Bloom/Billet dalam Produksi Baja: Ikhtisar Proses dan Peralatan Kunci
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Definisi dan Konsep Dasar
Sebuah bloom atau billet adalah produk baja setengah jadi yang dihasilkan selama proses pembuatan baja primer, berfungsi sebagai input dasar untuk operasi penggulungan atau penempaan selanjutnya. Produk-produk ini ditandai dengan dimensi penampang tertentu dan berfungsi sebagai bahan baku untuk memproduksi berbagai bentuk baja jadi seperti batang, batang baja, dan bagian struktural.
Bloom biasanya merujuk pada ingot baja atau produk cor dengan penampang besar, persegi atau persegi panjang, umumnya melebihi 200 mm dalam dimensi penampang. Billet menunjukkan produk dengan penampang lebih kecil, biasanya kurang dari 200 mm, sering diproduksi langsung dari proses pengecoran kontinu atau pengecoran ingot.
Dalam rantai pembuatan baja, bloom dan billet adalah produk antara yang terbentuk setelah peleburan primer, pemurnian, dan pengecoran. Mereka sangat penting untuk mengubah baja cair menjadi bentuk yang dapat digunakan, memungkinkan penggulungan panas, penggulungan dingin, atau penempaan untuk memproduksi produk akhir seperti lembaran, pelat, batang, dan komponen struktural.
Posisi mereka dalam alur proses adalah setelah peleburan dan pengecoran baja, tetapi sebelum proses deformasi panas atau dingin. Mereka bertindak sebagai jembatan antara produksi baja mentah dan pembuatan produk jadi, mempengaruhi kualitas produk akhir, sifat mekanik, dan akurasi dimensi.
Desain dan Operasi Teknis
Teknologi Inti
Produksi bloom dan billet terutama melibatkan teknologi pengecoran kontinu, yang menggantikan pengecoran ingot tradisional karena efisiensinya dan peningkatan kontrol kualitas.
Prinsip rekayasa inti bergantung pada pengendalian pembekuan baja cair dalam cetakan yang didinginkan dengan air, memungkinkan penarikan terus-menerus bentuk baja setengah jadi. Proses ini meminimalkan cacat yang terkait dengan pengecoran ingot, seperti segregasi dan porositas.
Komponen teknologi kunci termasuk tundish, cetakan, sistem panduan strand, dan mekanisme penarikan. Tundish berfungsi sebagai reservoir, memberi makan baja cair ke dalam cetakan. Cetakan, yang biasanya terbuat dari tembaga yang didinginkan dengan air atau paduan tembaga, membentuk baja dan memfasilitasi pembekuan awal.
Sistem panduan strand memastikan pergerakan terus-menerus dari baja yang membeku, sementara sistem penarikan mempertahankan kecepatan pengecoran yang stabil. Zona pendinginan sekunder lebih lanjut mengontrol pembekuan dan pengembangan mikrostruktur.
Aliran material melibatkan baja cair yang masuk ke tundish, mengalir ke dalam cetakan, membeku sebagai strand, dan ditarik keluar secara terus-menerus. Proses ini dikendalikan dengan ketat untuk menghasilkan penampang yang seragam dengan dimensi yang tepat.
Parameter Proses
Variabel proses kritis termasuk kecepatan pengecoran, suhu cetakan, laju pendinginan, dan dimensi penampang strand.
Kecepatan pengecoran yang khas berkisar antara 0,5 hingga 2,0 meter per menit, tergantung pada grade baja dan ukuran penampang. Suhu cetakan dipertahankan antara 1.400°C dan 1.600°C untuk memastikan fluiditas dan pembekuan yang tepat.
Laju pendinginan disesuaikan untuk mengontrol mikrostruktur dan sifat mekanik, umumnya antara 10°C/detik dan 50°C/detik di zona pendinginan sekunder.
Hubungan antara parameter ini mempengaruhi mikrostruktur, cacat internal, kualitas permukaan, dan akurasi dimensi dari bloom atau billet.
Sistem kontrol memanfaatkan sensor waktu nyata, seperti kamera termal, perangkat pengukuran laser, dan monitor akustik, yang terintegrasi ke dalam sistem otomatisasi untuk regulasi proses yang berkelanjutan.
Konfigurasi Peralatan
Mesin pengecoran kontinu yang khas untuk bloom dan billet dilengkapi dengan cetakan horizontal atau vertikal, tergantung pada preferensi desain. Panjang cetakan bervariasi dari 3 hingga 6 meter, dengan dimensi penampang berkisar dari 150 mm x 150 mm hingga 300 mm x 300 mm untuk billet, dan lebih besar untuk bloom.
Instalasi modern menampilkan konfigurasi strand melengkung atau lurus, dengan sistem pendinginan air yang canggih dan kontrol otomatisasi. Panjang mesin pengecoran dapat mencapai lebih dari 50 meter, mengakomodasi seluruh proses dari tundish hingga penarikan.
Evolusi desain termasuk adopsi pengecoran slab tipis untuk slab, tetapi untuk bloom dan billet, perbaikan berfokus pada peningkatan kecepatan pengecoran, mengurangi pembentukan cacat, dan meningkatkan kontrol mikrostruktur.
Sistem tambahan termasuk perangkat pemanasan atau pengadukan tundish, sistem pengiriman fluks cetakan, dan zona pendinginan sekunder dengan nosel semprot yang dapat disesuaikan. Sistem ini memastikan pembekuan yang seragam dan kualitas permukaan.
Kimia dan Metalurgi Proses
Reaksi Kimia
Selama pengecoran, reaksi kimia utama melibatkan pembekuan baja dari fase cair, dengan reaksi kimia minimal yang terjadi dalam proses itu sendiri.
Namun, oksidasi elemen paduan seperti mangan, silikon, dan krom dapat terjadi di permukaan baja jika atmosfer pelindung atau fluks tidak dikelola dengan baik. Oksidasi ini dapat menyebabkan pembentukan inklusi dan variasi komposisi.
Prinsip termodinamika mengatur stabilitas berbagai fase selama pembekuan, dengan laju pendinginan mempengaruhi pembentukan mikrostruktur ferrit, perlit, bainit, atau martensit.
Produk reaksi yang signifikan termasuk terak dan inklusi, yang berasal dari kotoran dan fluks yang digunakan selama pengecoran. Manajemen terak yang tepat meminimalkan terjebaknya inklusi dan cacat permukaan.
Transformasi Metalurgi
Perubahan metalurgi kunci terjadi selama pembekuan dan pendinginan selanjutnya. Saat baja cair mendingin, mikrostruktur primer seperti dendrit terbentuk, yang mempengaruhi ukuran butir akhir dan sifat mekanik.
Mikrostruktur berkembang melalui transformasi fase, dengan pendinginan yang terkontrol mempromosikan fase yang diinginkan seperti ferrit dan perlit untuk kelenturan, atau bainit dan martensit untuk kekuatan.
Perlakuan panas atau pemrosesan termomekanik setelah pengecoran dapat lebih memodifikasi mikrostruktur, memperhalus ukuran butir dan mengurangi tegangan sisa.
Transformasi ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik, seperti kekuatan tarik, ketangguhan, dan kelenturan, dari produk akhir.
Interaksi Material
Interaksi antara baja, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk kontrol kualitas.
Terak berinteraksi dengan permukaan baja cair, menghilangkan kotoran dan melindungi baja dari oksidasi. Komposisi dan aliran terak yang tepat sangat penting untuk mencegah terjebaknya inklusi.
Pelapisan refraktori di cetakan dan tundish terkena suhu tinggi dan serangan kimia, yang dapat menyebabkan keausan dan potensi kontaminasi jika tidak dirawat dengan baik.
Gas atmosfer, seperti oksigen dan nitrogen, dapat larut ke dalam baja, menyebabkan deoksidasi atau penyerapan nitrogen, yang dapat mempengaruhi sifat mekanik.
Metode untuk mengontrol interaksi yang tidak diinginkan termasuk mempertahankan atmosfer pelindung, mengoptimalkan kimia terak, dan memilih material refraktori yang tahan terhadap serangan kimia.
Alur Proses dan Integrasi
Material Input
Input utama adalah baja cair berkualitas tinggi, biasanya diproduksi melalui metode tungku oksigen dasar (BOF) atau tungku busur listrik (EAF). Grade baja bervariasi dari baja karbon rendah hingga baja paduan tinggi, dengan komposisi kimia tertentu.
Input tambahan termasuk elemen paduan, fluks, dan agen desulfurisasi, yang disesuaikan dengan sifat baja yang diinginkan.
Persiapan material melibatkan memastikan suhu, komposisi, dan kebersihan baja cair memenuhi spesifikasi proses. Penanganan melibatkan transfer ladle dan pemberian makan tundish.
Kualitas input secara langsung mempengaruhi stabilitas pengecoran, tingkat cacat, dan mikrostruktur akhir. Kotoran atau komposisi yang tidak konsisten dapat menyebabkan cacat permukaan