फ्लोरस्पार (CaF₂) — इस्पात-निर्माण एवं द्वितीयक रिफाइनिंग हेतु स्लैग तरलीकारक एवं फ्लक्स

फ्लोरस्पार (कैल्शियम फ्लोराइड, CaF₂) इस्पात-निर्माण एवं द्वितीयक रिफाइनिंग में प्रयुक्त सबसे प्रभावी स्लैग-तरलीकारक है, जो स्लैग की श्यानता, liquidus एवं प्रतिक्रियाशीलता को नियंत्रित करने हेतु छोटी परंतु metallurgically महत्वपूर्ण मात्रा में जोड़ा जाता है। यद्यपि यह इस्पात में कोई धातु योगदान नहीं देता — इसकी भूमिका पूर्णतः भौतिक-रासायनिक है, स्लैग अवस्था में — फ्लोरस्पार का असमानुपातिक प्रभाव इस बात पर पड़ता है कि स्लैग अपने सल्फर एवं फॉस्फोरस हटाने तथा arc से ऊष्मीय युग्मन की मूल कार्यों को कितनी शीघ्रता एवं पूर्णता से पूरा करता है। फ्लोरस्पार अयस्क (fluorite) के खंडन, छंटाई एवं लाभ-उन्नयन द्वारा निर्मित, metallurgical-grade फ्लोरस्पार CaF₂ सामग्री 75% से ऊपर की ओर, भट्टी चार्जिंग अभ्यास के अनुरूप सिक्का एवं बजरी श्रेणियों में आपूर्त किया जाता है।

फ्लोरस्पार की परिभाषिक संपत्ति बहुत कम जोड़ दर पर उच्च-चूना स्लैग के गलनांक एवं श्यानता को भारी रूप से घटाने की क्षमता है। BOF, EAF एवं लैडल फर्नेस में, स्लैग को विसल्फराइजेशन एवं डिफॉस्फोराइजेशन हेतु आवश्यक क्षारीयता प्रदान करने के लिए उच्च CaO सामग्री लानी होती है — परंतु उच्च-CaO स्लैग श्यान, उत्ताप-प्रतिरोधी एवं धीमे-विलेय होते हैं। एक छोटी फ्लोरस्पार जोड़, प्रायः प्रति टन इस्पात कुछ किलोग्राम मात्र, स्लैग में कैल्शियम-सिलिकेट नेटवर्क को तोड़ती है, liquidus को घटाती है एवं श्यानता को पतला करती है। तरलीकृत स्लैग quicklime जोड़ को शीघ्र घोलता है, उच्च स्लैग-धातु अंतरापृष्ठ क्षेत्र विकसित करता है एवं विसल्फराइजेशन अभिक्रिया (CaO + S → CaS + O) एवं डिफॉस्फोराइजेशन अभिक्रिया को उनकी thermodynamic सीमाओं के निकट आगे बढ़ने देता है, बजाय इसके कि वे धीमे स्लैग द्रव्यांतरण द्वारा सीमित हों।

EAF इस्पात-निर्माण में फ्लोरस्पार की द्वितीय भूमिका है: फोम-स्लैग स्थिरता। फोमी स्लैग विद्युत् arc को ढकता है, refractory दीवारों को विकिरण से बचाता है एवं arc की अधिक ऊष्मा को bath में स्थानांतरित करता है। LF रिफाइनिंग में, फ्लोरस्पार सिंथेटिक रिफाइनिंग स्लैग का मुख्य घटक है, जिसे quicklime, refined slag एवं एलुमिना के साथ संयोजित किया जाता है ताकि उच्च-क्षारीयता, निम्न-श्यानता, निम्न-FeO स्लैग उत्पन्न हों जो उच्च-गुणवत्ता पाइपलाइन एवं फोर्जिंग इस्पात द्वारा अपेक्षित सल्फर <0.005% तक गहन विसल्फराइजेशन हेतु प्रेरित करते हैं।

फ्लोरस्पार की metallurgical प्रभावशीलता संदिग्ध नहीं है, परंतु इसके उपयोग के लिए दो कमियों का अनुशासित नियंत्रण आवश्यक है। पहला, refractory आक्रमण: फ्लोरस्पार की फ्लक्सिंग क्रिया अचयनात्मक है — यह स्लैग को तरल बनाती है परंतु भट्टी एवं लैडल के magnesia-carbon एवं उच्च-एलुमिना refractory अस्तर को भी क्षति पहुँचाती है, घिसाव बढ़ाती है एवं अस्तर जीवन घटाती है। अत्यधिक फ्लोरस्पार का उपयोग refractory जीवन को इतना घटा सकता है कि प्रक्रिया लाभ उलट जाए। आधुनिक अभ्यास आवश्यक स्लैग तरलता के अनुरूप न्यूनतम फ्लोरस्पार जोड़ का उपयोग करता है, प्रायः covering agents एवं refined-slag builders के साथ ताकि CaF₂ पर निर्भरता घटे। दूसरा, पर्यावरण: फ्लोरीन-युक्त स्लैग पर पुनः-उपयोग एवं निपटान बंधन हैं, एवं गैसीय फ्लोरीन उत्सर्जन को ऑफ-गैस प्रणाली में प्रबंधित करना होता है।

अतः फ्लोरस्पार को एक सटीक उपकरण के रूप में समझा जाना चाहिए — जो छोटी, नियंत्रित जोड़ों में प्रयोग हो। हमारा metallurgical-grade फ्लोरस्पार CaF₂ ≥75% (एवं acid-grade ≥90–97% विशेष अनुप्रयोगों हेतु) में आपूर्त किया जाता है, निम्न सल्फर (≤0.05%) के साथ ताकि bath में सल्फर का प्रवेश न हो, एवं भट्टी चार्जिंग एवं बंकर-प्रवाह आवश्यकताओं के अनुरूप सिक्का (10–60 मिमी) एवं बजरी (0–10 मिमी) में छाना जाता है। सुसंगत आकार महत्वपूर्ण है: fine स्लैग को अत्यधिक शीघ्र तरल बनाता है एवं ऑफ-गैस में नष्ट हो जाता है; oversize ढीले धीमे विलय के कारण अर्ली स्लैग-गठन अवधि को प्रभावित नहीं कर पाते। प्रत्येक खेप पर प्रमाणित CaF₂ सामग्री melt shop को न्यूनतम प्रभावी जोड़ पर खुराक देने देती है। खरीद हेतु, फ्लोरस्पार तीन मापदंडों द्वारा परिभाषित होता है: नियंत्रित silica एवं निम्न सल्फर के साथ प्रमाणित CaF₂ सामग्री; चार्जिंग के अनुरूप श्रेणी; एवं आपूर्ति विश्वसनीयता।