Quy trình sản xuất thép

8 6.9K 124
Quy trình sản xuất thép

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Hóa kỹ thuật là môn khoa học về kỹ thuật và quy trình sản xuất các loại nguyên liệu và sản phẩm kỹ thuật cao trong ngành hóa học. Như vậy, hóa kỹ thuâṭ bao gồm các phương pháp san̉ xuât́

Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org QUY TRÌNH SẢN XUẤT THÉP 1. Giới thiệu Thép, do có tính chất đa năng và khả năng tái chế , là vật liệu cơ bản cho sự phát triển bền vững trong xã hội công nghiệp hiện đại. Nó thu hút dải rộng người dùng trong hầu hết các thị phần công nghiệp quan trọng, như sản xuất thiết bị và máy, xây dựng cầu, xây dựng nhà khung thép, năng lượng và kỹ thuật môi trường, giao thông, và công nghiệp bao gói, và những gì nêu trên chỉ chiếm một phần nhỏ ứng dụng của thép. Cấp độ sản xuất thép và ứng dụng thép của một quốc gia hay vùng miền phụ thuộc vào phát triển con người và vào sự phát triển kinh tế - kỹ thuật của quốc gia. 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. Các lưu trình công nghệ sản xuất thép thô Hoàn nguyên quặng sắt, chủ yếu qua con đường lò cao - lò thổi (BOF), Nấu chảy thép phế trong lò điện hồ quang. Quặng sắt là nguyên liệu thô chinh và chúng được nhập khẩu chủ yếu từ Brazil, Canada, Australia và Sweden. Sử dụng thép phế để chế tạo thép là một trong những cách ổ xưa nhất của quá trình tái chế. 2. Các lưu trình công nghệ 2.1 Lưu trình quặng sắt - lò cao - lò chuyển 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. Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org Dòng chuyển quá trình CN luyện thép Lò cao là thiết bị dạng hình trụ đứng hoạt động theo nguyên lý dòng chuyển. Vật liệu nạp dạng hạt thô (coke và liệu hay quặng sắt + trợ dung) được nạp từ đỉnh lò, trong khi dòng khí hoàn nguyên chạy lên trên, di chuyển ngược với liệu chuyển xuống. 2.1.1 Chuẩn bị của nguyên liệu nạp vào lò cao Một khía cạnh quan trọng của quá trình lò cao là sự chuẩn bị nguyên liệu nạp, để đảm bảo dòng khí chạy qua cột liệu (burden column). Quặng sắt được nạp ở dạng quặng cục, thiêu kết (sinter) và vê viên (pellets). Quặng cục là các quặng khoáng tự nhiên được đập và sàng theo một kích thước nhất định trước khi chúng được sử dụng. Tuy nhiên, từ kết quả của quá trình chuẩn bị và làm giàu cho khoáng quặng sắt để làm tăng hàm lượng sắt Fe, quặng hạt mịn sẽ tích lũy tăng dần và chúng phải qua xử lý tạo cục (agglomeration). Quá trình này được thực hiện bằng thiêu kết hoặc vê viên. Quá trình vê viên bao gồm sự tạo thành của quặng mịn và quặng cô có kích thước dưới 1mm thành quặng viên có đường kính 10 đến 15mm. Để làm được tế, hỗn hợp quặng được tạo ẩm và thêm các phụ gia kết dính. Quặng viên "tươi" sauđóđược tạo thành trong tróng quay hoặc đĩa quay. Quặng viên tươiđược làm khô và đóng rắn ở nhiệt độ trên 1000°C. Quá trình này được thực hiện trong lò đứng hoặc lò quay hoặc ghi lò chuyển động. Nhà máy quặng viên thường được đặt ngay tại nơi chế biến quặng. Thiêu kết (= tạo cục (agglomeration)) được thực hiên tại các sàn thiêu kết (nhà máy thiêu kết), ở đó các sàn với kích thước rộng hơn 4m và dài hơn 100m where. Quá trình thiêu kết gồm có nạp Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org hỗn hợp quặng mịn (quặng cám) với vụ coke, trợ dung, từ các hồi liệu nhà máy (in-plant returns) và quặng hồi liệu cám từ ghi liệu tuần hoàn hoặc sàn thiêu kết, và đốt cháy hàm lượng vụn coke trên bề mặt bằng ngọn lửa khí bởi 1 lò đốt mồi. Luồng khí hoặc không khí bị hút từ mặt đỉnh xuống đáy qua hỗn hợp liệu. Ngon lửa trước như thế sẽ chạy qua hết lớp liệu dày khoảng 500 mm trong suốt dọc chiều dài sàn thiêu kết và tạo cục cho hỗn hợp thành cục quặng thô. Nhà máy thiêu kết được đặt gần với lò cao trên hệ thống nhà máy sản xuất thép. Nhà máy vê viên và thiêu kết có thể sản xuất khoảng 6 triệu tấn quặng viên và thiêu kết trong 1 năm. Tất cả các chất mang quặng đều có chứa Oxy, chúng phải được khử bỏ qua quá trình hoàn nguyên trong quá trình lò cao. Để thực hiện điều đó, C được sử dụng. Chất mang C quan trọng nhất là coke lò cao, mà ngày nay được sản xuất trong các nhà máy coke hóa hiện đại, môi trường thân thiện. Quá trình coke hóa (coking) là quá trình nung nhiệt than trong buồng coke yếm khí, trong quá trình tăng nhiệt độ nung các chất bốc như khí lò coke, H2S và NH3 được thải ra và tái chế cho các mục đích sử dụng khác. 2.1.2 Sản xuất kim loại (gang) lỏng Khí nóng hay khí thổi có nhiệtđộ khoảng 1200°Cđược thổi qua hệ thống dẫn vào phần dưới của lò cao để tạo khí hoàn nguyên. Cacbon trong coke ở vùng này sẽ hóa khí do bị oxy hóa và tạo khí hoàn nguyên (CO), quá trình cháy tạo nhiệt độ ở đây lên đến 2200 °C. Khí tạo thành chạy lên trên, liên kết với Oxy, hay hoàn nguyên quặng. Khí chạy lên trên sẽ nung nóng liệu. Một phần nhỏ C tan vào gang, làm giảm nhiệt độ chảy lỏng của kim loại lỏng. ỏngCác nguyên tố lẫn (tramp) trong vật liệu nạp tạo thành xỉ lỏng và chúng được tách khỏi kim loại lỏng. Kim loại lỏng và xỉ được tập hợp ở vùng dưới lò cao (đáy) và tháo ra ở vùng dưới lò với nhiệt độ khoảng 1500 °C qua lỗ tháo, mà phải được mở. Kim loại lỏng và xỉ được tách bằng hệ thống dẫn lót gạch chịu lửa và dẫn đến lò chứa kim loại lỏng và lò chứa xỉ lỏng tương ứng. Để tối ưu hóa quá trình và giảm chi phí sản xuất, chất mang C như than, dầu hoặc các chất thải nhựa dẻo được phun vào làm chất thay thế coke qua ệ thống tuyer. Hoạt động của lò cao không có coke là không thể được. Coke được duy trì trong lò làm chất tạo cấu trúc cứng trong các vùng của lò cao khi quặng biến mềm hoặc chảy lỏng, nhờ đó nó đảm bảo khí chạy thông suốt và coke làm nhiệm vụ tạo cấu trúc nâng đỡ cột liệu rắn. Các quá trình được phát triển, mặc dù, để hoàn nguyên quặng không sử dụng coke. Chúng đươc gom nhóm theo thuật ngữ "hoàn nguyên trực tiếp" và "hoàn nguyên nóng chảy" Hoàn nguyên trực tiếp không tạo ra kim loại lỏng, nó hoạt độnở nhiệt độ thấp hơn so với quá trình lò cao. Chỉ có Oxy được tách khỏi quặng, và các phần tử đất chay trong quặng vẫn được duy trì trong các sản phẩm hoàn nguyên (DRI-DRI= Direct Reduced Iron - Sắt hoàn nguyên trực tiếp). Trong hầu hết quá trình hoàn nguyên trực tiếp khí hoàn nguyên được sản sinh bằng cách chuyển hóa khí thành H2 và CO. sản phẩm DRI được nạp trực tiếp vào lò điện hồ quang. Quá trình hoàn nguyên nóng chảy hoạt động qua 2 giai đoạn. Đầu tiên tất cả quặng được hoàn nguyên thành sắt xốp, và sau đó được chuyển thành kim loại lỏng, tương tự quá trình lò cao, các nhiên liệu là vào than và Oxy. Về phương pháp hoàn nguyên nóng chảy, chỉ có công nghệ Corex được sử dụng trong công nghiệp. Vì nhiều lý do về hiệu quả chi phí, cả hai quá trình bị ràng buộc theo các vùng nhất định và cấu hình nhà máy cho thấy còn lâu nữa chúng mới có sản lượng như lò cao. Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org Lò cao sản lượng lớn (dáy có đường kính khoảng 15m; dung tích khoảng 6000 m³) sản xuất khoảng 12000 tấn kim loại lỏng một ngày hoặc 4 triệu tấn năm. Nghãi là để lò cao hoạtđộngđược như vậy, cần có lượng vật liệu trung bình mỗi ngày là 19200 tấn quặng sắt, 4000 tấn coke, 1750 tấn than bột và 11 triệu m³ khí thổi được nung nóng đến nhiệtđộ khoảng 1200 °C. Và lượng xỉ tích lũy mỗi ngày khoảng 3300 tấn, chúngđược sử dụng làm vật liệu xây dựng trong công nghiệp xi măng và xây dựng đường xá, và như vậy khoảng 17 triệu m³ khí, sau khi được làm sạch, được sử dụng nhờ nhiệt năng của nó. Năm 2002, khoảng 600 triệu kim loại lỏngđược sản xuất bằng lò cao trên toàn thế giới. Thời gian hoạt động (đời lò), nghĩa là thòi gian trong suốt thời gian hoạt động cho đến khi lớp lót chịu lửa được thay thế hoàn toàn, ngày nay vào khaỏng 15 đến 20 năm. 2.1.3 Sản xuất thép thô Kim loại lỏng có chứa hàm lượng lớn các chất như C, Si, S và P. Chúng sẽ được khử trong quá trình luyện thép lò thổi Oxy để luyện thép thô. Minh họa của lò chuyển Oxy thổi đỉnh Từ kim loại lỏng thành thép thô. Các tạp chất được Oxy hóa trong lò chuyển (converter) oxy thổi đỉnh, ống thổi Oxy được làm nguội bằng nước. Một lượng nhất định thép phế, chiếm 25% tổng lượng liệu nạp, được thêm vào làm phụ gia làm nguội, do quá trình oxy hóa sinh ra lượng nhiệt rất lớn. Nạp thép phế trong xưởng lò chuyển Lò chuyển có thể chứa đến 400 tấn thép thô. Ngoài kim loại lỏng và thép phế, đá vôi được sử dụng với mục đích tạo xỉ và cùng các chất hợp kim hóa. Quá trình thổi luyện kéo dài khoảng 20 phút. Ngày nay bên cạnh việc thổi khí Oxy nguyên chất ở đỉnh, người ta sử dụng công nghệ thổi khí trơ hoặc Oxy ở đáy để tăng cường khuấy trộn cường hóa quá trình. 2.2 Thép phế - lưu trình lò điện hồ quang Sự gia tăng tầm quan trọng của lưu trình được chú trọng để tái sử dụng thép phế là vì lý do sử dụng tối ưu nguyên liệu thô và bảo vệ môi trường. Tái chế thép là vì nó đem lại tính thực tế về khía cạnh kinh tế. Việc sử dung các thiết bị nấu chảy lò điện hồ quang là vì hồ quang chuyển năng lượng điện thành nhiệt năng có hiệu suất cao và mật độ năng lượng lớn. Dòng điện không thể đơn giản lấy từ các hệ thống công cộng. Bằng việc sử dụng máy biến thế, để chuyển dòng điện có điện thế cao thành dòng điện có thế thấp (600 đến 1000V) dòng cao (55 đến 78kA). Tham số quan trong nhất của 1 lò hồ quang là năng lượng riêng của biến tế theo quan Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org hệ với 1 tấn liệu nạp, theo đó giá trị tương ứng đã đạt được lên đến 1000kVA/tấn. Điện cực Graphit dẫn dòng điện và tạo hồ quang cho liệu kim loại. Lò điện hồ quang xoay chiều (A.C. electric arc furnace) có tâm lệch và lỗ tháo đáy Các phần tử cấu trúc chính của lò hồ quang là vỏ lò với ệ thống tháo ở đáy lệch tâm và cửa thao tác, vòm di chuyển cùng các điện cực, và cơ cấu nghiêng lò. Vỏ lò có lớp gạch chịu lửa. The main structural elements of an arc furnace are the furnace shell with eccentric bottom tap hole system and working door, the removable roof with graphite electrodes, and the tilting mechanism. The furnace shell has a refractory lining. Trọng lượng mẻ thép lò hồ quang ngày nay có thể lên đến 200 tấn, với sản lượng hàng năm khoảng 1,5 triệu tấn. Để nạp liệu cho lò, mái lò được nâng lên và quay theo 1 hướng. Thép phế được chuyển bằng boongke lớn phía trên đỉnh và đổ vào miệng lò. Miệng lò được chuyển trở lại vàđiện cực di chuyển xuống thấp, tạo mồi lửa hồ quang lên thép phế nguội. Trong suốt quá trình nấu chảy, nhiệt độ hồ quang đạt tới 3500°C, và thép trong bể lò đạt tới 1800°C. Nhiệt độ cao cũng cho phép hòa tan chất khó nóng chảytrong thép phế. Để cường hóa quá trình nấu chảy ử dụng quá Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org trình phun thổi Oxy hoặc hỗn hợp khí nhiên liệu. Một khi đạt yêu cầu về thành phần hóa học và nhiệt độ, lò sẽ được nghiêng để tháo thép lỏng ra lò chứa. Lò điện hồ quang có thể sản xuất mác thép bất kì, hoàn toàn không phụ thuộc liệu nạp (thép phế, kim loại lỏng, cũng như kết hợp của chúng) . Ngày nay, thép thô được sản xuất không chỉ trong lò hồ qaung xoay chiều, được hoạt động với ba điện cực, mà còn được sản xuất bằng lò hồ quang 1 chiều với chỉ 1 điện cực. Lò điện hồ quang dòng điện trực tiếp Thiết bị như hình trên, đã đem lại các lợi ích về nấu luyện thép phế như tiêu thụ năng lượng điện thấp,tieu hao điện cực và vật liệu chịu lửa thấp. 2.3 Luyện kim thứ cấp Nhu cầu chất lượng cao về tính chất của thép sản xuất bằng lưu trình lò cao/lò chuyển hoặc lò điện hồ quang phải đáp ứng nhu cầu bằng quá trình xử lý tiếp sau. Điều này được thực hiện bằng quá trình luyện kim thứ cấp, nghĩa là xử lý lò nồi hoặc chân không cho thép thô lỏng. Phương tiện xử lý chân không ở giai đoạn luyện kim thứ cấp Bước sản xuất này với mục đích chính cần đạt là khử C, Nito, Hydro, P và S trong thép xuống mức rất thấp, ngoài ra để đồng nhất hóa thép lỏng, và giữ nhiệt nhiệt độ ở một giới hạn hẹp và chính xác. 3. Đúc thép Thép lỏng, được sản xuất với số lượng lớn, phải qua quá trình xử lsy hạ nguồn. Vì mục đích này nó được tạo hình nhất định về hình dạng, kích thước và khối lượng bằng quá trình đúc. Trong các tổ hợp nhà máy gang và cán thép, các dòng công xưởng đúc lớn, theo khái niệm dòng vật liệu, đi ra từ nhà máy thép và đi đến nhà máy cán trục. Thép được đúc theo phương pháp đúc thỏi hoặc đúc liên tục. Đúc thỏi, gồm có rót từng phần thép lỏng và các khuôn đúc (thỏi) vĩnh cửu,đang giảm dần dần về tầm quan trọng và chỉ được được sử dụng đúc thỏi lớn làm nguyên liệu cho quá trình rèn tiếp sau. Thép lỏng được sử dụng cho cán nóng ngày nay thường được tạo thỏi đúc bằng phương pháp đúc liên tục, ở Đức chúng chiếm thị phần khoảng 97% và trên thế giới chiếm khoảng 90%. Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org Trong quá trình đúc liên tục, thép lỏng chuyển từ lò nồi vào thùng trung gian (tundish), chế độ luồng kín, trong thời gian ngắn, qua khuôn đồng làm nguội bằng nước. Hình dạng của khuôn xácđịnh hình dạng của dòng đúc. Trước khi bắt đầu đúc,đáy của khuôn đúc được đóng bằng thiết bị giống dây xích hoặc được gọi là thanh giả. Chừng nào đạt mức thép lỏng, khuôn đúc được giao động dọc trục thẳng đứng sao cho dòng đúc không dính vào mặt khuôn đúc. Dòng đúc sáng chói, một khi đã đông đặc ở vùng bề mặt, được rút khỏi khuôn, trước tiên với sự dẫn hướng của thanh giả, sau đó bởi kẹp máy cán, trong khi khuôn liên tục được bổ sung thép lỏng từ phía trên. Bởi vì lõi thép vẫn ở trạng lỏng, dòng đúc phải được phun và làm lạnh bằng nước và được giữ trên các cạnh máy cán cho đến khi đông đặc hoàn toàn, làm như vậy để tránh phá hủy qua vùng bề mặt mỏng yếu. Khi thỏi đúc đã đông đặc hoàn toàn, dòng đúc được cắt theo chiều dài nhất định bằng đèn cắt di chuyển hoặc máy cắt. Tăng tốc độ làm lạnh làm cho vật đúc có cấu trúc đông đặc đồng nhất tùy theo thuộc tính công nghệ cho phép. Ngày nay tốc độ đúc cao đã đạt được. Phụ thuộc vào tiết diện và số dòng đúc đồng thời, tốc độ đúc trong khoảng 0,6 đến 6 mét/phút. tiết diện về sau này với chiều rộng khoảng từ 1500 đến 2000mm và chiều dày khoảng 250mm. Để có thể đúc liên hoàn mẻ tiếp mẻ mà không gián đoạn, các thùng chứa thép lỏng dự bị phải được mang đến vị trí đúc kịp thời. Quá trình đúc tuần tự như thế diễn ra với sự trợ giúp của các tháp, mà có thể chứa 2 thùng. Công nghệ đúc liên tục thay thế không chỉ đúc thỏi truyền thống mà còn thay thế quá trình đúc thỏi - cám tấm và cán thanh ở giai đoạn cán hạ lưu. Lợi nhuận của sản phẩm cáncho 1 tấn thép lỏng có thể được tăng lên với quá trình đúc liên tục 10 đến 12% so với 85% cho đúc thỏi, dẫn đến tiết kiệm đáng kể năng lượng và nguyên liệu. Độ sạch đạt được trong đúc liên tục cũng tốt hơn đúc thỏi. Sự đông đặc nhanh làm cho cấu trúc đồng nhất và giảm sự tích tụ (segregation). Đúc thép tấm liên tục truyền thống (ra khỏi bàn giá cán discharge roller table) Tiết diện vật đúc liên tục dạng dài, như dầm, ray hoặc thanh dây, ừ 100 x 100 mm tới 450 x 650 mm. Các vật đúc tấm đối với các sản phẩm tấm phẳng 300 x 2000 mm. Vật đúc được gọi tên là jumbo có thể đạt tiết diện với chiều rộng tới 2700 mm. Sự phát triển cách mạng như hiện nay là đúc hình dạng thật hoặc đúc - cán, như vậy nó tiết kiệm đáng kể công cán khi sản xất sản phẩm thép tấm mỏng (Xem thêm: Nghiên cứu và công nghệ/Công nghệ sản xuất/Tạo hình và lơp phủ). Nó được thiết kế để đạt chiều dày vật đúc từ 50 đến 90mm đối với vật đúc tấm mỏng, từ 10 đến 15mm đối với đúc băng (dải) trực tiếp, và từ 1 đến 5mm đối với đúc băng . Công nghệ tấm mỏng dựa trên quá trình đúc cán đã trở thành quá trình chuẩn trên thế giới. 4. Triển vọng Các lưu trình sản xuất gang và thép cũng như sự phát triển sản xuất và lĩnh vực sử dụng các mác Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org thép đã đạt đến trạng thái trình độ cao, vẫn còn đem lại nhiều tiềm năng cải tiến. Công nghiệp thép tiếp tục đối mặt với các tiến bộ trong các nhà máy và quá trình công nghệ, và ứng dụng sản xuất, nhất là sử dụng thép như vật liệu nhẹ bảo toàn tài nguyên. The routes for producing iron and steel, as well as the product developments and fields of use for the steel grades have reached a very advanced state, yet still offer diverse potentials. The steel industry continues to face challenges with regard to innovations in plant and process engineering, product development, and product application, particularly in the use of steel as a resource-conserving lightweight material. Lưu đồ dòng chuyển xử lý sản phẩm cán Biên dịch: Nguyễn Hoàng Việt Bộ môn: Kỹ thuật gang thép, Đại học Bách Khoa Hà Nội email: viet4777@mail.hut.edu.vn . quá trình đúc cán đã trở thành quá trình chuẩn trên thế giới. 4. Triển vọng Các lưu trình sản xuất gang và thép cũng như sự phát triển sản xuất. Tài liệu được chia sẻ bởi http://thuviendientu.org QUY TRÌNH SẢN XUẤT THÉP 1. Giới thiệu Thép, do có tính chất đa năng và khả năng tái chế , là

Ngày đăng: 24/10/2012, 11:18

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan