Tundish dalam Pembuatan Baja: Peran Kunci dalam Penuangan Berkelanjutan & Kualitas Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Tundish adalah wadah perantara yang kritis digunakan dalam pembuatan baja, berfungsi sebagai reservoir yang sementara menampung baja cair yang dipindahkan dari tungku pemurnian utama, seperti konverter atau tungku busur listrik. Tujuan dasarnya adalah untuk memfasilitasi pengecoran kontinu dengan bertindak sebagai pengatur aliran yang terkontrol, memastikan pasokan baja cair yang stabil dan seragam ke cetakan pengecoran. Terletak di antara tungku pembuatan baja dan cetakan, tundish memainkan peran penting dalam menjaga stabilitas proses, mengontrol suhu, dan mengelola interaksi terak-logam selama transisi dari pemurnian ke solidifikasi.

Dalam rantai produksi baja secara keseluruhan, tundish terletak di hilir dari tahap peleburan dan pemurnian utama dan di hulu dari proses pengecoran kontinu. Ia bertindak sebagai penyangga yang meratakan fluktuasi aliran baja, suhu, dan komposisi, sehingga meningkatkan kualitas produk dan efisiensi proses. Operasinya mempengaruhi sifat baja akhir, kualitas permukaan, dan mikrostruktur internal, menjadikannya komponen yang tak tergantikan dalam operasi pengecoran kontinu modern.

Desain Teknis dan Operasi

Teknologi Inti

Prinsip rekayasa di balik tundish berputar di sekitar dinamika fluida, termodinamika, dan teknologi refraktori. Desainnya bertujuan untuk mengoptimalkan pengendalian aliran, retensi suhu, dan pemisahan terak-logam, sambil meminimalkan turbulensi dan inklusi.

Komponen teknologi kunci termasuk shell tundish, lining refraktori, perangkat pengendali aliran (seperti pintu geser atau batang penutup), dan sistem tambahan seperti penutup ladle atau penutup tundish. Shell memberikan dukungan struktural dan isolasi, sementara lining refraktori melindungi wadah dari korosi suhu tinggi dan kejutan termal. Perangkat pengendali aliran mengatur masuk dan keluarnya baja cair, memastikan laju aliran yang seragam dan mencegah turbulensi yang dapat menjebak terak atau inklusi.

Mekanisme operasi utama melibatkan menuangkan dari tungku secara terkontrol, aliran yang diatur melalui pintu geser atau batang penutup, dan pembuangan yang stabil ke dalam cetakan. Baja cair mengalir ke dalam tundish, di mana ia disimpan sementara dan dihomogenisasi sebelum dilepaskan ke dalam cetakan melalui saluran keluar yang terkontrol. Pola aliran di dalam tundish dirancang untuk mempromosikan pemisahan terak, mengurangi turbulensi, dan mencegah inklusi masuk ke dalam cetakan.

Parameter Proses

Variabel proses kritis termasuk suhu, laju aliran, ketebalan terak, dan komposisi baja. Suhu operasi yang khas berkisar antara 1.600°C hingga 1.650°C, tergantung pada grade baja dan persyaratan proses. Laju aliran umumnya dipertahankan antara 0,5 hingga 2,0 meter per menit, memastikan pasokan yang stabil tanpa menyebabkan turbulensi.

Pengendalian suhu dicapai melalui isolasi refraktori, pengadukan argon, atau pengadukan elektromagnetik, yang membantu mempertahankan suhu yang seragam dan mengurangi gradien termal. Ketebalan terak dipantau untuk mengoptimalkan pemisahan terak-logam, biasanya dipertahankan pada beberapa sentimeter untuk memfasilitasi penghilangan inklusi.

Sistem kontrol menggunakan sensor dan otomatisasi untuk memantau parameter seperti suhu, laju aliran, dan level terak. Tundish modern memanfaatkan sistem kontrol berbasis komputer yang menyesuaikan perangkat pengatur aliran secara real-time, memastikan operasi yang konsisten dan kualitas produk.

Konfigurasi Peralatan

Konfigurasi tundish yang khas termasuk wadah persegi panjang, persegi, atau melingkar, dengan dimensi yang disesuaikan dengan kapasitas produksi dan kecepatan pengecoran. Misalnya, tundish standar mungkin memiliki kapasitas 3–10 ton, dengan rasio panjang terhadap lebar yang dioptimalkan untuk aliran dan pemisahan terak.

Variasi desain telah berkembang dari wadah yang dilapisi refraktori sederhana menjadi sistem multi-tapered atau multi-chamber yang canggih yang meningkatkan pengendalian aliran dan penghilangan inklusi. Beberapa instalasi menggabungkan perangkat pengadukan elektromagnetik atau mekanis untuk meningkatkan homogenitas.

Sistem tambahan termasuk penutup ladle yang mencegah oksidasi baja selama transfer, penutup tundish untuk meminimalkan kehilangan panas dan kontaminasi, serta sistem injeksi argon untuk pengadukan dan flotasi inklusi. Lining refraktori dipilih berdasarkan kimia baja dan suhu operasi, sering kali terdiri dari bahan berbasis alumina atau magnesia.

Kimia dan Metalurgi Proses

Reaksi Kimia

Selama operasi tundish, reaksi kimia utama minimal tetapi mencakup proses oksidasi dan reduksi di permukaan baja dan antarmuka terak-logam. Paparan terhadap oksigen atmosfer dapat menyebabkan oksidasi elemen paduan seperti mangan, silikon, atau aluminium, yang dapat diminimalkan melalui pengurasan gas inert.

Dari segi termodinamika, stabilitas komponen terak dan reduksi oksida tergantung pada suhu, potensi oksigen, dan komposisi terak. Dari segi kinetika, laju oksidasi atau pembentukan inklusi dipengaruhi oleh turbulensi aliran dan waktu tinggal di dalam tundish.

Produk reaksi yang signifikan termasuk oksida, sulfida, dan inklusi yang dapat terjebak dalam baja jika tidak dikelola dengan baik. Kimia terak yang tepat dan pengendalian aliran meminimalkan reaksi yang tidak diinginkan dan terjebaknya inklusi.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci melibatkan homogenisasi suhu dan komposisi, penghilangan inklusi, dan pengembangan mikrostruktur. Tundish memfasilitasi pelarutan dan flotasi inklusi, mempromosikan baja yang lebih bersih.

Dari segi mikrostruktur, proses ini mendorong pembentukan struktur butir yang seragam dengan mengontrol laju pendinginan dan pola aliran. Transformasi fase, seperti pembentukan ferit atau bainit selama solidifikasi berikutnya, dipengaruhi oleh stabilitas suhu dan komposisi yang dipertahankan di dalam tundish.

Transformasi ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik, seperti ketangguhan dan duktilitas, serta kualitas permukaan. Pengendalian lingkungan tundish yang tepat memastikan baja akhir menunjukkan karakteristik metalurgi yang diinginkan.

Interaksi Material

Interaksi antara baja cair, terak, lining refraktori, dan atmosfer sangat penting untuk stabilitas proses. Baja dapat bereaksi dengan bahan refraktori pada suhu tinggi, yang mengarah pada degradasi refraktori dan potensi kontaminasi.

Interaksi terak-logam mempengaruhi pembentukan inklusi dan efisiensi penghapusannya. Terak bertindak sebagai lapisan pelindung, menyerap kotoran dan memfasilitasi flotasi inklusi. Namun, terak yang berlebihan dapat menyebabkan reoksidasi atau kehilangan paduan.

Gas atmosfer, terutama oksigen dan nitrogen, dapat terlarut ke dalam baja, mempengaruhi komposisi dan sifat. Untuk mengontrol interaksi yang tidak diinginkan, pengurasan gas inert (misalnya, argon) digunakan, lining refraktori dipilih dengan hati-hati, dan kimia terak dioptimalkan.

Mekanisme seperti flotasi inklusi, dekantasi terak-logam, dan pengelolaan atmosfer terkontrol digunakan untuk meminimalkan kontaminasi dan memastikan kualitas baja.

Aliran dan Integrasi Proses

Bahan Masukan

Bahan masukan utama termasuk baja cair dari tungku, bahan lining refraktori, dan gas tambahan seperti argon. Spesifikasi baja menentukan komposisi, suhu, dan kebersihan yang diperlukan untuk proses.

Pemindahan melibatkan transfer ladle, memastikan kontaminasi dan kehilangan suhu minimal. Baja harus dipanaskan dan didegas sebelum dituangkan ke dalam tundish untuk menjaga stabilitas proses.

Kualitas masukan secara langsung mempengaruhi kinerja proses; kotoran atau deviasi suhu dapat menyebabkan inklusi, segregasi, atau aliran yang tidak konsisten. Persiapan bahan masukan yang konsisten sangat penting untuk operasi yang optimal.

Urutan Proses

Urutan operasional dimulai dengan menuangkan baja cair dari tungku ke tundish melalui ladle atau wadah transfer. Aliran diatur melalui pintu geser atau batang penutup, dengan pemantauan terus menerus terhadap