Header Page 1 of 120.

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2008

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN BỘT THAN LÒ CAO,

CHẾ TẠO MỘT SỐ BỘ PHẬN QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG”

Ký hiệu : 249.08.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản
:
Cơ quan chủ trì đề tài :
Chủ nhiệm đề tài
:

Bộ Công Thương
Viện Nghiên cứu Cơ khí
Nguyễn Lâm Tuấn Anh

7265
30/3/2009

Hà Nội - 2008
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 1 of 120.


Header Page 3 of 120.

MỤC LỤC
Trang

LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................ 5
1.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.................................................................... 5
1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước. ...................................................................... 5
1.3. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 6
CHƯƠNG 2. LUYỆN GANG LÒ CAO ..................................................................... 7
2.1 Sơ qua về công nghệ sản xuất gang thép ............................................................ 7
2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm quá trình công nghệ............................................ 8
2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang: ............................................................... 8
2.2.2. Đặc điểm quá trình công nghệ..................................................................... 9
2.2.3. Nguyên liệu đầu vào:................................................................................. 10
2.2.4. Các quá trình cơ bản trong lò cao: ............................................................ 10
2.2.5. Quá trình tạo gang: .................................................................................... 11
2.2.6. Quá trình tạo xỉ lò cao: .............................................................................. 12
2.2.7. Lò gió nóng. .............................................................................................. 14
2.2.8. Hệ thống gió nóng lò cao. ......................................................................... 15
2.3. Các thông số cơ bản của lò .............................................................................. 16
2.3.1. Trắc đồ lò cao ............................................................................................ 16
2.2.2. Cân bằng liệu và cân bằng nhiệt lò cao..................................................... 20
2.3.3. Tính phối liệu lò cao.................................................................................. 28
2.3. Vận hành lò cao. .............................................................................................. 30
2.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến tiêu hao than cốc theo.............................. 30
2.3.2. Chế độ thao tác lò cao. .............................................................................. 31
CHƯƠNG 3................................................................................................................ 40

4.4. VẬN HÀNH LÒ CAO VỚI CÔNG NGHỆ PHUN THAN ........................... 77
4.4.1. Đặt vấn đề:................................................................................................. 77
4.4.2. Tăng cường sự đôt cháy của bột than trong vùng cháy. ........................... 77
4.4.3. Chất lượng than, độ nghiền mịn trong phun than lò cao........................... 78
4.4.4. Đạt lượng phun 218kg/TMH tại lò cao số 4 Fukuyama Japan. ............... 79
4.4.5. Kết luận ..................................................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 84
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 85
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 86

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 4 of 120.

2


Header Page 5 of 120.

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

Họ và tên

Học hàm, học vị,
Cơ quan công tác
chuyên môn

1

Nguyễn Lâm Tuấn Anh

Thạc sỹ kỹ thuật


3


Header Page 6 of 120.

LI M U
Nm 1963 m gang u tiên ra lò ti Nh Máy Gang thép Thái Nguyên ánh du
bc khi u ca ngnh luyn kim Vit Nam. Quá trình t ó n nay ngnh thép Vit
Nam tri qua giai on khó khn (1976 1989) do kinh t t nc lâm vo khng hong,
sn lng thép c nc ch t 40 ngn n 85 ngn tn/nm; n thi k 1989 1995
sản lợng thép trong nớc đã vợt trên 100ngàn tấn/năm; những năm 1996-2000 ngành
thép vẫn giữ mức tăng trởng cao, sản lợng thép cả nớc đạt 1,57 triệu tấn, tăng gấp 3 lần
năm 1995 và 14 lần so với năm 1990. Tuy nhiên, ngành thép Việt Nam đợc đánh giá vẫn
trong tình trạnh kém phát triển so với một số nớc trong khu vực và trình độ chung của thế
giới. Sự yếu kém này thể hiện qua các mặt: Năng lực sản xuất phôi thép (thép thô) quá nhỏ
bé, cha sử dụng có hiệu quả các nguồn quặng sẵn có trong nớc để sản xuất phôi. Chi phí
sản xuất lớn, năng suất lao động kém, mức tiêu hao nguyên liệu, năng lợng cao, chất
lợng sản phẩm cha ổn định. Trang thiết bị của Tổng Công ty thép Việt Nam phần lớn
thuộc thế hệ cũ, trình độ công nghệ thấp, thiếu đồng bộ, mức độ tự động hoá thấp.
Quan điểm và mục tiêu phát triển ngành thép giai đoạn năm 2000 -2010 là từng bớc
đáp ứng nhu cầu thông thờng về thép xây dựng của Việt Nam để không bị phụ thuộc
hoàn toàn vào nớc ngoài; cụ thể trong chiến lợc thể hiện:
-

Ngành thép cần đợc xác định là ngành công nghiệp đợc u tiên phát triển;

- Kết hợp chặt chẽ giữa phát huy nội lực và tranh thủ có hiệu quả các nguồn vốn nớc
ngoài (trớc hết về thiết bị và công nghệ).
- Về công nghệ: Trong giai đoạn đến năm 2002 vẫn sử dụng công nghệ truyền thống là

Trong kỹ thuật luyện gang, phun than lò cao là một kỹ thuật quan trọng. Thuật ngữ “phun
than lò cao” chính là chỉ sự phun thổi trực tiếp cám than không khói, than có khói hoặc
cám trộn của hai loại trên và than nâu được nghiền nhỏ qua cửa gió lò cao để thay thế một
phần cốc, cung cấp nhiệt lượng và chất hoàn nguyên cho lò cao, các mục đích công nghệ
đạt được là:
- Thay thế cốc (nhiên liêu đắt tiền) bằng nhiên liệu rẻ tiền, làm giá thành luyện gang giảm
rõ rệt.
- Phun than lò cao có thể được xem là biện pháp điều chất trạng thái lò.
- Cải thiện trạng thái làm việc ổ định của nồi lò, làm cho lò cao vận hành ổ định.
- Tạo điều kiện cho lò nâng cao nhiệt độ gió và là giàu oxy.
- Hàm lượng Hydro trong thanh cám nhiều hơn so với than cốc, khí hydrô nâng cao khả
năng hoàn nguyên và năng lực khuyếch tán, thẩm thấu của khí than cải tạo chỉ tiêu thao
tác của lò.
Đối mặt với nhu cầu sử dụng nhiên liệu có hiểu quả, sử dụng nhiên liệu rẻ tiền sẵn có thay
thế cho nhiên liệu đắt tiền để giảm chi phí sản xuất, giảm thiểu phát thải khí CO2, đã thúc
đẩy các quá trình nghiên cứu cải tiến không ngừng về kỹ thuật và công nghệ phun than lò
cao. Tại hãng thép Kobe Japan, bắt đầu áp dụng phun than lò cao từ năm 1980, lượng
phun than được nâng dần, bắt đầu 60-70kg/tMH và đến nay đã đạt 230 kg/tMH.
1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước.
Đối với sản xuất thép công đoạn hạ tầng (sản xuất thép thô từ quặng) đòi hỏi sự đầu tư
lớn, từ công đoạn khai thác tài nguyên, gia công quặng, nấu luyện; trong điều kiện phát
triển ngành thép theo định hướng của nhà nước, những năm đầu của giai đoạn 2000-2010
ưu tiên phát triển công đoạn sản xuất thép “thượng tầng“ (sản xuất từ thép thô - phôi thép
thành thép sản phẩm); sau đó phải phát triển công đoạn sản xuất thép“hạ tầng“. Do việc
tập trung giải quyết sản xuất về sản lượng đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước nên hầu
hết các doanh nghiệp ngành thép đi theo hướng nhập dây chuyền thiết bị đồng bộ; còn
việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị trong nước rất hạn chế. Điều này dẫn đến sự phụ
thuộc của ngành thép vào nước ngoài, không chủ động được công nghệ, thiết bị và nguồn
thay thế trong nước.
Đối với hệ thống phun bột than, mặc dù ở các nước ngành thép phát triển, công nghệ này

CHƯƠNG 2. LUYỆN GANG LÒ CAO
2.1 Sơ qua về công nghệ sản xuất gang thép
Sản xuất gang thép là ngành công nghiệp quan trọng, vấn đề này được đánh giá
qua các số liệu sau: trong giai đoạn từ 1900 đến 2005, sản lượng thép thô tăng từ 40 triệu
Tấn tới trên 1,1 tỷ Tấn. Nước Đức xếp hạng thứ 6 và hàng năm sản xuất khoảng 44,7
triệu Tấn trong năm 2005, trong khi đó nền kinh tế EU đứng thứ 2 thế giới về sản lượng
thép thô cho đến năm 2002 . Trung Quốc chiếm vị trí số một năm 2003China . Thép vẫn
là, và sẽ tiếp tục là, vật liệu số 1 của thế kỉ này với tỉ số hiệu năng/giá tốt nhất. Chính vì
vậy, công nghệ sản xuất thép rất được chú trọng phát triển, đây là vấn đề lớn, nhưng sơ
lược tổng quan có thể tóm tắt trong lưu trình công nghệ sản xuất gang thép thế giới như
sau:

Hình 2.1 Lưu trình công nghệ sản xuất gang thép thế giới
Theo lưu trình này, quặng sắt, trợ dung và coke cũng như các chất hoàn nguyên
khác như than, dầu, khí và các chất nhựa thải trước tiên được hoàn nguyên trong lò cao
thành kim loại lỏng, sau đó chúng chuyển thành thép thô qua hệ thống hạ lưu ở nhà máy
thép lò thổi oxy bazơ.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 9 of 120.

7


Header Page 10 of 120.

2.2 Lò cao Luyện gang, đặc điểm quá trình công nghệ.
2.2.1 Sơ đồ hệ thống lò cao luyện gang:
- Sơ đồ tổng thể hệ thống lò cao:

Hình 2.2 Sơ đồ tổng thể lò cao

a. Quặng:
- Quặng sống TFemin = 48 ÷ 50%; Fe max >60%; cỡ hạt 8x38mm (Tiêu chuẩn
Quốc tế).
- Quặng thiêu kết TFe 50 ÷ 56%
- Độ sạch SiO2 + Al2O3 ≤ 6% (Thế giới ≤ 4%).
- Tính hoàn nguyên dễ, độ xốp lớn (dễ hoàn nguyên).
- Ngoài thiêu kết có thể dùng cầu viên đơn, cầu viên kim loại hóa.
b. Trợ dung:
- Trợ dung kiềm tính: Đá vôi (CaO> 50%), Đôlômi (MgO ≥ 17%).
- Trợ dung axít: Sa thạch, Quắc zít (SiO2 ≥ 90%).
- Dùng bổ trợ khi có sự chỉ đạo của cấp trên (nhà máy). Bao gồm huỳnh thạch
(CaF2), rửa tường lò, nồi lò.
c. Nhiên liệu:
Cho đến nay Cốc luyện kim vẫn là thị phần chính trong nhiên liệu lò cao. Cốc
luyện kim có độ bền nhiệt cao; Ccđ ≥ 80%; S

- Ở 500 ÷ 550 C :

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + 43,110 Kcal
3Fe + C = Fe3C + 5400,150 Kcal

Ở nhiệt độ càng cao quá trình Các bon hóa sắt càng mạnh (khi quá trình hoàn nguyên sắt
đã > 7%).
Lượng Các bon hóa được xác định gần đúng theo KΝTAΝEB như sau:
% CFe = [ 0,25 – 0,0006. (1000-t0)].
Trong đó:

t0 : Là nhiệt độ quá trình (0C)
: Là thời gian (h).

Lượng các bon hóa tăng dần theo vùng từ thân lò xuống nồi lò.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 13 of 120.

11


Header Page 14 of 120.

Vùng

Hàm lượng các bon
Min

Max

2 CaO. SiO2 ; 3 CaO. SiO2

MgO. SiO2; 2MgO; SiO2 ở 800 ÷ 10000C
2FeO . SiO2 ; CaO . Fe2O3 ; MgO . Fe2O3 ở 800 ÷ 12000C
Tiếp xúc tách ra – khí – rắn
Tiếp xúc Oxít kiểm (Na,K) thúc đẩy phản ứng pha rắn. Nếu quặng bẩn (SiO2
+Al2O3) lớn thì chất kiềm tạo hợp chất khí chảy: K2O . Al2O3 . 2SiO2 (có nhiệt t0 nóng
chảy ở 17000C).
6.2 Hóa mềm:
Quặng thông thường hóa mềm ở t0 = 800 ÷ 13000C kết thúc. Riêng quặng thiêu kết
tùy theo % FeO mà có t0 bắt đầu và kết thúc mềm khác nhau:
Thực tế

FeO = 11%

t0 biến mềm 1120 ÷ 14000C

22% 1030 ÷ 14000C
23% 950 ÷ 13000C
6.3 Nóng chảy xỉ
Thông thường xét đến hệ xỉ 4 cấu tử
C, A, S, M
Đó là CaO – Al2O3 – SiO2 – MgO.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 14 of 120.

12


Header Page 15 of 120.



-

Xỉ đầu đủ loãng đảm bảo hấp thụ nhiệt, xỉ cuối loãng 2 ÷ 5 poa

-

Xuất lượng xỉ càng thấp càng tốt (Qxỉ).

-

Độ kiềm và độ loãng xỉ đủ để khử S.

Để đảm bảo 5 yêu cầu trên cần phải:
Yêu cầu 1: Quặng thiêu kết hay vê viên cao nên có độ kiềm cao tự trợ dung trung
hòa kỹ.
Yêu cầu 2: Chọn quặng thiêu kết có T0 hóa mềm cao phạm vi hóa mềm hẹp.
Yêu cầu 3: Tăng MgO trong xỉ đạt 6 ÷ 8%. Tạo xỉ loãng nồi lò.
Yêu cầu 4: Dùng nhiên liệu phụ bổ trợ có thể chạy xỉ axít khi dùng khí đốt Madút
– kết hợp khử S ngoài lò.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 15 of 120.

13


Header Page 16 of 120.

2.2.7. Lò gió nóng.




Header Page 17 of 120.

S=

Trong đó:

2VH
δ ⎤
⎡
= δ ⎢1 +
Φ
⎣ 2d ⎥⎦

d: là kích thước đường dẫn, hình khối vuông hoặc Φ lỗ.
δ : Chiều dày thực của gạch.

Từ công thức trên muốn tăng diện tích gia nhiệt (mặt nung) thì cần phải giảm chiều dày
gạch ( δ ) và thu nhỏ kênh dẫn.
2.2.8. Hệ thống gió nóng lò cao.

Hình 2.6 Sơ đồ cung cấp Oxy làm giàu gió nóng lò cao

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 17 of 120.

15


Header Page 18 of 120.

mở.

H6 là chiều cao thiết bị rơi liệu từ mép trên mặt bích vòm lò tới đáy côn lớn ở thể
Hi không vượt quá trị số lim (giới hạn) bền của Kok.
Hi max = 25,5 ÷ 31,5 (m) (Kok tốt)
23 ÷ 25 m (Kok thường)
(Các lò < 350m3 có thể nhỏ hơn)

3. Đường kính bụng lò D (m)
D=

Vi
H
=
(m)
n
ε .H

4. Đường kính nồi lò d (m)
d = 1,13.

P.K
Jd

(m)

Để tìm ra d phải thỏa mãn

Vi
πd 2

V1 là xuất thể tích nồi lò phần dưới. Còn gọi là nồi hứng lim loại tích từ trục gang
đến trục lỗ gió.
V1 = 0,1 ÷ 0,11 gang GM
V1 = 0,12 ÷ 0,14 gang Đúc.
hmg >

⎞⎛ 1 M ⎞
p ⎛ 24
.⎜⎜
+ TCham ⎟⎟.⎜ + ⎟
24. A ⎝ S me
2 ⎠
⎠⎝T

Tchậm là xuất lượng xỉ

Tấn xỉ/ T.gang

Smẻ là số mẻ gang/ ngày đêm.
7. Chiều cao nồi lò h1 (m)
h1 = hmg + ∆h (m)
∆h là khoảng cách trục lỗ gió và mép dưới hông lò.
Lò 100m3 TN ∆h = 0,25 ÷ 0,3 m
8. Chiều cao hông lò h2 (m)
h2 =

D−d
2.Cotgβ

β góc nghiêng hông lò 800 ÷ 820

12
⎣ 4
⎦

Thường h3 = 1,5 ÷ 2,5m; h5 < 3m
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 19 of 120.

17


Header Page 20 of 120.

B. Phương pháp tính trắc đồ theo PAMM và ЛEOHИДОΒ
Cho biết Vi m3
D = 0,5. Vi0,4
d = 0,32. Vi0,45
d1 = 0,5. Vi0,36
H = 7,4. Vi0,2
Hi = 6,44. Vi0,2 = 0,87. H
Hmg = 0,085. H = 0,098. Hi
Chiều cao hông lò: h2 = 3
h3 = 0,07 H
h4 = 0,6 H
h5 = h1
1. Đường kính của lò d2 (m) theo ЛΑBЛОΒ
Khi d1 < 6,15m, d2 = 0,7 d1
Khi d1 > 6,15m, d2 = d1 – 1,8m
Ở Thái Nguyên d2 - d1 = 1,1m
2. Góc côn lớn α ' thông thường chọn α ' = 50 ÷ 530 . Thái Nguyên = 500
3. Góc côn thành phễu lớn β ' = 67 ÷ 70 0 ở Thái Nguyên β '= 68 0

πd
∆1

∆ 1 theo ΓОTЛИΒ thì ∆ 1 = 1,3 ÷ 1,6 m
∆ 1 là chiều dài phần cung nồi lò chắn giữa 2 trục mắt gió liền nhau.

7.2. Xác định vận tốc gió thổi vào lò cao Vo.
Muốn vậy phải xác định động năng của gió E.
Vo =

⎛ 273 ⎞⎤
2. g .E ⎡
⎟⎥
.⎢(1 + Pgio )⎜ o
⎜ t + 273 ⎟⎥
G ⎢⎣
⎝ gio
⎠⎦

E: Là động năng của gió Kgm/giây
G: Lưu lượng gió thổi vào 1 tuye Kg/giây
g: Là gia tốc trọng trường 9,8 m/s2.
Pgió: Là áp suất cảu gió, at.
togió: Là nhiệt độ của gió nóng oC.
E: Xác định theo kinh nghiệm.
E = 86,5d2 – 313d + 1160Kgm/giây
G=

Xác định
JV = PV . K

4

≥

G.S mg
40.γ gio

4

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 21 of 120.

19


Header Page 22 of 120.

2.3.2. Cân bằng liệu và cân bằng nhiệt lò cao
1. Cân bằng liệu
1.1. Các khoản chi Kg/100Kg gang

1.2. Các khoản thu

Than Kok

Gang 100Kg

Nhiên liệu phụ (nếu có)

Xỉ


W2

Gió.

+ Do hoàn nguyên Fe bằng H2

W3

+ Hơi S, MnO, SiO2, Shơi = MnOhơi = SiO2hơi
Σ chi

Σ thu
Σ chi = Σ thu

1.2.1. Xác định lượng bụi lò.
π=

⎤ KP ⎡ l K1 .π KP1
⎤
l K 2 .π K 2
l K 2 .π KP2
K ⎡ l K1 .π K1
...⎥ +
+
+
+ ....⎥
⎢
⎢
100 ⎣⎢100 − π K1 100 − π K 2 ⎦⎥ 100 ⎣⎢100 − π KP1 100 − π KP2
⎦⎥



Header Page 23 of 120.

⎛ K 1 .WK1 K 2 .WK 2
⎞ ⎛ K P .WKP1 K P2 .WKP2
W2 = ⎜⎜
+
+ ....⎟⎟ + ⎜⎜ 1
+
100
100
⎝ 100
⎠ ⎝ 100
⎛ x1 .W x1 x 2 .W x2
⎞ ⎛ y1 .W y1 y 2 .W y2 ⎞
⎟
+
+ ⎜⎜
+
+ ....⎟⎟ + ⎜⎜
100
100 ⎟⎠
⎝ 100
⎠ ⎝ 100

⎞
⎟
⎟
⎠


MnOhoi =

λ Mn
100

.Σ MnO

SiO2 hoi =

λ Si
100

.Σ SiO2

Ở đây: λ S , λ Mn , λ Si : Hệ số bốc hơi của S, Mn, Si.
Thông thường chỉ tính:
S bochoi +

λS ⎛ S K

Sy ⎞
S
⎜⎜
.K + x . x +
.y ⎟
100 ⎝ 100
100
100 ⎟⎠


CO2y: Thể tích khí CO2 trong khí lò cao từ trợ dung m3/100 Kg gang.
CO2K: Thể tích khí CO2 trong khí lò cao do than bốc ra m3/100 Kg gang.
95407
rút ra từ phản ứng Ccốc + O2 = CO2 + 95407 Kcal.
22,4

2.1.2. Nhiệt cấp do cháy C thành CO

Kcal/Kg gang q2.

22,4 ⎤
⎡
⎢ COtong − CO K − 2C y . 11 ⎥ 28080
q2 = ⎢
⎥x
100
⎢
⎥ 22,4
⎣⎢
⎦⎥

Kcal/Kg gang

Ở đây:
COtổng: Là tổng khí CO trong khí lò cao m3/100 Kg gang.
COK: Tổng thể tích khí lò cao do than Kok bốc ra m3/100 Kg gang
Cy: Là lượng C tiêu thụ để phân hóa CO2 của trợ dung các bonát trong lò
cao Kg/100Kg gang
28080 là hiẹu ứng nhiệt phản ứng.
2.1.3. Nhiệt cấp do H2 cháy thành H2O

100

2.1.5. Nhiệt cấp do nhiệt hàm của gió đem vào q5 Kcal/Kg gang
⎡⎛
4 ⎞
f
o
o ⎤
q5 = τ ⎢⎜1 −
.C H' 2O .t gio
⎟.C ' KK .t gio +
⎥
100
⎣⎝ 100 ⎠
⎦

Kcal/ Kg gang

Ở đây:
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 24 of 120.

22


Header Page 25 of 120.

τ : Là thể tích gió ẩm thổi vào nồi lò m3/100Kg gang.

f: Là độ ẩm luyện kim trong bình của gió %.
C’KK và C’H2O: Là tỷ nhiệt thể tích trung bình của không khí và hơi nước.

q’1d

Kcal/Kg

q’1a: Là nhiệt phân hóa Fe2O3 → Fe

q1' a =

ψ2
100

x1758

Kcal/Kg

Ở đây: ψ 2 : Là lượng Fe ở dạng Fe2O3 trong phối liệu Kg/100Kg gang
q’1b: Là nhiệt phân hóa Fe2O3 → Fe

q1' b =

ψ3
100

x1583

Kcal/Kg

Ở đây: ψ 3 : Là lượng Fe ở dạng Fe2O3 trong phối liệu Kg/100Kg gang
q’1c: Là nhiệt phân hóa FeO → Fe
q’1d: Là nhiệt thu do Fe