Hasil dari proses reduksi bijih besi di blast furnace berupa pig iron kemungkinan masih mengandung elemen-elemen pengotor seperti Si, S, Mn, C dan P. Oleh karena itu perlu dilakukan proses secondary metallurgy seperti desulfurisasi, desilikonisasi, dekarburisasi, degassing, deoksidasi, dan dephosphorisasi. Tujuan umumnya ialah untuk merubah komposisi inklusi serta morfologinya, mengatur kimposisi kimia baja secara tepat dan akurat sesuai standard, homogenisasi, menurunkan temperature tuang, serta menurunkan kebutuhan alloying elements. Contohnya yaitu defosforisasi, defosforisasi merupakan suatu proses pemurnian logam dari kandungan logam fosfor sehingga didapatkan logam dengan kemurnian yang tinggi. Pada hot metal, kandungan fosfor yang umum adalah 0,1%. Proses defosforisasi ini termasuk ke dalam serangkaian hot metal pretreatment, bersama dengan proses desilikonisasi dan desulfurisasi.
Proses-proses secondary metallurgy ini dikelompokan menjadi empat, yaitu :
1. Immersion Process
2. Injection Process
3. Ladle Furnace
4. Vacuum Process
Alasan utama dilakukan proses secondary metallurgy adalah untuk menghasilkan baja yang lebih khusus lagi karena apabila menggunakan proses utama (EAF dan BOF) akan memiliki banyak kerugian, contohnya:
· Perlu waktu lama
· Biaya yang tinggi
· Produktifitas rendah
Terdapat beberapa aplikasi atau penggunaan proses secondary metallurgy pada beberapa jenis baja khusus, contohnya :
· Stainless Steel dengan proses secondary metallurgy VOD
· Baja dengan proses secondary metallurgy AOD : Stainless (austenitic, ferritic, martensitic, duplex), Tool steels, Valve steels, Ni-base high temp alloys, Bearing steels, Armor/military grades, HSLA (High Strength Low Alloys), dan Carbon steels (killed; < 0.15%C)
· Interstitial Free Steel dengan proses RH-OB Vacuum Degasser
Stainless Steel dengan proses secondary metallurgy VOD
Pada baja Stainless steel terkandung sejumlah besar unsur chromium sebagai salah satu komponen dasar. Dikarenakan kromium merupakan suatu unsur pembentuk oksida dan mudah terbakar pada tekanan proses ~ 1 Bar, dengan proses normal refining (proses refining biasa) sangat sulit untuk menurunkan kadar karbon ke level yang lebih rendah tanpa kehilangan chromium akibat terbakarnya unsur tersebut. Oleh karena itu digunakan proses secondary metallurgy, yaitu VOD untuk menghasilkan baja Stainless. Tingkat karbon yang rendah didapatkan dengan menurunkan tekanan parsial (< 1 bar) dari carbon monoxide selama proses refining agar decarburization terjadi tanpa terbakarnya unsur kromium.
Vacuum oxygen decarburization (VOD) merupakan proses secondary refining. VOD merupakan suatu proses pemurnian yang lebih jauh dari stainless steel melalui pengurangan kadar karbon. Molten dari unrefined steel ditransfer dari EAF kedalam suatu vessel yang terpisah, dimana molten tersebut dipanaskan dan diaduk (stirred) oleh arus lisrik ketika oksigen masuk dari atas vessel. Suatu unit vacuum-oxygen decarburization (VOD) dapat menghasilkan baja low carbon (~ 0.02% C) dan high alloy austenitic.
Gambar 1 : Suatu sistem Vacuum Degassing, yang terdiri dari Inline filtration systems, Gantry cars, Steam boilers, PLC control systems, dan Auxiliary equipment. Sumber Tenova core.Tahapan proses VOD dalam pembuatan stainless steel dibagi menjadi tiga, yaitu:
1. Blowing stage
Dalam stage pertama oksigen ditiupkan untuk proses decarburizing lelehan logam. Unsur paduan logam dan flux ditambahkan sebelumnya, Flux yang ditambahkan seperti dolomite dan lime serta beberapa unsur paduan seperti Fe-Si dan Fe-Cr ditambahkan berdasarkan steel composition dan grade. Pada proses ini oxygen flow rate yang dipakai berkisar pada range 30 – 60 Nm3/min, blowing time range dari 30 - 60 menit, dan vacuum pressure antara 1.0x104 - 2.0x104 Pa. Temperature baja awal antara 1500°C - 1650°C, Komposisi awal dalam %wt adalah [C] 0.2 - 0.6, [Si] 0.02 - 0.4, [Mn] 0.2 - 1.0, dan [Cr] 11.0 - 26.0. The bottom stirring argon flow rate adalah 0.25 N m3/min.
2. Degassing stage
Pada proses degassing stage (sekitar10 minutes), tekanan total dikurangi sampai sekitar 100 - 500 Pa. Logam dikarburisasi lebih jauh (further decarburized) dengan pengurangan temperatur. Tidak ada tambahan flux dan unsur paduan ditambahkan dalam stage ini. Stirring argon flow rate pada bagian bawah adalah 0.35 N m3/min.
3. Reduction stage
Selama reduction stage (40 menit), ditambahkan reducing agent yang berfungsi sebagai recover chromium yang telah dioksidasi selama blowing phase. Selain reducing agent, ditambahkan juga, flux seperti dolomite, lime, dan fluorspar yang berfungsi untuk mengkontrol komposisi slag, dan ditambahkan juga beberapa unsur paduan seperti Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ni, serta Al menurut komposisi dan grade baja. Range temperature akhir 1640°C - 1750°C.
Baja dengan proses secondary metallurgy AOD
AOD merupakan salah satu proses dari pembuatan baja duplex dimana raw materials dilelehkan dalam electric arc atau induction furnace dan setelah itu di dekarburisasi serta dimurnikan dalam vessel AOD khusus. Oksigen yang dicampur dengan gas argon atau nitrogen ditambahkan secara terkontrol melalui submerged tuyere dan top lance melakukan dekarburisasi lelehan logam dengan minimum proses oksidasi logam-logam lainnya.
Pada vessel AOD, terjadi proses deoxidation, desulfurization (dan pada low alloy steel, terjadi dephosphorization), dan recovery logam yang diinginkan dari slag. Degassing, homogenization, dan inclusion flotation diproses secara kontinu melalui beberapa tahapan untuk memproduksi clean and uniform product. Proses AOD merupakan proses utama untuk pemurnian ( refining) stainless steel dan paduan khusus (wrought ferrous alloys dan foundry-grade ferrous alloys). Produk hasil proses AOD seperti stainless steel, silicon steel, tool steel, nickel-base steel, cobalt-base steel, military specification, dan paduan khusus lainnya.
Pada vessel AOD, terjadi proses deoxidation, desulfurization (dan pada low alloy steel, terjadi dephosphorization), dan recovery logam yang diinginkan dari slag. Degassing, homogenization, dan inclusion flotation diproses secara kontinu melalui beberapa tahapan untuk memproduksi clean and uniform product. Proses AOD merupakan proses utama untuk pemurnian ( refining) stainless steel dan paduan khusus (wrought ferrous alloys dan foundry-grade ferrous alloys). Produk hasil proses AOD seperti stainless steel, silicon steel, tool steel, nickel-base steel, cobalt-base steel, military specification, dan paduan khusus lainnya.
Pada baja stainless, jumlah karbon harus lebih rendah dari baja karbon atau baja paduan rendah (baja dengan kadar unsur paduan < 5%), pada Electric arc furnaces (EAF) merupakan proses peleburan dan pemurnian konvensional sedangkan proses AOD merupakan suatu proses yang ekonomis, dimana waktu operasi lebih pendek dan temperatur lebih rendah dari pembuatan baja EAF.
Dua jenis dari Duplex stainless steels yang menggunakan proses pemurnian AOD (AOD refining), yaitu :
1. Duplex stainless steels (22%Cr)
Komposisi (composition) : tipe 22Cr-5Ni-2Mo ± Cu
2. Duplex stainless steels (25%Cr)
Komposisi (composition) : tipe 25Cr-5Ni-2Mo ± Cu
Prinsip kerja
· Baja cair yang belum dimurnikan (unrefined steel) ditransfer dari EAF menuju bejana (vessel) terpisah.
· Campuran dari argon dan oksigen ditiupkan dari bawah bejana melalui baja lelehan.
· Cleaning agents ditambahkan kedalam bejana bersamaan dengan gas ini untuk menghilangkan impurities, sementara oksigen dipadukan dengan karbon pada unrefined steel untuk mengurangi level karbon.
· Kehadiran argon meningkatkan afinitas dari karbon untuk oksigen dan memudahkan perpindahan dari karbon.
· Oxygen Blowing
Gas oksigen dan gas inert (Ar ataupun Nitrogen) diinjeksikan melalui underbath tuyure menuju bagian atas lance. Perbandingan antara gas O2 dan gas Ar pada awal proses ialah O2 : Ar = 3 : 1.
· Decarburization
Perbandingan antara gas O2 dan gas Ar pada awal proses ialah O2 : Ar = 3 : 1. Kadar O2 yang tinggi akan mengoksidasi unsur terkandung, khususnya karbon (proses dekarburisasi) dan silikon (desilikonisasi).
· Mixing efect
Gas O2 dan Ar yang selama proses karburisasi diinjeksikan dengan cepat melalui bawah bath surface akan menimbulkan efek mixing pada molten steel.
· Dilution
Proses O2 blowing terus berlanjut hingga kondisi dimana C tidak dapat dioksidasi lagi.
Pengurangan konsentrasi O2 karena adanya gas inert akan mengurangi tekanan parsial CO (PCO) pada bubbe dalam bath, PCO ® C removal. Dengan berkurangnya C removal , rasio O2 : Ar menjadi lebih rendah. Rasio O2 : Ar = 1 : 3 membuat kondisi seolah-olah vakum, menyebabkan C teroksidasi lagi ke tingkat yang lebih rendah, Non metalic inclusion dapat menempel pada bubble Ar, Terjadi proses degassing untuk gas-gas yang tidak diinginkan : O2, H2
· Degassing
Proses degassing yang terjadi merupakan kombinasi gas inert yang masuk melalui tuyere dan karbon monoksida yang dihasilkan selama dekarburisasi. Jumlah oksigen sisa, N2, dan H2 yang rendah diperoleh tanpa proses.
|
Keuntungan menggunakan AOD dalam pembuatan baja stainless ialah
1. Logam yang dihasilkan lebih bersih (kandungan O2, N2, dan H2 dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dari proses vacuum degassing).
2. Penghematan biaya bahan baku (raw materia).
3. Biaya material rendah, dimana dapat menggunakan raw material dengan harga yang lebih murah, seperti high-carbon ferro-alloys, sulfur-bearing scrap and alloys, dan low-quality scrap.
4. Proses desulfurisasi cepat serta kandungan sulfur dari hasil yang didapat hingga kurang dari 0.001%.
5. Penurunan unsur Pb hingga kurang dari 0.001%.
Interstitial Free Steel dengan proses RH-OB Vacuum Degasser
Interstitial Free Steel adalah baja yang memiliki daya bentuk (formability) yang baik, yang karena minimum / tidak adanya interstisi atom-atom asing pada logam induk. Hal tersebut dapat dilakukan dengan cara mereduksi kadar karbon dan pengotor melalui proses secondary refining/secondary metallurgy serta menambahkan unsur titanium dan niobium agar membentuk senyawa dengan karbon. Dengan kombinasi kandungan karbon yang sangat rendah (< 80 ppm) dan adanya penambahan titanium atau elemen microalloying niobium, secara teoritis baja IF tidak memiliki interstitial atom seperti karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen atau boron di dalam susunan kristalnya. Kombinasi ini menghasilkan sifat mampu bentuk yang sangat baik dan sifat non-aging. Kandungan karbon yang sangat rendah pada baja IF juga memberikan keuntungan lain sehingga baja ini menunjukkan sifat mampu bentuk yang sangat baik, bebas dari kerusakan enamel seperti carbon boil atau fish scale. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa baja IF adalah solusi terbaik untuk aplikasi deep drawing
Secara garis besar, rangkaian proses produksi IF steel dimulai dari steelmaking, kemudian hot rolling, hingga cold rolling, yang berbeda dengan rangkaian proses produksi baja karbon rendah konvensional. Prinsipnya ialah jumlah karbon yang ada pada pig iron dari hasil Blast Furnace harus direduksi semaksimal mungkin melalui proses metalurgi sekunder dan penambahan titanium dan niobium akan membuat karbon dan oksigen bercampur secara kimia sehingga menghambat pergerakan dislokasi keduanya.
Flow proses dari pembuatan IF steel :
· RHOB Vacuum Degasser (Rheinstal-Heraus Oxygen Blowing)
Prinsip kerjanya hampir sama dengan RH proses, hanya saja pada RHOB ini ditiup gas oksigen melalui lance ke dalam reaktor. Terjadi proses decarburisasi dan pada akhir proses kandungan C di dalam baja kurang dari 30 ppm (<0,005%).
Jalur Produksi IF Steel di KS
Penggunaan proses-proses secondary metallurgy secara luas telah berkembang pesat, dikarenakan tingkat konsumsi baja dunia yang semakin naik serta teknologi yang berkembang pesat. Seiring dengan perkembangan industri baja, kebutuhan akan baja-baja dengan sifat-sifat tertentu juga semakin meningkat untuk aplikasi. Dalam hal ini, proses secondary metallurgy memiliki andil yang sangat besar untuk pembuatan baja keperlan khusus tersebut.
Referensi
3. http://www.autosteel.org/pdfs/avc_overview_rpt_3_mat_proc.pdf
4. http://www.autosteel.org/pdfs/gdis_2003_interstitial_free_steel.pdf
5. stommel.tamu.edu/~esandt/Teach/ Fall01/CVEN444/Lecture/Lecture21/lecture21.ppt
6. http://www.asminternational.org/Template.cfm?Section=Search&template=Ecommerce/FileDisplay.cfm&file=ACF30BA.pdf
7. http://www.intlsteel.com/content/products/prod_cold_rolled_class.aspx
9. http://www.steel.org/learning/glossary/glossary.htm
10. http://www.goodwin.co.uk/gsc/aod.htm http://www.steelforge.com/infoservices/overview/stainless_steel.asp
11. http://www.emcin.com/information/proc_stain.htm
12. http://www.goodwinalloys.com/aod.htm
13. http://www.energymanagertraining.com/iron_steel/sec_steel.htm
14. http://www.jfe-21st-cf.or.jp/chapter_2/index.html
1 komentar:
Lengkap banget nih artikelnya bisa dijadiin referensi makalah, ijin share ya pak
Thanks for your article and
sukses selalu
Posting Komentar