Sendok dalam Pembuatan Baja: Peralatan Kunci dan Perannya dalam Penyempurnaan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah sendok adalah wadah besar yang dilapisi refraktori yang digunakan dalam pembuatan baja dan pengolahan logam primer untuk mengangkut, menampung, dan menyempurnakan logam cair, terutama baja dan besi. Ini berfungsi sebagai wadah perantara yang memfasilitasi transfer logam cair dari tungku primer (seperti konverter atau tungku busur listrik) ke unit pengolahan sekunder seperti mesin pengecoran atau cetakan pengecoran kontinu.

Dalam rantai produksi baja secara keseluruhan, sendok memainkan peran penting dalam perlakuan metalurgi, penyesuaian suhu, paduan, dan penghilangan inklusi. Ini ditempatkan setelah tahap peleburan primer dan sebelum pengecoran, bertindak sebagai penghubung kritis yang memastikan kualitas dan konsistensi logam cair sebelum pembekuan.

Tujuan dasar sendok adalah untuk menjaga logam cair dalam lingkungan yang terkontrol, memungkinkan manajemen suhu yang tepat, penyesuaian kimia, dan kontrol inklusi. Ini juga memungkinkan penanganan dan transportasi yang efisien di dalam pabrik baja, mendukung operasi pemrosesan kontinu dan batch.

---

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa di balik desain sendok berfokus pada isolasi termal, pelapisan refraktori, dan aliran material yang terkontrol. Tujuan utamanya adalah untuk meminimalkan kehilangan panas, mencegah kontaminasi, dan memfasilitasi proses metalurgi.

Komponen teknologi kunci termasuk pelapisan refraktori, yang tahan terhadap suhu tinggi dan serangan kimia; cangkang, yang biasanya terbuat dari baja atau paduan, memberikan integritas struktural; dan sistem tambahan seperti mekanisme miring, penutup sendok, dan perangkat penyaring terak.

Sendok beroperasi melalui mekanisme seperti miring untuk menuangkan, mengaduk untuk paduan dan penghilangan inklusi, dan pengukuran suhu melalui sensor yang tertanam. Logam cair mengalir ke dalam sendok dari tungku melalui lubang tap atau sistem pengetikan bawah, dan keluar ke unit pengecoran atau penyempurnaan sekunder melalui menuangkan yang terkontrol.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk suhu, komposisi kimia, ketebalan terak, dan laju aliran. Sendok baja yang khas beroperasi pada suhu antara 1.600°C dan 1.650°C, dengan kontrol suhu dalam ±10°C untuk memastikan stabilitas proses.

Penyesuaian komposisi kimia melibatkan penambahan paduan atau agen desulfurisasi, dengan dosis yang tepat berdasarkan analisis waktu nyata. Ketebalan terak dipertahankan untuk melindungi pelapisan refraktori dan memfasilitasi penghilangan kotoran, biasanya sekitar 50-150 mm.

Laju aliran selama menuangkan dioptimalkan untuk mencegah turbulensi dan oksidasi, biasanya berkisar antara 0,5 hingga 2 m/s. Sistem kontrol menggunakan termokopel, spektrometer, dan katup otomatis untuk memantau dan mengatur parameter ini secara terus-menerus.

Konfigurasi Peralatan

Sebuah sendok yang khas terdiri dari cangkang baja yang dilapisi dengan bata refraktori atau bahan cor, dengan dimensi bervariasi dari kecil (kapasitas 10-20 ton) hingga besar (hingga 400 ton). Sendok modern dilengkapi dengan mekanisme miring yang digerakkan oleh aktuator hidrolik atau listrik, memungkinkan menuangkan yang terkontrol.

Variasi desain termasuk sendok torpedo, sendok vakum, dan sendok tundish, masing-masing disesuaikan untuk proses atau kebutuhan produk tertentu. Seiring waktu, inovasi telah memperkenalkan cangkang yang didinginkan dengan air, sistem pengadukan elektromagnetik, dan bahan refraktori canggih untuk meningkatkan umur dan kinerja.

Sistem tambahan termasuk perangkat pemanas sendok (seperti pembakar listrik atau gas), penyaring terak, sistem injeksi argon atau oksigen untuk pengadukan, dan sistem penutup untuk mengurangi kehilangan panas dan oksidasi.

---

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama perlakuan sendok, reaksi utama melibatkan desulfurisasi, dephosphorization, dan modifikasi inklusi. Misalnya, penambahan kalsium karbida atau magnesium bereaksi dengan sulfur dan oksigen untuk membentuk senyawa stabil, menghilangkan kotoran dari baja.

Termodinamika mengatur reaksi ini, dengan pertimbangan kesetimbangan menentukan sejauh mana penghilangan kotoran. Kinetika mempengaruhi seberapa cepat reaksi berlangsung, dipengaruhi oleh suhu, pengadukan, dan kimia terak.

Produk reaksi termasuk oksida, sulfida, dan inklusi kompleks yang dihilangkan melalui terak atau dimasukkan ke dalam matriks baja. Produk sampingan seperti gas CO dan CO₂ dihasilkan selama proses dekarbonisasi dan desulfurisasi.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci melibatkan modifikasi mikrostruktur, seperti pemurnian butir, bentuk dan distribusi inklusi, dan transformasi fase. Selama perlakuan sendok, elemen paduan larut dan terhomogenisasi, menghasilkan komposisi yang seragam.

Modifikasi inklusi terjadi melalui penambahan kalsium atau magnesium, mengubah inklusi oksida yang tidak teratur menjadi partikel bulat yang tidak dapat terdeformasi yang meningkatkan kebersihan baja. Penyesuaian suhu mempengaruhi stabilitas fase, mempengaruhi sifat seperti kekerasan dan ketangguhan.

Perkembangan mikrostruktur termasuk pembentukan ferrit, perlit, bainit, atau martensit, tergantung pada laju pendinginan dan paduan. Kontrol yang tepat selama perlakuan sendok memastikan sifat mekanik yang diinginkan dan kemampuan pengelasan.

Interaksi Material

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

Terak bertindak sebagai penyangga kimia, menyerap kotoran dan melindungi baja dari oksidasi. Namun, terak yang berlebihan atau komposisi yang tidak tepat dapat menyebabkan terjebaknya inklusi atau reoksidasi.

Gas atmosfer seperti oksigen dan nitrogen dapat menyebabkan oksidasi atau penyerapan nitrogen, merusak kualitas baja. Untuk mengontrol interaksi ini, pemurnian gas inert (misalnya, argon) dan penutup pelindung digunakan.

Keausan refraktori terjadi akibat serangan kimia dan siklus termal. Memilih bahan refraktori yang berkualitas tinggi dan kompatibel secara kimia serta mempertahankan kondisi operasi yang optimal memperpanjang umur refraktori dan mengurangi risiko kontaminasi.

---

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan termasuk baja cair dari tungku primer, elemen paduan, desulfurizer, dan fluks. Spesifikasi menuntut kemurnian tinggi, komposisi kimia yang tepat, dan kompatibilitas suhu.

Pemrosesan melibatkan pemanasan sendok, penambahan paduan, dan manajemen terak. Sendok yang dipanaskan sebelumnya mengurangi kehilangan panas, sementara dosis paduan yang akurat memastikan komposisi target.

Kualitas masukan secara langsung mempengaruhi efisiensi proses, penghilangan inklusi, dan sifat produk akhir. Variasi dalam kemurnian atau suhu masukan dapat menyebabkan ketidakstabilan proses atau cacat.

Urutan Proses

Urutan tipikal dimulai dengan mentransfer baja cair dari tungku ke dalam sendok melalui lubang tap atau sistem pengetikan bawah. Sendok kemudian diangkut ke stasiun penyempurnaan.

Penyempurnaan melibatkan penyesuaian suhu, paduan, modifikasi inklusi, dan desulfurisasi, sering kali dengan pengadukan atau injeksi gas. Setelah perlakuan, baja diambil sampel dan dianalisis.

Setelah kimia dan suhu yang diinginkan tercapai, sendok dimiringkan untuk menuangkan baja ke dalam tundish atau cetakan untuk pengecoran. Waktu siklus bervariasi dari 20 hingga 60 menit, tergantung pada kompleksitas proses dan kapasitas.

Titik Integrasi

Sendok terhubung ke hulu dengan tungku pe