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 : Bộ Công Thương Cơ quan chủ trì đề tài : Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm đề tài : Nguyễn Lâm Tuấn Anh 7265 30/3/2009 Hà Nội - 2008 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 Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài (Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Lâm Tuấn Anh Hà Nội - 2008 1 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 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ DÂY CHUYỀN PHUN THAN LÒ CAO 40 3.1. Cơ sở thiết kế. 40 3.2. Công nghệ 40 3.3. Thiết kế cung cấp điện và điều khiển 45 2 3.4. Hệ thống chống sét và tiếp đất 46 3.5. Hệ thống cung cấp Oxy, nitơ 46 3.6. Danh mục thiết bị hệ thống phun than 47 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN 48 4.1. NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP BỘT THAN 48 4.1.1 Hệ thống thiết bị: 48 4.1. 2. Một số vấn đề về hệ thống vận chuyển vật liệu bằng khí nén: 48 4.1.3 . Tính toán thiết kế hệ thống vận chuyển khí nén đưa bột than đến lò: 55 4.2 NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỀU KHIỂN PHUN THAN LÒ CAO 58 4.2 .1. Đặt vấn đề 58 4.2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống phun bột than: 60 4.2.3. Kết luận 66 4.3 NGHIÊN CỨU TUYERE PHUN BỘT THAN, 67 4.3.1. Giới thiệu về thiết bị phun, tuyere: 67 4.3.2. Chế độ làm việc của thiết bị phun, tuyere: 67 4.3.3. Cải tiến thiết bị tuyere, tăng lượng phun than và hiệu suất đốt cháy 68 4.3.4. Một số chỉ tiêu thiết kế thiết bị tuyere 68 4.3.5. Thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than 71 4.3.6. Chế tạo đầu phun bột than 73 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 3 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA TT Họ và tên Học hàm, học vị, chuyên môn Cơ quan công tác 1 Nguyễn Lâm Tuấn Anh Thạc sỹ kỹ thuật Viện NCCK 2 Nguyễn Văn Miên Tiến sỹ kỹ thuật Viện NCCK 3 Nguyễn Đức Toàn Thạc sỹ kỹ thuật Viện NCCK 4 Nguyễn Đăng Hiếu Kỹ sư Cơ tin Viện NCCK 4 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, ch a 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 sản xuất lò cao luyện thép. Hệ thống phun bột than lò cao là là một ứng dụng biện pháp công nghệ tiên tiến trong lò cao luyện gang nhằm thay thế một phần nhiên liệu đắt tiền bằng than Antraxít hiện có và phổ biến ở Việt Nam. Hiện tại 02 lò cao luyện gang lớn nhất của ta tại Nhà máy Gang Công ty Gang thép Thái sắp tới sẽ đợc cải tạo bổ sung hệ thống phun bột than lò cao. Thời gian sắp tới gần đây, trong dự án giai đoạn 2 mở rộng nhà máy gang thép mà trong đó có xây dựng mới 02 lò cao với dung tích 500m 3 (lớn gấp 5 lần lò cao cũ hiện có) cũng sẽ đợc trang bị hệ thống phun bột than này. Để làm chủ công nghệ và thiết bị tiên tiến, tăng cờng năng lực trong nớc bằng cách chủ động nghiên cứu hệ thống, tận dụng công nghệ nớc ngoài đa vào ở mức độ có thể tự thiết kế hệ thống, thiết kế, chế tạo thiết bị sẽ có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Vì vậy nhóm nghiên cứu Viện nghiên cứu Cơ khí đã mạnh dạn đề xuất đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than cho lò cao, thiết kế chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Kỹ thuật phun nhiên liệu lò cao thay thế một phần nhiên liệu cốc đắt tiền đã trở thành biện pháp công nghệ phổ biến ở các nước phát triển. Vào đầu thập kỷ 60 của thế kỷ 20, kỹ thuật phun thổi được thực hiện thành công ở Pháp, Mỹ, Liên Xô - chủ yếu là phun thổi khí đốt tự nhiên. ở các nước Đức, Nhật đến những năm 80 th ập kỷ 20 đã chuyển thành công phun dầu nặng thành than cám. 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 liệ u 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. Đố i 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 đạ t 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“ (sả n 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 đã được áp dụng từ khá lâu, nhưng đến nay Việt Nam mới có điều kiện tiếp cận. 6 1.3. Nội dung nghiên cứu. a. Đối tượng: Hệ thống phun bột than cho lò cao được áp dụng tại nhà máy gang thép thái nguyên. b. Phạm vi: Thiết lập các báo cáo tổng quan, quy trình công nghệ, thiết kế chế tạo 01 đầu phun than đạt chất lượng tương đương nhập ngoại. c. Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan: + Công nghệ luyện gang hiện tại ở nhà máy Gang thép Thái Nguyên. + Công nghệ luyện Gang tiên tiến với lò cao có hệ thống phun bột than. - Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than. - Nghiên cứu thiết kế các bộ phận thiết bị của hệ thống. - Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống, chế tạo 01 đầu phun than. 7 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 s ản 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 xuấ t 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. 8 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 [...]... 2.2.8 Hệ thống gió nóng lò cao Hình 2.6 Sơ đồ cung cấp Oxy làm giàu gió nóng lò cao 15 2.3 Các thông số cơ bản của lò 2.3.1 Trắc đồ lò cao Có nhiều phương pháp tính trắc đồ, song hiện nay phổ biến vẫn theo phương pháp của ЛΑBЛОΒ với Vi cho trước A Tính trắc đồ lò cao (Dựa theo CЛYTЧΗИК METAЛЛYPΓΑ) H= 1 Chiều cao toàn bộ: 3 Vi.n 2 ε (m) - ε là hệ số trong công thức Vi= ε.D2.H - D là đường kính bụng lò. .. hóa tăng dần theo vùng từ thân lò xuống nồi lò 11 Vùng Hàm lượng các bon Min Max Thân lò dưới 0 0,5 ÷ 1 Bụng lò 0,5 ÷ 1 2,5 ÷ 3 Nồi lò 3÷4 4 ÷ 4,5 b Lý tính gang lỏng: Trọng lượng riêng d= 7,16 – (0,1.[Si] + [C]) Độ nhớt của hệ Fe – C V1600 Là thể tích riêng hợp kim ở 16000C (cm3/g) R là hằng số khí 1,988 Cal/mol 2.2.6 Quá trình tạo xỉ lò cao: Các giai đoạn tạo xỉ trong lò cao được tiến hành qua các... thông thường n = 4,2 ÷ 4,5 (than gỗ) D - n là tỷ số Với lò chạy than Kok n = 3,5 ÷ 4,5 (lò dung tích to lấy số nhỏ và ngược lại) - Lò 100m3 Thái Nguyên n = 4,43 - Vi thể tích hữu ích của lò (theo đầu bài cho) 2 Chiều cao có ích: Hi = H – H6 (m) 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... không được nạp liệu B Điều chỉnh đỉnh lò: 1 Điều chỉnh đỉnh lò là một trong những phương pháp cơ bản để đảm bảo lò chạy bình thường Phối hợp chính xác điều chỉnh đỉnh lò và điều chỉnh dưới lò phương pháp thao tác quan trọng Mục đích điều chỉnh đỉnh lò (thay đổi thứ tự, phương pháp nạp liệu, đường liệu, trọng lượng mẻ liệu) là đảm bảo dòng khí than phân bố hợp lí và liệu lò xuống đều 2 Các phương pháp nạp... 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 9 Chiều cao than lò h4 (m) h4 = D − d1 2.Cotgα α góc nghiên than lò 840 ÷ 870 10 Chiều cao bụng lò và cổ lò h3,h5 (m) Giải hệ phương trình bậc nhất 2 ẩn số h3 và h5 h3 + h5 = H i − (h1 + h2 + h4 ) π D 2 4 h3 + (1) πd12 ⎡ π d 2 ⎤ π π h5 = Vi ⎢ h1 + h2 ( D 2 + Dd +... 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 13 2.2.7 Lò gió nóng Hình 2.5 Lò gió nóng, nguyên lý hoạt động của các thông số KT Các thông số cơ... 2.3 Sơ đồ phân vùng trong lò cao 2.2.2 Đặc điểm quá trình công nghệ So với các quá trình luyện kim bao gồm 5 đặc điểm: - Làm việc liên tục và không đổi trong một đời lò dài nhất 8 – 12 năm, tuổi thọ của lò phụ thuộc vào thể xây chế độ vận hành - Gang xỉ ở dạng lỏng nên 2 pha gang và xỉ dễ tách riêng do tỷ trọng khác nhau, nên hiệu thu hồi rất cao thường trên 98% 9 - Lò cao là thiết bị trao đổi nhiệt... M3 + M4 = 100) P = θ1 + θ 2 + θ 3 + θ 4 (Kg) 4.5 Đặc tính lý học của xỉ Dùng các biểu đồ độ nhớt, tonóng chảy РΑЛΚИН và GAU BA σuy nhiệt dung của xỉ - Độ nhớt ở 1500oC – 1400oC - Nhiệt độ chảy của xỉ - Nhiệt dung của xỉ Kcal/Kg xỉ 2.4 Vận hành lò cao 2.4.1 Ảnh hưởng của các yếu tố đến tiêu hao than cốc theo Tham số Sự biến thiên của tham số Sự thay đổi lượng cốc Hàm lượng tro trong cốc + 1% + 27,5* Kg/t... 0,028 Trong khoảng tham số từ 9,2 đến 11,5 g/m3 - ***** Từ 1500 đến 2500 ngày đêm 2.3.2 Chế độ thao tác lò cao A Chế độ nạp liệu: 1 Khi thao tác phải đúng tỷ lệ và trọng lượng mẻ liệu, đúng thứ tự và đường liệu để nạp vào lò 2 Các loại nguyên, nhiên liệu trong mỗi mẻ phải đúng trọng lượng quy định và đảm bảo sai số nhỏ nhất Sai số cho phép khi cân như sau: a Quặng sắt: ± 5kg b Than cốc: ± 5kg c Đá vôi:... (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 = 24 ÷ 28; A = 4 A P là năng suất lò P = PV Vi (Pv Hệ số lợi dụng Tấn/m3.24h) K là suất tiêu thụ Kok TKok/T gang JA Cường độ chạy T Kok/m3 nồi lò thông thường 21 ÷ 25 16 5 Đường kính cổ lò d1 (m) d1 = (0,67 ÷ 0,75).D Lấy số lớn khi quặng nghèo, lò . kế hệ thống phun bột than. - Nghiên cứu thiết kế các bộ phận thiết bị của hệ thống. - Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống, chế tạo 01 đầu phun than. . phun bột than cho lò cao, thiết kế chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1.Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Kỹ thuật phun nhiên liệu lò cao thay thế một. 4.3.4. Một số chỉ tiêu thiết kế thiết bị tuyere 68 4.3.5. Thiết kế thiết bị tuyere - đầu phun bột than 71 4.3.6. Chế tạo đầu phun bột than 73 4.4. VẬN HÀNH LÒ CAO VỚI CÔNG NGHỆ PHUN THAN 77