การกำจัดกำมะถันด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็กกล้า

กำมะถันเป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายที่สุดอย่างหนึ่งในเหล็กกล้า ก่อให้เกิดความเปราะบางเมื่อร้อน ลดความยืดหยุ่น และทำให้คุณภาพการเชื่อมแย่ลง สำหรับเหล็กกล้าที่ต้องการระดับกำมะถันต่ำกว่า 0.01% — เช่น เหล็กกล้าสำหรับการขึ้นรูปลึก เหล็กกล้าสำหรับท่อ และเหล็กกล้าโครงสร้างเกรดสูงผสมโลหะผสมต่ำ — การกำจัดกำมะถันจากเหล็กหล่อก่อนเข้าเตาเบสิกออกซิเจนมีประสิทธิภาพและคุ้มค่ากว่าการพยายามกำจัดกำมะถันออกจากเหล็กหลอมเหลวในขั้นตอนท้าย แคลเซียมคาร์ไบด์ (CaC2) ได้รับการยอมรับว่าเป็นสารละลายกำจัดกำมะถันที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับขั้นตอนประมวลผลเบื้องต้นนี้ โดยสามารถลดระดับกำมะถันให้ต่ำกว่า 0.005% เมื่อใช้อย่างถูกต้อง

การกำจัดกำมะถันด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์ทำงานผ่านปฏิกิริยาตรงระหว่าง CaC2 กับกำมะถันที่ละลายอยู่ในเหล็กหล่อ โดยผลิตแคลเซียมซัลไฟด์ (CaS) และคาร์บอนแกรฟไฟต์ ปฏิกิริยานี้ได้รับความคุ้มค่าทางอุณหพลศาสตร์อย่างมากที่อุณหภูมิเหล็กหล่อทั่วไป 1,300 ถึง 1,400 องศาเซลเซียส และคาร์บอนที่เกิดขึ้นจะคงละลายอยู่ในเหล็กโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหา ข้อได้เปรียบหลักของ CaC2 เหนือสารกำจัดกำมะถันที่ใช้แมกนีเซียมคือความสามารถในการทำนายและความสม่ำเสมอ — ปฏิกิริยาไม่รุนแรงเท่าการฉีดพ่นแมกนีเซียม ทำให้ควบคุมได้ง่ายขึ้นและปลอดภัยกว่าในการดำเนินการจำนวนมาก โดยเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานีกำจัดกำมะถันแบบตู้เหล็กหล่อหรือหลอมหรือหม้อหล่อที่ต้องจัดการเหล็กหล่อปริมาณมากอย่างรวดเร็ว

ประสิทธิภาพของการกำจัดกำมะถันด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์ขึ้นอยู่กับวิธีการฉีดพ่นและการจัดการขี้เถ้าอย่างมาก การฉีดพ่นร่วมกับก๊าซพาหะ (โดยทั่วไปคือไนโตรเจน) ผ่านหอกจมใต้ผิวน้ำจะช่วยให้สารละลายทะลุเข้าไปในเหล็กหล่อได้อย่างลึกซึ้ง มากขึ้นสูงสุดพื้นที่สัมผัสและประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยา ขนาดอนุภาคก็มีความสำคัญเช่นกัน: อนุภาคที่ละเอียดจะเกิดปฏิกิริยาเร็วกว่าแต่อาจถูกพัดพาไปกับก๊าซที่ระบายออก ในขณะที่อนุภาคที่หยาบจะจมลงและเกิดปฏิกิริยาช้าลงแต่สมบูรณ์กว่า การดำเนินงานส่วนใหญ่ใช้การกระจายขนาดอนุภาคที่จัดเป็นระดับเพื่อสร้างสมดุลระหว่างความเร็วและผลผลิต ชั้นสารคลุมผิวที่ออกแบบอย่างเหมาะสมบนผิวเหล็กหล่อมีความจำเป็นในการป้องกันการกลับไปมีกำมะถันจากการสัมผัสกับอากาศ และดูดซับผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา CaS เข้าสู่เฟสขี้เถ้า

สำหรับโรงงานผลิตเหล็กที่มีเป้าหมายผลิตเหล็กกล้าระดับกำมะถันต่ำมาก แนวทางสองขั้นตอนมักให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด: กำจัดกำมะถันเบื้องต้นด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์เพื่อลดกำมะถันลงไปในช่วง 0.005 ถึง 0.008% จากนั้นทำการบำบัดขั้นสุดท้ายด้วยแมกนีเซียมหรือการฉีดพ่น CaC2 เป็นครั้งที่สองเพื่อบรรลุเป้าหมายสุดท้าย การเลือกระหว่างแนวทางเหล่านี้ขึ้นอยู่กับระดับกำมะถันเริ่มต้น ระดับกำมะถันสุดท้ายที่ต้องการ และกำลังการผลิตของสถานีกำจัดกำมะถันที่มีอยู่ โรงงานที่ลงทุนในการจัดการสารละลายอย่างถูกต้อง การบำรุงรักษาหอกฉีดพ่น และการควบคุมเคมีของขี้เถ้า สามารถบรรลุประสิทธิภาพการกำจัดกำมะถันสูงกว่า 80% ด้วยแคลเซียมคาร์ไบด์ได้อย่างสม่ำเสมอ