Pengawetan Berkelanjutan: Persiapan Permukaan Baja untuk Meningkatkan Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Pemanggangan kontinu adalah proses perlakuan permukaan yang banyak digunakan dalam industri baja yang bertujuan untuk menghilangkan kotoran permukaan seperti oksida, skala, karat, dan kontaminan lainnya dari strip atau lembaran baja yang diproduksi dengan cara hot-rolled. Proses ini melibatkan perendaman baja dalam larutan asam, biasanya asam klorida, dalam sistem otomatis yang kontinu, memungkinkan pembersihan permukaan baja yang cepat dan merata.

Pada dasarnya, tujuan utama dari pemanggangan kontinu adalah untuk mempersiapkan permukaan baja untuk operasi finishing selanjutnya seperti penggulungan dingin, pelapisan, atau galvanisasi. Ini meningkatkan kebersihan permukaan, memperbaiki kualitas permukaan, dan memastikan daya rekat yang lebih baik dari pelapisan atau perlakuan selanjutnya.

Dalam spektrum yang lebih luas dari metode penyelesaian permukaan baja, pemanggangan kontinu diklasifikasikan sebagai proses dekontaminasi permukaan elektro-kimia atau kimia. Berbeda dengan metode pembersihan mekanis seperti penggilingan atau peledakan, pemanggangan mengandalkan reaksi kimia untuk melarutkan dan menghilangkan oksida dan skala permukaan secara efisien. Ini sering diintegrasikan ke dalam jalur produksi sebagai langkah persiapan permukaan awal, yang berfungsi sebagai prasyarat untuk proses finishing lebih lanjut.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Selama pemanggangan kontinu, permukaan baja mengalami serangkaian reaksi kimia dan elektro-kimia yang terutama melibatkan interaksi asam-logam. Ketika baja direndam dalam larutan pemanggangan, asam bereaksi dengan oksida besi, skala, dan kontaminan permukaan lainnya, mengubahnya menjadi garam yang larut yang dicuci pergi.

Reaksi kimia dasar melibatkan asam klorida yang bereaksi dengan oksida besi dan besi logam:

$$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{FeCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O} $$

Demikian pula, oksida dan komponen skala lainnya larut, menghasilkan permukaan baja yang bersih dan reaktif.

Pada skala mikro atau nano, proses ini menciptakan permukaan yang terukir secara kimia yang ditandai dengan mikro-kasar dan energi permukaan yang meningkat. Mikro-kasar ini meningkatkan daya rekat pelapisan selanjutnya dan dapat mempengaruhi sifat permukaan seperti daya basah.

Antarmuka antara permukaan yang diperlakukan dan pelapisan selanjutnya ditandai dengan substrat baja yang bersih dan bebas oksida dengan lapisan asam residual tipis atau lapisan pasivasi, yang biasanya dinetralkan atau dibilas setelah proses untuk mencegah korosi.

Komposisi dan Struktur Pelapisan

Lapisan permukaan yang dihasilkan dari pemanggangan kontinu pada dasarnya adalah substrat baja yang dibersihkan secara kimia dengan garam permukaan residual dan asam residual minor. Komposisi kimia utama dari permukaan yang diperlakukan adalah besi logam dengan kehadiran oksida atau kontaminan yang minimal.

Dari segi mikrostruktur, permukaan menunjukkan topografi yang kasar dengan lubang dan alur mikro dan nano yang dibuat oleh pengukiran asam. Mikrostruktur bebas dari skala oksida, dengan permukaan logam yang halus dan bersih yang terpapar.

Ketebalan modifikasi permukaan residual atau mikro-kasar biasanya berkisar dari beberapa nanometer hingga beberapa mikrometer, tergantung pada parameter proses dan jenis baja. Kedalaman penghilangan skala yang sebenarnya dapat bervariasi dari beberapa mikrometer hingga puluhan mikrometer, memastikan dekontaminasi menyeluruh tanpa mengorbankan integritas logam dasar.

Klasifikasi Proses

Pemanggangan kontinu diklasifikasikan sebagai perlakuan permukaan kimia berbasis asam dalam kategori yang lebih luas dari proses pembersihan atau dekontaminasi kimia. Ini dibedakan dari pemanggangan batch oleh operasinya yang kontinu dan otomatis, cocok untuk produksi strip baja dalam volume tinggi.

Jika dibandingkan dengan metode alternatif seperti penghilangan skala mekanis atau peledakan, pemanggangan menawarkan cara persiapan permukaan yang lebih cepat dan kurang abrasif, terutama cocok untuk lembaran baja yang tipis atau halus.

Varian pemanggangan kontinu meliputi:

• Pemanggangan asam klorida: Yang paling umum, menawarkan reaksi cepat dan residu minimal.
• Pemanggangan asam sulfat: Digunakan dalam aplikasi tertentu, sering dengan karakteristik korosi yang berbeda.
• Pemanggangan asam campuran: Menggabungkan asam untuk efek permukaan yang disesuaikan atau penghilangan skala yang lebih baik.

Beberapa varian canggih menggabungkan inhibitor atau aditif untuk mengontrol laju reaksi, mengurangi konsumsi asam, atau meningkatkan hasil permukaan.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Peralatan inti untuk pemanggangan kontinu terdiri dari serangkaian tangki yang saling terhubung atau jalur kontinu dengan bagian perendaman, pembilasan, dan pengeringan. Komponen utama meliputi:

• Jalur pemanggangan: Sistem konveyor yang memindahkan strip baja melalui bak asam dengan kecepatan yang terkontrol.
• Bak asam: Mengandung asam klorida atau asam lainnya, dilengkapi dengan pengadukan, kontrol suhu, dan pemantauan konsentrasi asam.
• Stasiun pembilasan: Menggunakan semprotan air atau bak perendaman untuk menghilangkan asam dan garam residual.
• Unit netralisasi dan pengolahan limbah: Untuk menangani limbah, menetralkan asam residual, dan mematuhi peraturan lingkungan.
• Unit pengeringan: Seperti blower udara panas atau pengering inframerah, untuk mempersiapkan permukaan untuk pemrosesan selanjutnya.

Prinsip desain berfokus pada memastikan kontak asam yang merata, kondisi reaksi yang terkontrol, dan penghilangan kontaminan yang efisien. Peralatan harus tahan korosi, sering kali dibangun dari baja tahan karat atau dilapisi dengan bahan tahan asam.

Teknik Aplikasi

Prosedur standar melibatkan pemberian strip baja yang diproduksi dengan cara hot-rolled ke dalam jalur pemanggangan, di mana mereka melewati bak asam dengan suhu yang terkontrol (biasanya 50–80°C) dan konsentrasi asam. Parameter proses meliputi:

• Kecepatan jalur: Biasanya antara 10–50 meter per menit, menyeimbangkan throughput dan waktu reaksi.
• Konsentrasi asam: Biasanya 10–20% asam klorida berdasarkan berat.
• Suhu: Dipertahankan dalam rentang yang ditentukan untuk mengoptimalkan laju reaksi.
• Kontrol pH: Memastikan asam tetap dalam rentang konsentrasi yang efektif.

Titik kontrol kritis meliputi pengadukan bak asam, stabilitas suhu, dan pengisian ulang asam untuk mempertahankan kualitas pemanggangan yang konsisten. Setelah pemanggangan, baja dibilas secara menyeluruh untuk menghilangkan asam dan garam residual, kemudian dikeringkan.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum pemanggangan, permukaan baja harus bebas dari kontaminan besar seperti minyak, lemak, atau kotoran berat. Pembersihan permukaan melalui penghilangan lemak atau pengelapan pelarut sering dilakukan untuk mencegah kotoran mengganggu reaksi asam.

Kehadiran skala berat atau lapisan oksida tebal dapat menghambat pemanggangan yang merata, sehingga pemanasan awal atau penghilangan mekanis mungkin diperlukan untuk permukaan yang sangat terkontaminasi. Kebersihan permukaan secara langsung mempengaruhi efisiensi pemanggangan dan kualitas permukaan.

Proses Pasca-perlakuan

Langkah-langkah pasca-pemanggangan meliputi:

• Pembilasan: Untuk menghilangkan asam dan garam residual, mencegah korosi.
• Netralisasi: Terkadang, pembilasan