Desolforurazione con Carburo di Calcio nella Siderurgia

Lo zolfo è una delle impurità più dannose nell’acciaio, poiché provoca la fragilità a caldo, riduce la duttilità e degrada la saldabilità. Per le qualità di acciaio che richiedono un tenore di zolfo inferiore allo 0,01 percento — come gli acciai da embutitura profonda, le classi per tubazioni e gli acciai strutturali a bassa lega e alta resistenza — la desolforurazione del ghisa liquido prima dell’ingresso nel convertitore LD è molto più efficiente ed economica rispetto al tentativo di rimuovere lo zolfo dall’acciaio liquido nelle fasi successive del processo. Il carburo di calcio (CaC2) si è affermato come uno dei reagenti di desolforurazione più efficaci per questa fase di pretrattamento, capace di ridurre i livelli di zolfo al di sotto dello 0,005 percento quando applicato correttamente.

La desolforurazione con carburo di calcio avviene attraverso una reazione diretta tra CaC2 e lo zolfo disciolto nel ghisa liquido, producendo solfuro di calcio (CaS) e carbonio grafitico. La reazione è fortemente favorita dal punto di vista termodinamico alle tipiche temperature del ghisa liquido comprese tra 1300 e 1400 gradi Celsius, e il carbonio prodotto rimane disciolto nel ferro senza causare problemi. Il principale vantaggio del CaC2 rispetto ai desolforizzanti a base di magnesio è la sua prevedibilità e coerenza — la reazione è meno violenta rispetto all’iniezione di magnesio, rendendola più facile da controllare e più sicura da gestire nelle operazioni ad alto throughput. È particolarmente adatta per le stazioni di desolforurazione basate su torpedino o siviera dove grandi volumi di ghisa liquido devono essere trattati rapidamente.

L’efficacia della desolforurazione con carburo di calcio dipende in larga misura dal metodo di iniezione e dalla pratica di gestione della scoria. La co-iniezione con un gas vettore (tipicamente azoto) tramite una lancia sommersa garantisce una penetrazione profonda del reagente nel ghisa liquido, massimizzando l’area di contatto e l’efficienza della reazione. La dimensione delle particelle è altrettanto critica: le particelle più fini reagiscono più rapidamente ma possono essere trascinate nei gas di scarico, mentre le particelle più grossolane affondano e reagiscono più lentamente ma in modo più completo. La maggior parte degli impianti utilizza una distribuzione granulometrica calibrata per bilanciare velocità e resa. Uno strato di agente di copertura correttamente progettato sulla superficie del ghisa liquido è essenziale per prevenire la risolforurazione dovuta all’esposizione atmosferica e per assorbire il prodotto di reazione CaS nella fase di scoria.

Per i siderurgici che mirano a qualità a bassissimo tenore di zolfo, un approccio in due fasi spesso produce i risultati migliori: una desolforurazione iniziale con carburo di calcio per portare lo zolfo nel range compreso tra lo 0,005 e lo 0,008 percento, seguita da un trattamento di finitura con magnesio o una seconda iniezione di CaC2 fine per raggiungere l’obiettivo finale. La scelta tra questi approcci dipende dal tenore di zolfo in ingresso, dal tenore di zolfo finale richiesto e dalla capacità della stazione di desolforurazione disponibile. Gli acciaierie che investono nella corretta movimentazione dei reagenti, nella manutenzione delle lance e nel controllo della chimica della scoria raggiungono costantemente efficienze di desolforurazione superiori all’80 percento con il carburo di calcio.