Chương 7 MỘT SỐ LÒ CÔNG NGHIỆP
7.1.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Lò cao là thiết bị lơn, phức tạp nhất để luyện gang. Cấu tạo lò được trình bày trên hình 7.1. Phần trên cổ lò có các thiết bị cấp liệu ( Phểu nạp liệu, xi kíp chuyển liệu), ống thoát khí. Lò được đặt trên móng bê tông chịu nhiệt. Thân và cổ lò xây trên một vành đỡ lớn hình khuyên bằng thép dày, dưới có cột đỡ, chân cột có các bulong bắt liền vào nền bê tông. Bên ngoài lò được bọc vỏ kim loại day 20 đến 25mm ở phần trên, còn phần dưới dày 35÷40 mm. Bên trong vỏ lò xây bằng gạch chịu lửa. Phần thân và bụng lò xây bằng gạch samôt chất lượng cao, còn nồi lò, phần dưới đáy lò xây bằng gạch cacbon. Phần trên giữa đáy xây bằng gạch cacbon. Phần trên giữa đáy xây bằng gạch cac nhôm chứa hơn 45% Al2O5 để giảm mạch nhiệt, tăng độ bền của đáy. Áp suất khí trong lò cao lên tới (0,3÷0,5).106 pa, nên lớp lót chịu lửa được bọc thép tấm dày 20÷40 mm. Chiều dày lớp lót phần trên thân lò khoảng 900÷1000 mm, còn phía dưới thân lò khoảng 1300÷1500 mm. Để tăng độ bền lớp lót, tường lò được làm nguội bằng nước giữa vỏ lò và lớp lót. Phía trong cổ lò lót thép tấm để chống va đập, bào mòn của quặng.
Hình 7.1. Kết cấu lò cao
1- cổ lò; 2- thân lò; 3- bụng lò; 4- hông lò; 5- lỗ tháo xỉ; 6- lỗ tháo gang; 7- nồi lò; 8-mắt gió
Các nguyên liệu chính là quặng sắt và than được xe kíp chất vào phểu lò. Không khí được nung trước với nhiệt dộ 1000÷1250 0C trong các lò Caopơ ( một lò cao thường có 4 lò caopơ: 3 lò đốt khì lò cao để nung gạch, còn 1 lò để nung không khí, làm việc thay phiên nhau), sau đó thổi vào lò qua các mắt gió. Trong lò hai luồng di chuyển ngược chiều nhau: nguyên liệu từ trên xuống, từ dưới lên là luồng khí lò hình thành do nhiên liệu cháy và phản ứng của nó với nguyên liệu. Do các phản ứng hóa học, gang và xỉ tọa thành chuyển động xuống dưới tích tụ ở nồi lò qua máng chảy vào nơi chứa.
Bảng 7.1. Các kích thước cơ bản của lò cao
Các thông số Các kích thước (m) và thể tích (m3) có ích 1000 1500 2000 3000 5000 Chiều cao có ích
Chiều cao nồi lò Chiều cao thân lò Đường kính nồi lò Số mắt gió 25, 5 2, 9 14, 5 7, 2 14 27, 8 3, 2 16, 3 8, 6 18 29, 4 3, 6 18, 2 9, 7 20 31, 2 3, 9 18, 7 11, 6 28 32, 2 4, 5 19, 5 14, 9 36 7.1.2. CHẾ ĐỘ NHIỆT
Trong lò cao xảy ra đồng thời các quá trình khí động học, nhiệt học và hóa học. Nguyên liệu chuyển động từ trên xuống với các quy trình: sấy, phân li, hoàn nguyên, nóng chảy và tạo xỉ. Nhiệt độ khí thoát ra từ lớp liệu ở cổ lò khoảng 250 đến 4000C, còn ở nồi lò đạt tới 20000C. Trong lò cao có hai cách hoàn nguyên sắt từ oxit của nó: bằng các khí CO, H2 ( hoàn nguyên gián tiếp với sự tỏa nhiệt ) và cacbon cứng ( hoàn nguyên trực tiếp với sự thu nhiệt ). Khi nhiệt độ gần 9000C bắt đầu tạo xỉ và pha lỏng, sự kết dính biến mềm phối liệu quặng xảy ra trước khi tạo xỉ. Các phản ứng chính và sự phân bố các vùng được trình bày tóm tắc ở hình 7.2
Hình 7.2. Các phản ứng chính và sự phân bố cá vùng trong lò cao
Cường độ công tác lò được quyết định tốc độ hoàn nguyên sắt bởi khí lò. Để cường hóa quá trình đó bởi các khí hoàn nguyên ( CO, H2 ) thì lớp liệu phải có độ thông khí tốt, nên yêu cầu than, quặng cần được xếp theo thứ tự và kích thước của chúng phải hợp lý ( với than là 20÷60 mm, còn quặng 10÷15 mm)
Một thông số quan trọng quyết định đến quá trình và chất lượng gang là nhiệt độ vùng mắt gió ( tại vùng tâm mắt gió có nhiệt độ khoảng 1800÷20000C, còn ở trục lò 1400÷1500 0C, nhiệt độ gang ra lò 1450÷1520 0C )
Thông số chủ yếu về công tác nhiệt của lò là hiệu suất nhiệt, có giá trị 42÷45%. Nếu sử dụng được cả lượng nhiệt của khí lò ( với lượng khí ra khỏi lò khoảng 1600÷1900 m3/tấn gang có nhiệt trị 3,8 –÷ 4,2 kJ/m3) thì hiệu suất nhiệt của lò đạt tới 80÷85%. Do đó, tính ưu việt cơ bản của lò cao là năng suất và hiệu suất nhiệt lớn, còn nhược điểm cơ bản là yêu cầu đối với đặc tính của nguyên liệu và tiêu tốn nhiều than cốc đắt tiền.
Tóm tắt nguyên lý luyện gang là:
Quặng sắt + than + trợ dung + gió nóng = gang + xỉ + khí + bụi lò. Dây chuyền công nghệ sản xuất gang như sơ đồ dưới đây:
Hình 7.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ của lò cao. 7.2 LÒ LUYỆN THÉP
Phụ thuộc vào dạng năng lượng sử dụng, lò luyện thép được chia thành 3 nhóm: lò thổi oxy, lò ngọn lửa ( lò Mactanh ) và lò điện. Ở đây ta chỉ xem xét lò thổi oxy, là nhóm được phát triển mạnh mẽ trong quá trình sản xuất thép trên thế giới hiện nay.