Pot dalam Pembuatan Baja: Peralatan Utama dan Perannya dalam Pengolahan Utama

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Pot dalam konteks produksi baja merujuk pada wadah khusus yang dilapisi refraktori yang digunakan terutama untuk melelehkan, memurnikan, dan mengaloykan baja cair atau paduan ferrous lainnya. Ini berfungsi sebagai wadah perantara yang kritis yang memfasilitasi transfer logam cair dari unit peleburan primer, seperti tungku tiup atau tungku busur listrik, ke tahap pemrosesan sekunder seperti pengecoran atau pengecoran kontinu.

Tujuan dasar dari pot adalah untuk mempertahankan suhu dan komposisi kimia baja cair selama pemrosesan, memastikan kualitas dan konsistensi. Ini juga menyediakan lingkungan yang terkontrol untuk penambahan aloi, desulfurisasi, dephosphorization, dan operasi pemurnian lainnya.

Dalam keseluruhan rantai pembuatan baja, pot berfungsi sebagai wadah perantara yang ditempatkan setelah peleburan primer dan sebelum pengecoran. Ini menjembatani kesenjangan antara proses peleburan awal dan pembekuan hilir, memungkinkan kontrol yang tepat atas sifat metalurgi baja.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa inti di balik pot melibatkan teknologi pelapisan refraktori yang dikombinasikan dengan isolasi termal untuk menahan suhu ekstrem dari baja cair, biasanya sekitar 1500°C hingga 1650°C. Pelapisan refraktori terdiri dari alumina tinggi, magnesia, atau bahan khusus lainnya yang dirancang untuk menahan korosi, kejutan termal, dan keausan mekanis.

Komponen teknologi kunci termasuk pelapisan refraktori, struktur shell, dan sistem tambahan seperti mekanisme miring, elemen pemanas, dan perangkat penyaring terak. Pelapisan refraktori membentuk permukaan dalam, memberikan ketahanan kimia dan isolasi termal. Shell, yang biasanya terbuat dari baja, mendukung refraktori dan memberikan integritas struktural.

Mekanisme operasi utama melibatkan pemanasan wadah (melalui pembakar listrik atau bahan bakar fosil), mempertahankan suhu, dan mengontrol penambahan elemen aloi. Baja cair dituangkan ke dalam pot dari tungku, dan pengadukan atau agitasi elektromagnetik dapat digunakan untuk memastikan homogenitas. Alur proses melibatkan transfer logam cair secara kontinu atau batch, dengan penghilangan terak dan penyesuaian suhu sesuai kebutuhan.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk suhu, komposisi terak, laju penambahan aloi, dan intensitas pengadukan. Suhu operasi yang khas berkisar antara 1550°C hingga 1600°C, tergantung pada grade baja dan persyaratan proses.

Kontrol suhu dicapai melalui sistem pemanasan terintegrasi dan umpan balik termokopel waktu nyata. Mempertahankan suhu yang stabil memastikan pengaloyan yang tepat dan mencegah pembekuan atau oksidasi yang berlebihan.

Komposisi terak dan penghapusannya dipantau melalui analisis kimia dan inspeksi visual. Laju penambahan aloi dikontrol secara tepat untuk memenuhi komposisi target, sering menggunakan sistem dosis otomatis.

Sistem kontrol menggunakan algoritma kontrol proses lanjutan (APC), mengintegrasikan sensor, termokopel, dan model proses untuk mengoptimalkan parameter secara dinamis. Pemantauan kontinu memungkinkan penyesuaian cepat, memastikan kualitas yang konsisten.

Konfigurasi Peralatan

Pot yang khas adalah wadah besar yang dilapisi refraktori dengan kapasitas berkisar antara 10 hingga 150 ton, tergantung pada ukuran pabrik dan jenis proses. Mereka sering dipasang pada mekanisme miring untuk memfasilitasi pengecoran dan penghilangan terak.

Variasi desain termasuk konfigurasi terbuka, tertutup, atau semi-tertutup, masing-masing disesuaikan dengan kebutuhan proses tertentu. Seiring waktu, inovasi telah menghasilkan pengembangan pot pengadukan elektromagnetik, yang meningkatkan homogenitas dan mengurangi keausan mekanis.

Sistem tambahan termasuk elemen pemanas (pembakar listrik atau bahan bakar fosil), penyaring terak, sistem transfer ladle, dan perangkat pengukur suhu. Instalasi modern dapat menggabungkan otomatisasi untuk kontrol yang tepat dan interlock keselamatan.

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama operasi, reaksi kimia utama melibatkan proses oksidasi, reduksi, dan pengaloyan. Misalnya, oksigen bereaksi dengan kotoran seperti silikon, mangan, dan fosfor, membentuk oksida yang terpisah sebagai terak.

Dari sudut pandang termodinamika, reaksi ini diatur oleh diagram Ellingham, yang memprediksi stabilitas oksida pada suhu tinggi. Kinetika dipengaruhi oleh suhu, pengadukan, dan luas permukaan reaktan.

Produk reaksi termasuk berbagai oksida (misalnya, SiO₂, MnO, P₂O₅) yang membentuk lapisan terak, yang bertindak sebagai fluks untuk menghilangkan kotoran. Produk sampingan seperti gas CO dan CO₂ dihasilkan selama oksidasi, memerlukan ventilasi yang tepat.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci melibatkan pengurangan kotoran, pelarutan elemen aloi, dan evolusi mikrostruktur. Mikrostruktur baja berkembang selama pendinginan dan pembekuan, dipengaruhi oleh komposisi dan riwayat termal dalam pot.

Transformasi fase seperti austenit menjadi ferit atau martensit terjadi selama tahap pendinginan berikutnya, mempengaruhi sifat mekanis. Homogenisasi dalam pot memastikan distribusi elemen aloi yang merata dan meminimalkan segregasi.

Transformasi ini mempengaruhi sifat seperti kekuatan, ketangguhan, ketahanan, dan kemampuan pengelasan. Kontrol suhu dan komposisi yang tepat dalam pot sangat penting untuk mencapai karakteristik metalurgi yang diinginkan.

Interaksi Material

Interaksi antara baja cair, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting. Baja cair dapat bereaksi dengan bahan refraktori, menyebabkan degradasi refraktori dan kontaminasi baja dengan elemen seperti alumina atau magnesia.

Interaksi terak-logam mempengaruhi efisiensi penghilangan kotoran dan dapat menyebabkan inklusi jika tidak dikelola dengan baik. Keausan refraktori diakibatkan oleh serangan kimia dan stres termal, memerlukan pelapisan pelindung atau pemilihan refraktori.

Gas atmosfer seperti oksigen dan nitrogen dapat terlarut ke dalam baja, menyebabkan cacat seperti porositas atau embrittlement. Untuk mengontrol interaksi ini, atmosfer inert (misalnya, argon) atau kondisi vakum dapat digunakan, bersama dengan optimasi kimia terak.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama termasuk baja cair dari tungku, elemen aloi (misalnya, nikel, krom, molibdenum), fluks (misalnya, kapur, fluorspar), dan agen desulfurisasi. Baja harus memenuhi spesifikasi kimia dan suhu tertentu sebelum masuk ke pot.

Persiapan material melibatkan memastikan suhu, kebersihan, dan homogenitas yang tepat. Penanganan memerlukan sistem transfer ladle dan peralatan penimbangan atau dosis yang tepat.

Kualitas masukan secara langsung mempengaruhi kinerja proses; kotoran atau deviasi suhu dapat menyebabkan cacat atau pengaloyan yang tidak konsisten. Oleh karena itu, kontrol kualitas yang ketat terhadap bahan yang masuk sangat penting.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan mentransfer baja cair dari tungku ke pot melalui ladle atau wadah transfer. Setelah berada di pot, penyesuaian suhu dilakukan, dan elemen aloi ditambahkan sesuai dengan komposisi yang diinginkan.

Operasi pemurnian seperti penghilangan terak, desulfurisasi, dan pengadukan dilakukan untuk meningkatkan kualitas baja. Proses ini mencakup pemantauan kontinu, dengan penyesuaian dilakukan sesuai kebutuhan.

Setelah mencapai komposisi dan suhu target, baja cair dituangkan ke dalam cetakan atau tundish untuk pengecoran. Waktu siklus bervariasi dari 30 menit hingga beberapa jam, tergantung pada kompleksitas proses dan kapasitas.

Titik Integrasi

Pot berinteraksi dengan unit hulu seperti tungku tiup, tungku oksigen dasar, atau tungku busur listrik untuk pasokan baja. Di hilir, ia terhubung ke mesin pengecoran kontinu atau stasiun metalurgi ladle.

Aliran material melibatkan transfer ladle,