المورد الرائد لكربيد الكالسيوم في العالم .
كربيد الكالسيوم لإزالة الكبريت من الفولاذ: كيف يمكن لحجم جسيمات يتراوح بين 2-10 مم أن يحسن كفاءة إزالة الكبريت؟
2026-01-13
إن رؤية الخبث يتشكل فوق الفولاذ المنصهر أثناء عملية معالجة الفولاذ في المغرفة مشهدٌ جميلٌ يُشير إلى التقدم. فهذا يعني أن طبقة التكرير الاصطناعية قد تشكلت، وأن عملية تنظيف الفولاذ قد بدأت بالفعل. مع ذلك، فإن الطبقة السميكة التي تمتص الشوائب وتمنع تلامس الفولاذ مع الأكسجين تعمل أيضاً كحاجز مادي، يمنع وصول مزيل الكبريت ( كربيد الكالسيوم ) إلى الفولاذ المنصهر الموجود أسفلها. وهنا تبرز أهمية حجم جزيئات كربيد الكالسيوم!
تُعدّ إزالة الكبريت من الفولاذ خطوةً أساسيةً في عمليات التكرير الثانوية، إذ تضمن قابلية الفولاذ المُشكّل للتشغيل الآلي وخلوّه من الشوائب. وتُعتبر إضافة كربيد الكالسيوم (CaC₂ ) تقنيةً راسخةً تعود إلى سبعينيات القرن الماضي، إلا أن استخدام جزيئات صغيرة الحجم لا يزال هو الأسلوب المُعتمد للتحكم في هذه العملية.
سنتناول في هذه المقالة تأثير حجم كربيد الكالسيوم (2-10 مم) على عملية إزالة الكبريت، بالإضافة إلى تحليل فعاليتها وسلامتها وتكلفتها. في نهاية المقالة، سيتمكن القارئ من تكوين فكرة واضحة عن الحجم الأمثل للجسيمات في عملية إزالة الكبريت من الفولاذ. لنبدأ بالأساسيات: لماذا يُزال الكبريت من الفولاذ؟
معلومات أساسية عن الكبريت في الصلب
عادةً ما يكون مصدر الكبريت في الفولاذ من المواد الخام، مثل خام الحديد، أو خردة الفولاذ، أو السبائك الحديدية. يحتوي المعدن المنصهر على الكبريت من هذه المصادر، ويجب إزالته لضمان الحفاظ على الخواص الميكانيكية للفولاذ. عادةً ما يحتوي ناتج فرن الصهر على100-800 جزء في المليون من الكبريت، والذي يجب تخفيضه إلى 35-10 جزء في المليون، اعتمادًا على متطلبات العملية.
الحاجة إلى إزالة الكبريت
يُطلق على الفولاذ عالي الجودة ذي المحتوى المنخفض من الكبريت اسم "الفولاذ النظيف". يجب أن تخضع نواتج أفران القوس الكهربائي (EAF) وأفران الأكسجين القاعدية (BOF) لعملية معالجة ثانوية لتحسين مستويات نقائها. فيما يلي أهم الأسباب التي تستدعي إزالة الكبريت من الفولاذ:
● هشاشة الفولاذ عند درجات الحرارة العالية: يتفاعل الحديد الموجود في الفولاذ مع الكبريت لتكوين كبريتيد الحديد (FeS). يتميز كبريتيد الحديد بانخفاض درجة انصهاره (988 درجة مئوية)، مما يؤثر على قابلية تشكيل الفولاذ، خاصةً أثناء الدرفلة على الساخن والتشكيل. ينصهر كبريتيد الحديد، مما يُضعف الفولاذ ويجعله هشًا وعرضةً للتشقق.
● ضعف قابلية اللحام: أثناء اللحام، تتسبب الحرارة الشديدة في انصهار المعدن. يتصلب الجزء السليم، مُشكلاً إجهادات شد داخلية. وبينما يبقى كبريتيد الحديد سائلاً لفترة، تصبح الإجهادات لا تُطاق، مما يؤدي إلى تشقق التصلب أو التمزق الحراري.
● مقاومة التآكل: يمكن أن تتشكل ثقوب صغيرة وعميقة على السطح حيث يقلل الكبريت من مقاومة الفولاذ للتآكل.
●SO 2. الانبعاثات: يساعد إزالة الكبريت في الحفاظ على انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت ضمن النطاق المسموح به. وهو أمر أساسي لضمان الامتثال للوائح الهواء الصارمة التي تتطلب عادةً 20 ملغم/ م³
● إعادة تدوير المنتج الثانوي: تؤدي إضافة CaC 2 إلى تكوين خبث الكربيد، وهو قابل لإعادة التدوير، مما يضمن الاستدامة (Qi et al.، 2022).
العلم وراء إزالة الكبريت باستخدام كربيد الكالسيوم
قبل الخوض في تأثير حجم جزيئات كربيد الكالسيوم ( CaC₂ ) على عملية إزالة الكبريت، دعونا نفهم آلية عمل هذه العملية. سنتناول تأثير حجم كربيد الكالسيوم وكيف يعزز هذه الآليات في قسم لاحق.
آلية التفاعل
التفاعل الأساسي الذي ينتج عنه تكوين الفقاعة فوق الفولاذ المنصهر هو:
CaC 2 + S → CaS + 2C
يتفاعل كربيد الكالسيوم مع الكبريت لتكوين كبريتيد الكالسيوم، مطلقاً الكربون في الفولاذ. ونظرًا لأن كبريتيد الكالسيوم غير قابل للذوبان، فإنه يطفو على سطح الفولاذ المنصهر، ويمكن إزالته بسهولة بعد فترة مناسبة.
تأثير معايير العملية
جودة الكواشف
● نقاء الكاشف: الأمر بسيط. استخدام كربيد الكالسيوم النقي (CaC₂ ) يُعطي تفاعلاً أقوى. يضمن استخدام كربيد الكالسيوم بنسبة نقاء تزيد عن 63-68%، مع مستويات منخفضة من السيليكون (أقل من 2%) والفوسفور (أقل من 0.02%)، أقصى قدر من التفاعل وأقل قدر من التلوث.
● معدل تدفق الكاشف: يُعد التحكم في إضافة الكاشف ضروريًا لتحقيق معدلات إزالة عالية. ويُعتبر معدل 200-300 غ/دقيقة مثاليًا.
العوامل الكيميائية
● حالة إزالة الأكسدة: لمنع استهلاك CaC 2 بواسطة الأكسجين، يجب الحفاظ على الفولاذ المنصهر في حالة منخفضة الأكسجين.
● فترة الحضانة: لا يتفاعل كربيد الكالسيوم على الفور. فهو يحتاج إلى فترة حضانة أولية تتراوح بين 20 و40 ثانية قبل أن تبدأ حركية التفاعل.
● الخطوة المحددة لمعدل التفاعل: إن انتشار الكبريت إلى CaC 2 هو الخطوة المحددة لمعدل التفاعل في هذه العملية.
● درجة الحرارة: التأثير ضئيل، بنسبة 3% فوق 100 درجة مئوية. لذلك، يُعد التركيز على جوانب أخرى، مثل الخلط، أمرًا أساسيًا.
الجوانب الميكانيكية
● نسبة الاختراق (β): تعتمد كفاءة التفاعل على نسبة الاختراق، وهي تدفق الغاز (للتحريك) بالنسبة لتدفق الكاشف (للحقن).
● متغير العملية: يحدد الاختيار بين المعالجة المسبقة بالمعدن الساخن والتكرير في فرن المغرفة الناتج.
● الخلط/التحريك: يحدد تكوين أنظمة حقن الكواشف، مثل أنظمة الرمح المزدوج، ومستوى تحريك الغاز الخامل، مدى تلامس الكبريت مع كربيد الكالسيوم.
تأثير حجم الجسيمات من 2 إلى 10 مم على إزالة الكبريت
بعد التعرف على عملية إزالة الكبريت وتأثير مختلف العوامل على كفاءتها، ننتقل إلى الجزء الأهم من نقاشنا، ألا وهو تأثير حجم جزيئات كربيد الكالسيوم على كفاءة إزالة الكبريت. في العمليات عالية الإنتاجية، يتراوح الحجم الأمثل للجزيئات بين 2 و10 ملم.
الحركية والتفاعلية المستدامة
سنحلل كيف يؤثر زيادة مساحة السطح التفاعلي على حركية التفاعل الكلية. يجب أن يبقى كربيد الكالسيوم مستقرًا في المعدن المنصهر طوال العملية. يُعدّ نطاق 2-10 مم بالغ الأهمية لتحقيق الكفاءة.
● معدل التفاعل المستدام
على الرغم من أن تحويل كربيد الكالسيوم إلى مسحوق لإضافته إلى الفولاذ المنصهر قد يؤدي إلى أسرع تفاعل، إلا أن هذا التأثير يتلاشى سريعًا. يوفر الحجم الذي يتراوح بين 2 و10 مم قطرًا فعالًا ومستدامًا لنقل الكتلة، مما يضمن تفاعلًا موثوقًا به طوال فترة التكرير. (كودور وآيرونز، 1994).
● تجنب التباطؤ الكيميائي
تحد المساحة السطحية المتوسطة للجسيمات التي يتراوح حجمها بين 2 و10 ملم من التكوين السريع لغلاف منتج كبريتيد الكالسيوم (CaS) الذي "يخنق" الجسيمات فائقة الدقة في غضون ثوانٍ (Chiang et al., 1990). ويضمن هذا النمو البطيء للغلاف استمرار تفاعل لب الكربيد بفعالية، وفقًا لحركية انتشار يمكن التنبؤ بها.
الاستخدام والتحكم المادي
تؤدي المتانة الفيزيائية لجزيئات كربيد الكالسيوم التي يتراوح حجمها بين 2 و 10 ملم إلى استخدام أفضل للمواد، على عكس الغبار.
معدل استخدام مرتفع
تحقق الجسيمات التي يتراوح حجمها بين 2 و10 ملم معدل استخدام للمواد الكيميائية يتراوح بين 55 و75%، مقارنةً بنسبة تتراوح بين 40 و55% فقط للغبار الذي يقل حجمه عن 1 ملم. ويعود ذلك إلى انخفاض عدد الجسيمات التي يتم نفخها مباشرةً بواسطة الغاز الحامل (كودور وآيرونز، 1994).
نسبة اختراق ممتازة ( β )
عند معدلات الحقن المعتادة، تصل نسبة الاختراق β إلى 25-35%، وهي نسبة أعلى بكثير من تلك الخاصة بالمساحيق الناعمة. تساعد الكتلة الأكبر لهذه الجسيمات على مقاومتها للانجراف مع فقاعات الغاز، وتضمن اختراقها بعمق في المعدن المنصهر.
مدة إقامة كافية
على الرغم من أن وقت الإقامة في عمود الحقن قصير (0.8-3 ثوانٍ)، إلا أنه يتم حقن مليارات الجسيمات، مما يوفر تعرضًا تراكميًا كافيًا لإزالة الكبريت بنسبة 75-90% في 180-240 ثانية (Guo et al., 2023).
نتائج متوقعة
يضمن التحكم الدقيق في الحجم (>90% ضمن المواصفات) قيم K و β قابلة للتكرار تتغير مع كل تغيير، مما يجعل التحكم في التفاعل أسهل والنتائج قابلة للتنبؤ بدرجة عالية.
مزايا استخدام حجم الجسيمات من 2 إلى 10 مم
التفاعل الأمثل يوازن مساحة السطح لتحقيق حركية فعالة مع منع التكوين السريع لغلاف CaS، مما يؤدي إلى استمرار التفاعل لفترة أطول. | اختراق أفضل تضمن نسبة الاختراق العالية (β=25-35٪) في النقل الهوائي اتصالاً عميقاً، مما يؤدي إلى مكاسب كبيرة في إزالة الكبريت لكل إضافة من الكواشف. |
مزج مُحسّن تتيح الحبيبات التقليب والتدوير الفعال مع فقاعات الغاز، مما يقلل من "المناطق الميتة" الخاملة ويزيد من انتشار الكبريت. | مستوى أمان أعلى يقلل بشكل كبير من خطر انفجار غاز الأسيتيلين الناتج عن التعرض للرطوبة مقارنة بالمساحيق الدقيقة شديدة التفاعل والغبارية. |
كفاءة العملية يؤدي التحكم الدقيق في الحجم إلى توفير ثوابت معدل قابلة للتكرار K واختراق، مما يضمن نتائج يمكن التنبؤ بها بدرجة عالية وكفاءة العملية. | سهولة الاستخدام تتميز الحبيبات بأنها أقل كشطًا، مما يتيح معدلات تدفق أعلى وأكثر استقرارًا ويحمي المعدات مثل رماح الحقن من التآكل. |
خفض تكلفة الكواشف يؤدي تحسين الاستخدام وتقليل الفاقد إلى انخفاض استهلاك الكواشف بنسبة 25٪ مقارنة بطرق المساحيق ذات الحجم الميكروني. | |
دراسة حالة: مثال على TYWH
يُعدّ حجم الحبيبات من 2 إلى 10 مم منتجًا تجاريًا ناجحًا، حيث تتخصص شركات إنتاج كبرى مثل TYWH في إنتاجه وتصديره عالميًا. تمتلك TYWH طاقة إنتاجية سنوية تبلغ 120,000 طن، وتُصدّر منتجات متخصصة بحجم حبيبات من 2 إلى 4 مم ومن 4 إلى 7 مم إلى جميع أنحاء العالم. تتميز هذه المنتجات بتجانس حجمها (أكثر من 90% من المنتجات مطابقة للمواصفات)، وتُعبأ بإحكام في براميل N2 للحفاظ على جودتها وسلامتها.
إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عنTYWH ثم قم بزيارة موقعهم الإلكتروني!
خاتمة
باختصار، يمكننا أن نستنتج أن تحسين حجم جزيئات كربيد الكالسيوم يؤدي إلى زيادة الاستخدام، وتحسين الاختراق، واستدامة التفاعل الأمثل لفترة أطول. ويؤدي ذلك إلى خفض تكلفة المواد الكيميائية وزيادة الأمان من خلال تقليل مخاطر الانفجار وضمان نتائج يمكن التنبؤ بها.
موصى به لك
لايوجد بيانات
تواصل معنا
المكتب الرئيسي: الغرفة 438، رقم 58 طريق وانكسيانج، شارع غولين، منطقة بينهاي الجديدة، تيانجين، الصين
المصنع: منطقة مشروع لاوشيدان في منطقة هاينان الصناعية، مقاطعة هاينان، مدينة ووهاي، منغوليا الداخلية، الصين