Ведущий мировой поставщик карбида кальция .
Карбид кальция для обессеривания стали: как размер частиц 2-10 мм может повысить эффективность обессеривания?
2026-01-13
Наблюдение за образованием шлака на поверхности расплавленной стали в процессе ковшовой металлургии — прекрасное зрелище, свидетельствующее о прогрессе. Это означает, что синтетический рафинировочный слой сформировался, и очистка стали уже началась. Однако толстый слой, поглощающий примеси и предотвращающий контакт стали с кислородом, также действует как физический барьер, препятствуя проникновению десульфуризатора ( карбида кальция ) в расплавленную сталь. Именно здесь размер частиц карбида кальция становится решающим!
Удаление серы из стали — важнейший этап вторичной рафинировки. Он обеспечивает обрабатываемость полученной стали и минимизацию примесей. Добавление CaC₂ — достаточно отработанная технология, используемая с 1970-х годов. Однако использование частиц малого размера остается основным методом контроля качества.
В этой статье мы рассмотрим, как размер частиц карбида кальция (2-10 мм) влияет на процесс десульфуризации. Также проанализируем его эффективность, безопасность и экономические аспекты. В итоге читатель получит четкое представление об идеальном размере частиц для процесса десульфуризации стали. Давайте начнем с основ: зачем удаляют серу из стали.
Информация о содержании серы в стали.
Источником серы в стали обычно является сырье, такое как железная руда, стальной лом или ферросплавы. Расплавленный металл будет содержать серу из указанных источников. Ее необходимо удалить, чтобы обеспечить сохранение механических свойств стали. Как правило, выход стали из доменной печи содержит100-800 Содержание серы в частях на миллион (ppm) необходимо снизить до 35-10 ppm в зависимости от технологических требований.
Необходимость десульфуризации
Высококачественная сталь с низким содержанием серы также называется «чистой сталью». Продукция электродуговых печей (ЭДП) и кислородно-конвертерных печей (ККП) должна пройти вторичную металлургическую обработку для повышения уровня чистоты. Вот основные причины, по которым сталь должна подвергаться десульфуризации:
● Горячая хрупкость: Присутствующее в стали железо реагирует с серой, образуя FeS. Сульфид железа имеет низкую температуру плавления — 988 °C, что влияет на обрабатываемость стали, особенно при горячей прокатке и ковке. FeS плавится, ослабляя сталь, делая ее хрупкой и склонной к растрескиванию.
● Плохая свариваемость: Во время сварки сильный нагрев приводит к плавлению металла. Хорошая часть затвердевает, образуя внутренние растягивающие напряжения. В то время как FeS остается жидким в течение некоторого времени, напряжения становятся невыносимыми, что приводит к образованию трещин при затвердении или горячему разрыву.
● Коррозионная стойкость: На поверхности могут образовываться небольшие глубокие отверстия, поскольку сера снижает коррозионную стойкость стали.
●SO 2. Выбросы: Удаление серы помогает поддерживать выбросы диоксида серы в допустимых пределах. Это ключевой момент для обеспечения соответствия строгим нормам по контролю качества воздуха, которые обычно требуют 20 мг/м³ .
● Побочный продукт переработки: добавление CaC₂ приводит к образованию карбидного шлака, который подлежит переработке, что обеспечивает устойчивость производства (Qi et al., 2022).
Научные основы десульфуризации с использованием карбида кальция
Прежде чем углубляться в изучение влияния размера частиц карбида кальция ( CaC₂ ) на процесс десульфуризации, давайте разберемся, как он работает. Влияние размера частиц карбида кальция и то, как он усиливает эти механизмы, мы рассмотрим в последующем разделе.
Механизм реакции
Основная реакция, приводящая к образованию расплавленной стали в виде сгустка, выглядит следующим образом:
CaC₂ + S → CaS + 2C
Карбид кальция реагирует с серой, образуя сульфид кальция и выделяя углерод в сталь. CaS нерастворим, поэтому он всплывает на поверхность расплавленной стали, и его можно легко удалить через подходящее время.
Влияние параметров процесса
Качество реагентов
● Чистота реагента: Все просто. Чистый CaC₂ обеспечит более сильную реакцию. Карбид кальция чистотой >63-68% и низким содержанием Si (<2%) и P (<0,02%) гарантируют максимальную реакцию и низкий уровень загрязнения.
● Скорость потока реагента: Для достижения высокой степени удаления необходимо контролировать добавление реагента. Оптимальной считается скорость 200-300 г/мин.
Химические факторы
● Состояние раскисления: Чтобы предотвратить потребление CaC₂ кислородом, расплавленную сталь следует поддерживать в состоянии с низким содержанием кислорода.
● Время инкубации: Карбид кальция не вступает в реакцию немедленно. Для начала кинетики реакции необходим начальный инкубационный период в 20–40 секунд.
● Лимитирующая стадия: Диффузия серы к CaC₂ является лимитирующей стадией процесса.
● Температура: Влияние минимально, более 3% при температуре выше 100 °C. Поэтому важно сосредоточиться на других аспектах, таких как перемешивание.
Механические аспекты
● Коэффициент проникновения (β): Эффективность реакции зависит от коэффициента проникновения, который представляет собой отношение потока газа (при перемешивании) к потоку реагента (при впрыскивании).
● Вариант процесса: Выбор между предварительной обработкой горячим металлом и рафинированием в ковшовой печи определяет выходной результат.
● Перемешивание: Конфигурация систем ввода реагентов, таких как системы с двумя форсунками, и уровень перемешивания инертным газом определяют контакт серы с карбидом кальция.
Влияние размера частиц 2–10 мм на процесс десульфуризации
После изучения процесса десульфуризации и влияния различных параметров на его эффективность, мы можем перейти к наиболее важной части нашего обсуждения, а именно к влиянию размера частиц карбида кальция на эффективность десульфуризации. В высокопроизводительных процессах оптимальный размер частиц составляет 2-10 мм.
Кинетика и устойчивая реактивность
Мы проанализируем, как увеличение площади реакционной поверхности влияет на общую кинетику реакции. Карбид кальция должен оставаться стабильным в расплавленном металле на протяжении всего процесса. Диапазон 2-10 мм имеет решающее значение для эффективности.
● Устойчивая скорость реакции
Хотя измельчение карбида кальция до пыли для добавления в расплавленную сталь может привести к самой быстрой реакции, эффект быстро ослабевает. Размер частиц 2–10 мм обеспечивает устойчивый и эффективный диаметр массопереноса, гарантируя надежную реакцию на протяжении всего времени рафинирования. (Coudure & Irons, 1994).
● Предотвращение замедления процесса с помощью химических веществ
Умеренная площадь поверхности частиц размером 2–10 мм ограничивает быстрое образование оболочки из сульфида кальция (CaS), которая «задушивает» ультрамелкие частицы в течение нескольких секунд (Chiang et al., 1990). Более медленный рост оболочки обеспечивает эффективную реакцию карбидного ядра в соответствии с предсказуемой кинетикой диффузии.
Использование и физический контроль
Физическая прочность частиц карбида кальция размером 2-10 мм обеспечивает более эффективное использование материала, в отличие от пыли.
Высокий коэффициент использования
Для частиц размером 2–10 мм эффективность использования реагента составляет 55–75%, тогда как для пыли размером <1 мм она достигает лишь 40–55%. Это объясняется тем, что меньшее количество частиц сразу же выдувается несущим газом (Coudure & Irons, 1994).
Отличный коэффициент проникновения ( β )
При типичных скоростях впрыска коэффициент проникновения β достигает 25–35% — значительно выше, чем для мелкодисперсных порошков. Большая масса этих частиц помогает им противостоять уносу газовыми пузырьками и обеспечивает глубокое проникновение в расплавленный металл.
Достаточное время пребывания
Несмотря на короткое время пребывания в инжекционном шлейфе (0,8–3 секунды), впрыскиваются миллиарды частиц, обеспечивая достаточное суммарное воздействие для десульфуризации на 75–90% за 180–240 секунд (Guo et al., 2023).
Предсказуемые результаты
Строгий контроль размера частиц (>90% в пределах спецификации) обеспечивает повторяемость значений K и β при каждом изменении, что упрощает контроль реакции и делает результаты высокопредсказуемыми.
Преимущества использования частиц размером 2–10 мм
Оптимизированная реакция Обеспечивает баланс площади поверхности для эффективной кинетики, предотвращая при этом быстрое образование оболочки из CaS и поддерживая реакцию в течение более длительного времени. | Более эффективное проникновение Высокий коэффициент проникновения (β = 25-35%) в пневматической транспортировке обеспечивает глубокий контакт, что приводит к существенному увеличению эффективности десульфуризации на единицу добавленного реагента. |
Улучшенное смешивание Гранулы обеспечивают эффективное перемешивание и циркуляцию с образованием газовых пузырьков, уменьшая инертные «мертвые зоны» и максимизируя диффузию серы. | Повышенная безопасность Значительно снижает риск взрыва ацетилена при воздействии влаги по сравнению с высокореактивными, пылеобразными, мелкодисперсными порошками. |
Эффективность процесса Жесткий контроль размера частиц обеспечивает воспроизводимые константы скорости K и степень проникновения, гарантируя высокопредсказуемые результаты и эффективность процесса. | Простота в обращении Гранулы обладают меньшей абразивностью, что обеспечивает стабильно высокие скорости потока и защищает оборудование, такое как инжекционные форсунки, от износа. |
Снижение затрат на реагенты Улучшенное использование и снижение потерь приводят к снижению расхода реагентов примерно на 25% по сравнению с методами, использующими порошки микронного размера. | |
Пример из практики: Пример TYWH
Гранулы размером 2-10 мм являются успешным коммерческим продуктом, и такие крупные производители, как TYWH, специализируются на их производстве и экспорте по всему миру. TYWH имеет годовую производственную мощность в 120 000 тонн и экспортирует специализированные сорта гранул размером 2-4 мм и 4-7 мм по всему миру. Эти продукты отличаются высокой однородностью размеров (>90% соответствуют требованиям) и надежно упаковываются в бочки из азотной кислоты для обеспечения качества и безопасности.
Если вас интересует более подробная информация оTYWH Затем посетите их веб-сайт!
Заключение
Вкратце, можно заключить, что оптимизация размера частиц карбида кальция приводит к высокой эффективности его использования, лучшему проникновению и более длительному протеканию оптимизированной реакции. Это также снижает затраты на реагенты и повышает безопасность за счет уменьшения риска взрыва и обеспечения предсказуемых результатов.
рекомендовано вам
нет данных
Свяжитесь с нами
Головной офис: комната 438, улица Ваньсян, д. 58, улица Гулинь, новый район Биньхай, Тяньцзинь, Китай
Фабрика: Проектная зона Лаошидань Хайнаньского промышленного парка, район Хайнань, город Ухай, Внутренняя Монголия, Китай