Chi Tiết Nguyên Tắc Sản Xuất Gang Từ Lò Cao, Nguyên Liệu Cần

Sản xuất gang là quá trình biến đổi quặng sắt thành gang lỏng thông qua các phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao. Hiểu rõ nguyên tắc sản xuất gang là nền tảng để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Cùng Thép Đại Bàng khám phá về quy tắc cơ bản khi tạo ra gang trong lò cao ngay bây giờ nhé.

Gang là gì?

Gang là một nhóm vật liệu hợp kim bao gồm sắt và cacbon có hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14%. Gang được biết đến là vật liệu bền bỉ, rắn chắc và ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất linh kiện, máy móc, đồ trang trí,…

Đặc điểm nổi bật của gang:

• Nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 1150°C đến 1200°C, thấp hơn so với sắt nguyên chất khoảng 300°C. Nhờ vậy, gang dễ dàng được đúc thành các hình dạng phức tạp.
• Khả năng chịu nén cao, thích hợp cho các ứng dụng chịu tải trọng tĩnh.
• Khả năng chống mài mòn và va đập tốt, được sử dụng trong các chi tiết máy móc chịu mài mòn cao.
• Độ giòn cao, dễ gãy khi chịu lực va đập mạnh.
• Dễ gia công bằng các phương pháp cắt gọt, phay, tiện,…

Gang được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp như:

• Công nghiệp xây dựng: Sản xuất cốt thép, khung nhà xưởng, dầm cầu,…
• Công nghiệp chế tạo máy móc: Sản xuất động cơ, máy móc, thiết bị,…
• Công nghiệp đúc: Sản xuất các chi tiết đúc như vỏ động cơ, bánh răng, …
• Ngành công nghiệp khác: Sản xuất ống nước, trụ điện,

Nguyên liệu sản xuất gang bao gồm những gì?

Để sản xuất gang, ta cần những nguyên liệu chính sau:

• Quặng sắt: Cung cấp nguyên tố sắt cho gang. Các loại quặng sắt phổ biến được sử dụng là quặng hematit (Fe2O3), quặng manhetit (Fe3O4), quặng xiđerit (FeCO3).
• Than cốc: Cung cấp nhiệt lượng và chất khử (CO) để khử oxit sắt trong quặng thành kim loại sắt. Than cốc phải có độ bền cơ học cao, ít tạp chất (lưu huỳnh, photpho) để đảm bảo chất lượng gang tốt.
• Chất chảy: Giúp hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp quặng – than, tạo điều kiện cho quá trình luyện kim diễn ra dễ dàng hơn. Chất chảy thường được sử dụng là đá vôi (CaCO3) hoặc dolomit (CaMg(CO3)2).
• Khí oxi: Cung cấp oxi cho quá trình đốt cháy than cốc, tạo ra nhiệt lượng cần thiết cho quá trình luyện kim. Ngoài ra, oxi còn tham gia vào một số phản ứng hóa học khác trong lò cao.

Tỉ lệ các nguyên liệu sử dụng trong sản xuất gang có thể thay đổi tùy theo loại quặng sắt, chất lượng than cốc và yêu cầu về chất lượng gang mong muốn.

Tìm hiểu nguyên tắc sản xuất gang trong lò cao

Sản xuất gang diễn ra chủ yếu trong lò cao, một tháp hình trụ khổng lồ với độ cao lên đến 50-60m và đường kính 8-10m. Nguyên tắc cơ bản của quá trình sản xuất gang là:

Khử oxit sắt bằng khí CO

Đây là phản ứng hóa học chính trong quá trình sản xuất gang. Quặng sắt, chủ yếu là hematit (Fe2O3) hoặc manhetit (Fe3O4), được nạp vào lò cao cùng với than cốc (nguồn cung cấp CO). Khi dòng khí nóng đi lên qua các lớp than và quặng, CO trong khí sẽ khử oxit sắt thành kim loại sắt (Fe).

Tạo xỉ

Đá vôi (CaCO3) được nạp vào lò cao cùng với quặng sắt và than cốc. Ở nhiệt độ cao, đá vôi phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO2 (tạp chất trong quặng) tạo thành xỉ lỏng. Xỉ nhẹ hơn gang nên nổi lên trên và được loại bỏ qua cửa tháo xỉ.

Hình thành gang lỏng

Sắt nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ C và các nguyên tố khác từ than cốc tạo thành gang lỏng. Gang chảy xuống đáy lò và được tháo ra qua cửa tháo gang.

Điều kiện để sản xuất gang là gì?

Để sản xuất gang theo nguyên tắc sản xuất gang trong lò cao cần phải đáp ứng những điều kiện như sau:

• Nhiệt độ trong lò cao cần đạt khoảng 1400 – 1600°C để các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả. Nhiệt độ cao được cung cấp bởi sự cháy của than cốc trong lò.
• Cần đảm bảo dòng khí nóng lưu thông tốt trong lò cao để cung cấp CO cho quá trình khử oxit sắt. Dòng khí nóng di chuyển từ dưới lên trên, qua các lớp than và quặng, thúc đẩy các phản ứng hóa học xảy ra.
• Tỷ lệ nguyên liệu ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất, chất lượng gang và nhiệt độ trong lò. Tỷ lệ quặng than cốc: đá vôi thường dao động từ 1:1,2 đến 1:1,5. Cần điều chỉnh tỷ lệ dựa trên chất lượng nguyên liệu và công nghệ sản xuất.
• Lò cao cần được vận hành và bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo hoạt động ổn định, an toàn và hiệu quả.

Khám phá chi tiết quy trình sản xuất gang 

Dưới đây là quy trình sản xuất gang theo nguyên tắc nêu trên:

• Nạp liệu: Quặng sắt được nghiền nhỏ và sàng lọc để loại bỏ tạp chất. Sau đó, quặng sắt được trộn với than cốc (là nhiên liệu và chất khử) và đá vôi (là chất tạo xỉ) theo tỷ lệ thích hợp. Hỗn hợp nguyên liệu này được đưa vào lò cao từ phía trên qua hệ thống nạp liệu.
• Khử oxit sắt: Khi hỗn hợp nguyên liệu di chuyển xuống phía dưới lò cao, nó sẽ gặp luồng khí nóng được tạo ra từ quá trình đốt cháy than cốc ở phần dưới lò. Khí nóng này chủ yếu là CO (cacbon monoxit), sản phẩm của phản ứng cháy than cốc với oxi trong không khí. CO sẽ khử oxit sắt trong quặng thành sắt kim loại.
• Hình thành gang: Sắt kim loại nóng chảy sẽ hòa tan một lượng nhỏ cacbon từ than cốc, tạo thành gang lỏng. Gang lỏng có tỷ trọng lớn hơn so với xỉ (là sản phẩm phụ của quá trình khử) nên sẽ chìm xuống đáy lò.
• Tháo gang và xỉ: Gang lỏng được tháo ra khỏi lò cao qua vòi thoát ở đáy lò. Xỉ được tháo ra qua các lỗ ở phía trên lò.
• Sản phẩm: Gang lỏng sau khi được tháo ra khỏi lò cao có thể được đúc thành các sản phẩm gang hoặc được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất thép.

Ưu điểm của nguyên tắc sản xuất gang này là gì?

Dưới đây là những ưu điểm của nguyên tắc sản xuất gang bằng cách sử dụng khí CO khử oxit sắt ở nhiệt độ cao:

Quy trình sản xuất đơn giản

• Nguyên tắc sản xuất gang sử dụng các nguyên liệu là quặng sắt, than cốc và đá vôi là những nguyên liệu phổ biến, dễ tìm kiếm và khai thác trên thế giới. Việc vận chuyển và xử lý nguyên liệu cũng tương đối đơn giản, ít tốn kém chi phí. Không đòi hỏi nhiều thiết bị hay công nghệ phức tạp, tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành.
• Quy trình sản xuất gang diễn ra trong lò cao với các phản ứng hóa học cơ bản, không đòi hỏi công nghệ quá phức tạp hay thiết bị hiện đại. Việc vận hành và bảo trì lò cao cũng tương đối dễ dàng.
• Quy trình sản xuất gang có thể tự động hóa ở nhiều giai đoạn, giảm thiểu nhu cầu về nhân công lao động. Điều này giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.

Năng suất cao

Lò cao có thể hoạt động 24/7 với công suất lớn, sản xuất ra lượng gang khổng lồ trong một thời gian ngắn. Nhờ vậy, có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về gang thép cho các ngành công nghiệp khác. 

Các phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất gang diễn ra nhanh chóng, giúp rút ngắn thời gian sản xuất và tăng năng suất. Một lò cao có thể sản xuất hàng trăm nghìn tấn gang mỗi năm, góp phần vào nguồn cung dồi dào cho thị trường.

Phù hợp với nhiều loại quặng sắt

Nguyên tắc sản xuất gang có thể áp dụng cho nhiều loại quặng sắt khác nhau, kể cả những loại quặng có hàm lượng sắt thấp hoặc nhiều tạp chất. Nhờ vậy, có thể tận dụng tối đa nguồn tài nguyên quặng sắt, giảm thiểu lãng phí và bảo vệ môi trường. 

Tùy vào loại quặng sắt sử dụng, có thể điều chỉnh tỷ lệ than cốc và đá vôi trong hỗn hợp nạp liệu để đảm bảo hiệu quả khử và chất lượng gang tốt nhất. Việc sử dụng được nhiều loại quặng sắt giúp mở rộng nguồn cung nguyên liệu cho sản xuất gang, đảm bảo an ninh nguồn nguyên liệu và sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp gang thép.

Trên đây là những chia sẻ của Thép Đại Bàng về nguyên tắc sản xuất gang. Hy vọng những thông tin trên sẽ là nguồn cung cấp thông tin hữu ích về quá trình tạo ra gang thép, giúp bạn hiểu rõ hơn về quy trình này. Nếu bạn đang tìm kiếm địa chỉ mua gang, thép chất lượng hãy liên hệ ngay với Thép Đại Bàng để được tư vấn và hỗ trợ nhé!