Comparativa de Agentes Desulfurantes en la Fabricación de Acero: Enfoques con CaC₂, Mg y CaO
El control del azufre es uno de los desafíos metalúrgicos más importantes en la acería moderna. Desde aceros para tuberías que requieren ppm de azufre de un solo dígito hasta chapas de automoción que exigen una conformabilidad estable, la elección del agente desulfurante impacta directamente en la limpieza alcanzable, la economía del proceso y la seguridad operativa. Tres familias de reactivos dominan la práctica industrial: el carburo de calcio (CaC₂), el magnesio metálico (Mg) y los tratamientos de escoria basados en óxido de calcio (CaO). Cada una aporta ventajas y limitaciones específicas que las acerías deben evaluar en función de sus condiciones de producción y calidades de acero objetivo.
La desulfuración con carburo de calcio opera mediante la reacción CaC₂ + [S] → CaS + 2C, con el producto de sulfuro de calcio flotando hacia la interfaz escoria-metal. El método alcanza una eficiencia de desulfuración del 80–95% a temperaturas de arrabio de 1300–1450°C y puede reducir los niveles de azufre por debajo del 0,005%. La principal ventaja del CaC₂ es su controlabilidad y predictibilidad: la reacción transcurre de manera estable, sin la violenta vaporización y salpicadura asociada a la inyección de magnesio. El gas acetileno co-generado por la reacción con humedad residual crea una agitación beneficiosa del baño, mejorando la transferencia de masa. Sin embargo, el CaC₂ requiere un almacenamiento y manipulación cuidadosos libres de humedad, y su naturaleza higroscópica hace imprescindible verificar la calidad del reactivo en la inspección de recepción mediante pruebas de rendimiento de gas.
La desulfuración basada en magnesio es más agresiva y logra una eliminación más profunda del azufre — por debajo del 0,002% con técnicas optimizadas de co-inyección. La reacción Mg + [S] → MgS produce sulfuro de magnesio que asciende a la fase de escoria, pero el bajo punto de ebullición del magnesio (1090°C) provoca una vaporización explosiva a las temperaturas del arrabio, creando una intensa turbulencia en el baño. Esta turbulencia mejora la mezcla, pero también genera salpicaduras y humos significativos, requiriendo un diseño robusto de lanza y una extracción efectiva de humos. El mayor coste por kilogramo del magnesio se compensa parcialmente con tasas de inyección más bajas, ya que 1 kg de magnesio elimina aproximadamente 1,3 kg de azufre — casi el triple de la capacidad estequiométrica del CaC₂. Para especificaciones de ultra bajo azufre por debajo del 0,002%, el Mg es a menudo la única opción viable en una sola etapa.
La desulfuración basada en cal en el horno de cuchara sigue la reacción escoria-metal (CaO) + [S] → (CaS) + [O]. Su fuerza impulsora depende de una alta actividad de CaO, una alta basicidad de escoria (CaO/SiO₂ superior a 2,5) y un bajo potencial de oxígeno mantenido por la desoxidación con aluminio. Aunque es más lenta y menos eficiente que los métodos de inyección, la desulfuración en fase escoria es parte integral del refino secundario, operando simultáneamente con la eliminación de inclusiones, la desoxidación y la homogeneización de aleaciones. Su principal ventaja es la integración — no se requiere una estación de desulfuración separada — y utiliza la misma cal viva ya presente en el sistema de escoria.
Las acerías adoptan cada vez más estrategias híbridas en lugar de depender de un solo reactivo. Un enfoque común en dos etapas comienza con la inyección de CaC₂ en el torpedo o cuchara de transferencia para reducir el azufre de 0,030–0,050% a 0,005–0,010%, seguido del refino de escoria en cuchara para ajustar por debajo del 0,003%. Para las calidades más exigentes, la co-inyección CaC₂ + Mg logra la desulfuración más profunda, utilizando el CaC₂ como moderador que amortigua la violenta reacción del magnesio. La elección óptima depende en última instancia del nivel de azufre inicial, la especificación objetivo, el equipo disponible y el coste total del reactivo más la infraestructura de manipulación.
