Thin Strip Continuous Casting: Proses Kunci dalam Produksi Baja Modern

Definisi dan Konsep Dasar

Pencetakan kontinu strip tipis adalah proses pembuatan baja yang canggih yang melibatkan pembekuan cepat baja cair menjadi slab tipis dan datar langsung dari keadaan cair. Proses ini dirancang untuk menghasilkan strip baja berkualitas tinggi dan seragam dengan dimensi dan kualitas permukaan yang tepat, cocok untuk operasi penggilingan atau penyelesaian selanjutnya.

Secara fundamental, tujuan dari pencetakan kontinu strip tipis adalah untuk memperlancar rantai produksi dengan mengurangi jumlah langkah yang diperlukan untuk mengubah baja cair menjadi produk jadi atau setengah jadi. Ini menggantikan metode pencetakan tradisional seperti pencetakan ingot atau slab dengan proses yang lebih efisien dan cepat yang menghasilkan produk yang lebih tipis dan lebih seragam.

Dalam alur proses pembuatan baja secara keseluruhan, pencetakan kontinu strip tipis ditempatkan setelah tahap peleburan dan pemurnian baja, seperti proses tungku busur listrik (EAF) atau konverter, dan sebelum penggilingan panas atau dingin. Ini berfungsi sebagai penghubung kritis yang mengubah baja cair menjadi strip tipis setengah jadi, memungkinkan throughput yang lebih cepat, peningkatan kualitas produk, dan pengurangan konsumsi energi.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Teknologi inti dari pencetakan kontinu strip tipis bergantung pada ekstraksi panas yang cepat dari baja cair untuk menghasilkan strip yang padat dengan ketebalan dan lebar yang terkontrol. Proses ini menggunakan cetakan yang didinginkan dengan air, biasanya terbuat dari tembaga atau paduan tembaga, yang membentuk baja saat keluar dari tundish atau ladle.

Komponen utama termasuk cetakan, sistem pendinginan sekunder, unit penarikan dan pelurusan, serta kontrol otomatisasi. Cetakan memberikan pembekuan awal, sementara sistem pendinginan sekunder, yang sering terdiri dari semprotan air atau kabut udara, lebih lanjut mendinginkan dan memadatkan strip. Sistem penarikan secara terus-menerus menarik strip yang telah padat dari cetakan, menjaga kecepatan pencetakan yang stabil.

Aliran material melibatkan baja cair yang dituangkan ke dalam cetakan, di mana ia mulai memadat saat bersentuhan. Strip setengah padat kemudian terus-menerus ditarik keluar, didinginkan, dan dipandu melalui berbagai rol dan perangkat pelurusan untuk memastikan datar dan akurasi dimensi. Seluruh operasi disinkronkan untuk menjaga laju pencetakan yang stabil dan mencegah cacat.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk kecepatan pencetakan, suhu cetakan, laju pendinginan, ketebalan strip, dan lebar. Kecepatan pencetakan yang khas berkisar antara 2 hingga 8 meter per menit, tergantung pada paduan dan kualitas produk yang diinginkan.

Suhu cetakan dipertahankan antara 1.350°C dan 1.550°C untuk memastikan fluiditas dan pembekuan yang tepat. Laju pendinginan dikendalikan dengan hati-hati untuk mengoptimalkan pengembangan mikrostruktur, biasanya antara 10°C/detik hingga 50°C/detik.

Ketebalan strip umumnya antara 0,5 mm dan 3 mm, dengan lebar dari 600 mm hingga 2000 mm. Parameter ini saling terkait; misalnya, meningkatkan kecepatan pencetakan mungkin memerlukan penyesuaian dalam intensitas pendinginan untuk mencegah cacat permukaan.

Sistem kontrol memanfaatkan sensor waktu nyata, seperti termometer inframerah, pengukur laser, dan detektor arus eddy, untuk memantau suhu, ketebalan, dan kualitas permukaan. Otomatisasi yang canggih memastikan penyesuaian yang tepat terhadap variabel proses, menjaga konsistensi produk.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi pencetakan kontinu strip tipis yang khas terdiri dari cetakan tembaga yang didinginkan dengan air, semprotan pendinginan sekunder, rakitan penarikan dan pelurusan, serta sistem penggulung atau konveyor. Panjang cetakan bervariasi dari 1 hingga 2 meter, dengan panjang pencetakan keseluruhan dioptimalkan untuk stabilitas termal dan mekanis.

Variasi desain termasuk orientasi cetakan vertikal, horizontal, atau miring, tergantung pada tata letak pabrik dan spesifikasi produk. Inovasi seiring waktu telah menghasilkan mesin pencetakan multi-strand, memungkinkan produksi simultan beberapa strip, meningkatkan throughput.

Sistem tambahan termasuk unit penghilangan terak, sistem kontrol suhu, dan stasiun inspeksi permukaan. Pabrik modern menggabungkan otomatisasi dan pemantauan jarak jauh untuk meningkatkan efisiensi operasional dan keselamatan.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama pencetakan kontinu, reaksi kimia utama terbatas, karena proses terjadi pada suhu tinggi di mana baja tetap dalam keadaan cair atau setengah padat. Namun, reaksi oksidasi dapat terjadi di permukaan baja ketika terpapar oksigen atmosfer, terutama jika atmosfer pelindung terganggu.

Secara termodinamika, oksidasi elemen seperti silikon, mangan, dan aluminium dapat menghasilkan oksida yang mungkin menempel pada permukaan, mempengaruhi kualitas. Kinetika oksidasi tergantung pada suhu, waktu paparan, dan komposisi atmosfer.

Untuk meminimalkan reaksi yang tidak diinginkan, pencetakan sering dilakukan di bawah atmosfer yang terkontrol atau dengan lapisan terak pelindung. Pembentukan inklusi oksida adalah pertimbangan kritis, karena dapat merusak sifat mekanis.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci melibatkan pengembangan mikrostruktur selama pembekuan. Pendinginan cepat mendorong mikrostruktur butir halus, seperti ferrit akicular atau bainit, tergantung pada komposisi paduan dan laju pendinginan.

Transformasi fase termasuk transisi dari mikrostruktur cair menjadi padat dengan ferrit primer atau austenit, diikuti oleh kemungkinan transformasi sekunder selama perlakuan panas selanjutnya. Transformasi ini mempengaruhi kekerasan, ketangguhan, dan ketahanan.

Proses ini juga mempengaruhi fenomena segregasi, di mana elemen paduan terkonsentrasi di daerah tertentu, yang berpotensi menyebabkan ketidakseragaman. Pengendalian laju pendinginan dan kimia paduan yang tepat meminimalkan segregasi dan memastikan mikrostruktur yang seragam.

Interaksi Material

Interaksi antara baja cair, terak, refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Lapisan terak berfungsi sebagai penghalang pelindung, mencegah oksidasi dan mengontrol transfer panas.

Bahan refraktori yang melapisi cetakan dan zona pendinginan sekunder harus tahan terhadap suhu tinggi dan siklus termal. Keausan refraktori dapat menyebabkan kontaminasi atau gangguan proses.

Mekanisme transfer material termasuk reaksi terak-logam, yang dapat memperkenalkan inklusi atau mengubah komposisi. Mengendalikan kimia terak dan mempertahankan kondisi refraktori yang tepat mengurangi interaksi yang tidak diinginkan.

Metode seperti atmosfer inert, optimasi kimia terak, dan pemilihan refraktori digunakan untuk mengendalikan interaksi ini dan memastikan kualitas produk.

Alur Proses dan Integrasi

Bahan Masukan

Bahan masukan utama adalah baja cair berkualitas tinggi, biasanya diproduksi melalui proses tungku busur listrik atau konverter. Baja harus memenuhi komposisi kimia tertentu, standar kebersihan, dan rentang suhu.

Persiapan melibatkan paduan, deoksidasi, dan penyesuaian suhu untuk memastikan konsistensi. Baja cair dipindahkan melalui ladle atau tundish, dengan perangkat pengontrol aliran untuk mencegah turbulensi dan kontaminasi.

Kualitas masukan secara langsung mempengaruhi stabilitas pencetakan, kualitas permukaan, dan mikrostruktur. Kotoran atau inklusi dalam baja masukan dapat menyebabkan cacat permukaan atau cacat internal pada strip akhir.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan baja cair yang dituangkan ke dalam tundish atau langsung ke dalam cetakan. Baja mulai memadat saat bersentuhan dengan cetakan, membentuk strip tipis.

Strip ditarik secara terus-menerus dengan kecepatan terkontrol, melewati zona pendinginan sekunder di mana semprotan air atau kabut udara mendinginkan permukaan dengan cepat. Inspeksi permukaan dan deteksi cacat dilakukan secara inline.

Strip yang telah didinginkan dipandu melalui rol pelurusan untuk mencapai datar, kemudian digulung kembali atau dipindahkan ke pemrosesan lebih lanjut seperti penggilingan panas