Refining Stand: Peralatan Kunci untuk Pemurnian Baja & Kontrol Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah Refining Stand adalah peralatan metalurgi khusus yang digunakan dalam pembuatan baja untuk memperbaiki baja cair dengan menghilangkan kotoran, menyesuaikan komposisi kimia, dan mengontrol suhu sebelum pengecoran. Ini berfungsi sebagai tahap pemrosesan perantara yang memastikan baja memenuhi standar kualitas yang ditentukan untuk operasi hilir seperti pengecoran dan penggulungan.

Dalam rantai produksi baja, refining stand ditempatkan setelah proses peleburan primer dan paduan, seperti di tungku busur listrik (EAF) atau tungku oksigen dasar (BOF), dan sebelum pengecoran kontinu atau pengecoran ingot. Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan kebersihan baja, homogenitas, dan komposisi kimia, sehingga meningkatkan sifat produk akhir.

Refining stand memainkan peran penting dalam mencapai spesifikasi baja yang diinginkan, mengurangi cacat, dan mengoptimalkan efisiensi proses. Ini bertindak sebagai titik kontrol kualitas, memungkinkan penyesuaian yang mempengaruhi mikrostruktur akhir dan sifat mekanik baja.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa dasar di balik refining stand melibatkan perlakuan terkendali dari baja cair melalui proses seperti metalurgi ladle, pengadukan argon, dan manajemen terak. Tujuannya adalah untuk memfasilitasi penghilangan kotoran, penambahan paduan, dan penyesuaian suhu dalam lingkungan yang terkontrol.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Wadah ladle: Sebuah kontainer yang dilapisi refraktori yang menampung dan mengangkut baja cair selama proses refining.
• Sistem injeksi argon: Menyediakan gas inert untuk mengaduk baja, mendorong pengapungan kotoran dan homogenisasi.
• Busa terak atau bak terak: Sebuah lapisan terak yang berinteraksi dengan kotoran, membantu penghapusannya.
• Sistem pemanasan dan pendinginan: Mempertahankan atau menyesuaikan suhu baja selama proses refining.
• Port penambahan kimia: Memfasilitasi penambahan elemen paduan yang tepat.

Mekanisme operasi utama melibatkan pengadukan baja cair dengan gas inert, penambahan elemen paduan, dan pengontrolan interaksi terak-logam. Aliran material dikelola melalui kemiringan ladle, injeksi gas, dan pencurahan yang terkontrol, memastikan perlakuan yang merata.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

Kontrol optimal dari parameter ini memastikan efisiensi penghilangan kotoran, homogenitas kimia, dan stabilitas suhu. Sistem kontrol canggih memanfaatkan sensor waktu nyata dan model proses untuk mempertahankan parameter dalam rentang yang diinginkan.

Konfigurasi Peralatan

Refining stand yang tipikal dirancang sebagai stasiun ladle besar yang dilapisi refraktori dengan sistem injeksi gas dan pengadukan yang terintegrasi. Dimensi bervariasi tergantung pada kapasitas tetapi umumnya mencakup:

• Ukuran ladle: Berkisar dari 10 hingga 300 ton kapasitas.
• Pelapisan refraktori: Batu bata alumina tinggi atau magnesia untuk menahan suhu tinggi dan terak korosif.
• Port injeksi gas: Beberapa nosel yang diatur untuk memastikan pengadukan yang merata.
• Sistem tambahan: Skimmer terak, mekanisme kemiringan ladle, dan perangkat pengukur suhu.

Evolusi desain telah memperkenalkan teknik pengadukan yang lebih canggih, seperti pengadukan elektromagnetik, untuk meningkatkan penghilangan kotoran dan kontrol mikrostruktur. Refining stand modern sering mengintegrasikan otomatisasi dan pemantauan jarak jauh untuk meningkatkan presisi dan keamanan.

Sistem tambahan mencakup unit pasokan argon, peralatan penanganan terak, dan perangkat kontrol suhu, semuanya terintegrasi ke dalam sistem kontrol terpusat untuk operasi yang mulus.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama proses refining, beberapa reaksi kimia kunci terjadi:

• Oksidasi kotoran: Unsur-unsur seperti sulfur (S), fosfor (P), dan karbon $C$ teroksidasi atau direduksi tergantung pada kondisi proses.
• Reaksi terak-logam: Kotoran seperti sulfur dan fosfor berpindah dari baja ke terak melalui reaksi kimia seperti:

$$
\text{FeS (baja)} + \text{CaO (terak)} \rightarrow \text{CaS (terak)} + \text{FeO (baja)}
$$

• Deskarbonisasi oksigen: Injeksi oksigen yang terkontrol mengoksidasi karbon menjadi gas CO atau CO₂, mengurangi kandungan karbon:

$$
\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2
$$

Termodinamika mengatur reaksi ini, dengan keseimbangan yang mendukung penghilangan kotoran pada suhu tinggi. Faktor kinetik seperti pengadukan dan waktu tinggal mempengaruhi laju reaksi, berdampak pada efisiensi penghilangan kotoran.

Produk reaksi meliputi:

• Senyawaan terak: CaS, MgO, Al₂O₃, SiO₂, tergantung pada kimia terak.
• Gas: CO, CO₂, dan oksida nitrogen (NOₓ) yang dihasilkan selama oksidasi.

Transformasi Metalurgi

Refining menyebabkan perubahan mikrostruktur, termasuk:

• Segregasi kotoran: Kotoran seperti sulfur dan fosfor terkonsentrasi dalam terak atau inklusi.
• Homogenisasi: Elemen paduan terdistribusi secara merata, mengurangi gradien komposisi.
• Penyempurnaan mikrostruktur: Kontrol suhu dan pengadukan mendorong struktur butir halus, meningkatkan ketangguhan dan kelenturan.

Transformasi fase melibatkan pelarutan atau pengendapan karbida, nitride, dan oksida, yang mempengaruhi sifat mekanik. Kontrol yang tepat selama proses refining memastikan pembentukan mikrostruktur baja yang bersih dan homogen dengan sedikit inklusi.

Interaksi Material

Interaksi antara baja cair, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting:

• Interaksi baja-terak: Memfasilitasi transfer kotoran tetapi dapat menyebabkan kontaminasi jika komposisi terak tidak terkontrol.
• Korosi refraktori: Kontak terak dan baja pada suhu tinggi dapat merusak material refraktori, menyebabkan keausan.
• Efek atmosfer: Oksigen dan gas inert mempengaruhi