Scalped Extrusion Ingot: Langkah Kunci dalam Pengecoran & Pengolahan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Ingot Ekstrusi yang Dikerok adalah billet atau ingot baja yang dipersiapkan secara khusus yang telah menjalani proses penghilangan permukaan—umumnya disebut "pengikisan"—sebelum ekstrusi atau pemrosesan lebih lanjut. Ini diproduksi dengan memanaskan bahan baja mentah, kemudian secara mekanis menghilangkan lapisan permukaan yang terkontaminasi dengan oksida, skala, inklusi terak, atau cacat permukaan. Ingot yang dihasilkan menunjukkan permukaan yang lebih bersih dan lebih seragam, yang meningkatkan operasi deformasi, penempaan, atau ekstrusi selanjutnya.

Dalam rantai manufaktur baja, ingot ekstrusi yang dikerok berfungsi sebagai produk antara yang kritis. Ini menjembatani proses peleburan primer—seperti tungku busur listrik (EAF) atau tungku oksigen dasar (BOF)—dan proses pembentukan hilir seperti ekstrusi, penempaan, atau penggulungan. Tujuan utamanya adalah untuk memastikan bahan baku berkualitas tinggi, meminimalkan cacat permukaan, dan meningkatkan akurasi dimensi pada produk akhir.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, produksi ingot ekstrusi yang dikerok biasanya mengikuti tahap pemurnian sekunder dan pengecoran. Setelah pengecoran, ingot sering diproses panas, dikerok untuk menghilangkan kotoran permukaan, dan kemudian dikenakan ekstrusi atau penempaan. Langkah ini sangat penting untuk mencapai mikrostruktur, kualitas permukaan, dan sifat mekanik yang diinginkan pada komponen baja berkinerja tinggi.

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Teknologi inti di balik ingot ekstrusi yang dikerok melibatkan teknik penghilangan permukaan yang menghilangkan kotoran dan cacat permukaan. Proses ini terutama menggunakan pengikisan mekanis—menggunakan alat milling, penggilingan, atau pemotongan—untuk mengikis lapisan luar ingot. Ini sering dilengkapi dengan perlakuan pemanasan untuk memudahkan penghilangan dan mempersiapkan permukaan untuk pemrosesan selanjutnya.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Mesin pengikisan mekanis: Ini adalah peralatan milling atau penggilingan khusus yang dilengkapi dengan pemotong berputar atau roda abrasif yang dirancang untuk menghilangkan lapisan permukaan secara merata.
• Tungku pemanas: Tungku induksi atau berbahan bakar gas memanaskan ingot hingga suhu optimal, mengurangi kekerasan permukaan dan memfasilitasi pengikisan yang lebih bersih.
• Sistem inspeksi permukaan: Alat pengujian non-destruktif (NDT) seperti sensor ultrasonik atau arus eddy memantau kualitas permukaan selama dan setelah pengikisan.

Mekanisme operasi utama melibatkan penghilangan lapisan permukaan secara mekanis yang terkontrol, yang mungkin memiliki ketebalan beberapa milimeter, tergantung pada tingkat kontaminasi. Aliran material dari permukaan ke dalam dikelola melalui laju umpan dan kedalaman pemotongan yang tepat, memastikan pemborosan material minimal dan kualitas permukaan yang konsisten.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

• Suhu pra-pemanasan: Biasanya berkisar antara 600°C hingga 900°C, tergantung pada grade baja dan ukuran ingot. Pemanasan yang tepat melembutkan permukaan, memudahkan pengikisan dan mengurangi stres termal.
• Kedalaman pemotongan atau penggilingan: Biasanya diatur antara 2 hingga 10 mm, disesuaikan untuk menghilangkan cacat permukaan dan lapisan oksida tanpa mengorbankan dimensi inti.
• Laju umpan: Berkisar antara 0,5 hingga 2 meter per menit, menyeimbangkan efisiensi penghilangan dan hasil permukaan.
• Kekasaran permukaan setelah pengikisan: Nilai Ra (rata-rata kekasaran) yang ditargetkan biasanya di bawah 6,3 mikrometer untuk memastikan pemrosesan hilir yang halus.

Sistem kontrol menggunakan pengontrol logika terprogram (PLC) yang terintegrasi dengan sensor untuk memantau parameter seperti gaya pemotongan, suhu, dan kualitas permukaan. Umpan balik memungkinkan penyesuaian waktu nyata untuk menjaga stabilitas proses dan konsistensi produk.

Konfigurasi Peralatan

Peralatan pengikisan yang khas terdiri dari:

• Mesin milling horizontal atau vertikal: Dilengkapi dengan pemotong rotary berkecepatan tinggi atau roda abrasif, mampu menangani ingot besar hingga beberapa meter panjangnya dan ratusan milimeter dalam penampang.
• Tungku: Unit pemanasan yang dirancang untuk distribusi suhu yang merata, sering kali dengan kontrol suhu yang dapat diprogram dan isolasi untuk meminimalkan kehilangan panas.
• Sistem tambahan: Termasuk unit ekstraksi debu, sistem pasokan pendingin, dan stasiun inspeksi permukaan.

Variasi desain telah berkembang dari pengaturan manual yang memerlukan tenaga kerja intensif menjadi sistem otomatis yang dikendalikan komputer dengan penanganan robotik. Instalasi modern memiliki komponen modular untuk pemeliharaan yang mudah dan skalabilitas.

Sistem tambahan seperti pengumpulan debu dan sirkulasi pendingin sangat penting untuk menjaga lingkungan kerja yang bersih dan memperpanjang umur peralatan.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama pengikisan, reaksi kimia utama minimal, karena proses ini terutama melibatkan penghilangan fisik lapisan permukaan. Namun, oksidasi permukaan terjadi dengan cepat ketika baja terpapar oksigen atmosfer pada suhu tinggi, membentuk oksida besi (skala).

Reaksi kunci meliputi:

• Oksidasi besi:
  ( 4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 ) (pembentukan hematit)
  Lapisan oksida ini biasanya dihilangkan selama pengikisan.

• Pembentukan inklusi terak:
  Kotoran permukaan seperti terak atau inklusi non-logam dapat menempel pada permukaan, yang dihilangkan secara fisik.

Prinsip termodinamika menentukan bahwa reaksi oksidasi lebih disukai pada suhu yang lebih tinggi, tetapi atmosfer terkontrol atau lingkungan gas inert dapat mengurangi pembentukan skala.

Kinetika oksidasi cepat pada suhu di atas 600°C, memerlukan penghilangan tepat waktu untuk mencegah penumpukan oksida yang tebal yang menyulitkan pengikisan.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi utama selama pengikisan melibatkan penghilangan lapisan oksida permukaan dan zona kontaminasi, mengekspos mikrostruktur baja yang mendasarinya. Proses ini tidak mengubah mikrostruktur bulk tetapi secara signifikan meningkatkan integritas permukaan.

Setelah pengikisan, mikrostruktur inti baja tetap sebagian besar tidak berubah, mempertahankan sifat seperti kekerasan, keuletan, dan ketangguhan. Namun, mikrostruktur permukaan dapat terpengaruh oleh oksidasi atau dekarburisasi jika tidak dikendalikan dengan baik.

Perkembangan mikrostruktur selama pemrosesan selanjutnya—seperti ekstrusi atau penempaan—dipengaruhi oleh kondisi permukaan awal. Permukaan yang bersih dan bebas cacat mendorong deformasi yang seragam dan penyempurnaan mikrostruktur.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer adalah pertimbangan kritis:

• Oksidasi: Baja permukaan bereaksi dengan oksigen, membentuk oksida yang harus dihilangkan untuk mencegah cacat permukaan.
• Penempelan terak: Inklusi terak dapat menempel pada permukaan, memerlukan penghilangan mekanis.
• Keausan refraktori: Pelapisan tahan panas di tungku dan mesin pengikisan mengalami degradasi seiring waktu, melepaskan partikel yang dapat mencemari permukaan baja.

Mengendalikan interaksi ini melibatkan pemeliharaan atmosfer inert selama pra-pemanasan, menggunakan bahan refraktori yang tahan terhadap keausan termal dan kimia, serta menerapkan protokol pembersihan