suất cháy cao Vòi phun hai lệch tâm phát triển, hiệu cháy tăng khoảng 10% so với phun đơi thường Trên hình 4.4.1 Hiệu cháy bột than với bố trí khác phun, (1) đơn thông thường, (2) đôi; (3) đôi lệch tâm thiết kế mới.η: hiệu suất cháy đo mơ hình thực (tại vị trí cách điểm phun 300mm) Hình 4.4.1 Hiệu cháy bột than với bố trí khác phun luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 81 of 120 79 Header Page 82 of 120 Trên hình 4.4.2 Bố trí phun thiết bị tuyere lò cao Hai phun bố trí chéo để tránh đụng dòng than, phân tán bột than tốt dẫn đến hiệu cháy tốt Hình 4.4.2 Bố trí đôi lệch tâm 4.4.4 Thiết lập lượng phun lớn Hình 4.4.3 Xác định lượng phun than lớn Hiệu suất cháy lò cao xác định mơ hình tốn học với ý đến phân tán hạt than Từ kết mơ hình hiệu suất cháy, lượng bột than hố cốc (muội than) sinh vùng cháy lò thể Hình 4.4.3, Hình 4.4.3 lượng bon tiêu thụ phản ứng hoà tan cho lượng phun khác luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 82 of 120 80 Header Page 83 of 120 tính tốn mơ hình Rist đưa Giả thiết lượng muội than tiêu phản ứng hoà tan bon, điểm nơi mà lượng muội than lượng bon giao thể giới hạn lượng phun than lớn nhất, thay đổi theo cách bố trí phun Trong Hình 7.3, thiết lập 190kg/TMH, 210kg/TMH, 230kg/TMH tương ứng với phun đơn, phun đôi phun đôi lệch tâm Cân nhắc kết phun đơi lệch tâm ứng dụng cho lò cao Fukuyam số - Japan 4.4.4.4 Tối ưu hoá chế độ vận hành lò cao: Bên cạnh hiệu suất đốt cháy, vấn đề vận hành với phun bột than cao điều khiển nhiệt độ đỉnh lò, trì tính thấm khí lò Với vấn đề đặt vật phương pháp sau phát triển 4.4.4.4.1 Điều kiện gió nóng Hình 4.4.4 thể mối quan hệ lượng phun than mức độ giàu oxy, phân loại tỷ số dòng nhiệt nhiệt độ lửa tuyere Mối quan hệ thực nghiệm nhiệt độ khí đỉnh lò hệ số dòng nhiệt đồng thời hình 4.4.4, nhiệt độ đỉnh lò tăng giảm tỷ số dòng nhiệt Giới hạn nhiệt độ đỉnh lò định 250 độ C để bảo vệ thiết bị nạp liệu giảm trở lực thơng khí lò vùng Từ hình 4.4.4 cho thấy tỷ số dòng nhiệt phải giữ giá trị 0,75 Nhiệt độ lửa tuyere đặt thấp 2050 độ C, trì hiệu suất cháy bột tha trình truyền nhiệt vùng lò Làm giàu oxy cho mức phun than dựa sở tỷ số dòng nhiệt thấp nhiệt độ lửa thấp xác định thể phần gạch dấu Hình.4.4.4 Hơn cần tạo không gian trước tuyere để đủ thời gian lưu hạt than đảm bảo hiệu suất cháy, tốc độ gió nóng đầu tuyere đặt cao 220m/s đường kính tuyere điều chỉnh giảm gió luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 83 of 120 81 Header Page 84 of 120 Hình 4.4.4 Xác định lượng oxy để làm giàu gió nóng theo tỷ nhiệt lò nhiệt độ lửa (Điều kiện gió nóng 1200 độ, ẩm gió nóng 25g/Nm3) 4.4.4.4.2 Điều chỉnh phân bố cột liệu Tại lò cao số 4, phân bố cột liệu điều khiển sử dụng thiết bị nạp cốc trung tâm (CFC) áo giáp lưu động (MA) Dòng khí trung tâm trì điều chỉnh lượng cốc CFC, đồng thời dòng khí biên điều chỉnh MA Với tăng lượng than, lượng cốc cung thay đổi Lượng cốc giảm từ 34 t/ch lượng cốc 420 28 t/ch lượng cốc thấp 350 giới hạn suất nạp quặng Điều tương ứng với giảm chiều dày lớp cốc từ 40 đến 33 cm phân bụng lò Khi chiều dày lớp cốc gảm, khả thơng khí giảm giảm bù lại phần cách giảm tải cột liệu 4.4.4.4.3 Các tính chât than liệu Chất lượng nguyên liệu giữ nguyên từ bắt đầu phun than đến lượng phun đạt 200 kg/TMH, sau đo chất lượng quặng thay đổi để tăng cường tính thấm khí, thấm lỏng vùng lò Như bảng đặc tính liệu lượng phun đặt mức 220 kg/TMH Điều đầu tiên, tỷ lệ hoá cục (HPS) quạng thiêu kết tăng từ 30 đến 100% để tăng cường khả hoàn nguyên giảm sức cản thấm vùng nóng chảy liệu lò Vì khả cốc nhỏ tích tụ vùng cột chống cốc lò giai tăng tăng lượng phun than, dẫn đến làm nghèo tính thấm vùng lò, cường độ cốc (DI) luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 84 of 120 82 Header Page 85 of 120 tăng 0,4% bảng Lượng xỉ giam 320 đến 280 kg/TMH đề phòng khả ảnh hưởng đến dòng khí dòng chất lỏng vùng thấp lò Sự giảm lượng xỉ đạt cách giảm hàm lượng tr cốc tăng lượng quạng cục quặng viên 4.4.5 Kết luận Vận hành lò cao với phun than có hiệu quả, vấn đề công nghệ lớn lĩnh vực sản xuất gang thép Để ứng dụng công nghệ lần Việt Nam, kỹ sư công nghệ, thiết bị cần nghiên cứu nắm bí vận hành lò cao đại thực tiễn vận hành lò cao có qui mơ trình độ tương tự Vấn đề phải trọng đổi cải tiến khâu công nghệ lò cao (từ vấn đề nguyên, nhiên liệu, hệ thống lò cao vận hành lò) luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 85 of 120 83 Header Page 86 of 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Dây chuyền công nghệ phun than lò cao_Nhà máy luyện gang-Cơng ty Gang thép Thái Ngun, 2007 [2].Dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất phơi thép liên hồn cơng suất 500.000 tấn/năm- Cơng ty Hưng Thịnh Phát, 2007 [3].Consulting Services and Cooperation Agreements- ThyssenKrupp Steel, 2007 [4].SHRI RAMRUPAI BALAJI STEELS LIMITED-(Jai Balaji Group) [5] http://www.luyenkim.net/ [6].Lý thuyết trình luyện kim/ Nguyễn Văn Hiền, Đỗ Minh Đức- NXB Đại học trung học chun nghiệp, 1983 [7].Tìm hiểu cơng nghiệp luyện thép/ Nguyễn Văn Ngọc.- NXB Khoa học kỹ thuật, 1980 [8].Steel forgings/ Edward G Nisbett, Albert S Melilli, editor, 1997 [9] http://www.chinesesuppliers.org/ [10] http:// www.kompass.com [11].Luyện gang/N.I Kraxapxep/Nhà xuất quốc gia sách giáo khoa kỹ thuật luyện kim đen màu/ Nhà xuất giáo dục/1964 [12] Vận chuyển khí nén vật liệu rời với nồng độ cao/ NXB Mockba/ 1969 [13] Lý thuyết luyện kim/Bùi Văn Mưu, Nguyễn Kế Bính/NXB Đại học Bách khoa/ 1993 [14] Lý thuyết thiết bị cháy/ Nguyễn Sĩ Mão/NXB Khoa học kỹ thuật/2002 [15] Báo cáo đề tài cấp bộ, Nghiên cứu hệ thống vận chuyển máng khí động / Nguyễn Chỉ Sáng/ Viện Nghiên cứu khí [16] Pneumatic Conveying Design Guide/ Second Edition/ David Mills/ 2005 luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 86 of 120 84 ... BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2008 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN BỘT THAN LÒ CAO, CHẾ TẠO MỘT SỐ BỘ PHẬN... thiết kế hệ thống phun bột than - Nghiên cứu thiết kế phận thiết bị hệ thống - Nghiên cứu quy trình cơng nghệ chế tạo số phận quan trọng hệ thống, chế tạo 01 đầu phun than luan van thac si-tai... nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan: + Công nghệ luyện gang nhà máy Gang thép Thái Nguyên + Cơng nghệ luyện Gang tiên tiến với lò cao có hệ thống phun bột than - Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun