Canxi Cacbua CaC₂ — Chất Khử Lưu Huỳnh Hiệu Suất Cao cho Luyện Thép

Canxi cacbua (CaC₂) là chất khử lưu huỳnh được sử dụng rộng rãi nhất trong luyện thép hiện đại, đóng vai trò là tác nhân chính để loại bỏ lưu huỳnh khỏi gang lỏng trước khi luyện thép bằng oxy. Canxi cacbua cấp kỹ thuật cho ứng dụng luyện kim thường chứa ít nhất 80% CaC₂, phần còn lại bao gồm canxi oxit (CaO) và các tạp chất vi lượng. Khi được phun vào gang lỏng ở nhiệt độ từ 1300°C đến 1450°C, canxi cacbua phản ứng với lưu huỳnh hòa tan tạo thành canxi sunfua (CaS) rắn theo phản ứng CaC₂ + [S] → CaS + 2C. Sản phẩm canxi sunfua không hòa tan trong sắt lỏng và nổi lên bề mặt phân cách xỉ-kim loại, nơi nó được hấp thụ vào xỉ khử lưu huỳnh và được loại bỏ khỏi hệ thống. Canxi cacbua chất lượng cao của chúng tôi được sản xuất theo các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt với hàm lượng CaC₂ ổn định, hiệu suất sinh khí cao, cỡ hạt được kiểm soát và hàm lượng phốt pho thấp, đảm bảo hiệu suất khử lưu huỳnh dự đoán được và hiệu quả trong các ứng dụng xe ngư lôi, gáo trung chuyển và lò gáo.

Hiệu quả khử lưu huỳnh bằng canxi cacbua phụ thuộc quyết định vào hai đặc tính vật liệu: hàm lượng CaC₂ hiệu dụng và phân bố cỡ hạt. Hàm lượng CaC₂ hiệu dụng xác định khả năng khử lưu huỳnh theo hệ số tỉ lượng — mỗi kilôgam CaC₂ tinh khiết về mặt lý thuyết có thể loại bỏ khoảng 0,5 kg lưu huỳnh dựa trên tỉ lượng phản ứng. Tuy nhiên, hiệu quả khử lưu huỳnh thực tế cũng phụ thuộc vào hiệu suất sinh khí, là thước đo thể tích khí axetylen (C₂H₂) giải phóng khi canxi cacbua phản ứng với nước hoặc hơi ẩm. Sự giải phóng khí này, được đo bằng lít trên kilôgam ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn (thường ≥295 L/kg đối với cấp luyện kim), không chỉ đơn thuần là chỉ thị chất lượng — nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất khử lưu huỳnh. Các bọt khí axetylen sinh ra trong quá trình phun tạo ra sự trộn rối tại điểm phun và tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các hạt CaC₂ rắn và lưu huỳnh hòa tan trong gang lỏng, cải thiện đáng kể động học phản ứng. Vật liệu có hiệu suất sinh khí thấp cho thấy hoặc sự phân hủy do tiếp xúc ẩm (hình thành Ca(OH)₂ và CaCO₃ không hoạt tính) hoặc hàm lượng CaC₂ không đủ, cả hai đều làm giảm hiệu quả khử lưu huỳnh và tăng mức tiêu thụ tác nhân trên mỗi kilôgam lưu huỳnh được loại bỏ.

Kiểm soát cỡ hạt cũng quan trọng không kém đối với các hoạt động khử lưu huỳnh đáng tin cậy. Canxi cacbua cấp phun thường có cỡ hạt từ 0,2 mm đến 2,0 mm, với tỷ lệ hạt mịn được kiểm soát và tối thiểu hạt quá cỡ. Các hạt quá mịn (<0,1 mm) bị cuốn vào hệ thống khí thải trước khi chúng có thể phản ứng với gang lỏng, làm giảm hiệu suất sử dụng. Các hạt quá thô (>2,0 mm) lắng quá nhanh trong gang lỏng và không đạt được sự phân tán đầy đủ, dẫn đến loại bỏ lưu huỳnh không hoàn toàn và xử lý quá mức cục bộ. Phân bố cỡ hạt tối ưu cân bằng giữa khả năng vận chuyển trong hệ thống khí nén với thời gian lưu và độ phân tán thích hợp trong bể gang lỏng. Canxi cacbua của chúng tôi được sàng theo các thông số kỹ thuật kích thước chặt chẽ, với phân bố cỡ hạt được xác minh bằng phân tích nhiễu xạ laser cho từng lô sản xuất để đảm bảo hành vi phun nhất quán và kết quả khử lưu huỳnh dự đoán được.

Canxi cacbua được áp dụng trong khử lưu huỳnh gang lỏng thông qua hai phương pháp chính: phun đơn (chỉ CaC₂) và phun đồng thời (CaC₂ kết hợp với magiê hoặc vôi). Trong hệ thống phun đơn, canxi cacbua được phun với tốc độ 2–5 kg trên mỗi tấn gang lỏng qua ống phun chịu lửa nhúng trong gang lỏng, sử dụng nitơ hoặc argon làm khí mang. Hiệu suất loại bỏ lưu huỳnh điển hình dao động từ 70% đến 85% tùy thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh ban đầu, nhiệt độ xử lý và các thông số phun. Phun đồng thời CaC₂ với bột magiê hoặc hỗn hợp magiê-vôi đạt được khử lưu huỳnh sâu hơn — mức lưu huỳnh dưới 0,002% (20 ppm) thường xuyên đạt được — bằng cách kết hợp động học phản ứng nhanh của magiê với khả năng khử lưu huỳnh bền vững của canxi cacbua. Phương pháp phun đồng thời cũng cung cấp tối ưu hóa chi phí, vì tỷ lệ CaC₂ trên magiê có thể được điều chỉnh dựa trên hàm lượng lưu huỳnh mục tiêu cuối cùng và chi phí nguyên liệu tương đối. Canxi cacbua của chúng tôi tương thích với tất cả các hệ thống phun chính (Polysius, CLE, Kurosaki, NKK) và có thể được cung cấp trong bao lớn, thùng chứa IBC hoặc giao hàng bằng xe bồn khí nén để phù hợp với hậu cần nhà máy.

Kiểm soát chất lượng trong mua sắm canxi cacbua là điều cần thiết cho các hoạt động luyện thép. Các thông số chất lượng quan trọng nhất là hàm lượng CaC₂ hiệu dụng (≥80%), hiệu suất sinh khí (≥295 L/kg), phân bố cỡ hạt (D10 >0,1 mm, D90 <2,0 mm), hàm lượng phốt pho (≤0,02%) và độ ẩm (<0,5%). Canxi cacbua có tính hút ẩm và phản ứng tỏa nhiệt với hơi ẩm trong khí quyển, do đó bảo quản đúng cách trong các thùng kín chống ẩm là điều cốt yếu để duy trì chất lượng sản phẩm. Vật liệu đã tiếp xúc với hơi ẩm sẽ biểu hiện hiệu suất sinh khí giảm và sự hiện diện của canxi hydroxit (Ca(OH)₂), có thể nhận biết qua lớp phủ bột trắng trên các hạt và mùi hăng đặc trưng. Các nhà máy thép nên thực hiện các quy trình kiểm tra đầu vào bao gồm kiểm tra hiệu suất sinh khí (phương pháp giải phóng axetylen), phân tích cỡ hạt và phân tích hóa học bằng XRF hoặc ICP-OES cho mỗi lô hàng. Thiết lập quan hệ nhà cung cấp đủ tiêu chuẩn với các nhà sản xuất canxi cacbua chất lượng ổn định, được hỗ trợ bởi dữ liệu kiểm soát quy trình thống kê và đánh giá chất lượng định kỳ, là điều cần thiết để duy trì các hoạt động khử lưu huỳnh đáng tin cậy và tránh gián đoạn sản xuất gây ra bởi chất lượng tác nhân không ổn định.