Canxi cacbua trong khử lưu huỳnh công nghiệp: Phương pháp vận hành

Canxi cacbua (CaC₂) là chất khử lưu huỳnh hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thép. Hàm lượng lưu huỳnh dư thừa trong thép nóng chảy có thể làm giảm độ dẻo và độ bền của thép, khiến việc kiểm soát lưu huỳnh trở thành một bước quan trọng trong việc cải thiện chất lượng thép. Canxi cacbua phản ứng với lưu huỳnh trong thép nóng chảy để tạo thành canxi sunfua (CaS), nhờ đó đạt được quá trình khử lưu huỳnh. Bài viết này sẽ thảo luận về cơ chế khử lưu huỳnh của cacbua canxi và giải thích hai phương pháp vận hành chính: phương pháp khuấy và phương pháp thổi.

Cơ chế khử lưu huỳnh của canxi cacbua

Canxi cacbua là một chất khử lưu huỳnh hiệu quả cao và cơ chế khử lưu huỳnh của nó dựa trên phản ứng hóa học sau:

CaC₂ + S → CaS + C

Ở nhiệt độ cao trong thép nóng chảy, canxi cacbua phản ứng với lưu huỳnh tạo thành canxi sunfua (CaS). Do mật độ của nó, CaS nổi lên trên bề mặt thép nóng chảy, nơi nó có thể dễ dàng được loại bỏ dưới dạng xỉ. Khả năng phản ứng cao và chi phí vừa phải của cacbua canxi khiến nó trở thành chất khử lưu huỳnh được sử dụng phổ biến trong các nhà máy thép.

Các phương pháp khử lưu huỳnh chính bằng cacbua canxi: Phương pháp khuấy và phương pháp thổi

Trong quá trình khử lưu huỳnh sản xuất thép, hai phương pháp sử dụng cacbua canxi phổ biến là phương pháp khuấy và phương pháp thổi. Mỗi phương pháp đều có những đặc điểm riêng và phù hợp với các nhu cầu sản xuất khác nhau.

Phương pháp khuấy liên quan đến việc thêm cacbua canxi vào thép nóng chảy và trộn bằng cơ học hoặc bằng khí để đảm bảo sự tiếp xúc kỹ lưỡng giữa cacbua canxi và thép, tạo điều kiện loại bỏ lưu huỳnh. Các bước thực hiện như sau:

Bổ sung canxi cacbua: Lượng chất khử lưu huỳnh cacbua canxi thích hợp được thêm trực tiếp vào thép nóng chảy. Kích thước hạt của cacbua canxi thường nằm trong khoảng từ 0,5 mm đến 1,5 mm để đảm bảo phản ứng nhanh và khử lưu huỳnh hiệu quả.

Phương pháp khuấy: Việc khuấy có thể đạt được thông qua khuấy cơ học hoặc khuấy bằng khí (như argon). Khuấy cơ học sử dụng thiết bị để khuấy trực tiếp thép nóng chảy, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa cacbua canxi và lưu huỳnh. Khuấy khí argon phân phối đều cacbua canxi đồng thời ngăn ngừa quá trình oxy hóa thép.

Thời gian phản ứng: Thông thường, thời gian khuấy là từ 5 đến 15 phút, tùy thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh trong thép nóng chảy và lượng chất khử lưu huỳnh được sử dụng.

Ưu điểm của phương pháp khuấy: Phương pháp này vận hành tương đối đơn giản và phù hợp để khử lưu huỳnh các mẻ thép nóng chảy từ nhỏ đến trung bình. Giá thành của thiết bị khuấy cơ học cũng tương đối thấp.

Phương pháp thổi sử dụng thiết bị phun áp suất cao để phun cacbua canxi vào thép nóng chảy, giúp nó phân tán nhanh chóng và phản ứng hoàn toàn với lưu huỳnh. Các bước chính như sau:

Chuẩn bị thiết bị: Phương pháp thổi cần có thiết bị phun chuyên dụng để bơm cacbua canxi vào thép nóng chảy dưới áp suất cao. Thiết bị thường bao gồm súng thổi và các loại khí như argon hoặc nitơ.

Phun cacbua canxi: Cacbua canxi được phun đều vào thép nóng chảy thông qua súng thổi, đảm bảo nó trộn nhanh và phản ứng với lưu huỳnh trong thép.

Độ sâu phun: Phương pháp thổi phù hợp cho quá trình khử lưu huỳnh sâu của thép nóng chảy có hàm lượng lưu huỳnh cao. Chất khử lưu huỳnh tiếp cận các lớp sâu hơn của thép, đảm bảo phản ứng đồng đều.

Ưu điểm của phương pháp thổi: Phương pháp này có thể nhanh chóng hoàn thành quá trình khử lưu huỳnh và phù hợp cho sản xuất quy mô lớn với hàm lượng lưu huỳnh cao trong thép. Nó mang lại hiệu suất phản ứng cao hơn và lý tưởng cho các nhà máy thép hiện đại đòi hỏi năng suất cao.

Canxi cacbua đóng một vai trò quan trọng trong quá trình khử lưu huỳnh công nghiệp, với hai phương pháp chính: phương pháp khuấy và phương pháp thổi, mỗi phương pháp được điều chỉnh phù hợp với các yêu cầu sản xuất khác nhau. Phương pháp khuấy phù hợp với các lô thép vừa và nhỏ, trong khi phương pháp thổi phù hợp hơn với sản xuất quy mô lớn. Bằng cách lựa chọn phương pháp khử lưu huỳnh thích hợp, kiểm soát chặt chẽ các bước vận hành và tuân thủ các quy định về môi trường, các nhà máy thép có thể giảm hàm lượng lưu huỳnh trong thép nóng chảy và cải thiện chất lượng thép. Việc sử dụng rộng rãi quá trình khử lưu huỳnh cacbua canxi không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn đáp ứng nhu cầu kép về bảo vệ môi trường và kiểm soát chi phí.