Khử lưu huỳnh sâu trong lò gáo: Chiến lược phun kết hợp CaC₂ + Mg

Các mục tiêu khử lưu huỳnh sâu trong sản xuất thép sạch hiện đại đã đi xuống dưới 20 ppm lưu huỳnh cho nhiều cấp thép, và phun vào lò gáo là tuyến đường tiêu chuẩn để đạt được điều đó. Carbit canxi (CaC₂) và magiê (Mg) là hai hóa chất chủ lực, và câu hỏi quy trình trung tâm là nên dùng chúng riêng lẻ hay kết hợp. Phun đơn bất kỳ hóa chất nào hoạt động trong một cửa sổ giới hạn: magiê nhanh và mạnh nhưng có thể nhiễu loạn và khó kiểm soát ở tốc độ thêm cao, trong khi carbit canxi cung cấp khả năng khử lưu huỳnh nhẹ nhàng, bền vững nhưng động học chậm hơn. Phun kết hợp được thiết kế để nắm bắt điểm mạnh của cả hai.

Lập luận động học cho phun kết hợp dựa trên các cơ chế bổ trợ. Magiê có ái lực cao với lưu huỳnh và tạo thành MgS nhanh chóng, mang lại hấp thụ lưu huỳnh tức thì trong những phút đầu tiên của quá trình xử lý. Trong khi đó, carbit canxi phân hủy khi tiếp xúc với thép để cung cấp nguồn canxi liên tục cho khử lưu huỳnh suốt toàn bộ cửa sổ xử lý. Chạy cả hai đồng thời nghĩa là phản ứng magiê nhanh đẩy lưu huỳnh xuống nhanh chóng trong khi carbit canxi duy trì động lực đến mục tiêu sâu cuối cùng, thay vì để lưu huỳnh tái hồi khi hiệu ứng magiê suy giảm. Kết quả là con đường nhanh hơn đến lưu huỳnh thấp với điểm cuối ổn định hơn.

Hóa học xỉ là điều kiện tiên quyết cho cả hai chiến lược. Khử lưu huỳnh sâu đòi hỏi xỉ bazơ cao, oxy thấp, và tỷ lệ CaO/SiO₂ của xỉ lò gáo nên được giữ ở hoặc trên 1.5–2.0. Xỉ bazơ hấp thụ lưu huỳnh được giải phóng bởi các phản ứng phía kim loại và giữ nó, ngăn chặn sự tái hồi vào thép. Ghép xử lý phun với xỉ giàu canxi oxit — thường được xây dựng bằng bổ sung vôi sống — là thứ chuyển một đợt giảm lưu huỳnh tạm thời thành giá trị lưu huỳnh cuối cùng ổn định. Không có điều kiện xỉ đó, ngay cả lịch phun tích cực nhất cũng sẽ dừng lại khá cao trên mục tiêu sâu.

Lựa chọn giữa phun đơn và phun kết hợp cuối cùng là một lựa chọn kinh tế, và kinh tế học xoay quanh hiệu quả hóa chất và thời gian xử lý. Magiê đắt hơn trên mỗi đơn vị lưu huỳnh được loại bỏ nhưng hoạt động nhanh, rút ngắn chu kỳ xử lý; carbit canxi rẻ hơn nhưng đòi hỏi thời gian lưu dài hơn để đạt cùng điểm cuối. Phun kết hợp thường giảm tổng tiêu thụ hóa chất cho một mức lưu huỳnh cuối cùng nhất định vì mỗi hóa chất hoạt động trong chế độ mà nó hiệu quả nhất, và thời gian xử lý ngắn hơn giải phóng công suất lò gáo và lò. Đối với các phân xưởng chạy nhiều mẻ với thông số lưu huỳnh sâu, khoản đầu tư vốn cho phun kết hợp thường được thu hồi thông qua chi phí hóa chất giảm và thông lượng tăng.

Lựa chọn khí mang hoàn thiện thiết kế quy trình. Nitơ và argon là các lựa chọn phổ biến; đối với các cấp thép nơi hấp thụ nitơ không thể chấp nhận, argon là bắt buộc ngay cả ở chi phí cao hơn. Tốc độ dòng khí mang và vị trí súng phun phải được điều chỉnh để giữ phản ứng magiê trong tầm kiểm soát — phân tán quá ít tạo ra phản ứng cục bộ dữ dội, trong khi dòng khí quá mức pha loãng hóa chất và kéo dài quá trình xử lý. Các trạm phun hiện đại phối hợp tốc độ cấp hóa chất, lưu lượng khí và độ sâu súng với điểm đặt lưu huỳnh, và kỹ năng của người vận hành trong việc cân bằng các biến số này thường là khác biệt giữa việc đạt và chệch mục tiêu 20 ppm.

Đối với các nhà máy chuẩn hóa thực hành khử lưu huỳnh, tuyến đường thực tế là xác định đặc tính xỉ hiện tại và điểm cuối lưu huỳnh, sau đó thử nghiệm phun đơn từng hóa chất trước khi cam kết phun kết hợp, để lợi ích cận biên của hóa chất thứ hai được đo lường thay vì giả định. Các vật liệu nuôi quy trình này — carbit canxi, chất khử lưu huỳnh magiê và vôi sống — có sẵn qua các nền tảng như steelrefiningmaterials.com, vận hành bởi KHAKI TRADING CO., LIMITED, bao phủ 32 danh mục sản phẩm bằng 17 ngôn ngữ cho người mua tại hơn 80 quốc gia.