SỰ ĐI LÊN VÀ TRAOĐỔI NHIỆT CỦA KHÍ THAN:

11. CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÍ VÀ LIỆU TRONG LÒ:

11.7. SỰ ĐI LÊN VÀ TRAOĐỔI NHIỆT CỦA KHÍ THAN:

- Khí than của nồi lò do cháy than cốc trước mắt gió sinh ra, trong

quá trình đi lên tham gia hoàn nguyên quặng sắt, đồng thời

truyền nhiệt lượng cho liệu lò, từ đó tạo điều kiện nhiệt độ cho các trao đổi hoá - lý trong lò. Khí than của nồi lò là nguồn nhiệt

năng và hoá năng trong quá trình luyện lò cao, nếu việc nắm một

cách chính xác sự biến đổi về thành phần, thể tích và nhiệt độ và

quy trình trao đổi nhiệt của khí than trong quá trình đi lên là rất quan trong đối với việc: Nâng cao hệ số lợi dụng nhiệt nă ng, giảm thấp tiêu hao năng lượng, cải thiện chỉ tiêu sản xuất…. của

lò cao.

- Lượng khí than quyết định bởi các nhân tố: Cường độ luyện,

thành phần của gió, tỷ lệ cốc….Thông thường, khi luyện toàn

cốc, lượng khí than của nồi lò là 1,12 lần của lưu lượng gió. Khi phun thổi nhiên liệu, lượng khí than của nồi lò là 1,25 – 1,35 lần

của lưu lượng gió. Lượng khí than đỉnh lò khi nấu luyện toàn

cốc là 1,35 – 1,37 lần. Khi phun nhiên liệu là 1,45 lần. Sự biến đổi thể tích, thành phần của khí than nồi lò trong quá trình đi lên , như hình 12- 4 biểu thị.

- Ở khu vực nhiệt độ cao phần dưới CO bắt đầu tăng lên, đó là vì

một mặt Fe, Si, Mn, P,… trực tiếp bị hoàn nguyên sinh ra CO.

Mặt khác, CO2 do một bộ phận muối cácbonát phân giải sinh ra

tác dụng với C thành CO có thể tích gấp 2 lần thể tích cũ. Đến

khu vực giữa bắt đầu tham gia hoàn nguyên gián tiếp, sinh ra

CO2 cùng thể tích. Lúc đó, hàm lượng CO trong khí than sẽ

giảm thiểu tương ứng.

- CO2 bắt đầu tăng từ khu vực nhiệt độ vừa, một mặt hoàn nguyên

sinh ra CO2, mặt khác cácbonát phân giải sinh ra CO 2, lúc đó

nguyên mà giảm xuống, nhưng lên phần trên do phản ứng nước, khí than, ngược lại tăng lên.

- Hàm lượng CH4 không nhiều, biến đổi cũng không lớn. Khi nấu

luyện toàn cốc, hàm lượng CH4 trong khí than đỉnh lò từ 0,2 – 0,25%. Khi phun nhiên liệu CH4 có thể đến 0,5 - 0,9%.

- Hàm lượng N2 cơ bản không đổi, có điều do lượng khí than tăng

lên, nồng độ % trong khí than có phần giảm xuống.

- Tổng hàm lượng của CO2 và CO trong khí than đỉnh lò về cơ

bản ổn định ở 38 – 42%.

Hình: 12-4: Sự biến đổi thành phần khí than trong lò.

- Trong quá trình đi lên, khí than nồi lò truyền nhiệt lượng cho

liệu lò, nhiệt độ dần giảm xuống, còn liệu lò trong quá trình đi

xuống, hấp thu nhiệt lượng của khí than, nhiệt độ dần dần tăng

Nhiệt độ0

C Khí than nồi lò Lưu lượng gió

Khí than đỉnh lò N2 CO CO2 O H2 CH4

Coppyright © 2009 Thai An Mechanical and Metallurgy J.S.C- Address : 9/129 An Duong Vuong Str., Tay Ho Dist., Ha Noi lên, làm cho quá trình hoàn nguyên, nóng chảy và tạo xỉ tiến hành được thuận lợi. Đó là hiện tượng trao đổi nhiệt trong lò cao. Phương thức truyền nhiệt, phần trên chủ yếu là đối lưu,

phần dưới là khu vực nhiệt độ cao, đối lưu và bức xạ cùng tồn

tại, còn giữa xỉ – gang và liệu cục chủ yếu là truyền dẫn.

- Trong quá trình thảo luận về sự trao đổi nhiệt của lò cao, thường

dùng khái niệm “Đương lượng nước”. Nhiệt lượng đã hấp phụ

(hoặc toả ra). Khi nâng cao (hoặc hạ thấp) liệu lò hoặc khí than 10C khi qua một tiết diện nào đó của lò cao trong trong 1 đơn vị

lò cao thì gọi là “đương lượng nước” của liệu lò hoặc khí than.

Dung tích của dòng liệu lò hoặc dòng khí than (hoặc thể tích)

với tỷ nhiệt bình quân của nó để biểu thị, thì đương lượng nước

là:

Wliệu = Gliệu x Cliệu Wkhí = Gkhí x Ckhí

- Trong công thức:

• Wliệu ,Wkhí lần lượt là đương lượng nước của liệu lò và khí than

KJ/(h.0C).

• Gliệu, Gkhí lần lượt là lưu lượng trọng lượng hoặc lưu lượng thể

tích của dòng liệu lò và dòng khí than Kg/h hoặc m3

/h.

• Cliệu, Ckhí lần lượt là tỷ nhiệt bình quân của liệu lò và khí than

KJ/(kg.0C) hoặc KJ/(m3 0

- Trong nấu luyện lò cao, thường dùng nhiệt lượng đã hấp phụ

(hoặc toả ra) khi nâng cao (hoặc giảm thấp) 10

C của dòng liệu lò

hoặc dòng khí than khi sản xuất 01 tấn gang.

- Hiển nhiên, độ lớn đương lượng nước của liệu lò và khí than ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt độ giữa chúng. Khi Wkhí>Wliệu, nhiệt

độ liệu lò tăng nhanh, nhiệt độ khí than giảm chậm, vì thế nhiệt lượng của khí than không có cách gì chuyển đủ cho liệu lò, dẫn đến nhiệt độ của khí than đỉnh lò tăng cao, hệ số lợi dụng nhiệt năng thấp. Ngược lại, khi Wkhí < Wliệu, liệu lò hấp phụ một nhiệt lượng lớn của khí than, nhiệt độ khí than giảm nhanh, hệ số lợi

dụng nhiệt năng cao. Khi Wkhí = Wliệu, toả nhiệt và thu nhiệt cơ

bản giữ được cân bằng, quá trình trao đổi nhiệt tương đối chậm.

- Đương lượng nước của khí than biến đổi rất nhỏ theo hướng

chiều cao của lò cao, còn đương lượng nước của liệu lò thì biến đổi rất lớn, luyện một đơn vị Gang, lượng khí than của nồi lò là

khoảng 1,21 – 1,25 lần của lượng gió, sau khi khí than lên đến đỉnh lò, do trên đường thu nhận CO do hoàn nguyên trực tiếp

sinh ra và CO2 do phân giải muối cácbonát sinh ra, lượng khí than tăng đến 1,35 – 1,40 lần của lượng gió. Nhiệt độ khí than của nồi lò cao, tỷ nhiệt khí than của nồi lò là khoảng 1,5 KJ/ (m3 0

C); Nhiệt độ đỉnh lò thấp, tỷ nhiệt của khí than khoảng 1,34 – 1,35 KJ/ (m3 0C). Như thế sự gia tăng của lượng khí than vừa đúng cân bằng cho sự giảm thấp của nhiệt dung, vì vậy đương lượng nước của khí than theo hướng chiều cao của lò cao biến đổi rất nhỏ, có thể coi như hằng số. Tình hình biến đổi đương lượng nước của liệu lò thì lại khác. Do trong quá trình tăng nhiệt độ của liệu lò xảy ra phản ứng phân giải và hoàn nguyên, nhiệt lượng cần thiết để nâng lên 10

C, không chỉ phải thoả mãn về vật

lý mà còn phải bù cho thu nhiệt của hoá học. Còn ở trên chiều

cao khác nhau của lò, sự thu nhiệt của phản ứng hoá học khác

yếu là phân giải đá vôi tạo thành. Những năm gần đây, do sử

dụng quặng thiếu kết trợ dung, đá vôi đã rất ít hoặc cơ bản

không dùng, vì vậy phần thu nhiệt đó rất ít. Ngược lại, đương lượng nước của liệu lò phần trên, chịu ảnh hưởng toả nhiệt của

hoàn nguyên gián tiếp, vì vậy trị số đương lượng nước của liệu

lò phần trên lò cao không lớn, thấp hơn đương lượng nước của

khí than. Còn phần dưới, do lượng hoàn nguyên trực tiếp và

nóng chảy xỉ – gang lớn, đương lượng nước của liệu lò tăng lên

mạnh, phải lớn hơn đương lượng nước của khí than. ở phần

bụng lò, đương lượng nước của liệu lò xuất hiện trị số đỉnh,

xuống phía dưới, do hoàn nguyên trực tiếp giảm thiểu, trị số đương lượng nước giảm xuống theo.

- Như trên đã nói, do trị số đương lượng nước của liệu lòvà khí

than trên chiều cao khác nhau của lò cao thì khác nhau, vì thế

quá trình trao đổi nhiệt của các bộ phận cũng biểu hiện ra các đặc điểm khác nhau. Căn cứ vào quá trình biến đổi đương lượng nước của liệu lò và khí than trên toàn bộ chiều cao, có thể chia

- Khu vực trao đổi nhiệt của phần trên WKhí>WLiệu. Đặc điểm trao đổi nhiệt khu vực này là nhiệt độ liệu tăng nhanh, còn nhiệt độ

khí than giảm chậm, trị số tăng nhiệt độ của liệu lò lớn hơn trị số

giảm nhiệt độ của khí than. Liệu lò từ nhiệt độ thường nâng đến

9500C, trị số tăng là 950–20 =9300C. Còn khí than từ 950 0

C giảm đến nhiệt độ đỉnh lò, trị số giảm là 950–250= 7000C.

- Khu vực tra o đổi nhiệt phần dưới; WLiệu>WKhí. Đặc điểm trao đổi nhiệt khu vực này là nhiệt độ khí than giảm nhanh, còn tốc độ tăng nhiệt độ liệu tương đối chậm. Khí than từ nhiệt độ cao

nhất 1800–19000C của vùng cháy hạ đến 9500

C của khu vực không trao đổi nhiệt, còn liệu từ 9500

C của khu vực không trao đổi nhiệt tăng đến khoảng 15000

C của khu vực nhiệt độ gang–xỉ.

Chênh lệch nhiệt độ giữa liệu lò với khí than là 300 – 4000C. Do

Nhiệt độ 0

400 800 1200 1600 0C

Cường độtrao đổi nhiệt Kcal/(m.h) Vùng trao đổi nhiệt phần trên Vùng không trao đổi hiệ Vùng trao đổi nhiệt phần dưới K h u h o à n n g u y ê n g iá n t i ế p K h u h o à n n g u y ê n t r ự c ti ế p

mãnh liệt. Ở khu vực đó, tồn tại các quá trình: Hoàn nguyên trực

tiếp các nguyên tố Fe; Si; Mn; P… và phân giải muối cácbonát,

gia nhiệt, nóng chảy xỉ – gang và quá nhiệt đến nhiệt độ ra lò.

- Khu vực không trao đổi nhiệt, giữa khu vực trao đổi nhiệt phần

trên và phần dưới tồn tại 1 khu vực không trao đổi nhiệt. Trong

quá trình quá độ, đương lượng nước của liệu lò và khí than từ

WKhí >WLiệu của khu vực trao đổi nhiệt phần trên đến W Liệu

>WKhí của phần dưới tồn tại một khu vực WKhí = Wliệu , đó chính

là khu vực không trao đổi nhiệt. Khu vực này, chênh lệch nhiệt độ của liệu lò và khí than rất nhỏ, chỉ có khoảng 200C, trao đổi

nhiệt chậm hoặc cơ bản không tiến hành. Nhưng quá trình trao đổi chất của hoàn nguyên gián tiếp … vẫn đang tiến hành.

- Trong lò cao tồn tại 3 khu vực trao đổi nhiệt khác nhau, quyết địhn sự phân bố nhiệt độ theo hướng đứng thành hình chữ S biểu

thị ở hình 12 – 5. Kết quả đo thực tế ở các lò cao khác nhau

chứng tỏ rằng, bất luận là lò cao cỡ lớn, cỡ nhỏ hay vừa đều có đường cong phân bố nhiệt độ tương tự. Đó là quy luật cố hữu

của lò đứng gia nhiệt ngược hướng. Vô luận điều kiện nấu luyện

lò cao có biến đổi như thế nào, cho dù khu vực trao đổi nhiệt của

phần trên hoặc phần dưới mở rộng hay là thu nhỏ, khu vực không trao đổi nhiệt đều tồn tại và nhiệt độ của liệu lò và khí than ở khu vực không trao đổi nhiệt là như nhau. Khu vực không trao đổi nhiệt chia sự trao đổi nhiệt của lò cao thành 2 khu vực độc lập với nhau, không ảnh hưởng nhau.

Mục lục “Cẩm nang công nghệ lò cao luyện gang”

1. ĐẠI CƯƠNG CÔNG NGHỆ LÒ CAO LUYỆN GANG

1.1. KHÁI NIỆM VỀ GANG

1.1.1. SẮT VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA NÓ 1.1.2. PHÂN BIỆT SẮT – GANG – THÉP

1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN LÒ CAO LUYỆN GANG

1.2.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN LÒ CAO TRÊN THẾ GIỚI 1.2.2. LỊCH SỬ LÒ CAO LUYỆN GANG Ở VIỆT NAM

1.3. VAI TRÒ CỦA LÒ CAO TRONG LIÊN HỢP LUYỆN KIM

1.4. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ LÒ CAO LUYỆN GANG

1.4.1. LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LÒ CAO 1.4.2. NGUYÊN LIỆU, NHIÊN LIỆU DÙNG CHO LÒ CAO 1.4.3. KHÁI QUÁT QUÁ TRÌNH HÓA LÝ TRONG LÒ CAO 1.4.4. SẢN PHẨM CỦA LÒ CAO

1.5. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ LÒ CAO

1.6. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ PHI CỐC

1.6.1. KHÁI QUÁT NHỮNG CÔNG NGHỆ LUYỆN SẮT

1.6.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ LUYỆN KIM PHI CỐC

2. LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ LÒ CAO LUYỆN GANG

2.1. SỰ PHÂN HÓA VÀ BỐC HƠI NƯỚC TRONG LÒ CAO

2.1.1. NƯỚC TRONG PHỐI LIỆU LÒ CAO 2.1.2. SỰ BỐC HƠI NƯỚC ẨM DÍNH 2.1.3. SỰPHÂN HÓA NƯỚC HYDRAT

2.2. SỰ THOÁT CHẤT BỐC CỦA THAN TRONG LÒ CAO

2.2.1. KHI LÒ CAO CHẠY THAN CỐC

2.2.2. KHI LÒ CAO CHẠY THAN GỖ VÀ ANTRAXIT

2.3.2. PHẢN ỨNG PHÂN HÓA CACBONAT TRONG LÒ CAO 2.3.3. NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ PHÂN HÓA CACBONAT 2.3.4. Ý NGHĨA THỰC TẾ QUÁ TRÌNH PHÂN HÓA CACBONAT

2.4. HÀNH VI CỦA KIM LOẠI KIỀM TRONG LÒ CAO

2.4.1. KHÁI QUÁT

2.4.2. Ý NGHĨA THỰC TẾ

2.5. HÀNH VI CỦA HỢP CHẤT FLOR TRONG LÒ CAO

2.5.1. KHÁI QUÁT

2.5.2. Ý NGHĨA THỰC TẾ

2.6. CƠ SỞ NHIỆT LỰC HỌC CỦA HOÀN NGUYÊN QUẶNG SẮT

2.6.1. CƠ SỞ NHIỆT LỰC HỌC HOÀN NGUYÊN QUẶNG SẮT 2.6.2. HOÀN NGUYÊN TRỰC TIẾP VÀ GIÁN TIẾP

2.6.3. TÁC DỤNG HOÀN NGUYÊN CỦA HY - DRO

2.6.4. ĐIỀU KIỆN TĂNG NHANH TỐC ĐỘ HOÀN NGUYÊN SẮT

2.7. HOÀN NGUYÊN NGUYÊN TỐ KHÔNG PHẢI LÀ SẮT

2.7.1. HOÀN NGUYÊN Mn 2.7.2. HOÀN NGUYÊN SI-LIC

2.7.3. HOÀN NGUYÊN PHỐT PHO (P)

2.8. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH GANG

2.9. QUÁ TRÌNH TẠO XỈ

2.9.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA XỈ LÒ

2.9.2. TÁC DỤNG XỈ LÒ TRONG QUÁ TRÌNH LÒ CAO 2.9.3. QUÁ TRÌNH TẠO XỈ TRONG LÒ CAO

2.9.4. ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH TẠO XỈĐẾN LÒ CAO 2.9.5. TÍNH NĂNG HOÁ - LÝ CỦA XỈ LÒ CAO

2.10. TÁC DỤNG KHỬ S CỦA XỈ LÒ

2.10.1. KHÁI QUÁT

2.10.2. NGUỒN VÀ HƯỚNG ĐI CỦA S TRONG LÒ CAO 2.10.3. PHẢN ỨNG KHỬ S CỦA XỈ LÒ CAO

2.10.5. KHỬ S NGOÀI LÒ

2.11. CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÍ VÀ LIỆU TRONG LÒ

2.11.1. ĐIỀU KIỆN ĐI XUỐNG CỦA LIỆU LÒ 2.11.2. ĐIỀU KIỆN LỰC HỌC CỦA LÒ ĐI XUỐNG 2.11.3. NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Whh

2.11.4. NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHÊNH ÁP

2.11.5. TÍNH THẤU KHÍ CỦA LIỆU LÒ VÀ TRỞ LỰC KHÍ THAN 2.11.6. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN BỐ CỦA KHÍ THAN NỒI LÒ 2.11.7. SỰ ĐI LÊN VÀ TRAO ĐỔI NHIỆT CỦA KHÍ THAN

3. YÊU CẦU VỀ NGUYÊN NHIÊN LIỆU CHO LÒ CAO LUYỆN GANG

3.1. Quặng sắt cho lò cao luyện gang

3.2. Quặng Mn cho lò cao luyện gang

3.3. Nhiên liệu cho lò cao luyện gang

3.4. Chất trợ dung cho lò cao luyện gang

3.5. Trung hoà quặng sắt cho công nghệ lò cao luyện gang

3.6. Các nguyên liệu dùng cho lò cao luyện gang ở Việt Nam

4. TUYỂN QUẶNG SẮT DÙNG CHO LÒ CAO LUYỆN GANG

4.1. Đập nghiền quặng 4.2. Sàng phân cấp và rửa quặng 4.3. Tuyển trọng lực 4.4. Tuyển từ, 4.5. tuyển nổi 4.6. tuyển hoá 4.7. Khửnước 4.8. Nung thiêu quặng 5. CÔNG NGHỆ THIÊU KẾT QUẶNG SẮT 5.1. Công nghệ sản xuất thiêu kết

5.1.2. Công nghệ phối liệu thiêu kết

SỰ ĐI LÊN VÀ TRAOĐỔI NHIỆT CỦA KHÍ THAN:

TÁC DỤNG HOÀN NGUYÊN CỦA HY DR O:

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH GANG