Deoksidasi Baja

Deoksidasi Baja

  Proses pembuatan baja terdiri dari pemurnian logam panas menjadi baja yang dilakukan di bawah atmosfer pengoksidasi. Selama proses pemurnian oksigen larut dalam baja. Berikut ini adalah sumber utama oksigen dalam baja.

• Oksigen bertiup
• Penggunaan terak pengoksidasi dan bijih besi selama proses pembuatan baja
• Pengambilan oksigen atmosfer oleh baja cair selama operasi yang padat
• Oksidasi refraktori lapisan
• Potongan berkarat dan basah.

Deoksidasi adalah tahap terakhir dalam pembuatan baja. Selama pembuatan baja, rendaman baja pada saat penyadapan mengandung aktivitas oksigen 400 hingga 800 ppm. Deoksidasi dilakukan selama penyadapan dengan menambahkan ke dalam sendok yang penuh jumlah yang tepat dari paduan besi atau deoxidizers khusus lainnya. Jika pada akhir pukulan kandungan karbon baja di bawah spesifikasi, baja cair juga dikarburasi ulang di sendok yang penuh. Namun, penambahan besar dalam sendok yang penuh memiliki efek buruk pada suhu baja cair.

Kelarutan oksigen dalam baja sangat kecil. Selama pemadatan baja cair, kelebihan oksigen ditolak oleh baja pemadatan. Kelarutan oksigen dalam baja cair adalah 0,23% pada 1700 derajat C. Kelarutan oksigen menurun selama proses pendinginan dan kemudian turun tajam selama pemadatan baja cair mencapai 0,003 % dalam baja padat.

Kelebihan oksigen yang dibebaskan dari larutan padat mengoksidasi komponen baja seperti C, Fe, dan elemen paduan yang mengakibatkan lubang sembur dan inklusi non-logam yang terperangkap di dalam struktur baja tuang. Baik lubang sembur maupun inklusi memiliki efek yang cukup besar pada sifat mekanik dan berdampak buruk pada kualitas baja.

Untuk mencegah oksidasi komponen baja selama pemadatan, kandungan oksigen baja cair perlu dikurangi. Hal ini dilakukan dengan deoksidasi baja yang merupakan operasi teknologi pembuatan baja, di mana konsentrasi (aktivitas) oksigen terlarut dalam baja cair dikurangi ke tingkat yang diperlukan. Selain produksi baja yang sehat dengan menghilangkan lubang sembur dan meminimalkan inklusi non-logam, deoksidasi juga digunakan untuk kontrol ukuran butir guna meningkatkan ketangguhan baja

Beberapa strategi telah dikembangkan untuk deoksidasi baja. Hal ini dapat dicapai dengan menambahkan zat pengoksidasi logam ke baja cair baik sebelum atau setelah disadap, atau dengan perlakuan vakum, di mana karbon yang terlarut dalam baja adalah deoksidasi. Selain deoksidasi oleh deoksidasi logam dan deoksidasi dengan vakum, satu lagi metode deoksidasi yaitu deoksidasi difusi kadang-kadang digunakan.

Menurut tingkat deoksidasi, ada empat jenis deoksidasi mulai dari terdeoksidasi penuh hingga sedikit terdeoksidasi. Tak satu pun dari berbagai jenis lebih baik dari yang lain, tetapi masing-masing berguna dalam hal sendiri. Menurut tingkat deoksidasi baja karbon dapat dibagi menjadi empat kelompok.

• Baja pelek – Baja ini adalah baja karbon rendah yang terdeoksidasi sebagian atau tidak terdeoksidasi yang menghasilkan karbon monoksida dalam jumlah yang cukup selama pemadatan. Ingot baja berbingkai dicirikan oleh kualitas permukaan yang baik dan jumlah lubang sembur yang cukup besar. Baja berbingkai biasanya disadap tanpa membuat penambahan deoxidizers ke baja di tungku atau hanya sedikit tambahan pada baja cair di sendok yang penuh, untuk memiliki oksigen yang cukup untuk memberikan evolusi gas yang diinginkan dengan bereaksi dalam cetakan dengan karbon . Prosedur yang tepat diikuti tergantung pada apakah baja memiliki kandungan karbon dalam kisaran yang lebih tinggi (C=0,12 % sampai 0,15%) atau dalam kisaran yang lebih rendah (C =0,10 % maks). Ketika baja cair dalam cetakan ingot mulai mengeras, terjadi evolusi cepat gas karbon monoksida (CO), menghasilkan kulit ingot luar dari baja yang relatif bersih rendah karbon dan zat terlarut lainnya. Ingot semacam itu paling cocok untuk pembuatan batang elektroda dan lembaran baja.
• Baja bertutup – Praktik baja tertutup adalah variasi dari praktik pelek baja. Tindakan rimming diperbolehkan untuk dimulai secara normal, tetapi kemudian dihentikan setelah satu menit atau lebih dengan menyegel cetakan dengan tutup besi cor. Praktek ini biasanya diterapkan pada baja dengan kandungan karbon lebih besar dari 0,15%. Praktek ingot tertutup biasanya menemukan aplikasi dalam produksi lembaran, strip, kawat dan batangan.
• Baja setengah mati – Baja ini adalah baja terdeoksidasi tidak sempurna yang mengandung sejumlah oksigen berlebih, yang bereaksi dengan karbon membentuk karbon monoksida dalam jumlah yang cukup selama pemadatan baja cair untuk mengimbangi penyusutan pemadatan. Baja ini umumnya memiliki kandungan karbon dalam kisaran 0,15% hingga 0,30% dan dapat diterapkan secara luas dalam bentuk struktural
• Baja mati – Baja ini mengalami deoksidasi sedemikian rupa sehingga selama pemadatan tidak ada pembentukan dan evolusi karbon monoksida. Ingot dan coran baja mati memiliki struktur homogen dan tidak ada porositas gas (blowhole). Aluminium digunakan untuk deoksidasi, bersama dengan paduan ferro mangan dan silikon. Dalam kasus tertentu kalsium silisida atau deoxidizers kuat khusus lainnya digunakan. Untuk meminimalkan pemipaan, hampir semua baja yang mati dicor dalam cetakan besar dengan lapisan atas yang panas. Untuk pengecoran kontinyu, baja cair harus sepenuhnya dimatikan untuk pengecoran bebas cacat. Baja mati umumnya digunakan ketika struktur homogen diperlukan dalam baja jadi. Baja paduan, baja tempa, dan baja untuk karburasi termasuk dalam jenis ini, jika kualitas dasarnya adalah kesehatan. Dalam memproduksi baja gambar ekstra dalam tertentu, baja karbon rendah (C=0,12% maks) dibunuh, biasanya dengan sejumlah besar aluminium yang ditambahkan dalam sendok, dalam cetakan atau keduanya. Meskipun deoksidasi baja oleh aluminium menekan pembentukan karbon monoksida selama pemadatan, dan karenanya menekan lubang sembur, ada banyak operasi pemrosesan baja di mana pembunuhan aluminium pada baja tidak diinginkan.

Terutama ada tiga elemen yang digunakan dalam deoksidasi baja baja. Ini adalah mangan (Mn), silikon (Si) dan aluminium (Al). Mangan dan silikon ditambahkan dalam bentuk paduan ferro karbon tinggi atau karbon rendah atau sebagai paduan silico-mangan (Si-Mn). Aluminium yang ditambahkan untuk deoksidasi memiliki tingkat kemurnian sekitar 98%. Terkadang kalsium (Ca) juga digunakan untuk deoksidasi.

Kalsium adalah deoxidizer yang paling efisien dan Si tidak begitu efisien dibandingkan dengan Ca. Al juga merupakan elemen deoksidasi yang kuat jika dibandingkan dengan Si. Meskipun Ca dan Al adalah deoxidizer yang sangat efisien, tetapi mereka mengoksidasi dengan sangat cepat dan terlebih lagi, densitasnya jauh lebih rendah daripada baja. Juga Ca memiliki titik didih 1485 derajat C yang berarti Ca berada dalam fase gas pada suhu pembuatan baja. Metode injeksi yang sesuai atau metode penambahan diperlukan untuk deoksidasi dengan Ca.

Deoksidasi dapat dilakukan baik oleh elemen tunggal seperti Si, Al, Mn dll atau dengan campuran elemen seperti Si + Mn, Ca-Si-Al dll. Deoksidasi oleh elemen tunggal dikenal sebagai deoksidasi sederhana.

Sedangkan deoksidasi oleh campuran unsur dikenal sebagai deoksidasi kompleks. Dalam deoksidasi sederhana dan kompleks, oksida terbentuk; maka itu juga disebut deoksidasi presipitasi. Deoksidasi juga dilakukan oleh karbon di bawah vakum; yang disebut deoksidasi vakum. Unsur ditambahkan dalam bentuk Ferroalloy Fe-Si, Fe-Mn atau Fe-Si + Fe-Mn dll. Dalam deoksidasi kompleks yang menggunakan campuran Si + Mn, Ca + Si, Ca + Si + Al, sebagai berikut keuntungan dilaporkan dibandingkan dengan yang sederhana.

• Oksigen terlarut lebih rendah.
• Karena pembentukan produk deoksidasi cair, aglomerasi produk menjadi ukuran besar dapat diperoleh dengan mudah dan dapat diapungkan dengan mudah.

Deoksidasi dengan Fe-Mn

Saat baja dideoksidasi sebagian dengan Mn, besi juga berpartisipasi dalam reaksi, membentuk Mn (Fe) O cair atau padat sebagai produk deoksidasi.

[Mn] + [O] =MnO

[Fe] + [O] =FeO

Keadaan kesetimbangan baja dengan produk deoksidasi Mn (Fe) O ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Kandungan mangan dan oksigen besi dalam kesetimbangan dengan FeO – larutan MnO cair atau padat

  Deoksidasi dengan Si dan Mn

Deoksidasi oleh Si jauh lebih lengkap daripada oleh Mn dan deoksidasi simultan oleh kedua elemen ini memberikan oksigen sisa yang jauh lebih rendah dalam larutan, karena aktivitas Si berkurang. Tergantung pada konsentrasi Si dan Mn yang ditambahkan ke baja dalam sendok yang penuh, produk deoksidasi akan berupa silikat mangan cair (MnO.SiO2) atau silika padat (SiO2).

[Si] + 2[O] =SiO2        (1)

[Mn] + [O] =MnO      (2)

Salah satu studi perintis awal kesetimbangan reaksi terak-logam adalah yang dikaitkan dengan Korber dan Oelsen untuk pengukuran distribusi kesetimbangan Mn dan Si antara besi cair dan terak MnO-FeO-SiO2 yang jenuh dengan SiO2. Hasil eksperimen mereka pada 1600 ± 10 derajat C ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Konsentrasi Mn, Si dan O dalam besi cair yang diseimbangkan dengan SiO2. Silikat mangan jenuh meleleh pada 1600 ± 10 derajat C

Deoksidasi dengan Si, Mn dan Al

Baja setengah mati dengan sisa oksigen terlarut dalam kisaran 40 hingga 23 ppm dibuat dengan mendeoksidasi baja dalam sendok yang penuh dengan penambahan sedikit aluminium bersama dengan silika-mangan atau kombinasi ferosilikon dan ferromangan. Dalam hal ini, produk deoksidasi adalah mangan-alumino-silikat cair yang memiliki komposisi mirip dengan 3MnO.Al2O3.SiO2. Dengan sedikit penambahan aluminium, mis. sekitar 15 kg untuk 100 t panas bersama dengan Si/Mn hampir semua aluminium dikonsumsi dalam deoksidasi gabungan ini dengan Si dan Mn. Aluminium terlarut sisa dalam baja akan kurang dari 10 ppm. Kesetimbangan deoksidasi dengan Si dan Mn dibandingkan dengan Al, Si dan Mn untuk produk deoksidasi jenuh dengan Al2O3 ditunjukkan pada Gambar 3.

Gbr 3 Kesetimbangan deoksidasi dengan Si dan Mn dibandingkan dengan Al, Si dan Mn untuk produk deoksidasi yang dijenuhkan dengan Al2O3

  Deoksidasi dengan Al

Aluminium adalah deoxidizer yang sangat efektif yang digunakan di sebagian besar operasi pembuatan baja. Biasanya deoksidasi aluminium dilakukan di sendok yang penuh. Dalam kasus tertentu penambahan Al juga dibuat dalam cetakan selama pengecoran ingot atau kontinyu. Hubungan kesetimbangan yang jelas untuk produk deoksidasi:Al2O3 murni dan kalsium aluminat cair dengan rasio CaO/Al2O3 1 ditunjukkan pada Gambar 4.

Gbr 4 Deoksidasi dengan Al dalam kesetimbangan dengan Al2O3 atau kalsium aluminat cair dengan CaO/Al2O3 menjadi 1

Ketika baja Al yang terbunuh diperlakukan dengan Ca-Si, inklusi alumina diubah menjadi kalsium aluminat cair. Untuk rasio CaO/Al2O3 1 aktivitas Al2O3 adalah 0,064 terhadap Al2O3 murni pada suhu dalam kisaran 1500 -1700 derajat C.