Chọn vôi sống cho luyện thép: hoạt tính, cỡ hạt và kỷ luật bảo quản
Vôi sống — oxit canxi, CaO — là oxit bazơ của xỉ luyện thép và là chất trợ dung được dùng rộng rãi nhất trong xưởng luyện. Nhiệm vụ của nó là trung hòa silic mà sự oxy hóa silic mang vào xỉ, xây dựng bộ khung silicat dicanxi và tricanxi (2CaO·SiO₂ và 3CaO·SiO₂) quyết định nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt và sức chứa sulfide của xỉ. Chính nó làm nên khả năng khử phốt pho: phốt pho chỉ chuyển vào xỉ ở dạng phốt phat canxi (3CaO·P₂O₅) khi xỉ bazơ mạnh — CaO/SiO₂ trên 3.0, 15–25% FeO trong xỉ trong pha thổi chính, nhiệt độ vừa phải — và trong những điều kiện đó, luyện thép lò chuyển oxy thường tách 85–95% phốt pho của lần nạp. Nó cũng là lực đẩy của khử lưu huỳnh qua pha xỉ, nơi (CaO) + [S] → (CaS) + [O] diễn ra ở ranh giới xỉ–kim loại, với sức chứa sulfide tăng theo hàm số mũ theo độ bazơ và hoạt độ CaO — dưới thực tiễn xỉ tổng hợp trong ladle (độ bazơ 2.5–3.5, FeO + MnO giữ dưới 1%, thế oxy được giữ thấp nhờ khử oxy bằng nhôm), lưu huỳnh hạ xuống mức dưới 0.005%. Mọi công thức trợ dung của nhà máy đều đứng trên một tiền đề: vôi nạp vào hoạt động đúng như tờ dữ liệu của nó nói. Tiền đề đó không tự động đứng vững, bởi vôi sống là sản phẩm lò có tính biến động. Hai lô vôi cùng hàm lượng CaO danh nghĩa có thể cho hành vi xỉ khác nhau từ mẻ này sang mẻ khác — vì thế việc lựa chọn phải dựa trên các tham số chất lượng, chứ không phải trên tên cấp hiệu.
Những tham số ấy ít thôi, và mỗi cái đều có cái giá luyện kim trực tiếp. CaO khả dụng là con số chủ đạo — 92% trở lên với vật liệu cấp lò — và tổn hao khi nung (3% trở xuống) là cái bóng của nó: CaCO₃ còn lại là đá vôi chưa phân hủy, chảy trong lò một cách thu nhiệt, phóng CO₂, và tiêu nhiệt lẽ ra phải dành để hòa tan vôi và phát triển xỉ. Hoạt tính là thứ hay bị xem nhẹ nhất. Nó được đo bằng phép thử tôi tiêu chuẩn — thời gian một mẫu chuẩn đạt mức tăng nhiệt định sẵn khi trộn với nước trong điều kiện kiểm soát. Vôi nung nhẹ hoạt tính cao tôi trong dưới 2 phút; độ xốp cao và các tinh thể CaO nhỏ của nó hòa tan nhanh trong xỉ, và độ bazơ hình thành sớm trong mẻ — đúng lúc các phản ứng phốt pho và lưu huỳnh cần đến nó. Vôi nung cháy, với thời gian tôi trên 5 phút, hòa tan chậm chạp: độ bazơ đích đến trễ, thời gian tới quy cách phốt pho và lưu huỳnh kéo dài, và tổng tiêu thụ vôi tăng lên, vì phần chưa tan bị mất theo xỉ trong từng mẻ. Cỡ hạt quan trọng không kém. Cấp lò là 10–50 mm: hạt mịn bị khí thải cuốn đi, thành tổn thất bụi và gánh nặng môi trường; những cục quá to hòa tan quá chậm để kịp làm việc trong mẻ; và một mẻ nạp bị phân tầng theo cỡ hạt trong quá trình xúc đổ sẽ trôi dạt từ lô này sang lô khác. Hồ sơ tạp chất khép lại bộ tham số: lưu huỳnh 0.05% trở xuống, vì lưu huỳnh nạp cùng vôi quay lại vào băng thép và gặm nhấm công khử lưu huỳnh; và MgO giữ ở 2.5% trở xuống, vì trong cặp phối hợp tiêu chuẩn, vôi là vật mang CaO còn vôi dolomit là vật mang MgO — trộn lẫn hai vai trò ấy sẽ làm đục độ bazơ và thế cân bằng bảo vệ vật liệu chịu lửa mà cặp phối hợp này tồn tại để giữ.
Rồi còn vấn đề mà không cái lò nào giải được: bảo quản. Vôi sống hút ẩm và phản ứng tỏa nhiệt với hơi ẩm không khí tạo thành canxi hydroxide, Ca(OH)₂, và sự hydrat hóa làm suy giảm vật liệu theo hai hướng cùng lúc. Về hóa học, CaO hoạt tính biến thành Ca(OH)₂, thứ phân hủy thu nhiệt ở khoảng 580°C — nó hút nhiệt trong lò trước khi nhả CaO của mình, nên độ bazơ hữu hiệu trên mỗi tấn mẻ nạp đến muộn và không trọn vẹn. Về vật lý, mặt trận hydrat hóa bào mòn các cục thành bột mịn, gây bụi, rối loạn vận chuyển khí nén và mất thêm CaO hữu hiệu. Kỷ luật này thuộc về chất lượng nguyên liệu, không phải chú thích hậu cần: silo kín chịu thời tiết hoặc kho có mái với mức tiếp xúc không khí ẩm tối thiểu; với các nhà máy ở vùng nhiệt đới hay ven biển ẩm cao thì giao hàng đúng thời điểm với thời gian lưu kho tối thiểu. Vì thế mà lịch giao hàng và thực hành bảo quản xứng đáng nằm trên thẻ chất lượng của nhà cung cấp — cùng một lô đến khô, kín, đúng hẹn thì hoạt động đúng quy cách; cùng lô ấy bỏ hở trong một sân ẩm có thể lặng lẽ mất một phần CaO hữu hiệu trước cả khi được nạp vào.
Mảnh cuối cùng là vòng kiểm chứng. Kiểm tra nhập kho đối chiếu từng lô hàng với CoA của lô: hàm lượng CaO 92% trở lên, tổn hao khi nung 3% trở xuống, hoạt tính tôi dưới 2 phút, phân bố cỡ hạt, và lưu huỳnh 0.05% trở xuống. Thỏa thuận cung ứng dài hạn với một nhà sản xuất đủ tiêu chuẩn, đỡ bằng dữ liệu điều khiển quá trình lò và các đợt kiểm toán chất lượng định kỳ, khiến dấu vết giấy tờ chạy từ lò nung vôi tới lò luyện thép. Và xưởng luyện đọc hồ sơ của mình giống như đọc hồ sơ tinh luyện: tổng tiêu thụ vôi đi lên, độ bazơ phát triển chậm trễ, hay hóa học xỉ trôi dạt giữa các mẻ sẽ được định vị vào chính con vôi — hoạt tính, cỡ hạt, hydrat hóa — trước khi đổ tội cho công thức. Xu hướng tiêu thụ vôi phẳng phiu trong khi độ bazơ nằm đúng mục tiêu chính là dấu hiệu thấy được rằng chất trợ dung đang làm việc của nó và cặp phối hợp bão hòa MgO bảo vệ vật liệu chịu lửa đang vững từ chiến dịch này sang chiến dịch khác. Vôi sống là đầu vào trông khiêm tốn nhất trong lò và là đầu vào quyết định nhất: xỉ chỉ lặp lại được nhiều như vôi đứng sau nó.
