کاربرد آهک در تولید فولاد
آهک یک ماده ضروری در صنعت تولید فولاد است. تصور صنعت فولاد سازی بدون وجود آهک امکان پذیر نیست. افزودن آهک به کوره های قوص الکتریکی (EAF) ، اکسیژن پایه (BOF) و تصفیه الزامی می باشد. نقش آهک در تولید فولاد به منظور تصفیه ، حذف گوگرد ، حذف فسفر ، به عنوان گداز آور ، خنثی کننده اسید و … است.
از هر دو نوع آهک کلسیم بالا و دولومیتی می توان در تولید فولاد استفاده نمود. آهک به صورت معمول می تواند فسفر ، گوگرد ، سیلیکا و منگنز را از ترکیب آهن مذاب جداسازی نماید. همچنین اهک در تصفیه ثانویه استیل نیز بکار می رود. آهک زنده یا اکسید کلسیم دارای 3 وظیفه اصلی در این صنعت است:
- ایجاد سرباره : آهک زنده برای ایجاد سرباره که حاوی ناخالصی های سنگ آهن است بکار می رود. همچنین آهک زنده از فلز در مقابل عناصر جوی نظیر نیتروژن و هیدروژن محافظت نموده و همچون یک عایق سبب می شود تا دمای ذوب به 1600 تا 1800 درجه سانتی گراد برسد.
- حذف فسفر : عنصر فسفر که در سنگ آهن وجود دارد می تواند باعث سایش فلز شده و خسارت جدی به ویژگی های فولاد تولیدی وارد نماید. در حجم بالا ، فسفر مانع شکل پذیری فولاد شده و موجب شکستن آن پس از سرد شدن خواهد شد. آهک زنده به پروسه تولید فولاد افزوده شده و فسفر را پیش از مرحله شکل دهی از آن استخراج می نماید.
- حذف گوگرد : گوگرد باعث ترد و شکننده شدن فولاد شده و در زمان شکل دهی سبب ترک خوردن آن می شود. آهک زنده با سولفور زدایی استیل ، تاثیر منفی آن را می کاهد.
نقش آهک در مراحل مختلف تولید فولاد
کوره قوص الکتریکی Electric Arc Furnaces
در کوره قوص الکتریکی ، موادی مثل قراضه آهن و فولاد ، DRI و HBI ، آهن خام و سنگ آهن توسط حرارتی که در اثر جریان برق تولید می شود ذوب می گردد. در این کوره آهک زنده یا ترکیبی از اکسید کلسیم و دولومیت به داخل کوره اضافه می شود که میزان آن به اندازه 50 تا 120 پوند به ازای هر تن فولاد است. البته مقدار مصرف آهک دولومیتی 50 درصد بیشتر است.
مزیت استفاده از اهک به عنوان گداز آور در حذف ناخالصی ها و شکل دهی سرباره است که می توان آن را به راحتی از فولاد مذاب جدا نمود. در این مرحله از آهک زنده کلوخه یا نمره بندی استفاده می شود مگر اینکه به دلیل استفاده از تجهیزات خاص نیاز به آهک میکرونیزه باشد.
کوره اکسیژن پایه Basic Oxygen Furnaces
آهن مذاب تولید شده در کوره ذوب آهن وارد کوره اکسیژن پایه می شود. در این مرحله اکسیژن با سرعت زیاد به درون آهن مذاب تزریق می شود که موجب اکسیداسیون کربن و ناخالصی ها خواهد شد. آهک در مراحل مختلفی ازین کوره بکار می رود. بسیاری از کارخانجات فولاد سازی فرایند گوگرد زدایی را خارج از کوره انجام می دهند. برای این منظور از آهک زنده پودری استفاده می شود. آهک زنده پیش از تزریق اکسیژن به ترکیبات موجود در کوره ذوب آهن افزوده می شود تا با ناخالصی های سیلیس و فسفر واکنش داده و یک سرباره به صورت کف تشکیل دهد تا در مراحل بعدی جداسازی گردد.
کارخانجات فولاد سازی به هر میزانی که از آهک کلسیم بالا در پروسه خود استفاده نمایند ، در صورت بکار گیری آهک دولومیتی (منیزیمی) باید وزن آن را به میزان 30 تا 50 درصد افزایش دهند. اگرچه بیشتر در کوره های اکسیژنی از آهک زنده شکری استفاده می شود ولی در صورت استفاده از سیستم تزریق در فرایند های خاص نظیر OBOP نیاز به آهک زنده پودری با مشخصات خاصی است.
فولاد سازی ثانویه
اگرچه فرایندهای مختلفی در کوره اکسیژنی و قوص الکتریکی بر روی فولاد انجام می شود ، ولی این محصول برای عرضه به بازار نیاز به فرایند تصفیه ثانویه هم دارد مخصوصا زمانی که نیاز به تولید استیل فوق خالص باشد. در اکثر فرایند های فولاد سازی ثانویه از آهک به منظور انجام عملیات های کلیدی مثل تنظیم دما یا ویژگی های شیمیایی فولاد ، حذف باقی مانده ناخالصی ها و جلوگیری از جذب مجدد آلودگی ها از سرباره استفاده می شود. بعلاوه آهک زنده را می توان با دیگر مواد همچون فلوراسپار و آلومینا برای ایجاد سرباره سنتزی به عنوان گداز آور جهت حذف سولفور و فسفر اضافی پس از فولاد سازی اولیه بکار برد.
نقش آهک در تولید محصولات فولادی
نوع دیگر آهک به نام آهک هیدراته (به صورت خشک یا محلول) کاربرد های مختلفی در تولید محصولات فولادی دارد. این ماده عموما برای تولید کابل ، استفاده به عنوان روان کننده و سفید کاری و پوشش دهی در حالت آهن خام یا سرباره به منظور جلوگیری از چسبیدن مواد به هم استفاده می شود. آهک هیدراته برای خنثی سازی ضایعات اسیدی که ته نشین می گردد کاربرد دارد. در مرحله بعد ، محصولات فولادی از حمام آهک (مخزن محلول آب آهک) عبور داده می شود تا باقیمانده اسیدهایی که به فولاد چسبیده اند نیز پاک شود. آهک هیدراته همچنین برای ایجاد محافظت در برابر خوردگی محصولات فولادی در مقابله با اسید ها مصرف می گردد.