Pembangkit Busur Listrik (EAF): Proses & Peralatan Utama Pembuatan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Electric Arc Furnace (EAF) adalah tungku pembuatan baja utama yang memanfaatkan energi listrik untuk melelehkan baja bekas, besi yang direduksi langsung (DRI), atau bahan ferrous lainnya untuk menghasilkan baja cair. Ini adalah teknologi yang serbaguna, efisien, dan dapat beradaptasi dengan lingkungan yang memainkan peran penting dalam pembuatan baja modern, terutama di pabrik mini dan pabrik baja sekunder.

Tujuan dasar dari EAF adalah untuk mengubah bahan baku logam menjadi baja cair melalui penerapan busur listrik suhu tinggi yang dihasilkan antara elektroda grafit dan muatan logam. Proses ini memungkinkan pemanasan cepat, kontrol komposisi kimia yang tepat, dan kemampuan untuk memproduksi berbagai macam grade baja.

Dalam rantai pembuatan baja secara keseluruhan, EAF biasanya mengikuti pengumpulan dan persiapan baja bekas atau bahan baku dan mendahului pemurnian sekunder dan pengecoran. Ini berfungsi sebagai unit peleburan inti dalam pembuatan baja listrik, sering terintegrasi dengan pengecoran kontinu atau proses hilir lainnya untuk menghasilkan produk baja jadi.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti dari EAF adalah pembangkitan busur listrik yang intens antara elektroda grafit dan muatan logam, yang menghasilkan suhu lokal yang sangat tinggi (hingga 3.000°C). Busur ini mentransfer energi listrik langsung ke dalam material, menyebabkan peleburan cepat dan reaksi kimia.

Komponen teknologi kunci termasuk elektroda grafit, cangkang tungku (biasanya dilapisi dengan bata tahan api), transformator, dan sistem tambahan seperti penanganan gas buang dan pendinginan air. Elektroda digantung dari struktur atap yang dapat bergerak, memungkinkan penyesuaian tinggi dan kontrol busur.

Mekanisme operasi utama melibatkan pembentukan satu atau beberapa busur antara elektroda dan muatan. Arus listrik mengalir melalui elektroda, menciptakan busur yang memanaskan dan melelehkan baja bekas atau bahan baku. Material mengalir ke dalam tungku dari sistem pengisian, dan logam cair diambil secara berkala untuk pemrosesan lebih lanjut.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk arus busur, tegangan, input daya, suhu tungku, dan waktu peleburan. Rentang operasi tipikal adalah:

• Arus busur: 20.000 hingga 50.000 ampere
• Tegangan: 300 hingga 500 volt
• Input daya: 300 hingga 500 kWh per ton baja yang diproduksi
• Waktu peleburan: 30 hingga 90 menit tergantung pada ukuran tungku dan komposisi muatan

Parameter ini mempengaruhi laju peleburan, efisiensi energi, dan kualitas baja. Misalnya, arus busur yang lebih tinggi meningkatkan kecepatan peleburan tetapi dapat menyebabkan keausan bata tahan api yang lebih tinggi.

Sistem kontrol menggunakan otomatisasi canggih, termasuk sensor waktu nyata, pengontrol stabilitas busur, dan perangkat lunak pemodelan proses. Sistem ini memantau parameter secara terus-menerus, menyesuaikan posisi elektroda, input daya, dan variabel lainnya untuk mengoptimalkan kinerja dan memastikan kualitas baja yang konsisten.

Konfigurasi Peralatan

EAF tipikal terdiri dari cangkang baja yang dilapisi tahan api yang dipasang pada platform yang dapat miring atau tetap. Tinggi tungku bervariasi dari 4 hingga 12 meter, dengan diameter berkisar antara 1,5 hingga 4 meter. Tungku ini dilengkapi dengan atap yang dapat bergerak yang mendukung tiga atau lebih elektroda grafit.

Pengaturan elektroda telah berkembang dari konfigurasi tetap dan vertikal menjadi sistem multi-elektroda yang lebih canggih yang meningkatkan stabilitas busur dan distribusi energi. Desain modern menggabungkan panel yang didinginkan air, pelapisan tahan api yang canggih, dan fitur otomatisasi.

Sistem tambahan termasuk:

• Peralatan pengisian (hoist skip, sabuk konveyor)
• Sistem penanganan gas buang (pengumpulan debu, scrubber)
• Sistem pendinginan air untuk elektroda dan cangkang tungku
• Transformator pasokan daya dan unit kontrol

Sistem tambahan ini sangat penting untuk operasi yang aman, efisien, dan sesuai dengan lingkungan.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Reaksi kimia utama dalam EAF melibatkan oksidasi kotoran dan elemen paduan, serta reduksi oksida yang ada dalam muatan. Reaksi utama termasuk:

• Peleburan baja bekas dan bahan baku
• Oksidasi karbon untuk menghasilkan gas CO dan CO₂
• Decarburization: karbon bereaksi dengan oksigen untuk membentuk gas CO/CO₂, mengurangi kandungan karbon dalam baja
• Oksidasi kotoran seperti silikon, mangan, dan fosfor

Secara termodinamika, reaksi ini didorong oleh suhu tinggi dan penambahan oksigen yang terkontrol, yang dapat disuplai melalui peluncur oksigen atau gas yang disuntikkan. Kinetika tergantung pada suhu, laju aliran gas, dan luas permukaan muatan.

Produk reaksi termasuk baja cair, slag yang mengandung kotoran teroksidasi, dan emisi gas (CO, CO₂, NOx). Manajemen gas buang yang tepat sangat penting untuk mengontrol emisi dan memulihkan energi.

Transformasi Metalurgi

Selama peleburan, baja mengalami transformasi mikrostruktur, termasuk pelarutan elemen paduan, homogenisasi, dan perubahan fase. Seiring dengan meningkatnya suhu, karbida, nitride, dan oksida larut, menghasilkan komposisi yang seragam.

Decarburization dan dephosphorization mengubah mikrostruktur, mempengaruhi sifat-sifat seperti kekuatan, ketangguhan, dan kemampuan pengelasan. Laju pendinginan setelah pengambilan menentukan mikrostruktur akhir—pendinginan cepat mendukung struktur martensitik, sementara pendinginan lambat mendorong fase ferritik-perlit.

Transformasi ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik, ketahanan korosi, dan kemampuan pengelasan produk baja akhir.

Interaksi Material

Interaksi antara logam cair, slag, pelapisan tahan api, dan atmosfer sangat kompleks. Slag bertindak sebagai fluks, menghilangkan kotoran melalui reaksi kimia dan pemisahan fisik. Material tahan api harus tahan terhadap suhu tinggi, serangan kimia, dan siklus termal.

Kontaminasi dapat terjadi jika slag menyusup ke dalam material tahan api atau jika kotoran tidak dikendalikan dengan baik, yang mengarah pada inklusi atau cacat. Gelembung gas atau oksidasi berlebihan dapat menyebabkan porositas atau cacat permukaan.

Metode kontrol termasuk mengoptimalkan kimia slag, mempertahankan atmosfer tungku yang tepat (reduksi atau oksidasi), dan memilih material tahan api yang tahan terhadap serangan kimia. Pemantauan rutin komposisi slag dan kondisi tahan api membantu mencegah interaksi yang tidak diinginkan.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah baja bekas, yang harus memenuhi standar kualitas kimia dan fisik tertentu. Spesifikasi tipikal termasuk kandungan kelembapan rendah, inklusi non-logam minimal, dan distribusi ukuran yang sesuai.

Bahan masukan tambahan termasuk besi yang direduksi langsung (DRI), pig iron, ferroalloy, fluks (batu kapur, dolomit), dan oksigen. Persiapan material melibatkan penyortiran, penghancuran, dan kadang-kadang pemanasan awal untuk meningkatkan efisiensi peleburan.

Kualitas masukan secara langsung mempengaruhi laju peleburan, konsumsi energi, dan kualitas baja akhir. Kontaminan atau kelembapan berlebihan dapat menyebabkan masalah operasional seperti busa slag atau kerusakan pada material tahan api.

Urutan Proses

Urutan operasional umumnya melibatkan:

• Mengisi tungku dengan baja bekas dan bahan baku yang telah dipersiapkan
• Memulai busur dan melelehkan muatan
• Memurnikan logam cair melalui oksidasi, paduan, dan penyesuaian suhu
• Mengetuk baja cair ke dalam ladle untuk pengecoran
Kembali ke blog

Tulis komentar

Nama *

Email *

Komentar *