Yêu cầu chung đối với quặng sắt, nguyên liệu cho luyện gang lò cao

 

( Luyenkim.vn ) Đối với tập hợp khoáng vật giàu sắt (Fe), hiện nay ở nước ta quy ước khi hàm lượng sắt chứa trong hợp phần chiếm từ 17% trở lên thì được gọi là quặng sắt, nếu hàm lượng này nhỏ hơn 17% thì gọi là nguyên liệu khoáng.
Trong tự nhiên, quặng sắt có rất nhiều loại khác nhau xong có một số loại chính thường gặp là:Hematit (Fe203), manhetit(FeFe204), Gotit(FeOOH), Lepidocrokit [(FeO(OH)], Siderit [Fe(CO2)2], Limonit( Limonit là hỗn hợp Hydroxit Fe với SiO2 và các khoáng chất khác)...
Trong công nghiệp luyện gang lò cao quặng sắt là nguyên liệu chính, do vậy việc nghiên cứu, đánh giá tính chất luyện kim của quặng sắt là vô cùng cần thiết nhằm mục đích sử dụng tốt nhất quặng để sản xuất gang, thép đạt hiệu quả cao. Quặng sắt thường được đánh giá thông qua một số chỉ tiêu sau:

Về thành phần hoá học:

Thành phần hoá học của quặng được quan tâm đầu tiên là hàm lượng sắt. Quặng có hàm lượng sắt càng lớn thì hiệu quả của luyện gang càng cao. Ví dụ: Để luyện được một tấn gang trong lò cao chỉ cần khoảng 1,47 tấn quặng chứa 68% Fe, trong khi đó phải cần đến 4 tấn quặng chứa 25% Fe. Hiện nay người ta cũng lấy chỉ tiêu về hàm lượng sắt chứa trong quặng nguyên khai để đánh giá mức độ giàu, nghèo của quặng. Đối với quặng giàu khi hàm lượng sắt trong quặng đạt trên 60%, quặng trung bình từ 50- 60%, dưới 50% là quặng nghèo sắt.

Về hàm lượng các tạp chất có hại trong quặng:

Các tạp chất có hại thường gặp trong quặng sắt như Photpho(P), Lưu huỳnh(S), Asen(As), Chì(Pb), Kẽm(Zn)... Hàm lượng các chất này càng thấp càng tốt.

Lưu huỳnh trong quặng sắt thường ở dạng FeS2, CaSO4, BaSO4 ...trong lò cao lưu huỳnh chuyển hoá vào xỉ, khí và gang. Khi luyện thép, một phần lưu huỳnh lại chuyển vào thép gây nên tính “bở nóng” làm giảm cơ tính và các tính chất lý hoá khác của thép.

Photpho có trong quặng sắt ở các dạng Ca5 (Fe,CL)(PO4)3 và Fe3(PO4)2.8H2O trong lò cao photpho được hoàn nguyên hoàn toàn và chuyển vào gang, làm gang, thép có tính “bở nguội” và giảm cơ tính của chúng.

Asen trong quặng thường ở dạng As2O5; và As2O3... Trong lò cao Asen dễ hoàn nguyên và chuyển hoàn toàn vào gang làm giảm tính cơ và tính hàn của gang, thép,...

Chì ở trong quặng thường ở dạng SPb, PbCO3... Sau khi hoàn nguyên Chì không hoà tan vào gang, do tỷ trọng của Chì lớn nên nó lắng xuống đáy lò, thấm vào các khe hở phá hoại đáy lò. Mặt khác do có nhiệt độ sôi ở khoảng 1.5500c một phần Chì được bốc hơi có thể thoát ra khỏi lò gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh.

Kẽm trong quặng thường ở dạng hợp chất với ôxy và lưu huỳnh, do có nhiệt độ sôi thấp (9050c) nên Kẽm tuy không chuyển vào gang nhưng thường gây biếu lò và phá hoại tường lò cao.

Chỉ tiêu về hàm lượng các tạp chất có lợi trong quặng:

Các tạp chất có lợi trong quặng gồm: Mangan(Mn); Titan(Ti); Crom(Cr); Vanadi(V); Coban(Co); Niken (Ni).

Mangan trong quặng sắt thường ở dạng MnO2; Mn2O3; Mn3O4 đây là nguyên tố phụ trong gang và có mặt trong bất kỳ loại gang, thép nào. Trong lò cao Mangan được hoàn nguyên hoàn toàn và chủ yếu đi vào gang, làm tăng độ bền, độ cứng, độ mài mòn và độ dai va đập của thép. Tuy nhiên với hàm lượng Mangan trong gang quá cao sẽ gây khó khăn cho công nghệ luyện thép tiếp theo. Chính vì vậy quặng sắt được qui định chặt chẽ về tỷ lệ Mn/Fe, nếu tỷ lệ này vượt quá 1,5% thì bắt buộc phải tính toán lại phối liệu quặng hoặc phải luyện những mác gang, thép thích hợp.

Tian trong quặng chủ yếu ở dạng TiO; Ti2O3; Ti3O5; TiO2, titan làm tăng tính chống mài mòn, tính chịu nóng và độ bền cơ học của thép. Trong lò cao một phần nhỏ titan được hoàn nguyên vào gang còn chủ yếu đi vào sỉ và tăng độ sệt của sỉ sẽ gây khó khăn cho vận hành lò. Vì vậy hàm lượng titan trong quặng thường được qui định < 0,3%.

Crom trong quặng thường ở dạng FeCr2O4. Trong lò cao khoảng 88% Crom được hoàn nguyên vào gang. Crom làm tăng khả năng chịu ăn mòn của gang và thép. Tuy nhiên, nếu gang chứa nhiều Crom sẽ khó gia công. Do vậy hàm lượng Crom trong quặng cũng phải được khống chế với mức < 0,2%.

Niken trong quặng thường tồn tại ở dạng (Ni.Mg)SiO3.2H2O. Trong lò cao Niken rất rễ hoàn nguyên, xong đây là nguyên tố quý có khả năng nâng cao hầu hết các tính chất của thép, đặc biệt là tính ăn mòn hoá học và tính chịu nhiệt.

Vanadi trong quặng chủ yếu ở dạng oxit: VO; V2O3; V3O5; V4O7; V5O9; V6O11; V7O13; VO2. Trong lò cao vanadi được hoàn nguyên và hầu hết được chuyển vào gang, vanadi là nguyên tố không thể thiếu đối với việc luyện các hợp kim quí.

Tính ổn định về thành phần hoá học:

Quặng sắt đưa vào lò cao đòi hỏi thành phần hoá học phải ổn định để đảm bảo cho việc vận hành lò thuận lợi và chất lượng của gang cũng như năng suất của lò. Trong thực tế thành phần hoá học của quặng sắt rất không ổn định, do vậy công tác chuẩn bị liệu là hết sức cần thiết. Biện pháp chung hoà quặng và tính toán phối liệu lò cao phải đảm bảo cho tỷ lệ Mn/Fe; P/Fe thích hợp và hàm lượng Fe; SO2; Al2O3...không được giao động quá _ 0,5%.

Tính hoàn nguyên của quặng:

Trong luyện gang lò cao tính hoàn nguyên của quặng quyết định hiệu suất tiêu hao nhiên liệu và năng suất của lò, tính hoàn nguyên của quặng càng cao thì hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của lò càng lớn. Tuy nhiên tính hoàn nguyên của quặng phụ thuộc vào thành phần, cấu trúc của khoáng chất, độ xốp của quặng do vậy cần phải nghiên cứu đánh giá tỷ mỉ.

Nhiệt độ biến mềm và khoảng biến mềm:

Tính biến mềm của quặng quyết định chắc đồ lò cao, nhiệt độ bắt đầu biến mềm và khoảng biến mềm của quặng ảnh hưởng đến độ thông khí của cột vật liệu trong lò, ảnh hưởng đến quá trình tạo sỉ và mức độ hoàn nguyên gián tiếp của các vật liệu phụ. Tính biến mềm của quặng luôn phù hợp với khí động học trong lò nên tiết kiệm được nhiên liệu và nâng cao năng suất của lò cao và ngược lại. Tính biến mềm phụ thuộc vào cấu trúc và thành phần khoáng vật của quặng.

Ngoài các chỉ tiêu trên các chỉ tiêu về độ xốp, độ bền, tỷ trọng và hàm lượng nước hyđrat trong quặng... đều có ảnh hưởng đến quá trình luyện gang và hiệu quả kỹ thuật - kinh tế khi luyện gang lò cao.

Vì vậy, việc đánh giá chất lượng khoáng sản là một trong những yêu cầu quan trọng nhất không chỉ riêng đối công tác thăm dò đánh giá quặng sắt mà là yêu cầu chung cho tất cả các loại khoáng sản khác.

Bài: Trần Công Bút - PGĐ Sở Tài nguyên và Môi trường Phú Thọ

Biên tập: Nguyễn Sỹ Hiền