Vôi Sống CaO 92% — Chất Trợ Dung Bazơ cho Tạo Xỉ và Khử Lưu Huỳnh trong Luyện Thép

Vôi sống (canxi oxit, CaO) là chất trợ dung bazơ cơ bản trong luyện thép, cần thiết cho tạo xỉ, loại bỏ tạp chất và kiểm soát quy trình luyện kim trên tất cả các tuyến luyện thép sơ cấp. Được sản xuất bằng cách nung đá vôi có độ tinh khiết cao (CaCO₃) ở 900–1100°C trong lò đứng hoặc lò quay, vôi sống phân ly thành dạng oxit hoạt tính trong khi vẫn giữ cấu trúc vật lý của đá gốc. Khi được nạp vào lò luyện thép, vôi sống hòa tan vào xỉ đang hình thành và cung cấp CaO — thành phần oxit bazơ có tác dụng trung hòa silica axit (SiO₂) từ quá trình oxy hóa silic, tạo trợ dung với các oxit tạo xỉ khác, và tạo ra môi trường hóa học cần thiết để loại bỏ phốt pho và lưu huỳnh khỏi thép. Tỷ lệ CaO/SiO₂ trong xỉ, được gọi là độ bazơ hay tỷ số V, là thông số hóa tính xỉ quan trọng nhất trong luyện thép, trực tiếp kiểm soát khả năng khử lưu huỳnh, hệ số phân chia phốt pho, độ chảy của xỉ và độ mài mòn vật liệu chịu lửa. Vôi sống hoạt tính cao của chúng tôi, với hàm lượng CaO được đảm bảo từ 92% trở lên, cỡ hạt được kiểm soát, hàm lượng lưu huỳnh thấp và hoạt tính tôi nhanh, cung cấp hiệu suất điều kiện hóa xỉ ổn định cho các hoạt động BOF, EAF và lò gáo.

Các chức năng luyện kim của vôi sống trong xỉ có ba mặt: trợ dung, khử phốt pho và khử lưu huỳnh. Là chất trợ dung, CaO phản ứng với silica (SiO₂) sinh ra từ quá trình oxy hóa silic để tạo thành dicanxi silicat (2CaO·SiO₂) và tricanxi silicat (3CaO·SiO₂), các thành phần chính của xỉ luyện thép quyết định điểm nóng chảy, độ nhớt và dung lượng lưu huỳnh của xỉ. Nếu không bổ sung đủ chất trợ dung CaO, xỉ giàu SiO₂ sẽ có tính axit cao (độ bazơ thấp), nhớt và có tính ăn mòn hóa học mạnh đối với lớp lót chịu lửa bazơ. Phản ứng khử phốt pho, nền tảng cho việc sản xuất tất cả các mác thép ngoại trừ những loại được cố ý hợp kim hóa với phốt pho, đòi hỏi xỉ bazơ có hoạt tính CaO cao: 2[P] + 5(FeO) + 3(CaO) → (3CaO·P₂O₅) + 5Fe. Phản ứng này được thúc đẩy mạnh mẽ bởi độ bazơ xỉ cao (CaO/SiO₂ >3,0), hàm lượng FeO cao trong xỉ (15–25% trong giai đoạn thổi chính) và nhiệt độ vừa phải. Canxi phốt phát (3CaO·P₂O₅) được tạo thành ổn định trong xỉ bazơ và được loại bỏ cùng với xỉ khi ra thép, đạt hiệu suất khử phốt pho điển hình 85–95% trong luyện thép BOF.

Khử lưu huỳnh thông qua phản ứng xỉ-kim loại là chức năng quan trọng thứ ba của vôi sống. Phản ứng khử lưu huỳnh — (CaO) + [S] → (CaS) + [O] — xảy ra tại bề mặt phân cách xỉ-kim loại và được thúc đẩy bởi hoạt tính CaO cao trong xỉ và hoạt tính oxy thấp trong thép. Điều này làm cho quá trình khử lưu huỳnh hiệu quả nhất trong điều kiện hoàn nguyên, chẳng hạn như trong quá trình tinh luyện lò gáo với xỉ bazơ tổng hợp, nơi hoạt tính oxy được kiểm soát bởi quá trình khử oxy bằng nhôm và hàm lượng FeO + MnO trong xỉ được giữ dưới 1%. Độ bazơ xỉ (CaO/SiO₂) từ 2,5–3,5 thường được nhắm đến cho khử lưu huỳnh trong lò gáo, với độ bazơ cao hơn có lợi cho việc loại bỏ lưu huỳnh nhưng cũng làm tăng độ nhớt của xỉ và thời gian hòa tan vôi. Dung lượng lưu huỳnh của xỉ — một thước đo nhiệt động học về khả năng hấp thụ lưu huỳnh của xỉ — tăng theo hàm mũ với độ bazơ xỉ và hoạt tính CaO, đó là lý do tại sao sử dụng vôi sống độ tinh khiết cao, hoạt tính cao với động học hòa tan nhanh là điều cần thiết để đạt được mức lưu huỳnh mục tiêu dưới 0,005% trong luyện kim thứ cấp.

Hoạt tính của vôi sống, được đo bằng thử nghiệm tôi ASTM C110, là một thông số chất lượng quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất luyện thép. Thử nghiệm tôi đo thời gian cần thiết để một mẫu vôi sống được tiêu chuẩn hóa đạt đến mức tăng nhiệt độ định trước khi trộn với nước trong các điều kiện được kiểm soát. Vôi sống hoạt tính cao (nung mềm), với thời gian tôi dưới 2 phút, hòa tan nhanh vào xỉ luyện thép nhờ độ xốp cao và kích thước tinh thể CaO nhỏ, cho phép phát triển độ bazơ sớm và tạo xỉ hiệu quả. Vôi hoạt tính thấp (nung già hoặc nung chết), với thời gian tôi vượt quá 5 phút, đã được nung ở nhiệt độ cao hơn hoặc thời gian dài hơn, dẫn đến tinh thể CaO lớn hơn, độ xốp thấp hơn và hòa tan chậm trong xỉ. Sử dụng vôi sống hoạt tính thấp làm chậm việc đạt được độ bazơ xỉ mục tiêu, kéo dài thời gian đạt được các thông số kỹ thuật về phốt pho và lưu huỳnh, và tăng tổng tiêu thụ vôi do vôi chưa hòa tan bị mất vào xỉ trong mỗi mẻ nấu. Vôi sống của chúng tôi được nung mềm trong các điều kiện lò được kiểm soát để đạt được hoạt tính cao ổn định trong khi vẫn duy trì đủ độ bền vật lý cho việc xử lý và nạp liệu mà không bị phân hủy quá mức.

Bảo quản và xử lý vôi sống đúng cách là điều cần thiết để duy trì chất lượng của nó, vì vôi sống có tính hút ẩm và phản ứng tỏa nhiệt với hơi ẩm trong khí quyển để tạo thành canxi hydroxit (Ca(OH)₂). Phản ứng hydrat hóa này — CaO + H₂O → Ca(OH)₂ + nhiệt — làm giảm chất lượng vôi sống theo hai cách: nó chuyển đổi CaO hoạt tính thành Ca(OH)₂ kém hiệu quả hơn (chất này phân hủy thu nhiệt ở khoảng 580°C trong lò, hấp thụ nhiệt trước khi giải phóng CaO), và nó tạo ra bụi mịn gây ra các vấn đề về xử lý, môi trường và thất thoát vật liệu. Vôi sống nên được bảo quản trong các silo kín chống thời tiết hoặc khu vực lưu trữ có mái che với mức tiếp xúc tối thiểu với không khí ẩm. Đối với các nhà máy thép ở các vị trí nhiệt đới hoặc ven biển có độ ẩm môi trường cao, nên áp dụng giao hàng đúng hạn và thời gian lưu trữ tại chỗ tối thiểu. Kiểm tra chất lượng đầu vào nên bao gồm hàm lượng CaO (≥92%), LOI (≤3%), hoạt tính (thời gian tôi ≤2 phút), phân bố cỡ hạt và hàm lượng lưu huỳnh (≤0,05%) cho mỗi lô hàng. Thiết lập mối quan hệ cung ứng dài hạn với nhà sản xuất vôi sống đủ tiêu chuẩn, được hỗ trợ bởi dữ liệu kiểm soát quy trình lò nung và đánh giá chất lượng định kỳ, đảm bảo hiệu suất trợ dung ổn định và kiểm soát hóa tính xỉ dự đoán được trong các hoạt động luyện thép.