کیلشیم سلکان مرکبسلکان (Si) اور کیلشیم (Ca) پر مشتمل مرکب مرکبات ہیں، جو عام طور پر 28%-35% Ca، 55%-65% Si پر مشتمل ہوتے ہیں، باقی لوہا اور تھوڑی مقدار میں نجاست ہے۔
دو عناصر کا یہ مجموعہ کسی بھی طرح سے حادثاتی نہیں ہے، بلکہ ماہرین دھاتوں کی طرف سے احتیاط سے ڈیزائن کردہ "سنہری جوڑی" ہے:
| عناصر | اسے اکیلے استعمال کرنے کے نقصانات | امتزاج کے فوائد |
| کیلشیم (Ca) | کم ابلتا نقطہ (1482 ڈگری)، پگھلے ہوئے سٹیل کے درجہ حرارت پر پرتشدد بخارات، انتہائی کم پیداوار، کنٹرول کرنا مشکل۔ | سلکان، ایک "کیرئیر عنصر" کے طور پر کام کرتا ہے، کیلشیم کے بخارات کے دباؤ کو کم کرتا ہے، جس سے یہ پگھلے ہوئے سٹیل میں مستحکم طور پر تحلیل ہو جاتا ہے۔ |
| سلکان (Si) | اعتدال پسند deoxidation کی صلاحیت؛ اکیلے استعمال ہونے پر گہری ڈی آکسیڈیشن حاصل نہیں کر سکتا۔ | کیلشیم کے ساتھ ہم آہنگی سے کام کرتے ہوئے، یہ ابتدائی ڈی آکسیڈیشن کے دوران پہلے کیلشیم کے لیے سازگار حالات پیدا کرتا ہے، جس سے ڈی آکسیڈیشن کی کارکردگی میں 30%-40% اضافہ ہوتا ہے۔ |
اہم ٹیک وے:سلیکون کی موجودگی کیلشیم کو فوری طور پر بخارات بننے اور فرار ہونے کے بجائے پگھلے ہوئے اسٹیل میں "خاموشی سے" تحلیل ہونے دیتی ہے۔ یہ CaSi مرکب کے لئے دوہری کردار ادا کرنے کی تکنیکی بنیاد ہے۔
ڈی آکسیڈیشن اور ڈیسلفرائزیشن کے حکم پر کیوں غور کریں؟
لاڈل ریفائننگ کے عمل میں، سلکان کیلشیم الائے (SiCa) کو "عالمگیر ریفائننگ ایجنٹ" کے طور پر سراہا جاتا ہے۔ یہ بیک وقت ڈی آکسیڈیشن، ڈی سلفرائزیشن، اور شمولیت میں ترمیم کر سکتا ہے، جس سے یہ اعلی-پاکیزہ سٹیل تیار کرنے کے لیے ایک ناگزیر معاون مواد بن جاتا ہے۔ صرف 0.2%-0.5% فی ٹن اسٹیل کا اضافہ گہری ریفائننگ کے لیے کافی ہے، جو اسے وسط-سے-اعلی درجے کے اسٹیل کی پیداوار میں بنیادی معاون مواد بناتا ہے۔
تاہم، ایک بنیادی سوال -سائٹ انجینئرز اور پروسیس ڈیزائنرز پر مسلسل پریشان ہے: جب کیلشیم سلکان الائے کو پگھلے ہوئے اسٹیل میں شامل کیا جاتا ہے، تو کیا ڈی آکسیڈیشن اور ڈیسلفرائزیشن بیک وقت ہوتی ہے، یا ترتیب وار؟ اگر مؤخر الذکر، جو پہلے ہوتا ہے؟
اس سوال کا جواب براہ راست تعین کرتا ہے:
اضافے کا وقت:کیا اسے ریفائننگ کے ابتدائی یا آخری مراحل میں شامل کیا جانا چاہیے؟
اضافے کا طریقہ:کیا اسے ایک ساتھ یا بیچوں میں شامل کرنا چاہیے؟
لاگت- تاثیر:کیلشیم کا زیادہ سے زیادہ استعمال کیسے کریں؟
کس کا ردعمل زیادہ "فوری" ہے؟
1. پگھلے ہوئے سٹیل میں، کیلشیم بیک وقت درج ذیل اہم رد عمل میں حصہ لیتا ہے:
ڈی آکسیڈیشن رد عمل
| رد عمل کی اقسام | کیمیائی رد عمل کی مساوات | وضاحت |
| سلیکن کی بنیادی ڈی آکسیڈیشن |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
یہ عمل پگھلے ہوئے اسٹیل میں 1500-1600 ڈگری پر بے ساختہ ہوتا ہے۔ SiO₂ کی کثافت کم ہوتی ہے اور آسانی سے تیرتا ہے اور سلیگ بناتا ہے۔ |
| کیلشیم کی ڈی آکسیڈیشن میں اضافہ |
2Ca + O₂ → 2CaO |
کیلشیم کا آکسیجن سے سلکان اور ایلومینیم سے زیادہ مضبوط تعلق ہے، اور یہ پگھلے ہوئے سٹیل سے بقایا آکسیجن کو نکال سکتا ہے۔ |
| انکلوژن ڈینیچریشن |
Ca + Al₂O₃ → CaO·Al₂O₃ |
یہ ٹوٹنے والے Al₂O₃ کو کم-پگھلنے-پوائنٹ مائع کیلشیم ایلومینیٹ میں تبدیل کرتا ہے۔ |
ڈی سلفرائزیشن رد عمل
| رد عمل کی اقسام | کیمیائی رد عمل کی مساوات | وضاحت |
| کیلشیم-ڈسلفرائزیشن کا غلبہ |
Ca + FeS → CaS + Fe |
CaS کا پگھلنے کا نقطہ 2450 ڈگری ہے اور یہ پگھلے ہوئے سٹیل میں تقریباً ناقابل حل ہے، ٹھوس ذرات کے طور پر تیرتا ہے۔ |
| سلیکون-مدد شدہ ڈیسلفرائزیشن |
Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe |
یہ پگھلے ہوئے سٹیل کے آکسیجن کے مواد کو کم کرتا ہے، ڈیسلفرائزیشن کے لیے ماحول کو کم کرتا ہے اور CaSO₄ کی تشکیل کو روکتا ہے۔ |
2. میٹالرجیکل تھرموڈینامکس میں، کسی رد عمل کی گِبز فری انرجی کی تبدیلی (ΔG) جتنی زیادہ منفی ہوگی، رد عمل کا بے ساختہ رجحان اتنا ہی مضبوط ہوگا، اور یہ اتنا ہی زیادہ "فوری" ہوگا۔
کیلشیم کے رد عمل سے وابستگی کا حکم:
آکسیجن کے ساتھ کیلشیم کا رد عمل: ΔG بہت منفی ہے؛ فولاد بنانے والے درجہ حرارت (1600 ڈگری) پر، کیلشیم آکسیجن کے لیے انتہائی مضبوط تعلق رکھتا ہے۔
سلفر کے ساتھ کیلشیم کا رد عمل: ΔG بھی منفی ہے، لیکن کیلشیم-آکسیجن کے رد عمل سے کم منفی ہے۔
نتیجہ:مکمل طور پر تھرموڈینامک نقطہ نظر سے، کیلشیم ترجیحی طور پر آکسیجن کے ساتھ اور پھر سلفر کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔
3. نازک حد: آکسیجن کا "ترجیحی راستہ"
مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ ڈیسلفرائزیشن صرف بڑے پیمانے پر اس وقت ہوتی ہے جب پگھلے ہوئے اسٹیل میں آکسیجن کی مقدار ایک خاص سطح تک کم ہو جاتی ہے:
جب ابتدائی آکسیجن کا مواد 50ppm سے کم یا اس کے برابر ہوتا ہے، ڈیسلفرائزیشن کی شرح اس سے 25% زیادہ ہوتی ہے جب آکسیجن کا مواد 80-100ppm ہوتا ہے۔ اس عمل میں سلکان کا ڈی آکسیڈیشن کردار اہم ہے، جس سے کیلشیم سلفر کے رد عمل کے لیے ضروری کم کرنے والا ماحول پیدا ہوتا ہے۔
ڈی آکسیڈیشن اور ڈیسلفرائزیشن اثرات کا موازنہ
1 ڈی آکسیڈیشن اثر پر مقداری ڈیٹا
صنعتی مشق کے اعدادوشمار کے مطابق، سلکان کیلشیم مرکب دھاتوں کے ڈی آکسیڈیشن اثر کا اسٹیل کے درجے اور شامل کی گئی رقم سے گہرا تعلق ہے:
| اسٹیل کے درجات | CaSi اضافی رقم | ابتدائی آکسیجن مواد (ppm) | ریفائننگ کے بعد آکسیجن کا مواد (ppm) | ڈی آکسائڈریشن کی کارکردگی |
| سادہ کاربن اسٹیل (Q235) |
0.2%-0.3% |
80-100 |
40-50 |
45%-60% |
| کم الائے ہائی-طاقت کا اسٹیل (Q355) |
0.3%-0.4% |
90-110 |
35-45 |
55%-68% |
| سٹینلیس سٹیل (304) |
0.4%-0.5% |
100-120 |
25-35 |
65%-79% |
| الائے سٹرکچرل اسٹیل (40Cr) |
0.3%-0.4% |
85-105 |
30-40 |
58%-71% |
2 ڈیسلفرائزیشن اثر پر مقداری ڈیٹا
بیک وقت کیے جانے والے ڈیسلفرائزیشن کے رد عمل کے اثرات درج ذیل ہیں:
| اسٹیل کے درجات | CaSi اضافی رقم | ابتدائی سلفر مواد (%) | ریفائننگ کے بعد سلفر کا مواد (%) | ڈیسلفرائزیشن کی کارکردگی | بنیادی قدر |
| سادہ کاربن اسٹیل (Q235) |
0.2%-0.3% |
0.03-0.05 |
0.015-0.025 |
30%-50% |
گرم ٹوٹنے سے بچیں۔ |
| کم الائے ہائی سٹرینتھ اسٹیل (Q355) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.008-0.015 |
55%-70% |
ویلڈیبلٹی کو بہتر بنائیں |
| سٹینلیس سٹیل (304) |
0.4%-0.5% |
0.015-0.03 |
0.003-0.008 |
70%-85% |
سنکنرن مزاحمت کو بڑھانا |
| Wear-مزاحم اسٹیل (NM450) |
0.3%-0.4% |
0.02-0.04 |
0.006-0.012 |
65%-80% |
لباس مزاحمت کو بہتر بنائیں |
3 گہری Desulfurization کی صلاحیت
اعلی-اسٹیل کے درجات کے لیے، سلکان کیلشیم مرکب گہرے ڈیسلفرائزیشن حاصل کر سکتے ہیں:
| عمل کے منظرنامے۔ | CaSi اضافی رقم | تطہیر کی شرائط | ڈی سلفرائزیشن کے بعد سلفر کا مواد | ڈیسلفرائزیشن کی کارکردگی |
| معمول کا اضافہ |
0.1%-0.3% |
- |
<0.01% |
80%-90% |
| ہائی-اسٹیل ریفائننگ |
0.3%-0.5% |
ایل ایف فرنس ریفائننگ |
<0.005% |
93% سے زیادہ یا اس کے برابر |
| مسلسل معدنیات سے متعلق حفاظتی معدنیات سے متعلق |
0.05%-0.1% |
کھانا کھلانے کی رفتار 3-5m/s |
<0.003% |
الٹرا-کم سلفر اسٹیل کا معیار |
کلیدی بصیرت:دونوں جدولوں کا موازنہ کرنے سے پتہ چلتا ہے کہ، ایک ہی خوراک میں، ڈی آکسیڈیشن رد عمل پہلے اور تیز ہوتا ہے، اور ڈی آکسیڈیشن کی کارکردگی عام طور پر ڈیسلفرائزیشن رد عمل شروع ہونے سے پہلے کافی حد تک پہنچ جاتی ہے۔ یہ ڈی آکسیڈیشن کے تھرموڈینامک آرڈر کی تصدیق کرتا ہے جو ڈیسلفرائزیشن پر فوقیت رکھتا ہے۔
جواب سامنے آیا: سب سے پہلے کون سا ہوتا ہے، ڈی آکسیجنیشن یا ڈی سلفرائزیشن؟
رد عمل کے حکم سے، ڈی آکسیجنیشن ڈیسلفرائزیشن سے پہلے ہوتی ہے۔
| موازنہ کے طول و عرض | ڈی آکسیجن کا رد عمل | ڈی سلفرائزیشن رد عمل |
| تھرموڈینامک رجحان | کیلشیم کا آکسیجن سے زیادہ تعلق ہے، جس کے نتیجے میں زیادہ منفی ΔG ہوتا ہے۔ | ثانوی تعلق |
| وقت کی ترتیب | یہ پورے عمل میں ہوتا ہے، لیکن ابتدائی مراحل میں غالب ہوتا ہے۔ | درمیانی مرحلے میں فعال، آکسیجن کی سطح کو کم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے |
| آکسیجن کے مواد پر انحصار | یہ اب بھی ہائپرکسیا کے حالات میں ہوسکتا ہے۔ | موثر آپریشن کے لیے 50ppm سے کم یا اس کے برابر آکسیجن کا مواد درکار ہے۔ |
| سلیکون کا کردار | کور ڈی آکسیجنیشن عنصر | معاون (کم کرنے والا ماحول بنانا) |
پگھلے ہوئے سٹیل میں کیلشیم کے رویے کو "ترجیحی علاج" کے عمل کے طور پر تصور کیا جا سکتا ہے:
پہلی ترجیح:ڈی آکسیڈیشن-پگھلے ہوئے سٹیل میں داخل ہونے کے بعد، کیلشیم سب سے پہلے آکسیجن ایٹموں کے ساتھ جوڑنے کے لیے "تلاش" کرتا ہے، جب کہ سلکان ابتدائی طور پر ڈی آکسائڈائز کرتا ہے، جس سے کیلشیم کے لیے حالات پیدا ہوتے ہیں۔
دوسری ترجیح:ڈیسلفرائزیشن-جب آکسیجن کو کم سطح پر استعمال کیا جاتا ہے (50ppm سے کم یا اس کے برابر)، کیلشیم بڑی مقدار میں سلفر کے ساتھ ملنا شروع کر دیتا ہے۔
تیسری ترجیح:ترمیم-آخر میں، بقیہ کیلشیم کا استعمال بقایا Al₂O₃ شمولیتوں کو تبدیل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جو کم-پگھلنے والے-پوائنٹ کیلشیم ایلومینیٹ کو تشکیل دیتا ہے، شمولیت کی شکل کو بہتر بناتا ہے۔
عمل کے مضمرات
یہ سائنسی اصول - سائٹ کے انجینئروں کو تجویز کرتا ہے:
ڈی آکسیڈیشن اور ڈی سلفرائزیشن کو ایک ساتھ مکمل کرنے کی توقع نہ کریں-کیلشیم کی ترجیح یہ بتاتی ہے کہ اسے مراحل میں کیا جانا چاہیے۔
آکسیجن کو کنٹرول کرنا موثر ڈی سلفرائزیشن کے لیے ایک شرط ہے{0}}اگر ڈی آکسیڈیشن ابتدائی مراحل میں نامکمل ہے، تو بعد کے مراحل میں ڈی سلفرائزیشن کی کارکردگی لامحالہ متاثر ہوگی۔
ریفائننگ کے بعد کے مراحل میں کیلشیم کا علاج اتنا ہی اہم ہے-یہاں تک کہ ڈی آکسیڈیشن اور ڈی سلفرائزیشن مکمل ہونے کے بعد، کیلشیم کی مناسب مقدار کاسٹنگ کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے بہت ضروری ہے۔
اکثر پوچھے گئے سوالات
Q1: کیلشیم کا علاج ریفائننگ کے بعد کے مراحل میں کیوں کیا جاتا ہے؟
A: کیونکہ کیلشیم ترجیحی طور پر آکسیجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ آکسیجن کی مقدار کم ہونے کے بعد ہی کیلشیم مؤثر طریقے سے ڈیسلفرائزیشن اور شمولیت میں ترمیم کر سکتا ہے۔
Q2: کیلشیم کی پیداوار کو کیسے بہتر بنایا جائے؟
A: کورڈ وائر فیڈنگ کا طریقہ استعمال کریں (براہ راست کھانا کھلانے کے طریقہ سے 15%-20% زیادہ موثر)، سٹیل کے درجہ حرارت کو 1500-1600 ڈگری پر کنٹرول کریں، اور جب سٹیل کا 1/3 ٹیپ ہو جائے تو کیلشیم شامل کرنا شروع کریں۔
Q3: ضرورت سے زیادہ سلکان-کیلشیم مرکب شامل کرنے کے کیا نتائج ہیں؟
A: Excessive addition (>0.6%) اسٹیل میں ضرورت سے زیادہ کیلشیم کی مقدار کا باعث بنے گا، جس سے CaO شامل ہوں گے، اور اثر کی سختی کو 10%-15% تک کم کریں گے۔
Q4: سلیکون-کیلشیم الائے میں سلکان کیا کردار ادا کرتا ہے؟
A: سلیکون ایک کیریئر عنصر کے طور پر کام کرتا ہے، کیلشیم کے بخارات کے اعلی دباؤ کو کم کرتا ہے، اور اسے پگھلے ہوئے سٹیل میں مستحکم طور پر تحلیل ہونے دیتا ہے۔ اس کے ساتھ ہی، سلکان ابتدائی ڈی آکسیڈیشن انجام دیتا ہے، کیلشیم ڈیسلفرائزیشن کے لیے حالات پیدا کرتا ہے۔
