The effect of using spherical iron ore pellets for production of cast iron in Vietnam blast furnace

TS NGHIÊM GIA
Hội KHKT Đúc-Luyện kim Việt Nam

Email: nghiemgia53@gmail.com

Số liệu về quặng sắt các tỉnh miền núi phía Bắc cho thấy trữ lượng quặng sắt manhetit các tỉnh Yên Bái, Phú Thọ, Tuyên Quang, Hà Giang…khá lớn. Tuy hàm lượng sắt thấp (29÷33 %Fe) nhưng quặng thuộc nhóm quăczit-sắt manhetit nên có thể nghiền mịn và tuyển từ tạo ra tinh quặng sắt có cấp hạt mịn (> 60 %Fe và 0,047 mm). Sản phẩm tinh quặng này rất phù hợp để sản xuất quặng cầu viên làm nguyên liệu cho sản xuất gang theo công nghệ lò cao. Thông tin dưới đây nhằm làm rõ việc sử dụng quặng cầu viên là giải pháp tốt nhất để sử dụng hiệu quả nguồn quặng sắt nghèo ở các tỉnh miền núi phía Bắc cho nhu cầu sản xuất gang lò cao ở Việt Nam.

1. SỰ CẦN  THIẾT PHẢI  SỬ  DỤNG  QUẶNG CẦU VIÊN

Các tài liệu đánh giá công nghệ sản xuất gang thép của thế giới và Việt Nam [3, 4] cho thấy, xu thế sử dụng nguyên liệu chín (quặng thiêu kết và quặng cầu viên) cho sản xuất gang theo công nghệ lò cao (gang lò cao) rất phổ biến và có hiệu quả bởi các lý do sau đây:

- Trên thế giới lượng tinh quặng sắt hạt mịn (0,047 mm) phát sinh nhiều trong quá trình khai thác và tuyển quặng sắt. Để sử dụng hiệu quả nguồn tinh quặng này “Công nghệ sản xuất quặng cầu viên” đã được nghiên cứu và đến nay được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước. Các nhà luyện kim thế giới nhận định “Thế kỷ 21 là kỷ nguyên sử dụng nguyên liệu chín để sản xuất gang lò cao ở nhiều nước phát triển trên thế giới”, như số liệu nêu trong bảng 1.

Bảng 1. Sử dụng quặng cầu viên cho sản xuất gang lò cao ở các nước Âu-Mỹ (Nguồn VSA, VNSTEEL)

Các nước Âu-Mỹ Tỷ lệ phối liệu, % Chỉ tiêu tiêu hao
Quặng thiêu kết Quặng cầu viên Quặng cục sống Hệ số lò, t/m3 Tiêu hao liệu, kg/t Hàm lượng Fe, %
Thuỵ Điển 97,2 2,3 0,5 3 457 66
Mỹ 85÷80 15÷20
Đức 60,3 28,5 11,2 2,11 466,2 60
Hà Lan 50,7 46,9 2,4
Phần Lan 75 25 2,9 439 62,5
Bỉ 85 13 2
IBF (Anh) 62 7 31 2,32 470 59,5

- Quặng cầu viên có một số ưu việt so với quặng thiêu kết: Nếu dùng tinh quặng sắt hạt mịn (0,047 mm) để sản xuất quặng thiêu kết sẽ làm cho tính thấu khí của lớp liệu kém, giảm chất lượng và giảm năng suất sản xuất quặng thiêu kết. Do đó buộc phải chế biến tinh quặng sắt hạt mịn bằng cách sản xuất quặng cầu viên để cấp cho lò cao. Ngoài ra, quặng cầu viên có tính năng luyện kim tốt hơn quặng thiêu kết do quặng cầu viên có cỡ hạt đều, hàm lượng sắt cao, tính hoàn nguyên tốt… Khi sử dụng quặng cầu viên sản xuất gang lò cao sẽ giảm tiêu hao than cốc, giảm lượng phun khí than và điện năng, tăng năng suất lò cao…

- Ở Việt Nam quặng cầu viên đã được sử dụng cho sản xuất gang lò cao như sau: Lò cao ở Hải Dương của Tập đoàn Thép Hòa Phát và lò cao ở Lào Cai của Công ty Khoáng sản Việt Trung (VTM) thuộc Tổng công ty Thép Việt Nam- CTCP (VNSTEEL) đã sử dụng từ 20 đến 25 % quặng cầu viên. Kết quả sử dụng cho thấy “năng suất chạy lò tăng cao, tiêu hao năng lượng giảm nên giá thành sản xuất gang đã giảm rất đáng kể”. Hơn thế nữa việc sử dụng quặng cầu viên đã làm giảm áp lực do thiếu quặng sắt manhetit tại các doanh nghiệp (DN) sản xuất gang lò cao ở Việt Nam.

Phân tích số liệu về công nghệ sản xuất và sử dụng quặng cầu viên trên thế giới và Việt Nam cho thấy sự cần thiết phải đầu tư “Dự án sản xuất quặng cầu viên” nhằm chủ động đáp ứng nhu cầu quặng sắt manhetit cho luyện gang lò cao và luyện thép lò điện của các DN thuộc ngành thép Việt Nam trước mắt và lâu dài.

CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỂ THỰC HIỆN “DỰ ÁN SẢN XUẤT QUẶNG CẦU VIÊN”

2.1. Điều kiện về nguồn quặng sắt

a) Yêu cầu chất lượng quặng sắt đầu vào

Để đảm bảo sản phẩm quặng cầu viên có chất lượng cao và kích thước viên đồng đều, yêu cầu tinh quặng sắt (nguyên liệu chính để sản xuất quặng cầu viên) phải có hàm lượng > 60 %Fe và cỡ hạt mịn 0,047 mm chiếm trên 70 % (bảng 2).

Bảng 2. Yêu cầu chất lượng tinh quặng sắt để sản xuất quặng cầu viên

 Nguyên liệu đầu vào Phân loại quặng Cỡ hạt 0,047 mm, % Thành phần hoá học, %
Fe SiO2 Al2O3 S P Zn Cr+Mn Cu+Pb Ti+V Na+K+As+Sn
 Tinh quặng sắt manhetit Loại I ≥ 80,0 ≥ 62 ≤ 5,5 ≤ 1,0 ≤ 0,8 ≤ 0,1 ≤ 0,08 ≤ 1,0 ≤ 0,15 ≤ 0,80 ≤ 0,10
Loại II ≥ 70,0 ≥ 60 ≤ 6,5 ≤ 1,5 ≤ 0,8 ≤ 0,12 ≤ 0,08 ≤ 1,0 ≤ 0,2 ≤ 0,80 ≤ 0,10

b) Khả năng đáp ứng nguồn tinh quặng sắt

Về chất lượng, kết quả đánh giá thực trạng tuyển và chế biến quặng sắt của các DN trên các tỉnh phía Bắc trong báo cáo “Chiến lược quặng sắt” [2] cho thấy: i) Trữ lượng quặng sắt manhetit của tỉnh Yên Bái, Phú Thọ, Hà Giang khá lớn, nhưng hàm lượng sắt thấp (29÷33 %Fe), các mỏ thuộc nhóm quăczit-manhetit nên phải nghiền mịn để tuyển từ mới có thể nâng hàm lượng sắt; ii) Sau khi tuyển tinh quặng sắt manhetit có hàm lượng ≥ 60÷63 %Fe và cỡ hạt trung bình 0,047 mm. Loại tinh quặng sắt mịn này không sử dụng trực tiếp vào lò cao mà phải chế biến thành quặng cầu viên. Đối chiếu yêu cầu trong bảng 2 thì chất lượng tinh quặng sắt sau tuyển của các tỉnh phía Bắc hoàn toàn phù hợp để sản xuất quặng cầu viên và sẽ mang lại hiệu quả hơn so với dùng để sản xuất quặng thiêu kết.

Để đáp ứng đủ số lượng cho dự án, số liệu điều tra cho thấy: i) Tỉnh Yên Bái có 6 DN đã đầu tư Nhà máy nghiền tuyển với tổng công suất lắp đặt 1.200.000 tấn tinh quặng sắt/năm, hiện tại sản xuất 500.000 tấn/năm; ii) Tỉnh Phú Thọ có 4 DN tổng công suất lắp đặt trên 1.500.000 tấn/năm, hiện tại đã sản xuất 1.000.000 tấn/năm; iii) Tỉnh Hà Giang có 3 DN tổng công suất lắp đặt trên 1.000.000 tấn/năm, hiện tại sản xuất 400.000 tấn/năm.

2.2. Yêu cầu địa điểm khi đầu tư dự án

Việc lựa chọn địa điểm đầu tư “Dự án quặng cầu viên” phải đáp ứng các tiêu chí (TC) sau đây:

- TC1 “Gần vùng quặng sắt”: TC này đáp ứng sẽ giảm chi phí vận chuyển tinh quặng từ các nhà máy tuyển về kho nguyên liệu của nhà máy quặng cầu viên.

- TC2 “Gần nơi tiêu thụ”: TC này đáp ứng sẽ giảm chi phí vận chuyển sản phẩm quặng cầu viên tới các hộ tiêu thụ.

- TC3 “Đủ diện tích bố trí dây chuyền công nghệ, hạ tầng cơ sở thuận lợi, có khả năng mở rộng diện tích khi cần thiết nâng công suất của dự án trong tương lai”: TC này liên quan đến tổng mức đầu tư (do chi phí đền bù, giải phóng mặt bằng…) và chi phí sản xuất của dự án.

- TC4 “Gắn kết với các nhà máy, khu công nghiệp”: TC này đáp ứng sẽ tận dụng được khí dư để nung và sấy quặng cầu viên; cũng như tận dụng tối đa các công trình bảo vệ môi trường đã có của các nhà máy và khu công nghiệp.

2.3.  Về  thị  trường tiêu  thụ  quặng cầu  viên trong nước

Theo báo cáo của Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA) thực trạng năng lực sản xuất gang theo công nghệ lò cao của Việt Nam khá lớn với tổng sản lượng > 20 triệu tấn gang. Vì thế nhu cầu quặng sắt từ 2020-2035 sẽ rất lớn, trong đó nhu cầu quặng cầu viên dự báo khoảng > 3 triệu tấn/năm. Thực tế năng lực sản xuất quặng cầu viên của các DN ở Việt Nam theo thiết kế chỉ khoảng 1,38 triệu tấn/năm, có 2 nhà máy của Tập đoàn Thép Hòa Phát đã sản xuất với tổng công suất 450.000 tấn/năm đủ cung cấp cho lò cao của Hòa Phát tại Hải Dương [2-4].

Do đó, việc đầu tư ”Dự án sản xuất quặng cầu viên” là cần thiết và có tính khả thi. Tuy nhiên cũng cần phải xem xét tới yêu tố rủi ro khi giá tinh quặng sắt (đầu vào cho dự án) giảm.

GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT QUẶNG CẦU VIÊN

3.1. Phân loại quặng cầu viên

Quặng cầu viên là hỗn hợp tinh quặng sắt cỡ hạt mịn (≥ 70 % loại 0,047 mm) và một số phụ gia được vê thành các viên tròn đường kính 20÷30 mm, sau đó đem sấy khô và nung trong lò tạo để ra quặng cầu viên làm nguyên liệu cho sản xuất gang lò cao. Quặng cầu viên được phân ra các loại sau đây:

- Quặng cầu viên ôxyhóa là quặng cầu viên được nung trong môi trường ôxy hóa.

- Quặng cầu viên kim loại hóa (còn gọi là quặng cầu viên hoàn nguyên trước) là quặng cầu viên ôxy hóa được nung trong thiết bị hoàn nguyên trước để khử một phần ôxy chứa trong quặng sắt tạo ra quặng cầu viên có chứa một phần sắt kim loại. Quặng cầu viên kim loại hóa dùng luyện gang lò cao hoặc luyện thép lò điện sẽ nâng cao năng suất lò và giảm tiêu hao điện năng.

- Quặng cầu viên xi măng đông kết là quặng cầu viên mà phối liệu có chứa xi măng được đông cứng trong phối liệu làm cho quặng cầu viên kết cứng.

- Quặng cầu viên cacbonát đông kết là quặng cầu viên trong phối liệu có vôi tôi chứa CO2 làm cho quá trình cacbonát hóa vôi trong quặng cầu viên xảy ra và làm nhanh quá trình đông kết quặng cầu viên.

3.2. Các loại lò nung dùng để sản xuất quặng cầu viên

Để sản xuất quặng cầu viên cần dùng một trong 3 loại lò nung sau đây: lò đứng, lò nung dạng băng tải, lò nung băng tải xích và chuyển hồi. Kết quả so sánh 3 loại lò nung được nêu trong bảng 3.

Bảng 3. So sánh 3 loại lò nung để sản xuất quặng cầu viên [2] Nhóm VSTEEL

Loại lò nung  Nhận xét ưu và nhược điểm Năng lực sản xuất Chi phí đầu  Phí quản lý Tiêu hao năng lượng Chất lượng sản phẩm
 Lò đứng  Ưu điểm: Kết cấu lò đơn giản, dễ bảo quản sửa chữa, không cần vật liệu đặc thù, nhiệt năng cao. Nhược điểm: Khi tăng nhiệt độ khó khăn; khi hiệu suất nhiệt thiêu đốt quặng cầu viên thấp thì sản lượng cũng thấp.  Lò đơn 2.000 tấn/ngày thích hợp với công suất  trung bình hoặc nhỏ  Thấp   Thấp   Cao   Bình thường
Lò nung băng tải  Ưu điểm: Thao tác đơn giản, xử lý sự cố nhanh, có thể sử dụng được các loại quặng khác nhau so với phương pháp nung dạng lò đứng. Nhược điểm: Chất lượng quặng cầu viên không đồng đều, chu trình hoạt động tương đối phức tạp. Sản lượng 6.500 tấn/ngày, phù hợp với công suất trung bình.  Trung  Cao  Trung  bình  Tốt
Lò nung băng tải xích và chuyển hồi  Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, có thể sử dụng loại quặng cầu viên có chất lượng trung bình Nhược điểm: Khi thao tác lò chuyển hồi sẽ phát sinh hiện tượng “kết cuộn”. Sản lượng 1.2000 tấn/ngày phù hợp công suất lớn.  Cao  Trung bình  Thấp  Tốt

Qua số liệu khảo sát, phân tích và so sánh các lò nung trong bảng 3, thấy rằng với dự án quặng cầu  viên  công  suất  300.000  tấn/năm  việc  sử dụng lò đứng hoặc lò quay dạng băng tải là phù hợp nhất.

3.3. Khái quát quy trình sản xuất quặng cầu viên

Quy trình sản xuất quặng cầu viên bao gồm các công đoạn chính sau đây: i) Chuẩn bị nguyên liệu; ii) Phối liệu và trộn liệu; iii) Vê viên (tạo cầu viên), sàng phân loại quặng viên tươi; iv) Sấy khô và nung; v) Làm nguội, sàng phân loại sản phẩm quặng cầu viên. Quy trình sản xuất quặng cầu viên nêu trong hình 1.

Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất quặng cầu viên.

Hình 1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất quặng cầu viên.

Việc chuẩn bị nguyên liệu và phối liệu nhằm tạo sự ổn định thành phần hóa học cho quặng cầu viên. Trộn đều nguyên liệu tạo thuận lợi cho quá trình vê viên (tạo cầu viên tươi). Chất trợ dung cho vê viên quặng là bentonit, vôi sống, đolomit… phải được nghiền mịn để phối trộn với tinh quặng sắt cỡ hạt 0,047 mm (chiếm > 70 %) để vê viên. Hỗn hợp nguyên liệu sẽ được trộn đều nước (với độ ẩm thích hợp) trong máy trộn, sau chuyển qua máy vê viên tạo thành viên quặng sống với kích thước phù hợp và qua sàng để loại bỏ các viên hạt nhỏ. Viên quặng sống đạt tiêu chuẩn được chuyển lên thiết bị sấy và nung đốt để sấy khô, ủ nhiệt và đốt nóng ở nhiệt độ cao, sau đó được làm mát dưới 150 oC.

Dùng sang sàng để loại bỏ các viên quặng nhỏ hơn 5 mm. Sản phẩm quặng cầu viên đạt tiêu chuẩn (có tính năng luyện kim và độ bền tốt) sau khi được làm nguội ở nhiệt độ bình thường sẽ được lưu kho đưa về nơi tiêu thụ. Sản phẩm quặng cầu viên dùng cho luyện gang lò cao và lò điện nêu trong hình 2.

Hình 2. Sản phẩm quặng cầu viên

Hình 2. Sản phẩm quặng cầu viên

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Từ kết quả khảo sát số liệu các DN khai thác và truyển quặng sắt ở tỉnh Yên Bái, Phú Thọ, Hà Giang và 3 doanh nghiệp sản xuất quặng cầu viên tại tỉnh Hải Dương, Hà Giang và Yên Bái nhóm chuyên gia VNSTEEL đã đánh giá như sau:

- Dự án quặng cầu viên được triển khai sẽ đáp ứng nhu cầu cấp bách do thiếu quặng manhetit của các DN trong ngành thép Việt Nam hiện nay, trong đó VTM và TISCO là hai đơn vị thuộc VNSTEEL đang rất cần quặng sắt manhetit cho sản xuất gang lò cao.

- Sản phẩm quặng cầu viên chắc chắn đã có nơi tiêu thụ ổn định và lâu dài với số lượng khá lớn, trước mắt nhu cầu của VTM và TISCO là hơn 1 triệu tấn/năm và sau năm 2018. Riêng dự án thép FORMOSA khi hoạt động ổn định sẽ cần tới trên 2 triệu tấn/năm.

- Việc cấm xuất khẩu quặng sắt đã được nhà nước quản lý chặt chẽ hơn. Vì thế sau khi “Dự án sản xuất quặng cầu viên” vào hoạt động chắc chắn sẽ thu hút được nguồn tinh quặng sắt từ các doanh nghiệp trên tỉnh Yên Bái, Phú Thọ và Hà Giang, tạo công ăn việc làm cho hàng trăm lao động của DN tại các địa phương có mỏ quặng sắt.

Tuy nhiên, để tránh rủi ro khi quyết định đầu tư “Dự án sản xuất quặng cầu viên” các DN cần phải xem xét các yếu tố bất lợi của dự án như (giá quặng sắt và quặng cầu viên giảm; chi phí cấp quyền khai thác, chi phí bảo vệ môi trường phát sinh tăng…) và phải tiến hành cập nhật số liệu, tính toán lựa chọn công suất thiết bị, tính toán hiệu quả kinh tế của dự án (IRR, NPV) một cách đầy đủ và toàn diện.

Từ các phân tích nêu trên, việc đầu tư xây dựng “Dự án sản xuất quặng cầu viên” không chỉ có ý nghĩa quan trọng đối với các DN của Tổng công ty Thép Việt Nam, mà còn có ý nghĩa đối với hoạt động khoáng sản của Việt Nam, vì dự án này được triển khai sẽ sử dụng hiệu quả nguồn quặng sắt nghèo ở các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam mà lâu nay chúng ta chưa chú ý tới.

TÀI LIỆU TRÍCH DẪN

  1. “Quy hoạch thăm dò và khai thác quặng sắt Việt Nam đến năm 2020, có xét đến năm 2030”, Quyết định số 2185/QĐ-TTg ngày 05/12/2014 của Thủ tướng Chính phủ
  2. TS Nghiêm Gia, ThS Nguyễn Quang Dũng v.v.; “Chiến lược thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng sắt của TCT Thép Việt Nam-CTCP giai đoạn 2015-2030” (gọi tắt là Chiến lược quặng sắt), Hà Nội, 2015
  3. Bản tin Hiệp Hội Thép Việt Nam – VSA, các số năm 2018
  4. Báo cáo nghiên cứu thị trường và năng lực sản xuất quặng cầu viên ở Việt Nam của Cty Tang Shan Jin shida Technology & Trade Co., Ltd. Hà Nội, 2015

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>