Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất viên ép quặng cám cung cấp cho lò hoàn nguyên

Sắt xốp hay sắt hoàn nguyên tực tiếp (Direct-reduced iron DRI), được sản xuất từ quặng sắt hoàn nguyên trực tiếp dưới dạng cục (lumps - kẹp hàm) hoặc viên vê (pellets) từ quặng bột bằng chất hoàn nguyên thể rắn (than đá) hoặc bằng khí thiên nhiên. Công nghệ hoàn nguyên tực tiếp quặng sắt ở trạng thái rắn tạo ra sản phẩm được gọi là Sắt hoàn nguyên trực tiếp (direct reduction), còn lại công nghệ hoàn nguyên ở nhiệt độ cao hơn, tạo ra sản phẩm dạng lỏng, có hàm lượng C%>2%, không gọi là sắt xốp, mà được gọi tên chung là gang lỏng.

Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp sản xuất sắt xốp là công nghệ mới đang được đầu tư tại các nước phát triển như Mỹ, Đức, Ý, Nga, Hàn Quốc... và các nước đang phát triển như Ấn Độ, Venezuêla, Iran, Trung Quốc... là một công nghệ không sử dụng than cốc, tiết kiệm nguyên, nhiên liệu, thân thiện môi trường và hiệu quả kinh tế cao. Sản phẩm của công nghệ dùng làm nguyên liệu cho công nghệ luyện kim bột, luyện các mác thép đặc biệt có tính dẻo tốt, độ bền cao thay thế cho các mác thép kinh điển.

Công ty Công ty CP Khoáng sản và Luyện kim Việt Nam (MIREX) đã xây dựng nhà máy sản xuất sắt xốp và đã sản xuất thử nghiệm được gần 10.000 tấn sắt xốp tại Bản Tấn - Cao Bằng, với công nghệ tiên tiến hoàn nguyên trực tiếp, không dùng than cốc, một công nghệ hiện đại của thế giới, có tính kinh tế - kỹ thuật và môi trường. Sản phẩm của công nghệ mới, gọi chung là “sắt hoàn nguyên trực tiếp (Direction Reduced Iron - DRI)”, ở dạng rắn được gọi là sắt xốp (Sponge Iron). Sắt xốp là nguyên liệu sạch, rất hữu ích dùng làm nguyên liệu luyện thép chất lượng cao, do chúng có hàm lượng C, tạp chất P và S thấp so với gang lò cao, thép phế và hầu như không có các nguyên tố lẫn mà đôi khi không mong muốn trong thép như Cu, Zn... đồng thời sắt xốp còn chứa một lượng nhỏ FeO với cấu trúc rỗng có chứa khí O2, nên tạo điều kiện làm sôi nước thép, khuấy đảo tạp chất nổi lên và đi vào xỉ, nhờ đó, đã giảm thiểu chi phí và thời gian luyện, khử cacbon và tạp chất, làm tăng chất lượng thép, làm cơ sở cho luyện các mác thép hợp kim và giảm giá thành sản phẩm. Sắt xốp đã được thế giới coi là một nguyên liệu chiến lược để luyện các mác thép hợp kim độ bền cao và siêu cao. Trong khi ngành thép Việt Nam đang đối mặt với một vấn đề nan giải là cần sản xuất được các loại thép hợp kim, thép chế tạo, nhất là các thép chất lượng cao phục vụ cơ khí xây dựng, cơ khí ô tô, sản xuất quốc phòng… sự xuất hiện một nguyên liệu mới - sắt xốp với rất nhiều ưu việt, đã từng bước chứng minh được vai trò của nó trong sản xuất thép chất lượng, cần phải được nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, cũng như các giải pháp công nghệ chuyên biệt để luyện chúng thành thép.

Từ đòi hỏi cấp bách của ngành thép, Công ty CP Khoáng sản và Luyện kim Việt Nam do KS. Nguyễn Xuân Liêu làm chủ nhiệm đã đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất viên ép quặng cám cung cấp cho lò hoàn nguyên” nhằm hoàn thiện công nghệ sản xuất được sắt xốp có chất lượng, đủ tiêu chuẩn luyện thép, đưa sắt xốp thành một nguyên liệu chiến lược - nguyên liệu tương lai cho ngành thép Việt Nam; Sắt xốp MIREX phải được luyện thành thép hợp kim, từ thép hợp kim thông dụng phục vụ kinh tế đến thép hợp kim đặc biệt phục vụ công nghiệp quốc phòng.

Để hoàn thiện được công nghệ sản xuất sắt xốp, cần phải giải quyết hàng loạt các bài toán khác nhau, trong đó, cần phải giải quyết bài toán viên ép quặng cám để sản xuất viên quặng độ bền cao để chịu được áp lực nén do chiều cao cột quặng gây ra trong lò hoàn nguyên kiểu đứng, từ đó, có thể khai thác và sử dụng nguồn quặng sắt nghèo ở Việt Nam phục vụ cho sản xuất luyện kim.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài đã thu được những kết quả sau:

1. Đề tài đã hoàn thành đúng mục tiêu, yêu cầu và nội dung được đặt ra theo yêu cầu của hợp đồng nghiên cứu khoa học, đã làm đầy đủ các nội dung đăng ký, làm đầy đủ các dạng sản phẩm theo yêu cầu: Các chuyên đề khoa học, các sản phẩm ép viên quặng đúng và đủ số lượng và chất lượng theo đăng ký.

2. Đề tài đã tiến hành các nghiên cứu phòng thí nghiệm từ nghiên cứu sử dụng 3 loại chất kết dính (của Trung quốc và của đề tài 03), nghiên cứu ép và sấy viên quặng đến kỹ thuật bọc chất chống dính… để xác định quy luật ảnh hưởng của các thông số công nghệ này đến độ bền nén viên quặng. Kết quả đã xác định được bộ thông số công nghệ phù hợp để áp vào dây chuyền công nghệ hiện có của nhà máy, quy trình công nghệ sản xuất viên quặng được hoàn thiện đảm bảo ép được viên quặng đủ điều kiện dùng cho lò hoàn nguyên với tỷ lệ vỡ viên quặng thấp (~12%), viên quặng được bọc chất chống dính có tính bám dính tốt với viên quặng, nhưng lại có khả năng chống dính tốt khi hoàn nguyên. Từ quy trình công nghệ, nhóm đề tài đã vận dụng nhiều giải pháp kỹ thuật vào dây chuyền ép viên quặng đã có để hoàn chỉnh hệ thống thiết bị đảm bảo hệ thống vận hành ổn định với công suất ép viên quặng 20 tấn/h.

3. Một số kết quả khoa học chính đạt được:

- Độ hạt quặng đang sản xuất tại nhà máy d £ 0,074 mm dùng được để ép viên quặng cho tỷ trọng cao và độ bền nén tốt;

- Chất kết dính dùng ép viên quặng, nên dùng chất kết dính B2 (là loại chất kết dính được phốt phát hóa từ tinh bột sắn loại I - loại dùng làm thực phẩm) với tỷ lệ sử dụng 5%, độ ẩm 10-11% để viên quặng có độ bền nén cao. Cần nghiên cứu thêm về chất kết dính B3 (loại chất kết dính được phốt phát hóa từ tinh bột phế phẩm) để giảm giá thành;

 - Chế độ sấy cho độ bền viên quặng tối ưu: nhiệt độ 150-200oC, thời gian sấy 30 phút;

- Chất bọc chống dính viên quặng nên sử dụng hỗn hợp Vôi: Chất kết dính B2: nước theo tỷ lệ 100 : 3 : 180 (% trong lượng) để đảm bảo khả năng bám chắc với viên quặng và chống dính tốt trong lò hoàn nguyên;

- Viên quặng trước khi bọc chất chống dính cần được sấy để tăng khả năng hút chất bọc, nhưng thời gian ngâm tẩm trong dung dịch chất bọc phải 93 nhanh để viên quặng không bị nguội hoàn toàn. Có thể kết hợp sấy viên quặng để tăng độ bền và sấy nóng để tăng độ bám dính chất bọc trong một công đoạn – thực tế đã áp dụng tại nhà máy.

Sự thành công của đề tài đã thúc đẩy hoàn thiện công nghệ sản xuất sắt xốp trong nước và góp phần phát triển ngành luyện thép Việt Nam

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17476/2019) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)