Nghiên cứu chất chống dính cho quặng dạng viên trong công nghệ luyện thép

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN TRƢỜNG GIANG NGHIÊN CƢ́U CHẤT CHỐNG DÍ NH CHO QUẶNG DẠNG VIÊN TRONG CÔNG NGHỆ LUYỆN THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - Năm 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN TRƢỜNG GIANG NGHIÊN CƢ́U CHẤT CHỐNG DÍ NH CHO QUẶNG DẠNG VIÊN TRONG CÔNG NGHỆ LUYỆN THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN VĂN QUY Hà Nội - Năm 2016 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, hồn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu chấ t chố ng dính cho quặng dạng viên công nghệ luyê ̣n thép” Trong q trình thực luận văn, ngồi cố gắng nỗ lực thân, nhận giúp đỡ vô quý báu thầy cơ, gia đình bạn bè Trước hết, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Quy – Giảng viên cao cấp Bộ môn Công nghệ Môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN tận tình quan tâm, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành tốt luận văn Thêm nữa, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN bổ trợ truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt q trình học tập, nghiên cứu trường Tơi xin cảm ơn đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất keo chất chống dính theo tiêu chuẩn cho lị hồn ngun sắt xốp”(Thuộc Dự án KHCN: Hồn thiện công nghệ sản xuất sắt xốp nghiên cứu sử dụng sắt xốp để luyện số thép hợp kim phục vụ kinh tế quốc phòng)do PGS.TS Trần Văn Quy làm chủ nhiệm hỗ trợ kinh phí để thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo, anh, chị làm việc Phịng thí nghiệm Phân tích Môi trường, khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, Phịng thí nghiệm Mơi trường, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu người thân gia đình, bạn bè ln ủng hộ, góp ý giúp đỡ tơi trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016 Nguyễn Trƣờng Giang i MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣơ ̣c về công nghê ̣luyêṇ thép 1.1.1 Công nghê ̣ luyê ̣n thép truyề n thố ng 1.1.2 Công nghê ̣ hoàn nguyên trực tiế p 1.1.3 Sắ t xố p 1.2 Tình hình sản xuất sắt xốp thế giới và ở Việt Nam 1.2.1 Trên thế giới 1.2.2 Ở Việt Nam 11 1.3 Tổ ng quan về công nghệ ép viên quặng sắt 13 1.4 Chất chống kế t dính sử dụng trình hoàn nguyên trực tiếp 16 1.4.1.Sơ lược chất chống kết dính 16 1.4.2 Chất chống dính bọc viên quặng cơng nghê ̣ luyê ̣n thép 18 1.4.3 Đặc tính vật lý, hóa học của chất chống dính sử dụng công nghệ luyê ̣n thép 20 1.5 Các công nghê ̣ chố ng dính đƣơ ̣c áp du ̣ng 23 1.5.1 Phương pháp Midrex (USA - Đức) 23 1.5.2 Phương pháp đóng bánh (Germany- Nhật Bản) 23 1.5.3 Lưu trữ khơng khí trơ (Đức) 23 1.5.4 Phương pháp khuôn Feuor (USA) 24 1.5.5 Quá trình Jaleel (Iraq) 24 Chƣơng ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Đối tƣợng nghiên cƣ́u 26 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 26 2.2.2 Phương pháp khảo sát thực tế 26 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 26 2.3.4 Phương pháp phân tích 28 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 ii 3.1 Đặc tính chấ t chớng dính và bột quặng 29 3.1.1 Thành phần hóa học vơi bột sử dụng làm chất chống dính nghiên cứu 29 3.1.2 Thành phần của bột quặng sử dụng tạo viên ép 30 3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả chớng kết dính cho viên quặng q trình nung 30 3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất chống dính 30 3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả bám dính của chất chống dính lên bề mặt viên quặng 32 3.3 Ảnh hƣởng chất chống dính tới chất lƣợng viên quặng hoàn nguyên 34 3.4 Ảnh hƣởng chất chống dính đến khả hoàn nguyên trực tiếp viên quă ̣ng 36 3.5 Đánh giá sơ mức độ giảm thiểu tác động môi trƣờng việc sử dụng vơi bơ ̣t làm chất chớng dính 37 3.5.1 Tác dụng của vôi bột việc khử S P có thành phần quặng 37 3.5.2 Tác động gián tiếp của việc sử dụng vôi bột làm giảm thiểu ô nhiểm môi trường 38 3.6 Đề xuấ t quy trin ̀ h chố ng dính cho quă ̣ng da ̣ng viên 40 3.6.1 Một số yêu cầ u chố ng dính cho viên quặng 40 3.6.2 Quy trình chố ng dính cho quặng dạng viên 40 3.7 Đề xuấ t công nghê ̣sản xuấ t chấ t chố ng dính 43 3.7.1 Yêu cầ u kỹ thuật của chấ t chố ng dính 43 3.7.2 Các quy trình chế tạo chất chống dính áp dụng 43 3.7.3 Tác động đến môi trường sản xuấ t chấ t chố ng dính 43 3.7.4 Đề xuấ t quy trình công nghê ̣ sản xuấ t chấ t chố ng dính an toàn với môi trường 45 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHI ̣ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 51 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất vật lý CaO [19] 21 Bảng 1.2 Nhiệt hóa học CaO [19] .21 Bảng 1.3 Độ hòa tan CaO H2O theo nhiệt độ [1] 22 Bảng 1.4.Thông số kỹ thuật sáp mềm [15] 25 Bảng 3.1.Thành phần hóa học vơi bột sử dụng nghiên cứu .29 Bảng 3.2 Tiêu chuẩn chất lượng đặc tính kỹ thuật sản phẩm vơi dùng cho luyện kim 29 Bảng 3.3 Thành phần bột quặng sắt tận du ̣ng ta ̣o viên ép 30 Bảng 3.4 Thành phầ n mô ̣t số chấ t viên quă ̣ng 35 Bảng 3.5 Ảnh hưởng chất chống dính đến khả hồn ngun trực tiếp viên quă ̣ng 36 Bảng 3.6 Tác động gián tiếp việc sử dụng vôi bột làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường 38 iv DANH MỤC HÌ NH Hình 1.1 Sản lượng sắt sản xuất theo cơng nghệ Midrex HYL 10 Hình 1.2 Dây chuyền công nghệ vê viên quặng dùng cho sản xuất sắt xốp 14 Hình 1.3.Thiết bị vê viên sản phẩm viên quặng 14 Hình 1.4 Thiết bị ép viên quặng dùng cho lị hồn ngun (Ấn Độ) [15] 15 Hình 1.5 Lưu trình nhà máy hoàn nguyên trực tiếp [15] 15 Hình 3.1.Ảnh chụp viên quặng nhúng vào dung dịch Ca (OH)2 có nồng độ khác 31 Hình 3.2 Viên quă ̣ng chớ ng dính sau nung ở các nhiê ̣t đô ̣ nung khác 33 Hình 3.3 Chấ t lươ ̣ng viên quă ̣ng sau hoàn nguyên 34 Hình 3.4 Độ giảm khối lượng viên quặng sau nung 37 Hình 3.5 Quy triǹ h chớ ng diń h cho quă ̣ng da ̣ng viên 40 Hình 3.6 Lị sấy viên quặng trước chống dính sử dụng MIREX 42 Hình3.7 Hê ̣ thớ ng sấ y ngang đươ ̣c sử du ̣ng ta ̣i MIREX 42 Hình 3.8 Sơ đờ cơng nghê ̣ sản xuấ t chấ t chố ng din ́ h .45 Hình 3.9 Quá trình nung đá vôi tạo vôi sống .46 v MỞ ĐẦU Ngày , quá trin ̀ h công nghiê ̣p hóa , hiê ̣n đa ̣i hóa đấ t nước ,ngành công nghiê ̣p luyê ̣n kim vẫn chiế m giữ vai trò quan tro ̣ng sự phát triể n đấ t nước.Trong ngành công nghiê ̣p luyê ̣n kim , trình luyện kim sắt những quá triǹ h quan tro ̣ng nhấ t của công nghiê ̣p n ặng,sản phẩm gang thép, nguyên liệu cho ngành công nghiệp khí gia cơng kim loại Q trình luyện kim sắt truyền thống tồn nhiều hạn chế yêu cầu chi phí đầu tư lớn , nguồn nguyên liệu phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắt khe , hiê ̣u quả kinh tế không cao và gây các tác đô ̣ng xấ u đế n môi trường Trong bố i cảnh đó , cơng nghệ hồn ngun trực tiếp đời và khắ c phục hạn chế đó dần thay công nghệ sản xuất sắt theo công nghệ lò cao truyền thống Với ưu điể m , nguồ n nguyên liê ̣u phong phú , chi phi đầ u tư cũng vâ ̣n hành ban đầ u thấ p, đồ ng thời tiế t kiê ̣m lươ ̣ng đáng kể , tâ ̣n du ̣ng đươ ̣c nguồ n nhiê ̣t công nghê ̣ và không phát thải khí gây ô nhiễm môi trường , công nghê ̣ hoàn nguyên trực tiế p đã trở thành công nghê ̣ đươ ̣c ưu tiên hàng đầ u ngành c ông nghê ̣ luyê ̣n kim hiê ̣n [2] Nguồn nguyên liệu cho công nghệ hồn ngun sắt trực tiếp khơng quặng cục mà bột quặng tâ ̣n dụng để tạo viên ép nhờ chất kết dính Đây ưu điểm việc tận dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường công nghệ Tuy nhiên, vấ n đề tồ n ta ̣i cầ n đươ ̣c khắ c phu ̣c công nghê ̣ hoàn nguyên trực tiế p nung các viên quă ̣ng đó là sự kế t din ́ h các viên ép với , làm ảnh hưởng đế n quá triǹ h sản xuấ t sắ t xố p Vì vậy, việc bọc chống dính cho viên ép để chúng khơng bị dính kết với q trình nung hồn ngun cần thiết q trình hồn ngun trực tiếp Chất chống dính bo ̣c viên quặng đòi hỏi khơng chỉ có nhiệt độ nóng chảy cao quặng sắt mà còn chịu nhiệt độ cao nhiệt độ biến mềm hóa lỏng viên quặng Chất chống din ́ h có tác d ụng ngăn ngừa dính liền hay nhiều viên quặng ở g ần nhau, tránh tạo thành cục quặng to, làm ảnh hưởng đến trình sản xuất sắt xốp Để tránh hiê ̣n tươ ̣ng dính , viên biến mề m, giảm nhiệt độ , hoă ̣c ta ̣o cho viên quă ̣ng tươi mơ ̣t lớp chớ ng dính Việc giảm nhiệt độ lị xuống khơng thể giảm nhiệt độ xuống nhiê ̣t ̣ tồn lị sẽ giảm theo, sẽkhông đảm bảo đủ nhiệt độ để hồn ngun thành sắt Do đó, việc bọc cho viên quặng tươi lớp chất chịu nhiệt độ cao nhiệt độ biến mềm, nhiệt độ dính viên sắt xốp việc cần thiết Chất chống dính phải có tác dụng bám dính phủ lên bề mặt viên sắ t xố p chắc, đồng thành phần chất chống dính phải khơng có hại cho sắt xốp Vì vậy, viê ̣c lựa chọn và thực hiê ̣n đề tài “Nghiên cứu chấ t chố ng dính cho quặng dạng viên công nghê ̣ luyê ̣n thép ” cần thiết có ý nghĩa khoa ho ̣c và thực tiễn nhằ m sử du ̣ng hơ ̣p lý tài nguyên và bảo vê ̣ môi trường Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá đươ ̣c khả chống dính đáp ứng đươ ̣c các yêu cầ u kỹ thu ật việc chống dính cho quặng dạng viên cơng nghệ lu ̣n thép Nội dung nghiên cứu bao gồm:  Nghiên cứu mô ̣t số yế u tố ảnh hưởng đế n chấ t lươ ̣ng chất chố ng diń h cho quă ̣ng sắ t da ̣ng viên;  Nghiên cứu các yế u tố ảnh hưởng tới khả chố ng din ́ h của quă ̣ng sắ t da ̣ng viên;  Đánh giá hiệu chống dính lựa chọn;  Đề x́ t cơng nghê ̣, kỹ thuật chống dính cho viên quặng CHƢƠNG TỞNG QUAN 1.1.Sơ lƣơ ̣c về cơng nghê ̣ luyêṇ thép 1.1.1 Công nghê ̣ luyê ̣n thép truyền thố ng Ngày , quá trình công nghiê ̣p hóa , hiê ̣n đa ̣i hóa đấ t nước , ngành công nghiê ̣p luyê ̣n kim vẫn chiế m giữ vai trò quan tro ̣ng sự phát triể n đấ t nước.Trong ngành công nghiê ̣p luyê ̣n k im, trình luyện kim sắt những quá triǹ h quan tro ̣ng nhấ t của công nghiê ̣p nă ̣ng ,sản phẩm gang thép, ngun liệu cho ngành cơng nghiệp khí gia công kim loại Công nghệ chế tạo thép truyền thống tồn nhiều hạn chế, thông thường công nghệ bao gồm phân xưởng: nung kết hay ép viên, lò than cốc, lò cao lò oxy Các nhà máy sản xuất theo công nghệ vừa yêu cầu chi phí đầu tư lớn, nguồn nguyên liệu phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắt khe Các nhà máy luyện kim theo công nghệ với công suất triệu tấn/năm thường khơng có hiệu kinh tế Ngồi ra, cơng nghệ tác động xấu đến môi trường [3] Trong bố i cảnh đó , cơng nghệ hồn ngun trực tiếp đời và khắ c phục hạn chế Với chi phí đ ầu tư ban đầu chi phí vận hành thấp cùng với ngu ồn nguyên liệu phong phú , công nghê ̣ hoàn nguyên trực tiế p đã dần thay công nghệ sản xuất sắt theo cơng nghệ lị cao truyền thống 1.1.2 Cơng nghê ̣ hoàn ngun trực tiế p Q trình hồn nguyên sắt trực tiếp (Direct Reduced Iron-DRI) trình thu sắt kim loại từ trình khử quặng sắt (quặng sắt dạng cục, viên hay bột) khí tự nhiên sau chuyển hóa thành khí khử [10] Khí khử hỗn hợp gồm thành phần như: H2, CO đóng vai trị tác nhân khử Quá trình khử quặng sắt dạng rắn tác nhân hỗn hợp khí khử gọi q trình hồn ngun trực tiếp Khi sử dụng than làm tác nhân khử, trình khử mơ tả sau: Quặng sắt nung nhiệt độ 900-1100oC với than xảy phản ứng sau: Như vậy, đáng kể tên nhà máy sản xuất sắt xốp Bắc Cạn có dây chuyền khai thác chế biến quặng bột để vê viên Chưa có sở xây dựng quy mô lớn sản xuất quặng bột ép viên quặng dùng cho hồn ngun sản xuất sắt xốp 1.3 Tở ng quan về công nghệ ép viên quặng sắt Quá trình khai thác quặng sắt phục vụ luyện kim đời từ lâu Lúc này, quặng sắt sử dụng loại quặng cục, có hàm lượng sắt cao (>60%) thuận tiện cho việc luyện kim Tuy nhiên, theo thời gian, lượng quặng chất lượng cao dần cạn kiệt nhu cầu gang thép lại ngày tăng Chính buộc nhà luyện kim phải sử dụng đến nguồn quặng có hàm lượng sắt thấp (