Nghiên cứu thiết kế hệ thống phun bột than lò cao, chế tạo một số bộ phận quan trọng của hệ thống

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

LỜI MỞ ĐẦU

Năm 1963 mẻ gang đầu tiªn ra lß tại Nhà M¸y Gang thÐp Th¸i Nguyªn đ¸nh dấu

bước khởi đầu của ngành luyện kim Việt Nam. Qu¸ tr×nh từ đã đến nay ngành thÐp Việt

Nam trải qua giai đoạn khã khăn (1976 –1989) do kinh tế đất nước l©m vào khủng hoảng,

sản lượng thÐp cả nước chỉ đạt 40 ngàn đến 85 ngàn tấn/năm; đến thời kỳ 1989 – 1995

s¶n l−îng thÐp trong n−íc ®· v−ît trªn 100ngµn tÊn/n¨m; nh÷ng n¨m 1996-2000 ngµnh

thÐp vÉn gi÷ møc t¨ng tr−ëng cao, s¶n l−îng thÐp c¶ n−íc ®¹t 1,57 triÖu tÊn, t¨ng gÊp 3 lÇn

n¨m 1995 vµ 14 lÇn so víi n¨m 1990. Tuy nhiªn, ngµnh thÐp ViÖt Nam ®−îc ®¸nh gi¸ vÉn

trong t×nh tr¹nh kÐm ph¸t triÓn so víi mét sè n−íc trong khu vùc vµ tr×nh ®é chung cña thÕ

giíi. Sù yÕu kÐm nµy thÓ hiÖn qua c¸c mÆt: N¨ng lùc s¶n xuÊt ph«i thÐp (thÐp th«) qu¸ nhá

bÐ, ch−a sö dông cã hiÖu qu¶ c¸c nguån quÆng s½n cã trong n−íc ®Ó s¶n xuÊt ph«i. Chi phÝ

s¶n xuÊt lín, n¨ng suÊt lao ®éng kÐm, møc tiªu hao nguyªn liÖu, n¨ng l−îng cao, chÊt

l−îng s¶n phÈm ch−a æn ®Þnh. Trang thiÕt bÞ cña Tæng C«ng ty thÐp ViÖt Nam phÇn lín

thuéc thÕ hÖ cò, tr×nh ®é c«ng nghÖ thÊp, thiÕu ®ång bé, møc ®é tù ®éng ho¸ thÊp.

Quan ®iÓm vµ môc tiªu ph¸t triÓn ngµnh thÐp giai ®o¹n n¨m 2000 -2010 lµ tõng b−íc

®¸p øng nhu cÇu th«ng th−êng vÒ thÐp x©y dùng cña ViÖt Nam ®Ó kh«ng bÞ phô thuéc

hoµn toµn vµo n−íc ngoµi; cô thÓ trong chiÕn l−îc thÓ hiÖn:

- Ngµnh thÐp cÇn ®−îc x¸c ®Þnh lµ ngµnh c«ng nghiÖp ®−îc −u tiªn ph¸t triÓn;

- KÕt hîp chÆt chÏ gi÷a ph¸t huy néi lùc vµ tranh thñ cã hiÖu qu¶ c¸c nguån vèn n−íc

ngoµi (tr−íc hÕt vÒ thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ).

- VÒ c«ng nghÖ: Trong giai ®o¹n ®Õn n¨m 2002 vÉn sö dông c«ng nghÖ truyÒn thèng lµ

s¶n xuÊt lß cao luyÖn thÐp.

HÖ thèng phun bét than lß cao lµ lµ mét øng dông biÖn ph¸p c«ng nghÖ tiªn tiÕn

trong lß cao luyÖn gang nh»m thay thÕ mét phÇn nhiªn liÖu ®¾t tiÒn b»ng than AntraxÝt

hiÖn cã vµ phæ biÕn ë ViÖt Nam.

HiÖn t¹i 02 lß cao luyÖn gang lín nhÊt cña ta t¹i Nhµ m¸y Gang – C«ng ty Gang thÐp

Th¸i s¾p tíi sÏ ®−îc c¶i t¹o bæ sung hÖ thèng phun bét than lß cao. Thêi gian s¾p tíi gÇn

®©y, trong dù ¸n giai ®o¹n 2 më réng nhµ m¸y gang thÐp mµ trong ®ã cã x©y dùng míi 02

lß cao víi dung tÝch 500m3

(lín gÊp 5 lÇn lß cao cò hiÖn cã) còng sÏ ®−îc trang bÞ hÖ

thèng phun bét than nµy.

§Ó lµm chñ c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ tiªn tiÕn, t¨ng c−êng n¨ng lùc trong n−íc b»ng

c¸ch chñ ®éng nghiªn cøu hÖ thèng, tËn dông c«ng nghÖ n−íc ngoµi ®−a vµo ë møc ®é cã

thÓ tù thiÕt kÕ hÖ thèng, thiÕt kÕ, chÕ t¹o thiÕt bÞ sÏ cã ý nghÜa thùc tiÔn quan träng. V× vËy

nhãm nghiªn cøu ViÖn nghiªn cøu C¬ khÝ ®· m¹nh d¹n ®Ò xuÊt ®Ò tµi “ Nghiªn cøu thiÕt

kÕ hÖ thèng phun bét than cho lß cao, thiÕt kÕ chÕ t¹o mét sè bé phËn quan träng cña hÖ

thèng”.

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 thập 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 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

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.