1. Công nghệ hiện tại
1.6. Lò đáy quay (Rotary Hearth Furnace)
Hình 1-4 : Lò đáy quay (RHF)
thùng hình trụ, nhiệt độ cao. Liệu cấp cho lò chủ yếu bao gồm quặng vê viên được làm lạnh, là hỗn hợp của tinh quặng, than, nước và một chất gắn kết dạng bentônít. Quặng vê viên được cho đều vào đáy lò, thường là 1 tới 2 lớp dày để laà nhanh thời gian phản ứng. Bộ phận nung được đặt trên nóc của RHF và/hoặc trên thành lò đốt nóng quặng tới nhiệt độ hoàn nguyên yêu cầu, khoảng 1250-14000C. Quặng đầu tiên chạy qua vùng ôxy hoá và sau đó qua vùng hoàn nguyên.
Việc làm nóng lớp quặng được phụ thêm bằng cách sấy khô, việc thoát và đốt cháy khí thoát ra từ than khi đạt được nhiệt độ hoàn nguyên, phát sinh ra CO từ bề mặt ngoài hướng tới phần tâm của quặng. Như vậy, khi sắt trở thành dạng kim loại được bảo vệ bằng khí CO bên trong quặng vê viên và một màng CO quanh quặng vê viên và lớp vê viên. Sự duy trì màng CO là cần thiết để tránh sự ôxy hoá lại, đặc biệt là ở các công đoạn sau của quy trình khi mà sự kim loại hoá trước và sự phát sinh khí CO trở nên yếu đi. Vì vậy quy trình này được kiểm soát nhằm duy trì tiềm năng oxi trong khí quyển lò khu vực.
hêm vào đó, nhiệt lượng được cung cấp bằng việc bơm dôi lượng khí để đốt cháy chất bốc và CO liên quan. Việc đốt cháy này cung cấp tới 75% năng lượng cho quy trình. Nhiên liệu phụ trợ cũng có thể được đốt trong vùng hoàn nguyên nhằm cân bằng các yêu cầu về năng lượng cục bộ (Cairns and other, 1998). Vì vậy, Lượng than đưa vào sử dụng khi vê viên phụ thuộc vào hàm lượng VM của nó - yêu cầu nhiều than cũng như sẽ tăng hàm lượng VM. Tuy nhiên, việc giảm lượng nhiên liệu được yêu cầu đối với bộ phận đốt nóng bởi vì nhiệt lượng cung cấp bởi sự cháy của chất bốc và CO khoảng 3-5 GJ/t DRI.
Hàm lượng cacbon trong quặng vê viên ảnh hưởng đến sự quặng hóa và cả hàm lượng cacbon còn lại trong sản phẩm DRI. Việc trộn đều than với ôxit sắt là điểm quan trọng để đat được DRI có chất lượng tốt nhất. Như đối với lò quay, các khí cháy từ các dòng mỏ đốt ngước với dòng chẩt rắn. Quặng vê viên được cấp và nạp liên tục xuống đáy lò với chỉ một vòng quay dưới 20 phút, phụ thuộc vào phản ứng của hỗn hợp liệu nạp và chất lượng sản phẩm mục tiêu. Thành phần DRI có thể khác nhau phụ thuộc vào điều kiện vận hành của lò RHF và tỷ lệ pha trộn các nguyên liệu thô. Một động cơ thay đổi tốc độ điều khiển thời gian duy trì của quặng vê viên và quyết định chất lượng của sản phẩm với đọ kim loại hoá và hàm lượng cacbon, thời gian càng lâu, chất lượng quặng vê viên càng cao.
Bộ phận đốt nóng được đốt với khí tự nhiên, dầu, hoặc than bột. Việc đốt nóng bằng than bột tuy có làm tăng chi phí đầu tư của nhà máy nhưng bù lại nó sẽ cung cấp nhiều nhiệt lượng hơn là sử dụng khí tự nhiên. Nhiệt lượng của khí thải được phục hồi và sử dụng để sất khí đốt RHF và khí sấy. Khí thải được làm sạch để loại SO2 và các chất khác trước khi xả vào khí quyển.So sánh với quá trình hoàn nguyeen chảy bằng than, các quá trình RHF tạo ra khí thải năng lượng thấp hơn, nên chỉ một lượng nhỏ hơi nước được tạo ra.
Để tránh sự phân huỷ của quặng vê viên và để tối đa hoá tính hoàn nguyên, không khí, tốc độ và thành phần của khí đốt phải được kiểm soát một cách chặt chẽ ở mỗi bộ phận của lò để đảm bảo đủ nhiệt lượng và tính hoàn nguyên cho quặng vê viên, đồng thời tránh bị ôxy hoá lại trong công đoạn quan trọng trong lò. Điều quan trọng để xác định thông số chính xác của lò như tỷ lệ của khí đi từ ôxy hoá đến hoàn nguyên, thời gian ổn định, thông số nhiệt độ và tốc độ của khí nhằm tối ưu hoá hiệu quả và chất lượng của DRI (Degel and others, 2000). Đặc tính của nguyên liệu và phương thức chuẩn bị vê viên cũng cần được tối ưu hoá theo cách mà DRI (và HBI) được sử dụng như thế nào. Yêu cầu cả việc thử nghiệm trong cơ sở sản xuất thử. Mặc dù việc hoàn nguyên trực tiếp dựa vào than được sử dụng trong các lò RHF là cách đơn giản, không dễ có được lợi nhuận.
• Những hạn chế của RHF
- Chất thải nhiều: Quặng DRI hoàn nguyên tạo ra ma trận sắt trong đó phần còn lại của than và chất gắn kết được giữ lại. Lượng cacbon dư, 60 đến 90% lưu huỳnh than, toàn bộ tro than và hầu hết chất gắn kết vì thế mà vẫn còn trong sản phẩm và trở thành liệu cho các quy trình luyện thép sau đó (Borlee and others, 1998).
- Thiết bị lớn là cần thiết với quy mô thương mại. 500.000 t/y unit cần 500m2 RHF với đường kính ngoài gần 50m. Nói cách khác, thiết bị tương đối đơn giản với hầuhết các lò có cấu trúc thép cacbon, ít hợp kim đắt tiền, và vật liệu chịu lửa luyện gang thông thường.
- Những khó khăn khi hoạt động: hoạt động của lò RHF của Dynamics ở Butler, (USA) cho thấy sự hoạt động thất thường từ khi bắt đầu sản xuất năm 1999. Vấn đề này liên quan đến độ bền của quặng vê viên khi được làm nguội (việc làm cho mịn dẫn đến sinh ra bụi và giảm số lượng) và nhiệt độ không đồng đều trên giường.
Việc nghiên cứu được thực hiện để tăng hiệu suất của RHF, chất lượng DRI và hiệu quả của nhiên liệu bởi vì việc tăng nhiệt độ phản ứng, chiều cao của giường, hàm lượng chất bay hơi trong chất hoàn nguyên chứa cabon và tăng sự đốt tiếp theo. Ý tưởng cho ra một RHF mới đang được phát triển (e.g. ITmk3 by Midrex) đó là sản xuất quặng cục hơn là quặng vê viên DRI bằng việc làm nóng chảy trong thời gian ngắn làm giảm bớt vê viên do đó tách chất thải. Việc sản xuất ít DRI hoàn nguyên làm giảm nhu cầu về nhiên liệu đốt mà phần lớn nó được sử dụng trong công đoạn quan trọng nhất và nóng nhất nơi mà cần tránh các quá trình ôxy hoá (phát sinh khi có sự đốt cháy).