Fluorspar (CaF₂) — Chất làm lỏng xỉ và flux cho luyện thép và tinh luyện thứ cấp

Fluorspar (canxi florua, CaF₂) là chất làm lỏng xỉ hiệu quả nhất được dùng trong luyện thép và tinh luyện thứ cấp, được bổ sung với lượng nhỏ nhưng quyết định về mặt luyện kim để kiểm soát độ nhớt, nhiệt độ chảy và độ phản ứng của xỉ. Dù không đóng góp kim loại vào thép — vai trò của nó thuần túy lý-hóa, ở pha xỉ — fluorspar có ảnh hưởng không tương xứng tới tốc độ và mức độ hoàn tất mà xỉ thực hiện các chức năng cốt lõi gắn với khử lưu huỳnh, khử phốtpho và nối nhiệt với hồ quang. Được sản xuất từ quáng fluorspar (fluorit) bằng đập, rây và làm giàu, fluorspar cấp luyện kim được cung cấp ở CaF₂ từ 75% trở lên, theo cấp cục và sỏi phù hợp thực hành nạp liệu lò.

Tính chất xác định của fluorspar là khả năng giảm mạnh nhiệt độ chảy và độ nhớt của xỉ già vôi ở tỷ lệ bổ sung rất thấp. Trong BOF, EAF và lò gạn, xỉ phải mang CaO cao để cung cấp độ kiềm cần thiết cho khử lưu huỳnh và khử phốtpho — nhưng xỉ già CaO nhớt, chịu lửa và hòa tan chậm. Một lượng fluorspar nhỏ, thường chỉ vài kilogam mỗi tấn thép, cắt đứt mạng canxi-silicat trong xỉ, hạ nhiệt độ chảy và làm loãng độ nhớt. Xỉ được làm lỏng hòa tan nhanh bổ sung vôi sống, phát triển diện tích bề mặt phân giới xỉ-kim loại cao, và cho phép phản ứng khử lưu huỳnh (CaO + S → CaS + O) và khử phốtpho tiến gần giới hạn nhiệt động thay vì bị giới hạn bởi truyền khối xỉ chậm.

Trong luyện thép EAF, fluorspar đóng vai trò thứ hai: ổn định xỉ xốp. Xỉ xốp che hồ quang điện, bảo vệ thành chịu lửa khỏi bức xạ và truyền nhiều nhiệt hơn từ hồ quang vào bồn. Trong tinh luyện lò gạn (LF), fluorspar là thành phần chủ chốt của xỉ tổng hợp, kết hợp với vôi, xỉ tinh luyện và nhôm để tạo xỉ kiềm cao, độ nhớt thấp, FeO thấp thúc đẩy khử lưu huỳnh sâu tới lưu huỳnh dưới 0,005% mà thép ống và rèn chất lượng cao yêu cầu.

Hiệu quả luyện kim của fluorspar không bàn cãi, nhưng việc sử dụng đòi hỏi kiểm soát có kỷ luật hai nhược điểm. Thứ nhất, ăn mòn chịu lửa: tác dụng flux không chọn lọc, nó cũng tấn công lớp lót magie-cacbon và nhôm cao, tăng mài mòn và rút ngắn tuổi đời. Fluorspar dư thừa có thể cắt tuổi chịu lửa đủ để triệt tiêu lợi ích quy trình. Thực hành hiện đại dùng lượng bổ sung tối thiểu phù hợp độ lỏng cần thiết, thường với chất phủ và chất xây xỉ tinh luyện để giảm phụ thuộc CaF₂. Thứ hai, môi trường: xỉ chứa flo đối mặt hạn chế tái sử dụng và thải bỏ, và phát thải flo khí phải được quản lý trong hệ thống khí thải.

Fluorspar nên được hiểu là công cụ chính xác — được dùng ở các lượng bổ sung nhỏ, có kiểm soát. Fluorspar cấp luyện kim của chúng tôi được cung cấp ở CaF₂ ≥75% (và cấp acid ≥90–97%), lưu huỳnh thấp (≤0,05%) để tránh lưu huỳnh vào bồn, và rây thành cục (10–60 mm) và sỏi (0–10 mm) phù hợp nạp liệu lò và dòng silo. Cỡ hạt nhất quán quan trọng: mịn làm lỏng xỉ quá nhanh và mất trong khí thải; cục quá lớn hòa tan quá chậm. Hàm lượng CaF₂ chứng nhận mỗi lô cho phép nhà luyện thép bổ sung ở mức tối thiểu hiệu quả. Đối với thu mua, fluorspar được định nghĩa bởi ba tham số: hàm lượng CaF₂ chứng nhận với silic kiểm soát và lưu huỳnh thấp; cấp độ phù hợp nạp liệu; và độ tin cậy nguồn cung.