Gang là một hợp kim quan trọng trong ngành công nghiệp cơ khí, được sử dụng rộng rãi nhờ vào tính đúc tốt và giá thành rẻ. Bài viết này sẽ đi sâu vào quy trình luyện gang từ quặng sắt, các loại nguyên vật liệu sử dụng, cấu trúc lò cao và ứng dụng của gang trong công nghiệp.
 

1. Nguyên vật liệu luyện gang

• Quặng sắt:
  • Quặng sắt là nguyên liệu chính để luyện gang, chứa các khoáng vật như oxit sắt, sắt cacbonat, sắt silicat và hợp chất sắt với lưu huỳnh.
  • Các loại quặng sắt phổ biến bao gồm quặng sắt từ (magnetit), quặng sắt đỏ (hematit) và quặng sắt nâu (limonit).
  • Trước khi đưa vào lò cao, quặng sắt cần được tuyển (chế biến) để tăng hàm lượng sắt và loại bỏ tạp chất.
    • Các công đoạn tuyển quặng bao gồm nghiền, phân loại theo độ hạt, nung, làm giàu (rửa quặng, phương pháp trọng lực, phương pháp làm giàu bằng nam châm điện, phương pháp nổi), luyện cục (đóng bánh hoặc thiêu kết) và trộn đều thành phần hóa học.
• Nhiên liệu:
  • Than cốc là nhiên liệu chính được sử dụng trong lò cao, thay thế cho than gỗ từ thế kỷ 18.
  • Than cốc có độ bền cơ học cao và giá thành rẻ hơn than gỗ.
  • Ngoài ra, than antraxit và than đá nguyên cũng được sử dụng với mức độ nhất định.
  • Hiện nay, phương pháp phun than cám vào lò cao đang được nghiên cứu và ứng dụng để tiết kiệm than cốc.
• Chất trợ dung:
  • Chất trợ dung được thêm vào phối liệu lò cao để tạo xỉ có thành phần cần thiết.
  • Tùy thuộc vào thành phần đá bẩn trong quặng, tro và chất đốt, các loại chất trợ dung khác nhau được sử dụng, bao gồm chất trợ dung kiềm (đá vôi), chất trợ dung alumin và chất trợ dung silic.
  • Chất trợ dung kiềm (đá vôi) là loại phổ biến nhất.

2. Lò cao luyện gang

• Cấu trúc lò cao:
  • Lò cao có cấu trúc thẳng đứng với chiều cao từ 30-35 mét.
  • Các phần chính của lò cao bao gồm cổ lò (nơi chất nguyên liệu vào), thân lò, bụng lò (nơi tạo gang), hông lò và nồi lò (nơi tích tụ gang và xỉ).
  • Quặng, than cốc và chất trợ dung được đưa vào lò qua cổ lò.
  • Khí nóng được tạo ra ở nồi lò và thoát ra qua ống dẫn khí.
  • Không khí nóng (khoảng 800°C) được thổi vào lò qua các lỗ gió.
  • Gang lỏng được tạo thành ở bụng lò và chảy xuống nồi lò, sau đó được tháo ra ngoài qua cửa tháo gang.
  • Xỉ có khối lượng riêng nhỏ hơn gang nên nổi lên trên và được tháo ra ngoài qua cửa xỉ.
• Quy trình luyện gang trong lò cao:
  • Nguyên liệu được đưa vào lò cao và xếp thành các lớp xen kẽ.
  • Không khí nóng được thổi vào lò, đốt cháy than cốc và tạo ra khí CO.
  • Khí CO khử oxit sắt trong quặng thành sắt.
  • Sắt nóng chảy hòa tan một lượng cacbon và các nguyên tố khác, tạo thành gang lỏng.
  • Gang lỏng và xỉ chảy xuống nồi lò và được tháo ra ngoài.

3. Các phương pháp luyện gang khác

• Ngoài lò cao, các phương pháp luyện gang khác đang được nghiên cứu và phát triển, bao gồm:
  • Luyện quặng sắt trong môi trường khử oxy trong lò điện.
  • Sản xuất sắt và thép trực tiếp từ quặng, bỏ qua quá trình lò cao.
  • Luyện gang trong lò đứng thấp, sử dụng các loại chất đốt kém chất lượng.

4. Ứng dụng của gang trong công nghiệp

• Gang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí nhờ vào tính đúc tốt và giá thành rẻ.
• Các ứng dụng phổ biến của gang bao gồm:
  • Đúc các chi tiết máy móc phức tạp.
  • Sản xuất ống dẫn nước và cống rãnh.
  • Chế tạo các bộ phận của ô tô và tàu thủy.
  • Sản xuất các sản phẩm gia dụng như nồi, chảo, lò nướng.

5. Xu hướng phát triển ngành luyện gang

• Các nước công nghiệp phát triển đang dần đóng cửa các lò luyện gang có dung tích nhỏ, thay thế bằng các lò có dung tích lớn hơn để tăng hiệu quả sản xuất.
• Nghiên cứu và phát triển các phương pháp luyện gang mới, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.
• Tăng cường tái chế gang để giảm thiểu tác động đến môi trường.

Luyện gang là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp, cung cấp nguyên liệu đầu vào cho nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ, ngành luyện gang đang hướng tới các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.