Nhà cung cấp canxi cacbua hàng đầu thế giới .
Lựa chọn chất khử lưu huỳnh cho thép: Canxi cacbua so với magie so với vôi – Loại nào có chi phí tổng thể thấp nhất?
2026-01-12
Các yếu tố thúc đẩy quá trình khử lưu huỳnh trong luyện thép nóng (HMD) là các xu hướng về môi trường và vật liệu. Mục tiêu bền vững do các cơ quan môi trường đặt ra yêu cầu giảm lượng khí thải CO2 từ các quy trình sản xuất thép. Điều này sẽ dẫn đến việc phụ thuộc vào phế liệu kim loại, vốn thường có hàm lượng tạp chất cao hơn như lưu huỳnh và phốt pho.
Nhu cầu khử lưu huỳnh sẽ tăng lên khi sử dụng phế liệu kim loại làm nguyên liệu thô, điều này dẫn đến câu hỏi chính: Chất khử lưu huỳnh nào – canxi cacbua , magie hay vôi – có tổng chi phí thấp nhất? Phân tích này đòi hỏi phải đánh giá phản ứng của canxi cacbua, magie và vôi với lưu huỳnh và các tạp chất khác trong thép. Chỉ so sánh giá thành của chúng không phải là cách đúng để đánh giá hiệu quả kinh tế.
Bài viết này sẽ tìm hiểu các cơ chế và quy trình khử lưu huỳnh – so sánh các chất phản ứng hiện có để cải thiện chất lượng thép. Hơn nữa, chúng ta sẽ đề cập đến dữ liệu hiệu suất của từng loại vật liệu. Cuối cùng, chúng ta sẽ thực hiện phân tích chi phí tổng thể. Hãy bắt đầu từ những điều cơ bản.
Tại sao chúng ta loại bỏ lưu huỳnh khỏi thép?
Sự hiện diện của lưu huỳnh trong thép làm thay đổi các đặc tính vật lý của nó. Nó là một tạp chất trong thép thô, khi loại bỏ sẽ thu được "thép sạch". Các vấn đề như giòn nóng, khả năng hàn kém, giảm khả năng chống ăn mòn và phát thải SO2 đều phát sinh từ lưu huỳnh trong thép. Do đó, chúng ta có thể sử dụng các cơ chế và thuốc thử khác nhau để loại bỏ nguyên tố không mong muốn này.
Cơ chế khử lưu huỳnh và cấu hình quy trình
Nguyên lý khử lưu huỳnh
Mục tiêu của chúng tôi là đảm bảo loại bỏ lưu huỳnh một cách hiệu quả khỏi kim loại nóng chảy, thường ở mức 0,02% đến 0,06% theo trọng lượng. Việc thêm các chất phản ứng sẽ khiến các tạp chất lắng đọng ở phía trên tạo thành xỉ, có thể dễ dàng loại bỏ, hoặc thoát ra khỏi hỗn hợp dưới dạng khí.
Các thông số chính cần xem xét trong quá trình khử lưu huỳnh là phần trăm loại bỏ (hiệu suất), khả năng giữ sunfua và sự truyền khối giữa chất phản ứng và kim loại. Mỗi loại xỉ sẽ có khả năng giữ sunfua khác nhau, tức là khả năng giữ lưu huỳnh của xỉ. Tốc độ di chuyển vốn có của lưu huỳnh là tốc độ khuếch tán của nó, khoảng 1,2 x 10⁻⁶ m/s.-8 m² / s ở 1350 °C.
Phản ứng hóa học
Vôi (CaO)
CaO + [S] → CaS + [O]
Vôi phản ứng với vôi tạo thành canxi sunfua và giải phóng oxy. Tuy nhiên, quá trình này diễn ra chậm vì một lớp vật liệu đặc (ví dụ: 2CaO.SiO₂ ) hình thành ngay lập tức, ngăn cản phản ứng tiếp tục. Việc thêm vôi vào kim loại nóng chảy không mang lại lợi ích phụ nào.
Canxi cacbua ( CaC₂ )
CaC 2 + [S] → CaS + 2[C]
Khi canxi cacbua phản ứng với lưu huỳnh, nó tạo thành canxi sunfua, tương tự như vôi. Tuy nhiên, nó tạo ra cacbon, hình thành một lớp graphit bao quanh hạt. Quá trình này hạn chế sự khuếch tán. Tuy nhiên, điều này được kiểm soát thông qua việc điều chỉnh kích thước hạt. Một lợi ích khác của canxi cacbua là nhiệt lượng nó tỏa ra, giúp duy trì nhiệt độ của kim loại nóng chảy.
Magiê (Mg)
Mg + [S] → MgS ( chất rắn )
Phản ứng giữa magie và lưu huỳnh diễn ra nhanh hơn nhiều so với hai phản ứng còn lại. Magie bay hơi khi phản ứng ở 1090 °C. Các hợp chất lưu huỳnh hình thành trong pha khí. Quá trình này làm tăng nhiệt độ cho kim loại nóng chảy và giảm thiểu sự hình thành xỉ.
Dữ liệu về hiệu suất và hiệu quả
● Magiê (Mg): Có hiệu quả cao nhất, loại bỏ từ 85% đến 95% lưu huỳnh trong vòng chưa đầy 5 phút.
● Canxi cacbua (CaC2 )): Các hạt canxi cacbua có thể đạt hiệu quả loại bỏ từ 65-90%. Tuy nhiên, kết quả phụ thuộc vào kích thước hạt. Sử dụng hạt có kích thước 11,8µm có thể đẩy hiệu quả loại bỏ lên đến 90%.
● Vôi (KR): Hiệu quả thấp nhất, loại bỏ 50-70% trong vòng 10-20 phút.
Các hạt chất phản ứng chỉ tiếp xúc với kim loại trong một thời gian rất ngắn —khoảng 0,4 giây—khi được phun dưới dạng bột vào kim loại nóng chảy bằng ống phun ngập trong kim loại. Trong trường hợp khác, khi thêm canxi cacbua có kích thước 2-10mm, thời gian tăng lên 20-40 giây. Để so sánh, chúng ta sẽ xem xét dạng bột trong tất cả các trường hợp. Tỷ lệ thâm nhập (β), liên quan đến độ sâu chất phản ứng được phun vào, thường là 23-29%.
Các quy trình khử lưu huỳnh
● KR (Lò phản ứng Kanbara)
Sử dụng vôi với cánh khuấy quay ở tốc độ 100 vòng/phút để trộn (10-20 phút). Quá trình này tạo ra nhiều xỉ nhưng chi phí hóa chất thấp. Quá trình được kiểm soát để đảm bảo độ kiềm của hỗn hợp và hạn chế thất thoát sắt do mất chất rắn.
● MMI (Magie tiêm đơn)
Hạt magie được bơm vào (trong vòng 5 phút). Phản ứng diễn ra nhanh chóng do nhiệt độ 1090 °C (dạng hơi). Toàn bộ quá trình tạo ra ít xỉ. Nhược điểm chính của MMI là hiện tượng tái lưu hóa, tức là sự hấp thụ lại lưu huỳnh vào kim loại nóng.
● Tiêm đồng thời
Quy trình này sử dụng hỗn hợp magie-vôi. Hỗn hợp này ở dạng bột và được bơm vào kim loại nóng chảy bằng khí trơ, chẳng hạn như nitơ, để tăng cường sự trộn lẫn. Khí này cải thiện sự trộn lẫn bằng cách tạo ra các bọt khí.
● Hệ thống đồng phun gáo múc hình ngư lôi
Nồi nấu chảy hình ngư lôi là loại nồi vận chuyển kim loại nóng từ lò cao đến xưởng thép. Nó sử dụng hỗn hợp canxi cacbua và vôi để bơm đồng thời vào kim loại nóng chảy bằng khí trơ nhằm trộn đều. Quá trình này giúp loại bỏ lưu huỳnh khỏi kim loại. Phản ứng tỏa nhiệt làm giảm sự giảm nhiệt độ.
Đặc điểm và cách sử dụng thuốc thử chi tiết
Dưới đây là thông tin chi tiết về ba chất khử lưu huỳnh được tóm tắt dưới dạng gạch đầu dòng:
1. Hồ sơ Canxi (CaO)
● Chi phí & Sử dụng: Là thuốc thử rẻ nhất (150 USD/tấn) và cũng là tác nhân hàng đầu trong quy trình KR.
● Nhược điểm: Gây tổn thất đáng kể 0,5-2,5% lượng sắt do tạo ra xỉ dày.
● Động học: Phản ứng chậm, bị hạn chế bởi các lớp như 2CaO.SiO2 .
● Hiệu suất: Trong khi 50-70% là mức cơ bản đối với các quy trình CaO đơn giản, các quy trình luyện kim hiện đại, được tối ưu hóa như quy trình KR với khuấy mạnh và sử dụng chất trợ dung thường xuyên đạt được tỷ lệ khử lưu huỳnh cao, thường trên 90% so với mức lưu huỳnh ban đầu trong gang lỏng.
2. Hồ sơ Canxi Cacbua ( CaC2 )
● Chi phí & Sử dụng: Được sử dụng trong hỗn hợp đồng phun tiết kiệm chi phí ( 380 USD/tấn)).
● Động học: Quá trình loại bỏ bị hạn chế bởi lớp vỏ than chì hình thành xung quanh các hạt. Quá trình này đạt hiệu quả cao khi lựa chọn kích thước hạt phù hợp. Kích thước hạt tối ưu và tiết kiệm chi phí nhất là 2-10mm, kích thước này sẽ lắng xuống đáy thùng chứa.
● An toàn: Nguy cơ chính là phản ứng mạnh với nước (tạo thành axetylen).
3. Hồ sơ Magiê (Mg)
● Chi phí & Sử dụng: Là thuốc thử đắt nhất (2270 USD/tấn) . Được sử dụng để đạt mục tiêu hàm lượng lưu huỳnh cực thấp (dưới 10 ppm) trong quy trình MMI.
● Động học: Tác nhân nhanh nhất, đạt hiệu quả loại bỏ cao hơn.
● Tổn thất: Gây ra tổn thất xỉ/sắt tối thiểu nhưng rất dễ bị mất thuốc thử do sôi.
● Hạn chế: Hiệu suất giảm ở kim loại có hàm lượng cacbon cao (ví dụ: HIsarna) vì than chì cản trở phản ứng.
Số liệu | Chanh xanh | Canxi cacbua | Magiê |
Tỷ lệ loại bỏ % | 50-70 | 65-90 (90 điểm phạt) | 85-95 |
Thời gian phút | 10-20 | 5-12 | dưới 5 tuổi |
Xỉ (kg/tấn) | 10-15 | 8-12 | dưới 5 tuổi |
Tỷ lệ sắt bị mất | 2-3 | dưới 1 | dưới 1 |
Nhiệt độ giảm °C | 25-40 | 15-25 | thêm nhiệt |
Nồng độ lưu huỳnh cuối cùng (tính theo phần triệu) (từ 400) | 100-200 | 10-50 | dưới 10 |
Phân tích chi phí
Như đã đề cập trước đó, việc phân tích các chất phản ứng đòi hỏi phải so sánh giá cả, tỷ lệ tiêu thụ và các tổn thất trong quá trình như mất sắt + mất năng lượng cho mỗi phương pháp. Việc chỉ so sánh chi phí ban đầu có thể gây hiểu lầm. Ở đây, chúng ta sẽ tiến hành phân tích chi phí của vôi, magie và canxi cacbua trong các quy trình khác nhau. Chúng ta sẽ sử dụng phân tích chi phí được Schrama, FNH (2021) sử dụng trong “Khử lưu huỳnh trong sản xuất sắt thép thế kỷ 21” và sử dụng giá mới nhất tính đến quý 3 năm 2025. Trước khi tiếp tục, vui lòng xem ghi chú sau:
Lưu ý về mô hình chi phí và nguồn dữ liệu:
Các số liệu về tiêu thụ, giá trị hao hụt sắt, tổn thất nhiệt độ và chi phí hao mòn/N₂ được lấy trực tiếp từ Schrama, FNH (2021) – Khử lưu huỳnh trong sản xuất sắt thép thế kỷ 21, TU Delft. Hầu hết dữ liệu công nghiệp trong luận văn này có nguồn gốc từ Tata Steel IJmuiden (điều kiện hoạt động năm 2017–2020).
Chi phí thực tế tại các nhà máy khác sẽ khác nhau tùy thuộc vào thành phần gang nóng tại địa phương, thiết kế thiết bị, chất lượng thuốc thử, tiền công và giá năng lượng. Thứ tự xếp hạng tương đối (Mg rẻ nhất → Đồng phun → CaC₂+vôi → KR-vôi đắt nhất) và mức độ phạt đã được xác nhận tại nhiều nhà máy thép tích hợp ở châu Âu và châu Á, nhưng các con số tuyệt đối $/tHM chỉ nên được xem là mang tính tham khảo chứ không thể áp dụng chung cho tất cả các trường hợp.
Giá (chỉ áp dụng cho Tập đoàn IMARC):
● Vôi: 150 USD/tấn (Báo cáo về vôi sống, quý 3 năm 2025)
● Canxi cacbua: 380 USD/tấn (Báo cáo về Canxi cacbua, tháng 10 năm 2025)
● Magiê: 2.270 USD/tấn (Báo cáo về Magiê, quý 3 năm 2025)
Tiêu thụ thuốc thử từ Schrama (2021), Chương 8.4.2, 8.5.1:
Quá trình | Vôi (kg/tHM) | CaC 2 (kg/tHM) | Mg (kg/tHM) |
KR-Lime | 12–15 | — | — |
MMI-Mg | — | — | 0,6–0,8 |
Đồng thời tiêm (Mg + Vôi) | 4–5 | — | 0,3–0,4 |
Hỗn hợp CaC2 + Chanh | 4–6 | 6–8 | — |
Các yếu tố phạt đền từ Schrama (2021):
Nhân tố | Giá trị | Nguồn |
Mất sắt (KR-Vôi) | 25 kg/tHM | Chương 3, trang 61 |
Mất sắt (các trường hợp khác) | 8 kg/tHM | Chương 3, trang 62 |
Giảm nhiệt độ (Chanh) | 30°C | Chương 2, trang 30 |
Giảm nhiệt độ (CaC 2 ) | 15°C | Chương 2, trang 30 |
Giảm nhiệt độ (Mg) | 0°C tổng | Chương 2, trang 30 |
Giá sắt | $420/MT | Chương 8, trang 164 |
Chi phí tạm thời | 0,045 USD/°C | Chương 8, trang 165 |
N 2 + hao mòn (KR) | 1,25 USD/tHM | Chương 8, trang 165 |
N 2 + hao mòn (MMI/Đồng chấn thương) | 0,55–0,80 USD/tHM | Chương 8, trang 166 |
Tính toán chi phí từng bước (mỗi tHM)
Quá trình | Chi phí thuốc thử | Mất sắt | Nhiệt độ | Mức độ hao mòn/N 2 | Môi trường | TOTAL |
KR-Lime | 13,5 kg x 150 đô la / 1000 = 2,04 đô la | 25 kg x 0,42 đô la = 10,50 đô la | 30°C x 0,045 đô la = 1,35 đô la | $1.25 | $0.25 | $15.39 |
MMI-Mg | 0,7 kg x 2.270 đô la / 1000 = 1,59 đô la | 8 kg x 0,42 đô la = 3,36 đô la | $0.00 | $0.55 | $0.15 | $5.65 |
Co-Inj (Mg+Vôi) | (4,5 kg x 150,67 đô la + 0,35 kg x 2.270 đô la)/1000 = 1,47 đô la | $3.36 | 10°C x 0,045 = 0,45 | $0.80 | $0.15 | $6.23 |
Hỗn hợp CaC2 + Chanh | (5 kg x 150,67 đô la + 7 kg x 380 đô la)/1000 = 3,41 đô la | $3.36 | 15°C x 0,045 = 0,68 | $1.00 | $0.30 | $8.75 |
Bảng tóm tắt chi phí năm 2025 (Chỉ áp dụng cho IMARC + Schrama)
Quy trình / Đại lý | Thuốc thử | Mất sắt | Nhiệt độ | Mức độ hao mòn/N 2 | Môi trường | Tổng cộng ($/tHM) |
KR-Lime | $2.04 | $10.50 | $1.35 | $1.25 | $0.25 | $15.39 |
MMI-Mg | $1.59 | $3.36 | $0.00 | $0.55 | $0.15 | $5.65 |
Co-Inj (Mg+Vôi) | $1.47 | $3.36 | $0.45 | $0.80 | $0.15 | $6.23 |
Hỗn hợp CaC2 + Chanh (Torpedo) | $3.41 | $3.36 | $0.68 | $1.00 | $0.30 | $8.75 |
Tiết kiệm CHMD (liên tục)
Schrama (2021), Chương 8, tr. 167:
“Quá trình khử lưu huỳnh liên tục giúp giảm lượng thuốc thử từ 10–15%, giảm lượng sắt hao hụt 50% và giảm độ mài mòn 20%.”
Quá trình | Chi phí lô hàng | Chi phí CHMD | Tiết kiệm |
CaC₂ + Vôi (Torpedo → CHMD) | $8.75 | $7.44 | -15% |
Mg+Vôi phối hợp | $6.23 | $5.30 | -15% |
Phán quyết cuối cùng - Chỉ IMARC + Schrama
Đại lý | Xếp hạng chi phí | Tổng cộng ($/tHM) | Tốt nhất cho |
MMI-Mg | Thứ nhất | $5.65 | Tốc độ cực thấp S |
Co-Inj (Mg+Vôi) | Thứ 2 | $6.23 | Cân bằng giữa chi phí và hiệu suất |
CaC 2 + Vôi (CHMD) | Thứ 3 | $7.44 | Loại bỏ phốt pho, HIsarna, nhiệt, dòng chảy liên tục |
CaC₂ + Vôi (Hình ngư lôi) | Thứ 4 | $8.75 | Kim loại nóng áp suất cao trong một mẻ phóng ngư lôi |
KR-Lime | Thứ 5 | $15.39 | Chỉ khi không có kim tiêm |
Quy trình đồng tiêm sử dụng CaC2 + Vôi (CHMD), với chi phí ban đầu là 380 USD/tấn, mang lại mức giá cạnh tranh so với magie.
Kết luận: Quyết định lựa chọn phương án tối ưu hóa chi phí
Sau khi phân tích kỹ lưỡng cả ba chất phản ứng, chúng tôi kết luận rằng Canxi Cacbua và Magiê là hai chất hiệu quả về chi phí nhất. Tuy nhiên, tổng chi phí của chất phản ứng MMI-Magiê ước tính khoảng 5,65 đô la Mỹ/tấn thép. Chi phí ban đầu thấp hơn khiến canxi cacbua trở thành lựa chọn tuyệt vời, và nó chỉ đắt hơn quy trình MMI-Mg từ 1,8 đến 3 đô la Mỹ/tấn thép.
Việc sử dụng magie gặp phải nhiều thách thức, chẳng hạn như điểm sôi thấp (1090 °C), có thể gây bay hơi và bốc khói, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Ngược lại, việc sử dụng canxi cacbua mang lại lợi thế bổ sung là tăng cường độ bền của thép và ngăn ngừa hiện tượng giòn. Canxi cacbua là một vật liệu đặc chắc. Nó an toàn hơn và dễ kiểm soát hơn. Hơn nữa, nó có thể tích xỉ thấp hơn so với magie nguyên chất được sử dụng làm chất phản ứng.
Sử dụng canxi cacbua ( CaC₂ ) là lựa chọn lý tưởng cho các nhà công nghiệp. Phương pháp này có rủi ro thấp hơn và chi phí ban đầu thấp. Quá trình HMD liên tục (CHMD) sử dụng các lò phản ứng nối tiếp là hướng đi đúng đắn. Phương pháp này được dự đoán sẽ giảm chi phí vận hành tổng thể từ 10-15% so với quy trình theo mẻ do tiêu thụ thuốc thử ít hơn và tổn thất sắt được giảm thiểu (<1%).
Nếu bạn đang tìm kiếm các hạt canxi cacbua chất lượng cao , hãy xem xét truy cập trang web của TYWH. Họ cung cấp canxi cacbua cấp công nghiệp tuyệt vời với tạp chất được kiểm soát ở mức Si≤2%, Fe≤0,2%, P≤0,02% và S≤0,2%. Đây là sản phẩm lý tưởng cho quy trình đồng phun.
được đề xuất cho bạn
không có dữ liệu
Hãy liên hệ với chúng tôi
Trụ sở chính: Phòng 438, Số 58 Đường Wanxiang, Đường Gulin, Khu Tân Hải, Thiên Tân, Trung Quốc
Nhà máy: Khu dự án Laoshidan thuộc Khu công nghiệp Hải Nam, Quận Hải Nam, Thành phố Vũ Hải, Nội Mông, Trung Quốc