Bloom: Proses Pengecoran Baja Kunci & Perannya dalam Produksi Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Bloom dalam pembuatan baja mengacu pada ingot atau billet baja besar yang setengah jadi yang dihasilkan dari proses pembuatan baja primer, biasanya diproduksi dalam operasi pengecoran kontinu atau pengecoran ingot. Ini ditandai dengan dimensi penampang yang substansial, umumnya berkisar dari sekitar 200 mm hingga lebih dari 600 mm dalam ketebalan dan lebar, dan berfungsi sebagai produk antara yang dapat diproses lebih lanjut menjadi berbagai bentuk baja seperti slab, billet, atau bloom.

Tujuan dasar dari bloom adalah untuk berfungsi sebagai bahan baku yang serbaguna dan berkualitas tinggi untuk proses penggulungan panas, penempaan, atau proses pembentukan lainnya. Ini bertindak sebagai jembatan antara tahap pembuatan baja primer—di mana baja cair disempurnakan dan dibekukan—dan tahap pemrosesan sekunder, di mana produk baja akhir dibentuk.

Dalam keseluruhan rantai pembuatan baja, bloom menempati posisi antara. Setelah baja diproduksi dalam tungku oksigen dasar (BOF), tungku busur listrik (EAF), atau konverter, ia dicetak menjadi bloom melalui metode pengecoran kontinu atau pengecoran ingot. Bloom ini kemudian dipanaskan kembali dan digulung panas menjadi berbagai produk akhir, termasuk bagian struktural, rel, atau pipa tanpa sambungan. Ukuran dan kualitas bloom secara langsung mempengaruhi efisiensi dan kualitas langkah pemrosesan berikutnya.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Produksi bloom terutama melibatkan proses pengecoran kontinu, yang merevolusi pembuatan baja dengan memungkinkan pembekuan baja cair yang cepat, otomatis, dan konsisten. Prinsip rekayasa inti bergantung pada pendinginan dan pembekuan baja cair yang terkontrol dalam cetakan yang didinginkan dengan air, membentuk ingot setengah jadi dengan dimensi yang telah ditentukan.

Komponen teknologi kunci termasuk tundish, cetakan, sistem pendinginan sekunder, dan sistem panduan strand. Tundish berfungsi sebagai reservoir, memberi makan baja cair ke dalam cetakan dengan laju yang terkontrol. Cetakan, yang biasanya terbuat dari tembaga atau paduan tembaga, menyediakan heat sink yang memulai pembekuan. Zona pendinginan sekunder, dilengkapi dengan semprotan air atau sistem kabut udara, mengatur laju pendinginan untuk mengoptimalkan pengembangan mikrostruktur. Sistem panduan strand memastikan penyelarasan yang tepat dan mendukung bloom yang setengah padat saat keluar dari cetakan.

Mekanisme operasi utama melibatkan pengecoran kontinu baja cair ke dalam cetakan, dengan front pembekuan bergerak sepanjang panjang strand. Proses ini mempertahankan keadaan stabil, dengan strand yang terus ditarik pada kecepatan terkontrol, memastikan penampang dan mikrostruktur yang seragam. Bloom yang telah dibekukan kemudian dipotong sesuai panjang yang diinginkan dan diangkut untuk dipanaskan kembali atau pemrosesan lebih lanjut.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk kecepatan pengecoran, suhu cetakan, laju pendinginan, dan tegangan strand. Kecepatan pengecoran yang khas berkisar dari 0,5 hingga 2,0 meter per menit, tergantung pada grade baja dan ukuran penampang. Suhu cetakan dipertahankan antara 1.400°C dan 1.550°C untuk memastikan perilaku fluiditas dan pembekuan yang tepat.

Laju pendinginan mempengaruhi mikrostruktur, sifat mekanik, dan kualitas permukaan bloom. Pendinginan yang lebih cepat dapat menghasilkan mikrostruktur yang lebih halus tetapi dapat menyebabkan stres internal, sementara pendinginan yang lebih lambat mendukung pertumbuhan butir. Laju aliran dan pola semprotan sistem pendinginan sekunder disesuaikan untuk mengoptimalkan efek ini.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata dan loop umpan balik untuk memantau suhu, posisi strand, dan kondisi pendinginan. Fasilitas pengecoran kontinu modern memanfaatkan otomatisasi canggih dan perangkat lunak kontrol proses untuk mempertahankan operasi yang stabil, meminimalkan cacat, dan memaksimalkan hasil.

Konfigurasi Peralatan

Mesin pengecoran bloom yang khas dilengkapi dengan cetakan tembaga yang didinginkan dengan air, tundish dengan kontrol aliran, dan sistem panduan strand dengan rol atau penyangga. Panjang cetakan bervariasi dari 1,5 hingga 4 meter, tergantung pada ukuran pengecoran dan desain proses.

Dimensi fisik dari mesin pengecoran bloom yang khas mencakup panjang pengecoran 20 hingga 50 meter, dengan diameter strand berkisar dari 200 mm hingga 600 mm. Lebar dan tinggi mesin dirancang untuk mengakomodasi ukuran penampang maksimum dari bloom, dengan ketentuan untuk sistem tambahan seperti osilasi cetakan, pengaduk elektromagnetik, dan semprotan pendinginan sekunder.

Evolusi desain dari waktu ke waktu telah berfokus pada peningkatan kecepatan pengecoran, perbaikan kualitas permukaan, dan pengurangan cacat internal. Inovasi termasuk adopsi konfigurasi cetakan melengkung, pengadukan elektromagnetik untuk memperhalus mikrostruktur, dan bahan cetakan canggih untuk memperpanjang umur layanan.

Sistem tambahan termasuk pemanasan ladle, pengiriman fluks cetakan, dan kontrol otomatisasi. Sistem ini memastikan aliran baja yang konsisten, stabilitas cetakan, dan keamanan proses.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama pengecoran kontinu, reaksi kimia utama melibatkan pembekuan baja dari keadaan cairnya, dengan reaksi kimia minimal yang terjadi di front pembekuan. Namun, dalam baja cair, reaksi oksidasi dapat terjadi, terutama jika baja terpapar oksigen atmosfer, yang mengarah pada pembentukan oksida seperti alumina, silika, dan oksida mangan.

Secara termodinamika, oksidasi elemen seperti mangan dan silikon lebih disukai pada suhu tinggi, mempengaruhi komposisi baja dan pembentukan terak. Kinetika reaksi ini bergantung pada suhu, tekanan parsial oksigen, dan keberadaan fluks atau lapisan terak.

Produk reaksi termasuk terak, yang menangkap kotoran, dan inklusi oksida yang dapat terjebak dalam bloom jika tidak dikendalikan dengan baik. Mengelola reaksi ini sangat penting untuk memastikan kebersihan baja dan sifat mekanik.

Transformasi Metalurgi

Ketika baja mendingin dan membeku dalam cetakan, transformasi mikrostruktur terjadi. Awalnya, baja cair bertransisi dari fase cair ke fase padat, membentuk mikrostruktur dendritik. Laju pendinginan mempengaruhi ukuran dan distribusi butir, dengan pendinginan yang lebih cepat menghasilkan mikrostruktur yang lebih halus.

Transformasi fase termasuk pembentukan ferit, perlit, bainit, atau martensit, tergantung pada komposisi paduan dan kondisi pendinginan. Untuk baja karbon, mikrostruktur utama dalam bloom biasanya adalah ferit dan perlit, dengan kemungkinan fase lain dalam baja paduan.

Perubahan metalurgi ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, ketangguhan, dan keuletan. Pengendalian yang tepat terhadap parameter pendinginan dan pembekuan memastikan mikrostruktur yang diinginkan dan meminimalkan stres residu atau cacat internal.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, lining refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Lining refraktori dalam cetakan dan zona pendinginan sekunder harus tahan terhadap suhu tinggi dan serangan kimia dari terak dan baja.

Mekanisme transfer material termasuk reaksi terak-logam, di mana kotoran diserap ke dalam terak, dan potensi kontaminasi dari partikel aus refraktori. Mengendalikan interaksi ini melibatkan pemilihan bahan refraktori yang tepat, mempertahankan kimia terak, dan mengoptimalkan parameter proses.

Gas atmosfer, terutama oksigen dan nitrogen, dapat larut ke dalam baja, mempengaruhi komposisi dan sifatnya. Penggunaan atmosfer pelindung atau gas inert selama pengecoran meminimalkan efek ini.

Metode untuk mengendalikan interaksi yang tidak diinginkan termasuk penerapan fluks, penyesuaian kimia terak, dan mempertahankan lingkungan pengecoran yang tertutup.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah baja cair berkualitas tinggi, yang diproduksi dalam BOF atau EAF, dengan komposisi kimia yang ditentukan sesuai dengan produk akhir yang diinginkan. Grade baja bervariasi dari baja karbon hingga baja paduan atau baja khusus, masing-masing memerlukan kontrol kimia tertentu.

Input tambahan termasuk fluks, desulfurizer