Penuangan Berkelanjutan dalam Produksi Baja: Proses, Peralatan & Signifikansi

Definisi dan Konsep Dasar

Penarikan kontinu adalah proses pembuatan baja utama yang mengubah logam cair dari ladle atau tundish menjadi billet, bloom, atau slab setengah jadi secara terus-menerus dan otomatis. Proses ini melibatkan pembekuan baja cair langsung menjadi bentuk setengah jadi tanpa perlu pencetakan ingot tradisional, secara signifikan meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya.

Tujuan dasar dari penarikan kontinu adalah untuk memproduksi produk baja setengah jadi yang seragam dan berkualitas tinggi yang berfungsi sebagai bahan baku untuk operasi penggulungan atau penempaan selanjutnya. Ini menggantikan metode pencetakan ingot yang lebih tua, memungkinkan siklus produksi yang lebih cepat, peningkatan kualitas permukaan, dan kontrol mikrostruktur yang lebih baik.

Dalam rantai pembuatan baja secara keseluruhan, penarikan kontinu ditempatkan segera setelah tungku pembuatan baja (seperti konverter atau tungku busur listrik) dan sebelum penggulungan panas atau proses pembentukan lainnya. Ini bertindak sebagai penghubung kritis yang mengubah baja cair menjadi bentuk padat yang siap diproses, menyederhanakan transisi dari tahap pencairan ke pembentukan.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti dari penarikan kontinu bergantung pada pembekuan terkontrol dari baja cair dalam cetakan yang didinginkan dengan air. Proses ini mempertahankan keseimbangan yang halus antara penghilangan panas dan aliran baja cair untuk menghasilkan cangkang padat tanpa cacat yang ditarik secara terus-menerus.

Komponen teknologi kunci termasuk tundish, cetakan, sistem pendinginan sekunder, dan mekanisme penarikan. Tundish bertindak sebagai reservoir, memberi makan baja cair ke dalam cetakan pada laju yang terkontrol. Cetakan, biasanya terbuat dari tembaga atau grafit yang didinginkan dengan air, membentuk baja dan memulai pembekuan. Zona pendinginan sekunder lebih lanjut menghilangkan panas secara merata, memastikan pembekuan yang tepat dan pengembangan mikrostruktur.

Mekanisme operasi utama melibatkan menuangkan baja cair ke dalam cetakan, di mana ia mulai membeku saat bersentuhan dengan permukaan yang didinginkan. Cangkang setengah padat kemudian ditarik secara terus-menerus melalui serangkaian rol, mempertahankan aliran produk setengah jadi yang stabil. Proses ini sangat otomatis, dengan kontrol yang tepat terhadap laju aliran, pendinginan, dan kecepatan penarikan untuk memastikan kualitas produk.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk kecepatan pencetakan, suhu cetakan, intensitas pendinginan sekunder, dan komposisi baja. Kecepatan pencetakan yang tipikal berkisar antara 0,2 hingga 2,0 meter per menit, tergantung pada ukuran produk dan kelas baja.

Kecepatan pencetakan yang lebih tinggi meningkatkan produktivitas tetapi dapat mengorbankan kualitas permukaan atau menyebabkan cacat internal jika tidak dikendalikan dengan baik. Suhu cetakan umumnya berkisar antara 1.200°C hingga 1.400°C, dioptimalkan untuk kelas baja dan dimensi produk tertentu. Intensitas pendinginan sekunder disesuaikan untuk mengontrol laju pembekuan dan mikrostruktur.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata dan algoritma komputer untuk memantau profil suhu, ketebalan cangkang, dan gaya penarikan. Umpan balik memungkinkan penyesuaian dinamis untuk mempertahankan kualitas produk yang konsisten dan meminimalkan cacat.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi penarikan kontinu yang tipikal terdiri dari tundish, cetakan, zona pendinginan sekunder, dan sistem penarikan dan pemotongan. Panjang cetakan bervariasi dari 1,5 hingga 4 meter, tergantung pada ukuran produk dan kecepatan pencetakan. Bentuk penampang cetakan sesuai dengan produk akhir—persegi panjang untuk slab, persegi atau persegi panjang untuk bloom, dan bulat untuk billet.

Variasi desain termasuk konfigurasi vertikal, horizontal, dan melengkung, masing-masing sesuai untuk jenis produk tertentu dan tata letak pabrik. Pencetakan vertikal adalah yang paling umum, menawarkan produktivitas tinggi dan kemudahan otomatisasi.

Sistem tambahan termasuk pengaduk elektromagnetik untuk meningkatkan aliran dan keseragaman suhu, osilator cetakan untuk mencegah lengket, dan sistem semprot untuk pendinginan sekunder. Sistem ini meningkatkan kualitas produk dengan mengontrol dinamika pembekuan dan penyelesaian permukaan.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama penarikan kontinu, reaksi kimia utama melibatkan penghilangan kotoran dan pembentukan terak. Komposisi baja tetap sebagian besar tidak berubah, tetapi oksidasi elemen seperti karbon, mangan, dan silikon terjadi di permukaan baja, terutama selama pendinginan sekunder.

Dari sudut pandang termodinamika, reaksi oksidasi dipengaruhi oleh aktivitas oksigen dalam baja dan atmosfer di dalam lingkungan pencetakan. Kinetika tergantung pada suhu, luas permukaan, dan keberadaan lapisan terak atau fluks pelindung.

Produk reaksi termasuk oksida dan fase terak yang membantu menghilangkan kotoran. Misalnya, oksida mangan dan terak kaya silika terbentuk selama pemurnian sekunder, membantu dalam pengendalian kotoran.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci melibatkan pengembangan mikrostruktur saat baja mendingin dan membeku. Cangkang awal terbentuk sebagai austenit, yang kemudian berubah menjadi berbagai mikrostruktur—seperti ferrit, perlit, bainit, atau martensit—tergantung pada laju pendinginan dan elemen paduan.

Kontrol mikrostruktur sangat penting untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan. Pendinginan cepat dapat menghasilkan struktur butir halus dengan kekuatan tinggi, sementara pendinginan yang lebih lambat mendukung duktilitas dan ketangguhan.

Transformasi fase dipengaruhi oleh komposisi paduan dan profil pendinginan. Manajemen yang tepat memastikan mikrostruktur yang seragam, meminimalkan stres internal, dan mengurangi risiko cacat seperti segregasi atau porositas.

Interaksi Material

Interaksi antara baja cair, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Baja dapat bereaksi dengan bahan refraktori, menyebabkan erosi atau kontaminasi jika bahan tidak kompatibel.

Terak bertindak sebagai lapisan pelindung, menyerap kotoran dan mencegah oksidasi. Pelapisan refraktori harus tahan terhadap suhu tinggi dan siklus termal, dengan bahan seperti magnesia atau alumina digunakan untuk daya tahan.

Kontrol atmosfer, termasuk penutupan gas inert atau kondisi vakum, meminimalkan oksidasi dan dekarbonisasi. Mengontrol interaksi ini mencegah kontaminasi, mengurangi cacat, dan mempertahankan kualitas baja.

Metode seperti optimasi kimia terak dan pemilihan refraktori digunakan untuk mengelola interaksi yang tidak diinginkan dan memperpanjang umur peralatan.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah baja cair, biasanya dengan suhu 1.400°C hingga 1.600°C, dengan komposisi kimia yang ditentukan sesuai dengan kebutuhan produk. Baja disuplai dari tungku pembuatan baja melalui ladle atau tundish.

Bahan masukan tambahan termasuk fluks, desulfurizer, dan elemen paduan yang diperkenalkan selama pemurnian sekunder atau langsung ke dalam tundish. Persiapan yang tepat memastikan aliran dan kualitas yang konsisten.

Kualitas bahan masukan secara langsung mempengaruhi stabilitas pencetakan, kualitas permukaan, dan integritas internal. Kotoran atau variasi suhu dapat menyebabkan cacat, memerlukan kontrol kualitas yang ketat dan manajemen suhu.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan transfer baja cair ke dalam tundish, yang memberi makan cetakan pada laju yang terkontrol. Baja mulai membeku saat bersentuhan dengan permukaan cetakan yang didinginkan, membentuk cangkang.

Strand setengah padat kemudian ditarik secara terus-menerus melalui rol, dengan zona pendinginan sekunder lebih lanjut membekukan dan mengontrol mikrostruktur. Strand secara berkala dipotong menjadi billet, bloom, atau slab sesuai dengan spesifikasi.

Seluruh siklus proses melibatkan penyampaian, pendinginan, dan penarikan yang disinkronkan, dengan kecepatan pencetakan tipikal 0,2–2,0 m/menit dan waktu siklus berkisar dari beberapa menit hingga beberapa jam