Slab dalam Produksi Baja: Peran Kunci dalam Pengolahan dan Manufaktur Utama

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah slab dalam industri baja merujuk pada produk baja setengah jadi yang ditandai dengan penampang besar, datar, dan persegi panjang. Ini diproduksi langsung dari baja cair dan berfungsi sebagai input utama untuk proses penggulungan selanjutnya untuk memproduksi berbagai produk baja jadi seperti pelat, gulungan, dan lembaran.

Tujuan dasar dari slab adalah untuk menyediakan bentuk baja yang terstandarisasi dan dapat dikelola yang memfasilitasi pemrosesan lebih lanjut. Ini bertindak sebagai produk antara yang menghubungkan tahap pembuatan baja utama—seperti operasi konverter atau tungku busur listrik (EAF)—dan pabrik penggulung akhir.

Dalam keseluruhan rantai pembuatan baja, slab menempati posisi sentral. Mereka biasanya diproduksi melalui pengecoran kontinu atau, secara historis, dengan pengecoran ingot, dan kemudian diangkut ke pabrik penggulung panas. Peran slab sangat penting karena dimensi dan kualitasnya secara langsung mempengaruhi efisiensi, kualitas, dan sifat produk baja akhir.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Teknologi inti di balik produksi slab adalah pengecoran kontinu, sebuah proses yang mengkristalkan baja cair menjadi bentuk setengah jadi langsung dari keadaan cair. Metode ini menggantikan pengecoran ingot tradisional, menawarkan produktivitas yang lebih tinggi, kualitas yang lebih baik, dan biaya yang lebih rendah.

Komponen utama dari mesin pengecoran kontinu termasuk tundish, cetakan, panduan strand, dan sistem pendingin. Tundish bertindak sebagai reservoir, memberi makan baja cair ke dalam cetakan yang didinginkan dengan air, di mana pengkristalan dimulai. Strand kemudian bergerak ke bawah, didinginkan lebih lanjut oleh zona pendinginan sekunder, sampai mencapai panjang yang sesuai untuk pemotongan.

Prinsip rekayasa dasar bergantung pada ekstraksi panas dari baja cair, mengontrol pengkristalan untuk menghasilkan slab yang bebas cacat dan seragam. Proses ini melibatkan kontrol yang tepat terhadap suhu, laju aliran, dan kondisi pendinginan untuk memastikan kualitas yang konsisten.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk kecepatan pengecoran, suhu cetakan, laju pendinginan, dan ketebalan strand. Kecepatan pengecoran yang tipikal berkisar antara 0,5 hingga 2,0 meter per menit, tergantung pada grade baja dan ketebalan slab.

Suhu cetakan dipertahankan antara 1.350°C dan 1.550°C untuk mengoptimalkan pengkristalan dan mencegah cacat seperti retakan permukaan atau segregasi internal. Laju pendinginan dikontrol dengan hati-hati untuk mempengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata dan otomatisasi untuk memantau suhu, aliran, dan parameter pendinginan. Algoritma kontrol proses yang canggih menyesuaikan parameter secara dinamis untuk mempertahankan kualitas produk dan stabilitas operasional.

Konfigurasi Peralatan

Mesin pengecoran slab yang tipikal terdiri dari cetakan yang didinginkan dengan air, tundish, dan sistem panduan strand. Dimensi cetakan bervariasi, dengan lebar dari 1.000 mm hingga 2.500 mm dan ketebalan dari 200 mm hingga 300 mm, tergantung pada grade baja dan spesifikasi pelanggan.

Fasilitas pengecoran kontinu modern memiliki konfigurasi strand melengkung atau lurus, dengan beberapa menggunakan sistem twin-strand untuk throughput yang lebih tinggi. Desain peralatan telah berkembang untuk mencakup pengadukan elektromagnetik untuk meningkatkan keseragaman mikrostruktur dan mengurangi cacat.

Sistem tambahan termasuk pemanasan ladle, kontrol level cetakan, zona pendinginan sekunder, dan panduan rol. Sistem ini memastikan operasi yang stabil, pengkristalan yang seragam, dan kemudahan penanganan.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama pengecoran, reaksi kimia utama melibatkan pengkristalan baja dari fase cair, dengan reaksi kimia minimal yang terjadi di zona pengkristalan. Namun, reaksi seperti deoksidasi (misalnya, dengan aluminium atau silikon) dan desulfurisasi diselesaikan lebih awal dalam proses pembuatan baja.

Termodinamika mengatur stabilitas berbagai fase, dengan suhu dan komposisi yang menentukan pembentukan mikrostruktur ferrite, pearlite, bainite, atau martensite dalam penggulungan selanjutnya. Faktor kinetik mempengaruhi laju transformasi fase selama pendinginan.

Produk sampingan reaksi umumnya terbatas; namun, inklusi seperti oksida atau sulfida dapat terbentuk jika ada kotoran. Praktik pembuatan baja yang tepat meminimalkan inklusi ini untuk memastikan slab berkualitas tinggi.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci terjadi selama pengkristalan dan pendinginan selanjutnya. Saat baja cair mendingin, fase mikrostruktur utama berkembang, mempengaruhi sifat mekanik.

Pendinginan cepat dapat menghasilkan mikrostruktur butir halus dengan kekuatan dan ketangguhan yang lebih baik, sementara pendinginan yang lebih lambat dapat menghasilkan butir yang lebih kasar. Evolusi mikrostruktur tergantung pada laju pendinginan, elemen paduan, dan gradien termal.

Transformasi fase seperti austenite menjadi ferrite atau pearlite terjadi selama pendinginan terkontrol, mempengaruhi duktilitas, kekerasan, dan kemampuan las. Perlakuan panas pasca-pengecoran dapat lebih memodifikasi mikrostruktur untuk memenuhi persyaratan sifat tertentu.

Interaksi Material

Interaksi antara baja, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk kontrol kualitas. Baja cair berinteraksi dengan pelapisan refraktori di dalam cetakan, yang dapat memperkenalkan kotoran jika terjadi degradasi.

Komposisi terak mempengaruhi transfer panas, penghilangan inklusi, dan kualitas permukaan. Kimia terak yang tepat dan kontrol aliran mencegah kontaminasi dan mempromosikan baja bersih.

Gas atmosfer, seperti oksigen dan nitrogen, dapat menyebabkan oksidasi atau penyerapan nitrogen, mempengaruhi kebersihan dan sifat baja. Atmosfer pelindung atau kondisi vakum digunakan untuk mengurangi efek ini.

Mekanisme transfer material termasuk penjebakan inklusi dan reaksi terak-logam. Teknik seperti pengadukan elektromagnetik dan pendinginan sekunder membantu mengontrol interaksi ini, mengurangi cacat seperti retakan permukaan atau segregasi internal.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Input

Input utama adalah baja cair, yang diproduksi melalui rute tungku blast-basic oxygen furnace (BOF) atau electric arc furnace (EAF). Grade baja bervariasi dari baja komersial karbon rendah hingga baja paduan berkekuatan tinggi.

Input tambahan termasuk elemen paduan, deoksidator, dan fluks, yang ditambahkan selama pembuatan baja atau pengecoran. Kualitas baja input—seperti kebersihan, komposisi, dan suhu—secara langsung mempengaruhi kualitas slab.

Penanganan input melibatkan transportasi ladle, penyesuaian suhu, dan penambahan paduan, memerlukan kontrol yang tepat untuk memastikan kondisi pengecoran yang konsisten.

Urutan Proses

Proses dimulai dengan transfer baja cair ke tundish, diikuti dengan pengecoran kontinu ke dalam cetakan. Pengkristalan dimulai segera, dengan strand bergerak ke bawah melalui zona pendinginan sekunder.

Slab didinginkan secara kontinu, dipantau, dan dipandu sampai mencapai panjang yang telah ditentukan. Kemudian dipotong menjadi segmen yang dapat dikelola, biasanya sepanjang 12-15 meter, untuk pemrosesan lebih lanjut.

Setelah pengecoran, slab diangkut ke pabrik penggulung panas atau area penyimpanan. Seluruh urutan disinkronkan untuk mengoptimalkan throughput, meminimalkan cacat, dan memastikan kualitas.

Waktu siklus tergantung pada dimensi slab dan kecepatan pengecoran, biasanya berkisar antara 10 hingga 30 menit per slab. Laju produksi dapat mencapai beberapa ratus ribu ton per tahun di fasilitas besar.

Titik Integrasi

Proses produksi slab berinteraksi dengan unit pembuatan baja hulu, menerima baja cair dengan komposisi dan suhu yang ditentukan.

Di hilir, slab dimasukkan ke dalam pabrik penggulung panas, di mana mereka dipanaskan kembali dan digulung menjadi pelat, gulungan, atau lembaran. Penyimpanan