TRỢ DUNG CHO VÀO LÒ ĐIỆN HỒ QUANG CONSTEEL ĐỂ TẠO VÀ DUY TRÌ XỈ BỌT TRONG QUÁ TRÌNH NẤU LUYỆN
Chất lượng của xỉ là nhân tố đặc biệt quan trọng trong quá trình luyện thép, nó có ảnh hưởng quyết định tới chất lượng thép thành phẩm, các chỉ tiêu về tiêu hao trong sản xuất (chi phí sản xuất), môi trường và khả năng chịu ăn mòn, chịu lửa của vật liệu,... Vì vậy, các nhà luyện kim đều khẳng định rằng “luyện thép là luyện xỉ”. Do đó, trong quá trình luyện thép ở lò điện hồ quang nói chung và đặc biệt lò ở lò điện hồ quang Consteel nói riêng cần phải tìm ra mối quan hệ giữa oxi
than phun và các loại trợ dung để tạo ra được xỉ bọt, đồng thời phải duy trì xỉ bọt ở trong lò trong suốt quá trình nấu luyện.
II.1. Điều kiện để tạo xỉ bọt trong luyện thép lò EAF:
II.1.1. Điều kiện ở trong lò:
Điều kiện tiên quyết là phải có phản ứng hóa học sinh ra thể khí (cụ thể là khí CO) ở trong bể thép lỏng và ở trong lớp xỉ của lò trong quá trình nấu luyện.
Để giải quyết được vấn đề này thì phải tạo ra và duy trì liên tục phản ứng oxi hóa carbon ở trong lò, có nghĩa là cần phải cung cấp thêm oxi và than antraxit vào lò. Việc này được thực hiện thông qua hệ thống súng phun oxi – carbon ở ngoài cửa lò (cửa xỉ) hoặc là ở trên vách lò. Có một đặc điểm rất thuận lợi là với công nghệ lò EAF Consteel, nhiệt độ thép lỏng trong lò luôn luôn được giữ ở điểm sôi của carbon. Trong khi đó, ở môi trường nhiệt độ trên 900oC thì phản ứngcháy giữa carbon và oxi chỉ tạo ra sản phẩm khí là CO do ở nhiệt độ này carbon dễ dàng phản ứng với CO2 theo phản ứng: C + CO2 → CO. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ của phản ứng này xảy ra càng nhanh.
- Phải giữ và duy trì được pha khí (khí CO) ở trong lớp xỉ của lò trong quá trình nấu luyện. Hay nói một cách khác là độ nhớt (độ sệt), sức căng mặt ngoài và nhiệt độ của xỉ ở trong lò phải đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật, cụ thể:
Đô sệt của xỉ: = (3.0÷5.0) poa.
Sức căng mặt ngoài: σs =(300÷500) MJ/m2.
Nhiệt độ của xỉ trong lò: to = (1480÷1530oC).
Độ kiềm của xỉ (B) = (2.5÷4.0)
Hai vấn đề này được thực hiện thông qua việc nạp các loại trợ dung (như: vôi, dolomite và gạch Magie – carbon nghiền…) vào để tạo ra huyền phù thực hiện phản ứng khử bỏ các tạp chất có trong thép lỏng và tạo xỉ trong lò. Thành phần hóa học chính của xỉ bọt từ luyện thép lò EAF bao gồm: CaO, oxit sắt FexOy, MgO, MnO2, SiO2 và Al2O3… dưới dạng xỉ phức chất bền. Trong đó, %CaO, %SiO2, %FexOy và MgO chiếm đến trên 80% trọng lượng của xỉ bọt từ lò EAF.
II.1.2. Điều kiện về chất lượng của nguyên, nhiên và vật liệu đầu vào khi sản xuất:
Các bảng dưới đây là các quy định tiêu chuẩn để tạo xỉ bọt trong công nghệ Consteel.
Bảng 3. 5 Tiêu chuẩn về oxi khí cung cấp cho súng thổi oxi vào lò
Độ thuần (%) Lưu lượng (m3/h) Áp lực (MPa)
≥ 98.5 3200÷3350 ≥ 12.5
Bảng 3. 6 Tiêu chuẩn về chất lượng các loại than đầu vào
TT Loại than Cỡ hạt (mm) Độ tro, Ak % Nhiệt trị (Cal/kg) Lượng ẩm chung, W%
Chất bốc Vk %
Lưu huỳnh khô Sk % %C
Trung bình Giới hạn Trung bình Nhỏ hơn Trung bình Nhỏ hơn Lớn hơn
1 Than cục 3B 50÷100 8.0 6.0÷10.0 7 600 4.0 5.0 6.0 0.65 0.9 75.0
2 Than cám 3A ≤5.0 9.0 8.0÷10.0 7 600 8.0 12.0 6.5 0.65 0.9 82.0
Bảng 3. 7 Tiêu chuẩn về chất lượng vôi cục đầu vào
Cỡ hạt (mm) Tỷ lệ sống (%) Tỷ lệ vụn (%) Thành phần hóa học (%) CaO MgO S Fe2O3 Al2O3 MKN 50÷120 ≤ 7.0 ≤ 10 ≥ 85.0 ≥ 3.0 ≤ 0.15 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 5.0
Bảng 3. 8 Tiêu chuẩn về chất lượng Dolomite đầu vào
Cỡ hạt (mm) Tỷ lệ sống (%) vụn (%) Tỷ lệ Thành phần hóa học (%) CaO MgO S Fe2O3 Al2O3 MKN 50÷120 ≤ 7.0 ≤ 10 ≥ 55.0 ≥ 30.0 ≤ 0.15 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 5.0
I.1.3. Thành phần hóa học của xỉ bọt:
Trong luyện thép, để có thể tạo được xỉ bọt thì các thành phần chính của xỉ phải đạt về thành phần như Bảng 3.9 dưới đây:
Bảng 3. 9 Thành phần hóa học của xỉ để tạo xỉ bọt
Thành phần hóa học (%)
CaO MgO SiO2 FeO
32,5÷52,5 6,0÷8,0 13,0÷15,0 ≤ 17,0
II.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình tạo và duy trì xỉ bọt ở lò EAF Consteel:
II.2.1. Ảnh hưởng của quá trình tạo xỉ đầu:
Đối với tất cả các nhà luyện kim làm về lĩnh vực luyện thép thì câu nói quen thuộc (hay còn gọi là câu cửa miệng) và nó đã trở thành như là một triết lý của ngành, đó là: “luyện thép là luyện xỉ”. Vì vậy, trong luyện thép (đặc biệt là luyện thép ở lò điện hồ quang Consteel), quá trình tạo xỉ của mỗi mẻ nấu là rất quan
trọng, nó có ảnh hưởng quyết định tới chất lượng thép luyện, các chỉ tiêu về tiêu hao trong sản xuất (chi phí sản xuất), môi trường và sự ăn mòn vật liệu chịu lửa,...
Để quá trình tạo xỉ đầu của mỗi mẻ nấu ở lò điện hồ quang Consteel được thuận lợi như yêu cầu công nghệ thì đòi hỏi phải đáp ứng được những điều kiện sau:
- Phải đảm bảo lượng “hot heel” của mỗi mẻ nấu, theo các nhà làm luyện kim, các nhà sáng chế và chế tạo ra công nghệ luyện thép lò điện hồ quang Consteel của Techint thì lượng “hot heel” ở mỗi mẻ nấu nên duy trì mức (40÷50)% trong lượng của mẻ nấu là hiệu quả nhất về mọi mặt. Theo tính toán và thực tế sản xuất tại nhà máy luyện phôi thép của Công ty Cổ phần Thép Việt – Ý đã chứng minh rằng:
Với dây chuyền hiện có của nhà máy thì lượng “hot heel” cần phải duy trì ở mỗi mẻ nấu tốt nhất là ở mức (25÷30) tấn/mẻ.
- Phải đảm bảo khối lượng trợ dung nạp vào lò EAF để tạo xỉ đầu đúng tỷ lệ và yêu cầu công nghệ. Theo tính toán và thực tế sản xuất tại nhà máy luyện phôi thép của Công ty Cổ phần Thép Việt – Ý đã chứng minh rằng:
Với dây chuyền hiện có của nhà máy thì lượng trợ dung nạp vào lò EAF để tạo xỉ đầu đạt hiệu quả nhất là (150÷200)kg than cục 3B/mẻ; (250÷300)kg Dolomite chín/mẻ; (500÷600)kg vôi/mẻ.
- Phải nạp trợ dung vào lò để tạo xỉ đầu theo đúng tuần tự: Than cục 6B rồi đến vôi và sau đó thì nạp Dolomite vào lò EAF.
- Lượng than cám 3A phải phun vào lò bằng hệ thống súng phun oxi – carbon phải đảm bảo đúng yêu cầu công nghệ. Theo tính toán và thực tế sản xuất tại nhà máy luyện phôi thép của Công ty Cổ phần Thép Việt – Ý đã chứng minh rằng:
Với dây chuyền hiện có của nhà máy thì các thông số vận hành hiệu quả nhất đối với súng phun than để đảm bảo tạo được xỉ đầu cũng như duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện của mẻ nấu và đặc biệt là có thể phủ được hết lượng oxi phản xa cũng như không bị than phun thổi trực tiếp vào than điện cực là:
+ Góc phun của đầu súng phun than khoảng (30÷35)0.
+ Lượng than cám 3A phun vào lò phải duy trì trong suốt thời gian mẻ nấu ở mức 40 kg/phút. Để làm được điều này thì cần phải lắp đặt bổ sung thêm bộ biến tần vào đầu ra của bình tích áp hay còn gọi là điểm đầu của đường ống phun than. + Áp lực khí N2 cung cấp để trợ thổi đạt khoảng (0,40÷0,45)MPa.
- Lưu lượng và áp lực oxi thổi vào lò bằng hệ thống súng phun oxi – carbon phải đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật công nghệ. Theo tính toán và thực tế sản xuất tại nhà máy luyện phôi thép của Công ty Cổ phần Thép Việt – Ý đã chứng minh rằng, với dây chuyền hiện có của nhà máy thì lưu lượng oxi thuận lợi nhất cho giai đoạn tạo xỉ đầu ở trong lò EAF Consteel là phải đảm bảo ở mức (2000÷2500) m3/h và áp lực oxi phải đạt (1,1÷1,15) MPa, tương đương với mức độ mở van chỉnh lưu của súng phun oxi ở mức khoảng (60÷70)%.
II.2.2. Ảnh hưởng của chất lượng nguyên vật liệu đầu vào:
Chất lượng các loại nguyên vật liệu đầu vào là rất quan trọng đối với luyện thép nói riêng và của tất cả các ngành sản xuất nói chung. Vì vậy, nguyên vật liệu đầu vào phải đảm bảo đúng theo yêu cầu công nghệ của luyện thép lò điện hồ quang Consteel.
II.2.2.1. Ảnh hưởng của chất lượng trợ dung: a). Ảnh hưởng của chất lượng vôi:
Thực tế sản xuất đã cho thấy nếu chất lượng của vôi không được đảm bảo (về thành phần và cỡ cục) thì quá trình tạo và duy trì xỉ bọt ở trong lò EAF Consteel trong suốt quá trình nấu luyện gặp rất nhiều khó khăn, làm tăng tiêu hao các loại và dẫn đến quá trình sản xuất không hiệu quả. Nguyên nhân là:
- Nếu thành phần hóa học của vôi không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật công nghệ (%CaO thấp và tạp chất nhiều,…) thì sẽ dẫn đến %CaO tham gia phản ứng tạo xỉ trong lò không đủ để làm cho xỉ trong lò tạo thành xỉ bọt và vì thế sẽ không thể duy trì được xỉ bọt ở trong lò trong suốt quá trình nấu luyện.
- Nếu lượng vôi sống và lượng vôi bột quá nhiều sẽ làm mất nhiệt độ ở trong lò, dẫn đến thiếu %CaO để tạo xỉ, làm tăng độ loãng xỉ lò và kéo theo là làm tăng các loại tiêu hao. Vì thế, sẽ gây khó khăn cho việc tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện.
- Nếu cỡ cục của vôi không đúng theo yêu cầu kỹ thuật công nghệ thì cũng sẽ gây khó khăn cho việc tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện của mẻ nấu. Vì cỡ cục của vôi quá to sẽ gây ra tắc phễu của silo trợ dung nên không thể nạp vào lò được; còn nếu nhỏ quá thì sẽ dẫn đến lượng vôi vào lò nhiều hơn cần thiết. Do đó, gây khó khăn trong việc điều tiết đúng lượng vôi nạp vào lò của mỗi lần
nạp, nên lượng vôi nạp vào lò sẽ xảy ra tình trạng là không đủ hoặc là quá nhiều gây khó khăn cho quá trình tạo xỉ.
b). Ảnh hưởng của Dolomite:
Thực tế sản xuất đã cho thấy chất lượng của Dolomite không đảm bảo về thành phần và cỡ cục thì quá trình tạo và duy trì xỉ bọt ở trong lò EAF Consteel trong suốt quá trình nấu luyện gặp rất nhiều khó khăn, làm tăng tiêu hao các loại vật tư và dẫn đến quá trình sản xuất không hiệu quả. Nguyên nhân là:
- Nếu thành phần hóa học của Dolomite không đúng yêu cầu kỹ thuật công nghệ (%MgO thấp và tạp chất nhiều,…) thì sẽ dẫn đến %MgO tham gia phản ứng tạo xỉ trong lò không đủ để làm cho xỉ trong lò tạo thành xỉ bọt và vì thế sẽ không thể duy trì được xỉ bọt ở trong lò trong suốt quá trình nấu luyện của mẻ nấu.
- Nếu lượng Dolomite sống và lượng Dolomite bột nhiều sẽ gây ra hiện tượng làm mất nhiệt độ ở trong lò, làm thiếu %MgO để tạo xỉ, làm tăng độ loãng xỉ lò và kéo theo là làm tăng các loại tiêu hao vật tư. Vì thế, sẽ gây khó khăn cho việc tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện.
- Thêm vào đó, nếu cỡ cục của Dolomite không đúng theo yêu cầu kỹ thuật công nghệ thì cũng sẽ gây khó khăn cho việc tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện của mẻ nấu. Vì cỡ cục của Dolomite quá to thì sẽ gây ra tắc phễu của silo trợ dung nên không thể nạp vào lò được còn nếu nhỏ quá thì sẽ làm tăng lượng Dolomite vào lò nhiều hơn yêu cầu. Do đó, gây khó khăn trong việc điều tiết đúng lượng Dolomite nạp vào lò của mỗi lần nạp, nên lượng Dolomite nạp vào lò sẽ xảy ra tình trạng là không đủ hoặc là quá nhiều gây khó khăn cho quá trình tạo và duy trì xỉ bọt.
II.2.2.2 Ảnh hưởng của chất lượng than Antraxit
Thực tế sản xuất đã chỉ ra là chất lượng của các loại than antraxit không đảm bảo về thành phần và cỡ cục thì quá trình tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện gặp rất nhiều khó khăn, do đó làm tăng tiêu hao các loại, dẫn đến quá trình sản xuất không hiệu quả. Nguyên nhân là:
- Nếu thành phần hóa học của các loại than antraxit không đúng yêu cầu kỹ thuật công nghệ (%C thấp, %S cao, lượng ẩm và tạp chất nhiều,…) thì sẽ dẫn đến:
+ %C tham gia phản ứng trong lò tạo ra khí CO không đủ để làm cho xỉ trong lò tạo thành xỉ bọt và vì thế sẽ không thể duy trì được xỉ bọt ở trong lò trong suốt quá trình nấu luyện.
+ %S đi vào trong thép lỏng nhiều. Do đó, phải tăng thêm các loại trợ dung, thời gian, điện năng và than điện cực… để khử %[S].
+ Độ ẩm và lượng tạp chất cao sẽ gây ra hiện tượng làm cho mất nhiệt độ ở trong lò, làm tăng lượng xỉ lò và kéo theo là làm tăng các loại tiêu hao. Đặc biệt là nếu than cám 3A mà độ ẩm cao hơn yêu cầu kỹ thuật công nghệ thì sẽ gây ra hiện tượng tắc súng phun than, nên vì thế sẽ gây khó khăn cho việc tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện.
- Nếu kích cỡ của các loại than không phù hợp với yêu cầu công nghệ thì cũng sẽ gây khó khăn cho việc tạo và duy trì xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện của mẻ nấu. Cụ thể:
+ Nếu cỡ cục của than 6B quá to thì sẽ gây ra tắc phễu của silo trợ dung nên không thể nạp vào lò được còn nếu quá nhỏ thì sẽ lượng than vào lò nhiều hơn cần thiết. Do đó, gây khó khăn trong việc điều tiết đúng lượng than cục 6B nạp vào lò của mỗi lần nạp, nên lượng than cục 6B nạp vào lò sẽ xảy ra tình trạng là không đủ hoặc là quá nhiều.
+ Nếu cỡ hạt của than cám 3A quá to thì cũng có thể gây tắc súng phun than còn quá nhỏ thì gây hiện tượng biến bụi và sẽ bị hút ra khỏi lò theo đường hút bụi của hệ thống Consteel. Do đó, gây khó khăn trong việc điều tiết đủ lượng than phun vào lò.
II.2.2.3. Ảnh hưởng của chất lượng thép phế nạp vào lò:
Thép phế là nguyên liệu đầu vào chính của luyện thép lò điện hồ quang. Vì vậy, nó không những ảnh hưởng rất đến các chỉ tiêu về tiêu hao và quá trình công nghệ khi nấu luyện mà nó cũng còn ảnh hưởng rất lớn đến việc có tạo và duy trì được xỉ bọt ở trong lò điện hồ quang Consteel trong suốt quá trình nấu luyện hay không. Thực tế sản xuất đã cho thấy rằng:
- Nếu thép phế có chất lượng kém (có tỷ trọng đống thấp, rỉ nhiều, bẩn và có lẫn nhiều tạp chất…) thì rất khó có thể tạo và duy trì được xỉ bọt trong suốt quá trình nấu luyện. Vì khi đó xỉ lò rất nhiều và loãng (xỉ có độ sệt hay là độ nhớt thấp), nên
trong giai đoạn nấu chảy xỉ thường xuyên tự chảy ra ngoài lò theo cửa xỉ và lượng xỉ ở lại trong lò ít nên khó có thể tạo và duy trì xỉ bọt được.
- Ngược lại, nếu thép phế có chất lượng tốt (có tỷ trọng đống cao, rỉ ít, sạch và có lẫn ít tạp chất,…) thì lượng xỉ tạo ra trong lò chủ yếu là do trợ dung đưa vào, nên việc tạo và duy trì xỉ bọt ở trong lò trong suốt quá trình mẻ luyện sẽ rất dễ dàng. II.2.3. Ảnh hưởng của hệ thống thiết bị:
Như chúng ta đã biết, trong thời đại khoa học công nghệ phát triển nhanh chóng như hiện nay thì không riêng gì trong ngành sản xuất thép mà các ngành công nghiệp nặng nói chung thì quá trình sản xuất đã được tích hợp bằng hệ thống thiết bị tự động thay vì chủ yếu sử dụng sức người như trước. Vì vậy, trong quá trình sản xuất thép ở lò điện hồ quang Consteel thì tình trạng hoạt động của hệ