Luận văn Nghiên cứu chất chống dính cho quặng dạng viên trong công nghệ luyện thép

nhân khử, quá trình khử này có thể được mô tả như sau: Quặng sắt được nung ở nhiệt độ 900-1100oC với than sẽ xảy ra các phản ứng sau: 4 Phản ứng cháy của than đá tạo khí CO: C + 1/2O2 CO Phản ứng hoàn nguyên sắt: Fe2O3 + CO  Fe3O4 + CO2; Fe3O4 + CO  FeO + CO2; FeO + CO  Fe + CO2. Như vậy, khí CO được tạo ra từ than đá, không cần dùng than cốc; các ôxit sắt găp̣ khí CO hoạt tính, chúng gây ra phản ứng hoàn nguyên, tạo sắt kim loại. Các yếu tố chính tăng hiệu quả kinh tế của công nghệ hoàn nguyên trực tiếp: - Sản phẩm có hàm lượng sắt cao, do đó là nguyên liệu rất tốt cho các lò điện sử dụng trong các nhà máy quy mô nhỏ. Cho phép sử dụng nguồn nguyên liệu có chất lượng thấp để tạo nên loại thép có chất lượng cao. Sản phẩm sắt sau khi hoàn nguyên có thể đạt 97%; - Dạng sản phẩm có thể được ép viên hoặc đóng viên dễ dàng vận chuyển, xử lý và tồn chứa; - Sản phẩm ra khỏi lò khử có thể được vận chuyển sang lò hồ quang điện ngay mà không cần làm nguội nhờ đó nên tiết kiệm năng lượng; - Quá trình hoàn nguyên trực tiếp sử dụng hỗn hợp khí khử, hỗn hợp khí này có thể chứa thêm các khí trơ khác mà không cần phải làm sạch. Tất nhiên không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nhưng khí trơ vẫn làm giảm hiệu quả của khí khử và hiệu suất nhiệt của quá trình. Hiện nay,trên thế giới đã có tương đối nhiều công nghệ hoàn nguyên trực tiếp. Phụ thuộc vào loại lò hoàn nguyên trực tiếp, có thể chia thành các công nghệ khác nhau[14].  Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp lò trục (Midrex, HyL) Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp Midrex được nghiên cứu và phát triển bởi Midrex/Kobe Steel, sử dụng thiết bị phản ứng dạng trục đứng. Quặng sắt ở dạng viên hoặc cục hoặc kết hợp được hoàn nguyên trong thiết bị trục đứng bằng tác nhân khí khử. Khí khử này được tạo ra từ quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên và một phần khí tuần hoàn từ lò hoàn nguyên. Quặng sắt được đưa vào thiết bị hoàn nguyên từ trên xuống, khí được thổi ngược từ dưới lên. Khí khử tiếp xúc với sắt và 5 quá trình hoàn nguyên diễn ra. Với công nghệ này, sản phẩm sau khi hoàn nguyên có hàm lượng sắt khoảng 90 đến 94%. Sắt hoàn nguyên sau khi ra khỏi đáy thiết bị hoàn nguyên có thể được ép nóng thành dạng thanh để thuận tiện cho quá trình vận chuyển, tồn chứa và xử lý. Công nghệ này có các ưu điểm như: - Sử dụng khí tự nhiên và quá trình kết tụ quặng sắt làm cho công nghệ này đơn giản; - Quá trình hoàn nguyên dòng khí khử và quặng sắt đi ngược chiều nên cho hiệu suất cao; - Việc mở rôṇg và tăng công su ất của nhà máy thuận lợi. Theo tính toán, muốn tăng công suất nhà máy lên gấp đôi chỉ cần tăng đường kính trong của thiết bị hoàn nguyên chính lên 40%; - Quá trình hoàn nguyên linh hoạt, có thể sử dụng nguồn khí tự nhiên đã được chuyển hóa mà tỷ lệ H2/CO dao động trong phạm vi rộng: từ 0,5 đến 3,5. Công nghệ MIDREX chiếm khoảng 70% thị phần sản lượng sắt sản xuất bằng công nghệ hoàn nguyên trực tiếp. Nhà máy lớn nhất có công suất 1,76 triệu tấn/năm, bằng khoảng một nửa so với một lò cao kích thước tiêu chuẩn.  Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp HYL III: Công nghệ này sử dụng thiết bị phản ứng trục đứng, nguồn nguyên liệu vẫn là quặng cục hoặc quặng viên và tác nhân khử vẫn sử dụng khí tự nhiên đã được chuyển hóa. Tuy nhiên, so với các công nghệ khác, HYL III vận hành tại nhiệt độ cao hơn chút ít (khoảng 930oC) và áp suất trung bình (khoảng 6 bar). Sản phẩm của công nghệ này cũng không có gì khác. Về công nghệ, một nhà máy HYL III có thể chia thành hai phần: phần tái sinh khí khử và phần hoàn nguyên. Thông thường, phần tái sinh khí khử sẽ chuyển hóa khí tự nhiên tạo thành H2 và CO để giúp làm giàu các cấu tử khử cho dòng khí tuần hoàn. Cấu tử khử sẽ được tuần hoàn và gia nhiệt bên ngoài thiết bị hoàn nguyên. Quá trình tuần hoàn này có gia nhiệt thêm đến khoảng 925oC. Ngoài ra còn có các bộ phận phụ trợ như: bộ phận tách nước khí đầu vào, hệ máy nén, làm mát, loại bỏ CO2. Công nghệ này có sử dụng bộ phận tách lưu 6 huỳnh trước khi chuyển hóa khí nên nó có thể sử dụng cho nguồn nguyên liệu giàu lưu huỳnh. Ngoài ra, nhờ phân xưởng chuyển hóa khí có bộ phận loại bỏ CO2 chọn lọc nên nó kiểm soát được tỷ lệ H2/CO trong các khoảng khác nhau nên việc điều chỉnh sẽ linh hoạt [9].  Công nghệ hoàn nguyên trực liếp lò quay SL/RN Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp này sử dụng than làm tác nhân khử phổ biến nhất. SL/RN sử dụng thiết bị hoàn nguyên là lò quay. Nguyên liệu sử dụng cho công nghệ này là quặng cục, quặng viên và cacbon rắn. Công nghệ này vận hành ở nhiệt độ cao và áp suất thường. Ưu điểm của công nghệ này là tính ổn định, sử dụng được nguồn than chất lượng thấp. Công nghệ này sinh ra một lượng đáng kể khí dư, chúng được sử dụng để sản xuất điện. Tuy nhiên, công nghệ này tiêu thụ lượng than lớn hơn đáng kể so với lò cao và hiệu quả sử dụng năng lượng của riêng mỗi nhà máy phụ thuộc vào hiệu quả sử dụng phần khí dư để sản xuất điện. Sản phẩm cuối cùng của công nghệ này có hàm lượng sắt khoảng 93% và hàm lượng cacbon khoảng 0,1 đến 0,2 % [15].  Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp lò đáy quay Fastmet/Fastmelt Công nghệ này sử dụng thiết bị hoàn nguyên là lò có đáy quay. Tác nhân khử sử dụng trong công nghệ này là cacbon có trong chất thải, than đá, than củi hay than cốc. Quặng sắt nguyên liệu được trộn với tác nhân khử và chất kết dính sau đó được vê viên hoặc ép thành bánh trước khi nạp vào lò. Viên/bánh quặng sau được đưa vào lò thành một hoặc hai lớp chúng được gia nhiệt nhanh lên 1350oC và tiến hành quá trình khử trong vòng 6 đến 12 phút trước khi đưa ra khỏi lò. Về sơ đồ công nghệ thì Fastmet và Fastmelt cơ bản giống nhau, chỉ khác là trong công nghệ Fastmelt có thêm một phân đoạn nung chảy sản phẩm hoàn nguyên để cho ra sản phẩm DRI nóng. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi cho mục đích thu hồi các sản phẩm phụ hoặc phế liệu có giá trị từ các nhà máy thép [15].  Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp lò đáy quay ITmk3 Tương tự như công nghệ Fastmelt, ITmk3 sử dụng thiết bị hoàn nguyên là lò đáy quay. Điểm khác biệt duy nhất ở công nghệ này là các viên quặng sau khi hoàn 7 nguyên được nung chảy tại phần đáy của lò để cho sản phẩm thép lỏng và phần xỉ. Bột quặng cùng với tác nhân khử là bột than được đóng thành bánh trước khi cho vào lò [15].  Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp tầng sôi Circored Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp tầng sôi gồm hai giai đoạn [7]. Vận hành tại nhiệt độ hoàn nguyên thấp và sử dụng khí tự nhiên đã được chuyển hóa làm tác nhân khử. Công nghệ này sử dụng nguồn nguyên liệu là bột quặng mịn có kích thước từ 0,03 – 1,00 mm và cho sản phẩm ở dạng viên được đóng nóng (HBI). Bột quặng trước tiên được làm khô và gia nhiệt ở 800oC trong tầng sôi gia nhiệt sơ bộ (tầng sơ cấp). Bột quặng khô sau đó được đưa vào tầng sôi tuần hoàn. Nguồn nhiệt được lấy từ quá trình đốt khí tự nhiên để đưa vào tầng sôi tuần hoàn. Tại đây quá trình khử diễn ra, khoảng 70% lượng quặng được khử tại tầng này. Một phần bột kim loại được lấy ra khỏi thiết bị tầng sôi tuần hoàn và đưa vào lò phản ứng tầng sôi. Lò phản ứng này đư ợc chia thành nhiều ngăn, vận tốc khí trong lò đạt khoảng 0,5 – 0,6 m/s. Sản phẩm cuối cùng được hoàn nguyên trong lò phản ứng tầng sôi đ ạt khoảng 92 – 93%. Ưu điểm của công nghệ này là chi phí vận hành và đầu tư thấp, hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhờ quá trình chuyển khối và truyền nhiệt trong tầng sôi rất hiệu quả. 1.1.3. Sắt xốp Quặng sắt sau khi được khử oxy được gọi chung là quăṇg s ắt hoàn nguyên trước (hoàn nguyên sơ bộ). Nếu được khử t ới mức xuất hiện sắt kim loại thì nó được gọi là quặng sắt kim loại hóa. Sắt xốp chính là loại quặng sắt kim loại hóa tốt, có mức độ kim loại hóa (tỷ lệ Fe kim loại /Fe tổng) cao trên khoảng 80 - 90% và hàm lượng đốt cháy dưới khoảng 10%. Để luyện ra sắt xốp, quặng sắt được hoàn nguyên ở nhiệt độ thấp sao cho không vượt quá nhiệt độ chảy của quặng. Thông thường khống chế nhiệt độ cực đại của liệu chỉ vào khoảng 1000-1150 ͦ C trở lại, nhưng cũng không nên để thấp hơn 600 ͦ C để đảm bảo sắt sinh ra không có tính tự cháy. Sản phẩm sắt kim loại xuất 8 hiện ở dạng rắn xốp (còn có tên gọi là sắt bột) với đất chảy của quặng ban đầu còn nguyên vẹn. Trong trường hợp, quặng sắt nghèo sắt và chứa nhiều đất chảy mà muốn luyện ra sắt xốp giàu Fe và chứa ít đất chảy như trên, trong công nghiệp hiện nay chỉ có cách: tuyển (làm giàu) quặng trước hoặc sau khi hoàn nguyên. Xu thế bây giờ là tăng cường làm giàu quặng trước khâu hoàn nguyên. Ở Liên Xô trước đây đã thực hiện được các phương pháp tuyển kỹ rất sâu (tuyển thâm độ, có độ hạt rất mịn, ∅ nhỏ tới dưới 0,05 - 0,07mm), trong đó có phương pháp tuyển nội thuận nghịch, cho phép thu nhận được tinh quặng chứa tới 70 - 71,8% Fe và hầu như không chứa S, P. Sản phẩm kim loại hóa từ tinh quặng này đem luyện thép sẽ cho người ta thu được lợi nhuận đủ bù hết các chi phí trong khâu luyện quặng. Thường phải tiến hành luyện viên (vê tròn rồi nung rắn) tinh quặng, sau đó mới cho hoàn nguyên, thu được sắt xốp ở dạng viên tròn (quặng viên kim loại hóa) ∅ 5-15mm. Riêng trong các quá trình hoàn nguyên bằng lò lớp sôi, có thể dùng luôn được tinh quặng mịn (tuy vậy cỡ hạt thường cũng phải hạn chế trong phạm vi ∅ 0,1- 4mm), nhưng ngay sau khâu hoàn nguyên phải có khâu ép bánh sắt xốp. Đã có nghiên cứu thực hiện công nghệ luyện sắt xốp từ quặng nghèo, có khâu tuyển theo sau khâu hoàn nguyên, cụ thể là phương pháp RN của Mỹ với dây chuyền hoàn nguyên-nghiền tuyển-ép bánh”. Nhưng phương pháp này vẫn chưa được thuận hóa trong quy mô công nghiệp (nhà máy luyện sắt xốp theo phương pháp này ở Nam Triều Tiên đã phải đóng cửa sau mấy năm hoạt động). Về chất lượng của sắt xốp, ngoài hàm lượng sắt và đất chảy, còn rất quan tâm đến hàm lượng cacbon, lưu huỳnh và trọng lượng riêng cũng như trọng lượng đông của sắt xốp. Hàm lượng oxy trong sắt xốp phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp công nghệ sản xuất: nếu luyện bằng lò quay hay lò đứng với chất hoàn nguyên là cacbon rắn (than), thì sắt xốp thường chứa C vào khoảng 0,1%; nếu luyện bằng lò đứng hay lò lớp sôi với chất hoàn nguyên thể khí chứa CO đáng kể, thì sắt xốp có thể chứa O tới 9 1% hay cao hơn, và đặc biệt lại có thể điều chỉnh được hàm lượng C trong phạm vi 1 - 2,5% , nếu tiếp sau quá trình hoàn nguyên có ngay quá trình làm nguội sắt xốp bằng khí chứa nhiều CH4 hay CO. Trong kỹ thuật luyện kim đen không chế được hàm lượng C trong nguyên liệu sản xuất thép là điều rất mong muốn. Về mặt S, sắt xốp rất ưu việt, thường chỉ chứa dưới 0,05% S, nhiều khi không quá 0,02 S. Đó là do có thể pha thêm được chất khử S (đá vôi, đôlômit) vào chất hoàn nguyên thể rắn với tỷ lệ tùy ý (không sợ bị nóng chảy tạo xỉ) hoặc có thể khử được S trong chất hoàn nguyên thể khí bằng cách cho khí hoàn nguyên đi qua lớp đá vôi hay đôlômit. Về trọng lượng riêng, sắt xốp dạng cục hay viên thông thường chỉ vào khoảng 3g/m3, nhưng nếu ở dạng bánh ép thì tới 5 - 8g/cm3. Sắt xốp “nặng” có ưu điểm là dễ chìm vào trong mẻ nấu của lò luyện thép và cũng ít bị han rỉ hơn sắt xốp “nhẹ” Bởi vậy, nếu xét riêng về mặt này thì sắt xốp dạng bánh ép được lựa chọn hơn dạng viên hay cục. Nhưng khi so với thép vụn thông thường, thì sắt xốp viên hay cục cũng không kém về trọng lượng đống: thép vụn (loại không ép bánh được) thường vào khoảng 1,7 tấn/m3, còn sắt xốp viên hay cục khoảng 1,4 - 1,7 tấn/m3. Đó là do thép vụn thường tuy có trọng lượng riêng tới trên 7g/cm3, nhưng lại có kích thước cồng kềnh. Do đó trong thực tế công nghiệp luyện thép lò điện hiện nay, sắt xốp viên hay cục có độ hạt thích hợp (∅ trên 5 mm) phải được ép bánh rồi mới dùng [6]. 1.2. Tình hình sản xuất sắt xốp trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Trên thế giới Những năm gần đây, các cường quốc về luyện kim như Mỹ, Ca-na-đa, Trung Quốc, Ấn Độ, Hàn Quốc, ... đã tìm ra và ứng dụng một công nghệ luyện thép, khác hẳn về nguyên lý với công nghệ lò cao truyền thống. Đó là công nghệ luyện thép "phi cốc" (không dùng than cốc). Công nghệ luyện thép “phi cốc” thế giới đi theo hai hướng:  Hoàn nguyên nấu chảy: dùng lò hoàn nguyên tạo ra gang lỏng để từ đó nấu ra thép, thích hợp với những nước giàu khí đốt thiên nhiên như Liên bang Nga, Ca-na-đa, Vê-nê-xu-ê-la, ... 10  Hoàn nguyên trực tiếp: dùng lò hoàn nguyên với nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của quặng sắt, để tạo ra sắt xốp, rất thích hợp với những nước có nhiều mỏ quặng sắt vừa và nhỏ, không giàu khí đốt thiên nhiên, nhưng lại nhiều than an-tra-xít, như nước ta. Ngành luyện kim thế giới đa ̃và đang t ập trung đầu tư nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ hoàn nguyên phi cốc để sản xuất sắt xốp có hàm lượng sắt tổng đạt hơn 90% làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất thép hợp kim chất lượng cao và thép đúc hợp kim cao. Hiện nay, công nghệ hoàn nguyên trực tiếp trong ngành công nghiệp luyện kim ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm của chúng. Sản phẩm sản xuất theo công nghệ này tăng nhanh qua các năm. Điều này được thể hiện trên biểu đồ Hình 1.1. Trong số này thì công nghệ hoàn nguyên trực tiếp MIDREX và HYL III là được sử dụng rộng rãi nhất. Cả hai công nghệ này đều sử dụng khí tự nhiên làm tác nhân khử. Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp được sử dụng rất phổ biến trong ngành luyện kim ở Trung Đông, Nam Mỹ, Ấn Độ. Hình 1.1. Sản lượng sắt được sản xuất theo công nghệ Midrex và HYL 11 1.2.2. Ở Việt Nam Ngành luyện kim Việt Nam hiện đang trong tình trạng tụt hậu cả về kỹ thuật, công nghệ lẫn quy mô sản xuất. Với trữ lượng quặng sắt khoảng 1,16 tỷ tấn, trong đó lớn nhất là mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh) có trữ lượng vào khoảng 544 triệu tấn, mỏ Quý Sa khoảng 112 triệu tấn, vùng Cao Bằng có trữ lượng khoảng 60 triệu tấn, ngoài ra còn một số mỏ có trữ lượng nhỏ nằm rải rác ở khu vực phía Bắc.Tuy nhiên, ngành thép hầu như chỉ đáp ứng được một nửa nhu cầu các sản phẩm về thép. Chất lượng sản phẩm thép cũng chỉ ở mức độ trung bình, chưa sản xuất được thép chất lượng cao ở quy mô thương mại. Về công nghệ, ở nước ta chủ yếu vẫn là công nghệ luyện thép truyền thống bằng lò cao và phải sử dụng than cốc được điều chế từ than mỡ. Nhưng ở Việt Nam nguồn than mỡ để sản xuất than cốc lại không có. Vì vậy, hoạt động của Nhà máy Gang thép Thái Nguyên (công suất 180 nghìn tấn/năm) và một vài lò cao ở quy mô nhỏ hơn phụ thuộc hoàn toàn vào việc nhập khẩu hoặc đổi quặng sắt lấy than cốc từ nhiều năm nay. Thực tế cho thấy, nếu phải đổi quặng sắt có hàm lượng 55 - 60% Fe để lấy than cốc như hiện nay thì một tấn gang sản xuất ra phải cần 6 - 7 tấn quặng sắt, trong đó 2,5 - 3 tấn để sản xuất và 3,5 - 4 tấn để đổi than cốc. Việc nhập khẩu than cốc từ Ô-xtrây-li-a và Trung Quốc có thể được tiến hành, nhưng nhiều doanh nghiệp Việt Nam đã chọn hình thức đổi quặng sắt để lấy than cốc dẫn đến tình trạng hàng trăm nghìn tấn quặng sắt/năm được xuất khẩu theo hình thức nêu trên. Hơn chục năm lại đây, công nghệ hoàn nguyên sắt xốp đã dần được dưa vào Việt Nam, một số cơ sở tiến hành nghiên cứu và một số công ty nhập thiết bị và công nghệ, trên cơ sở đó đã có một số dây chuyền sản xuất sắt xốp đang xây dựng : Các công ty nhập thiết bị và công nghệ Trung Quốc: + Công ty Nhật Phát (Hải Phòng): Lò quay 50.000 tấn/năm; + Công ty Matexim (Bắc Cạn): Lò tuynel 100.000 tấn/năm. Tháng 7/2010, Công ty Trách nhiêṃ Hữu haṇ Sắt xốp Kobelco Việt Nam (KINV) khởi công xây dựng một nhà máy sản xuất sắt xốp ở Quỳnh Lưu (Nghệ An), sử dụng công nghệ hoàn nguyên trực tiếp ITmk3, là một trong những công 12 nghê ̣hiện đại nhất hiện nay của tập đoàn Kobe (Nhật Bản). Công suất dự kiến khi hoàn thành giai đoạn I là 1 triệu tấn/năm, khi hoàn thành giai đoạn II là 2 triệu tấn/năm.Nguyên liệu chính sử dụng cho nhà máy là quặng sắt từ mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh) và than được lấy từ Quảng Ninh. Với công nghệ tiên tiến, hiện đại dự kiến nhà máy sẽ cho sản phẩm có chất lượng cao không chỉ phục vụ trong nước mà còn có thể xuất khẩu. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau nên đến nay dự án này vẫn chưa hoàn thành để cho ra sản phẩm như dự kiến. Trong khi nhu cầu sản phẩm sắt thép trong nước ngày càng tăng, nhu cầu cấp thiết phải cải tiến công nghệ để nâng cao công suất và chất lượng sản phẩm. Trước tình hình này, Công ty Cổ phần Khoáng sản và Luyện kim (MIREX) (Cao Bằng) đã tự nghiên cứu và thiết kế lắp đặt dây chuyền kiểu lò đứng 100.000 Tấn/năm. Kinh nghiệm nghiên cứu và đầu tư kinh phí để sản xuất sắt xốp ở Việt Nam có từ những năm 1975, nhờ được Nhà nước cấp kinh phí, Phân Viện Luyện kim đen Thái Nguyên và Công ty Gang Thép Thái Nguyên đã lắp dựng và vận hành lò hoàn nguyên trực tiếp sản xuất sắt xốp theo công nghệ lò quay. Do sự phát triển chung, cả thế giới lúc còn ở giai đoạn sản xuất thử với tổng sản lượng gần 1 triệu tấn sắt xốp, nên Việt Nam cũng chưa thể đầu tư khoa học công nghệ để đạt được các công nghệ tương đương, nên dự án phải tạm dừng. Sau 40 năm, những vấn đề mang tính bí quyết công nghệ hoàn nguyên trực tiếp đã được thế giới giải quyết, đưa ra nhiều giải pháp mới về thiết bị và công nghệ hoàn nguyên. Các công nghệ lai ghép và đơn giản hóa như lò tuynel, lò quay cũng được các nước phát triển và nhập từ Trung Quốc vào Việt Nam. Năm 2012, Công ty cổ phần Xuất nhập khẩu vật tư và thiết bị toàn bộ (Matexim) đã khánh thành đầu tư nhà máy sản xuất sắt xốp tại khu công nghiệp Thanh Bình, huyện Chợ Mới, Bắc Kạn bằng công nghệ và thiết bị lò lò tuynel nhập khẩu từ Trung Quốc với cơ sở chế biến quặng sắt tại Chợ Đồn. Sử dụng 100% quặng bột và vê viên, tổng vốn đầu tư khoảng 500 tỷ VNĐ. Hiện nay nhà máy cũng đang trong giai đoạn chạy thử nghiệm dây chuyền công nghệ. 13 Như vậy, đáng kể tên nhà máy sản xuất sắt xốp Bắc Cạn có dây chuyền khai thác và chế biến quặng bột để vê viên. Chưa có cơ sở nào xây dựng quy mô lớn sản xuất quặng bột và ép viên quặng dùng cho hoàn nguyên sản xuất sắt xốp. 1.3. Tổng quan về công nghệ ép viên quặng sắt Quá trình khai thác quặng sắt phục vụ luyện kim đã ra đời từ rất lâu. Lúc này, quặng sắt được sử dụng là loại quặng cục, có hàm lượng sắt cao (>60%) rất thuận tiện cho việc luyện kim. Tuy nhiên, theo thời gian, lượng quặng chất lượng cao dần cạn kiệt trong khi nhu cầu về gang thép lại ngày càng tăng. Chính vì vậy buộc các nhà luyện kim phải sử dụng đến nguồn quặng có hàm lượng sắt thấp (<60%) hoặc để thu hồi những phế phẩm, sản phẩm phụ trong các nhà máy luyện kim. Nguồn nguyên liệu này có thể được khai thác từ mỏ hoặc là sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình gia công loại quặng cục. Muốn sử dụng loại quặng này trong luyện kim đối với công nghệ luyện kim hiện nay trên thế giới bắt buộc phải làm giàu quặng. Để làm giàu quặng, phần quặng này phải được nghiền mịn. Sau khi được làm giàu, quặng mịn phải được kết tụ thành viên có các kích thước theo yêu cầu trước khi đưa vào lò hoàn nguyên. Có nhiều phương pháp để tạo nên viên quặng từ dạng bột sau khi đã làm giàu, đó là: - Nung kết: là quá trình kết tụ nhờ nung bột sắt đến nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, một phần bột sắt bị chảy liên kết phần bột quặng xung quanh tạo nên các hạt xốp; - Đóng viên: là sử dụng các loại máy ép, nén để ép bột quặng thành các viên có hình dạng và kích thước nhất định. Quá trình này không nung chảy hay không sử dụng các chất kết dính nên độ bền cơ lý của viên quặng không cao; - Vê viên: khác với các phương pháp trên, phương pháp này sử dụng chất kết dính liên kết các hạt (bột) quặng lại với nhau. Sau đó có thể sử dụng máy ép hoặc vê viên để tạo thành các hạt quặng có kích thước mong muốn. Phương pháp này tương đối đơn giản và tiêu tốn rất ít năng lượng. Độ bền cơ lý của viên quặng phụ thuộc nhiều vào bản chất chất kết dính. Phương pháp này hiện đang được sử dụng rộng rãi nhất. Các chất kết dính không ngừng được nghiên cứu và đổi mới. 14 Công đoạn tạo viên quặng hầu như là bắt buộc đối với tất cả các công nghệ hoàn nguyên muốn sử dụng đến nguồn nguyên liệu trước hoàn nguyên ở dạng bột. Công đoạn này đặc biệt có ý nghĩa đối với các công nghệ hoàn nguyên trực tiếp sử dụng tác nhân khử là bột than. Dây chuyền vê viên quặng sắt của Ấn Độđược thể hiện trên Hình 1.2. Thiết bị chính và sản phẩm của dây chuyền này được thể hiện trên Hình 1.3. Hình 1.2.Dây chuyền công nghệ vê viên quặng dùng cho sản xuất sắt xốp Hình 1.3.Thiết bị vê viên và sản phẩm viên quặng Công nghệ ép viên: Để khắc phục nhược điểm về độ bền nén của viên vê, tăng độ chịu nén của viên quặng trong lò hoàn nguyên, các nước đang áp dụng công 15 nghệ tiên tiến là ép viên quặng. Nguyên lý ép viên và sơ đồ một dạng thiết bị ép viên quặng được thể hiện trên Hình 1.4. Hình 1.4. Thiết bị ép viên quặng dùng cho lò hoàn nguyên (Ấn Độ) [15]. Công nghệ ép viên quặng là một công nghệ tiên tiến có các ưu việt: - Sử dụng keo dính chất lượng cao, có thể liên kết các hạt quặng và bột than; - Sử dụng lực ép bảo đảm kết dính các hạt quặng và bột than đồng thời giảm thiểu các khe hở, tạo điều kiện tiếp xúc trực tiếp giữa hạt quặng và hạt than làm tăng hiệu quả quá trình hoàn nguyên. Hình 1.5. Lưu trình của một nhà máy hoàn nguyên trực tiếp [15] 16 Sau khi ép sử dụng thiêu kết để tăng độ bền nén cho viên ép, có thể làm các bề mặt hạt quặng, tạo sự nóng chảy cục bộ tăng độ bền nén, chống vỡ trong lò hoàn nguyên. Một số nước như Ấn Độ, Iran đã đưa ra tiêu chuẩn viên ép quặng dùng cho lò hoàn nguyên kiểu đứng, Viên quặng ép từ quặng hematit, chịu được lực nén trong lò đứng cao đến 30m không bị vỡ gây tắc lò. Ngoài việc làm thế nào để tách được ôxy ra khỏi ôxit sắt đã liên kết hoá học chặt chẽ và khó hơn là phải đạt được tiêu chuẩn để làm thép hợp kim. Đồng thời, việc tiếp cận, nghiên cứu, thí nghiệm và sản xuất thửsắt xốp và phôi thép ở những lò và các tác nhân hoàn nguyên khác nhau để có công nghệ hoàn nguyên quặng sắt, thì việc tìm kiếm chất phụ gia trơ, trong đó có chất kết dính quặng tạo viên ép và chất bọc chống dính viên ép cho quá trình hoàn nguyên và tạo xốp là rất cần thiết. 1.4. Chất chốngkết dính sử dụng trong quá trình hoàn nguyên trực tiếp 1.4.1.Sơ lược về chất chống kết dính Sự dính kết có thể ảnh hưởng bất lợi đến quá trình gia công và ứng dụng của màng film, có khi làm màng film không thể sử dụng được. Do đó, bên cạnh việc làm kết dính quặng để tạo viên ép thì việc bọc chống dính các viên ép đó với nhau là việc cần thiết trong quá trình hoàn nguyên trực tiếp để sản xuất sắt xốp. Để giảm bớt sự tiếp xúc giữa các lớp film và ngăn chặn lực hút, chất chống dính và phụ gia trượt có thể được kết hợp cùng polymer tạo ra mộtmôi trường gia công thích hợp cho màng film. Phụ gia chống dính phải đạt được hiệu quả cao và thể hiện được chất lượng tin cậy và ổn định, chỉ ảnh hưởng ít hoặc không ảnh hưởng đến những thuộc tính của màng film. Việc chống dính được tiến hành theo 2 cách, cho một lớp phủ mỏng bao gồm các hạt rắn kích thước nhỏ vào giữa các lớp film hoặc làm nhám bề mặt màng film để tách các lớp ra. Chất silicđioxit tổng hợp như silic hun khói, silic dạng gel hoặc chất Zeolit là thành phần chính trong phụ gia chống dính dành cho màng bao bì cao cấp. Phụ gia chống dính cho những loại màng nhuộm màu và chất lượng thấp thì lại sử dụng silicđioxit tự nhiên và các khoáng chất như đất sét, điatomit, thạch anh 17 (SiO2), bột talc. Những vật liệu tổng hợp có một ưu điểm là không có trạng thái kết tinh (hiện tượng bụi phấn), trong khi những vật liệu tư ̣nhiên thì luôn có. Vì vậy, khi sử dụng vật liệu tự nhiên cần có thao tác xử lý đặc biệt để giảm bụi phấn và cũng cần có cách in ấn khác biệt hơn. Trong quá trình chống dính , chất chống dính sẽ hoạt động theo các nguyên tắc sau:  Tạo một lớp hàng rào để chống lại liên kết cơ hoc;  Ngăn chặn sự khuếch tán;  Hấp thụ kém và không phản ứng với ít nhất một trong hai bề mặt;  Sức căng bề mặt kém dẫn đến sự thấm ướt kém;  Công nhiệt động của quá trình kết dính ngoại thấp;  Lực liên phân tử kém qua bề mặt;  Thể hiện tương tác kết dính nội kém ngay bên trong pha chống dính;  Tạo ra một lớp biên yếu. Các nguyên lý kể trên cũng có liên quan đến nhau. Bột talc là một loại chống dính điển hình làm việc theo nguyên lý tạo hàng rào chống liên kết cơ học và chống khuyếch tán. Nó cũng làm giảm vùng tiếp xúc thông qua lực tương tác liên phân tử tầm gần. Sức căng bề mặt và công nhiệt động kết dính có liên quan đến nhau, sẽ được trình bày trong các biểu thức dưới đây, và cũng liên quan đến lực liên phân tử nên cũng ảnh hưởng đến sự hấp phụ và liên kết hóa học. Công kết dính ngoại WA là sự thay đổi năng lượng trên một đơn vị diện tích bề mặt khi hai pha tiếp xúc với n