Perbandingan Agen Desulfurisasi dalam Pembuatan Baja: Pendekatan CaC₂, Mg, dan Berbasis CaO
Pengendalian belerang merupakan salah satu tantangan metalurgi paling kritis dalam pembuatan baja modern. Dari baja pipa yang membutuhkan ppm belerang satu digit hingga lembaran otomotif yang menuntut kemampuan bentuk stabil, pemilihan agen desulfurisasi secara langsung mempengaruhi kebersihan yang dapat dicapai, ekonomi proses, dan keselamatan operasional. Tiga keluarga reagen mendominasi praktik industri: kalsium karbida (CaC₂), magnesium logam (Mg), dan perlakuan terak berbasis kalsium oksida (CaO). Masing-masing memiliki keunggulan dan keterbatasan yang harus dievaluasi oleh pembuat baja berdasarkan kondisi produksi spesifik dan grade baja target mereka.
Desulfurisasi kalsium karbida berlangsung melalui reaksi CaC₂ + [S] → CaS + 2C, dengan produk kalsium sulfida mengapung ke antarmuka terak-logam. Metode ini mencapai efisiensi desulfurisasi 80–95% pada suhu logam cair 1300–1450°C dan dapat menurunkan kadar belerang hingga di bawah 0,005%. Keunggulan utama CaC₂ adalah keterkendalian dan prediktabilitasnya — reaksi berlangsung secara stabil, tanpa penguapan keras dan percikan yang terkait dengan injeksi magnesium. Gas asetilen yang dihasilkan bersama dari reaksi kelembaban residual menciptakan pengadukan bermanfaat dalam bath, meningkatkan perpindahan massa. Namun, CaC₂ memerlukan penyimpanan dan penanganan bebas kelembaban yang hati-hati, dan sifat higroskopisnya berarti kualitas reagen harus diverifikasi pada inspeksi masuk melalui pengujian hasil gas.
Desulfurisasi berbasis magnesium lebih agresif dan mencapai penghilangan belerang yang lebih dalam — di bawah 0,002% dengan teknik ko-injeksi yang dioptimalkan. Reaksi Mg + [S] → MgS menghasilkan magnesium sulfida yang naik ke fase terak, tetapi titik didih magnesium yang rendah (1090°C) menyebabkan penguapan eksplosif pada suhu logam cair, menciptakan turbulensi bath yang intens. Turbulensi ini meningkatkan pencampuran tetapi juga menghasilkan percikan dan asap yang signifikan, memerlukan desain lance yang kokoh dan ekstraksi asap yang efektif. Biaya magnesium per kilogram yang lebih tinggi sebagian diimbangi oleh laju injeksi yang lebih rendah — 1 kg magnesium menghilangkan sekitar 1,3 kg belerang, hampir tiga kali kapasitas stoikiometri CaC₂. Untuk spesifikasi belerang ultra-rendah di bawah 0,002%, Mg sering kali menjadi satu-satunya opsi satu langkah yang layak.
Desulfurisasi berbasis kapur dalam ladle furnace mengikuti reaksi terak-logam (CaO) + [S] → (CaS) + [O]. Kekuatan pendorongnya bergantung pada aktivitas CaO tinggi, kebasaan terak tinggi (CaO/SiO₂ di atas 2,5), dan potensial oksigen rendah yang dipertahankan oleh deoksidasi aluminium. Meskipun lebih lambat dan kurang efisien dibandingkan metode berbasis injeksi untuk logam cair, desulfurisasi fase terak merupakan bagian integral dari pemurnian sekunder di mana ia beroperasi bersamaan dengan penghilangan inklusi, deoksidasi, dan homogenisasi paduan. Keunggulan utamanya adalah integrasi — tidak diperlukan stasiun desulfurisasi terpisah — dan menggunakan kapur tohor yang sama yang sudah ada dalam sistem terak.
Pembuat baja semakin mengadopsi strategi hibrida daripada mengandalkan reagen tunggal. Pendekatan dua tahap yang umum dimulai dengan injeksi CaC₂ dalam torpedo car atau transfer ladle untuk menurunkan belerang dari 0,030–0,050% menjadi 0,005–0,010%, diikuti oleh pemurnian terak ladle furnace untuk pemolesan di bawah 0,003%. Untuk grade yang paling menuntut, ko-injeksi CaC₂ + Mg mencapai desulfurisasi terdalam sambil menggunakan CaC₂ sebagai moderator yang meredam reaksi keras magnesium. Pilihan optimal pada akhirnya bergantung pada tingkat belerang awal, spesifikasi target, peralatan yang tersedia, dan total biaya reagen ditambah infrastruktur penanganan.
