Descaling di Industri Baja: Teknik Pembersihan & Persiapan Permukaan

Definisi dan Konsep Dasar

Pembersihan kerak adalah proses perlakuan permukaan yang mendasar dalam industri baja yang bertujuan untuk menghilangkan kerak oksida, karat, dan kontaminan permukaan lainnya dari permukaan baja panas atau dingin. Proses ini melibatkan penghilangan lapisan oksida yang terbentuk selama pembuatan baja, terutama selama proses suhu tinggi seperti penggulungan panas, penempaan, atau perlakuan panas.

Tujuan utama dari pembersihan kerak adalah untuk menghasilkan permukaan yang bersih, halus, dan bebas dari cacat yang meningkatkan langkah-langkah pemrosesan selanjutnya, seperti pelapisan, pengecatan, pengelasan, atau pembentukan. Dengan menghilangkan oksida dan kotoran permukaan, pembersihan kerak meningkatkan kualitas permukaan baja, ketahanan terhadap korosi, dan kinerja keseluruhan.

Dalam spektrum yang lebih luas dari metode penyelesaian permukaan baja, pembersihan kerak dianggap sebagai langkah persiapan yang penting. Ini mendahului proses seperti pengasaman, pelapisan, atau pemolesan, dan dibedakan dengan fokusnya pada penghilangan oksida daripada penghalusan permukaan atau peningkatan estetika. Pembersihan kerak dapat dilakukan melalui cara mekanis, kimia, atau termal, tergantung pada jenis baja, karakteristik kerak, dan persyaratan aplikasi.

Sifat Fisik dan Prinsip Proses

Mekanisme Modifikasi Permukaan

Selama pembersihan kerak, reaksi fisik dan kimia terjadi di permukaan baja untuk menghilangkan lapisan oksida yang terbentuk selama pemrosesan suhu tinggi. Kerak oksida, yang sebagian besar terdiri dari oksida besi seperti FeO, Fe₂O₃, dan Fe₃O₄, melekat kuat pada substrat karena ikatan metalurgi.

Pembersihan kerak mekanis melibatkan tindakan abrasif—seperti peledakan tembakan, penggilingan, atau penyikatan—yang secara fisik mengeluarkan partikel oksida dari permukaan baja. Pembersihan kerak kimia menggunakan asam atau larutan reaktif lainnya yang secara kimiawi melarutkan oksida, mengubahnya menjadi senyawa yang dapat larut yang dapat dibilas. Pembersihan kerak termal memanfaatkan oksidasi suhu tinggi atau pemanasan terkontrol untuk memfasilitasi penghilangan oksida melalui oksidasi atau pengelupasan.

Pada skala mikro atau nano, proses ini memodifikasi permukaan dengan menciptakan antarmuka yang bersih dan bebas oksida. Metode mekanis menghasilkan kekasaran mikro dan ketidakteraturan permukaan yang meningkatkan daya rekat untuk pelapisan selanjutnya. Perlakuan kimia mengubah kimia permukaan, mengurangi kekuatan adhesi oksida dan mempromosikan penghilangan yang lebih mudah. Karakteristik antarmuka antara substrat baja dan pelapisan selanjutnya dioptimalkan dengan memastikan permukaan yang bebas kontaminan, reaktif dengan kekasaran dan komposisi kimia yang sesuai.

Komposisi dan Struktur Pelapisan

Setelah pembersihan kerak, lapisan permukaan pada dasarnya bebas dari oksida dan kontaminan, mengekspos permukaan logam yang bersih yang sebagian besar terdiri dari besi atau konstituen paduan. Ketika pembersihan kerak kimia digunakan, spesies kimia residu seperti garam besi atau residu asam mungkin tetap ada sementara tetapi biasanya dibilas, meninggalkan permukaan logam yang murni.

Dalam beberapa kasus, film oksida pelindung yang tipis dapat terbentuk secara alami saat pendinginan, tetapi ini biasanya minimal dibandingkan dengan kerak asli. Karakteristik mikrostruktur dari permukaan yang diperlakukan ditandai dengan peningkatan kekasaran permukaan dan kebersihan, yang sangat penting untuk adhesi pelapisan selanjutnya.

Ketebalan lapisan oksida yang dihilangkan biasanya berkisar dari beberapa mikrometer (μm) hingga puluhan mikrometer, tergantung pada proses dan tingkat keparahan kerak. Misalnya, baja yang digulung panas dapat mengembangkan kerak oksida hingga 50 μm tebal, yang sepenuhnya dihilangkan selama pembersihan kerak. Kekasaran permukaan residu setelah pembersihan kerak bervariasi dari halus (Ra < 1 μm) dalam perlakuan kimia hingga permukaan yang lebih kasar (Ra > 3 μm) dalam metode mekanis.

Klasifikasi Proses

Pembersihan kerak diklasifikasikan sebagai proses persiapan permukaan dalam kategori yang lebih luas dari teknik penyelesaian dan pembersihan permukaan. Ini sering dikelompokkan dengan pengasaman, pasivasi, dan proses pembersihan permukaan.

Jika dibandingkan dengan metode modifikasi permukaan lainnya, pembersihan kerak terutama fokus pada penghilangan oksida daripada penghalusan permukaan atau peningkatan estetika. Pembersihan kerak mekanis dibedakan oleh penghilangan fisik, sementara pembersihan kerak kimia bergantung pada reaksi kimia. Pembersihan kerak termal, yang sering digunakan dalam penggulungan panas kontinu, melibatkan oksidasi suhu tinggi dan pengelupasan.

Varian pembersihan kerak meliputi:

• Pembersihan kerak mekanis: peledakan tembakan, penggilingan, penyikatan
• Pembersihan kerak kimia: pengasaman (asam klorida, asam sulfat, atau asam fosfat)
• Pembersihan kerak termal: oksidasi suhu tinggi dan pengelupasan selama pemanasan terkontrol

Setiap varian dipilih berdasarkan jenis baja, tingkat keparahan kerak, dan persyaratan proses hilir.

Metode Aplikasi dan Peralatan

Peralatan Proses

Pembersihan kerak mekanis menggunakan peralatan seperti mesin peledakan tembakan, roda penggiling, atau sikat kawat. Mesin peledakan tembakan menggunakan tembakan baja atau keramik berkecepatan tinggi yang didorong oleh turbin atau udara untuk mempengaruhi permukaan, menghilangkan kerak oksida dengan efisien.

Pembersihan kerak kimia memanfaatkan tangki atau bak perendaman yang dilengkapi dengan sistem pengadukan untuk memastikan kontak asam yang merata. Jalur pengasaman otomatis menggabungkan tangki asam, stasiun pencucian, dan unit netralisasi, sering terintegrasi ke dalam jalur pemrosesan kontinu.

Pembersihan kerak termal melibatkan sistem tungku, seperti tungku balok berjalan atau tungku tipe dorong, yang dirancang untuk memanaskan baja hingga suhu tertentu (biasanya 900–1200°C). Tungku ini dilengkapi dengan atmosfer terkontrol untuk mempromosikan pengelupasan oksida dan penghilangan kerak.

Pertimbangan desain mencakup bahan tahan korosi untuk tangki kimia, sistem ekstraksi debu dan asap untuk proses mekanis, dan kontrol suhu yang tepat untuk metode termal. Peralatan canggih dapat menggabungkan otomatisasi, sensor, dan sistem kontrol proses untuk mengoptimalkan kualitas dan efisiensi pembersihan kerak.

Teknik Aplikasi

Prosedur pembersihan kerak standar melibatkan pemanasan atau pendinginan baja hingga suhu yang sesuai, diikuti dengan metode pembersihan kerak yang dipilih. Pembersihan kerak mekanis biasanya melibatkan peledakan atau penyikatan segera setelah pengerjaan panas untuk mencegah pembentukan kembali oksida.

Pembersihan kerak kimia memerlukan pembersihan permukaan, aplikasi asam, dan waktu tinggal yang terkontrol untuk memastikan pelarutan oksida yang lengkap. Pencucian dan netralisasi mengikuti untuk menghilangkan asam dan garam residu.

Parameter proses yang kritis meliputi:

• Untuk metode mekanis: kecepatan tembakan, ukuran partikel, sudut dampak, dan durasi
• Untuk metode kimia: konsentrasi asam, suhu, waktu perendaman, dan pengadukan
• Untuk metode termal: suhu tungku, laju pemanasan, dan laju pendinginan

Kontrol proses melibatkan pemantauan parameter ini melalui sensor, meter aliran, dan pengontrol suhu untuk menjaga kualitas yang konsisten.

Dalam jalur produksi, pembersihan kerak diintegrasikan ke dalam jalur penggulungan panas kontinu atau galvanisasi, dengan sistem penanganan otomatis memastikan perlakuan yang cepat dan merata.

Persyaratan Pra-perlakuan

Sebelum pembersihan kerak, permukaan baja harus bebas dari pelumas, kotoran, dan kontaminan lainnya. Pembersihan mekanis atau penghilangan minyak sering dilakukan untuk meningkatkan efektivitas pembersihan kerak.

Kebersihan permukaan sangat penting; minyak atau kotoran residu dapat menghambat penghilangan oksida atau menyebabkan perlakuan yang tidak merata