Metalurgi Tundish: Mengoptimalkan Transfer Baja untuk Pencetakan Berkelanjutan

Metalurgi Tundish

Untuk mentransfer baja cair dari tong penuangan ke cetakan mesin pencetakan berkelanjutan, sebuah wadah perantara yang disebut tundish digunakan. Tundish adalah wadah berbentuk persegi panjang berujung besar di atas yang dilapisi refraktori, yang mungkin memiliki tutup yang dilapisi refraktori di atas. Dasar tundish memiliki satu atau lebih port nozel dengan gate geser atau tongkat stopper untuk mengontrol aliran baja cair. Tundish sering dibagi menjadi dua bagian yaitu (i) bagian inlet, yang umumnya memiliki kotak tuang dan di mana baja cair diumpankan dari tong penuangan baja, dan (ii) bagian outlet dari mana baja cair diumpankan ke cetakan mesin pencetakan berkelanjutan. Berbagai alat kontrol aliran, seperti bendungan, weir, baffle dengan lubang, dll., dapat diatur sepanjang panjang tundish. Jalur yang lebih panjang diinginkan untuk memperpanjang waktu tinggal baja cair untuk mempromosikan floatasi inklusi makro. Elemen penting metalurgi tundish dari sebuah tundish ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Elemen penting metalurgi tundish dari sebuah tundish

Fungsi Tundish dalam Pencetakan Berkelanjutan

Tundish pencetakan berkelanjutan berfungsi sebagai buffer dan menghubungkan proses tidak berkelanjutan pembuatan baja sekunder dalam tong dengan proses pencetakan berkelanjutan dalam cetakan. Ia bertindak sebagai reservoir selama periode pertukaran tong dan terus menyuplai baja cair ke cetakan ketika baja cair masuk dihentikan, memungkinkan pencetakan berurutan oleh sejumlah tong. Penyebab utama pembentukan inklusi dan kontaminasi baja cair meliputi reoksidasi baja cair oleh udara dan escoria tong oksidatif yang dibawa, penangkapan escoria tundish dan tong, dan emulsifikasi escoria ini ke dalam baja cair. Inklusi ini harus diapungkan keluar dari baja cair selama alirannya melalui tundish sebelum diumpankan ke cetakan.

Di masa lalu, ketika metalurgi tong (mis. tong furnace, LF) belum sepenuhnya dikembangkan, tundish diharapkan berfungsi sebagai pemurni baja cair yang dideoksidasi yang ditransfer dari tong di mana inklusi tidak sepenuhnya dihapus. Tanpa pemrosesan LF, baja cair yang dideoksidasi memiliki inklusi makro dan sejumlah besar inklusi mikro asal inhegen yang dapat mengaglomerasi untuk membentuk inklusi makro selama transfer baja cair. Sebuah tundish dapat mengurangi sebagian inklusi makro dari baja cair, menyesuaikan komposisi kimia, dan mengontrol suhu baja cair ke tingkat yang sesuai untuk diumpankan ke cetakan. Dengan penggunaan LF dan/atau degasser, kebersihan baja cair telah meningkat secara signifikan selama bertahun-tahun untuk memenuhi tuntutan pelanggan yang semakin ketat, dan tundish sekarang lebih dipandang sebagai pencemar daripada pemurni. Kontaminasi yang signifikan biasanya terjadi selama periode transien (atau tidak stabil) dari pencetakan berurutan, yaitu, saat pembukaan tong, saat transisi dua heat (atau pertukaran tong), dan saat pengosongan tong.

Selama periode transien, aliran baja cair masuk dan pelcatan logam cair apa pun direoksidasi berat oleh udara sekitar dan oleh escoria tong oksidatif yang dibawa ke dalam tundish dengan baja cair. Aliran baja cair mengenai dan secara agresif mengemulsikan escoria tong dan escoria tundish yang melayang di permukaan baja cair, yang pada akhirnya tertangkap ke dalam baja cair. Baik reoksidasi maupun penangkapan escoria menghasilkan inklusi oksida makro berbahaya. Baja cair yang dideoksidasi Al, bahkan setelah pengurangan partikel besar produk deoksidasi dalam LF, mengandung sejumlah besar partikel alumina halus yang tersendang. Partikel-partikel ini ditemukan mengaglomerasi oleh aliran baja cair turbulensi selama transfer baja cair dari tong melalui tundish ke cetakan, membentuk kluster alumina besar.

Inklusi makro dan kluster alumina besar diketahui sebagai penyebab utama masalah proses hilir dan cacat yang terjadi dalam strand dan produk akhirnya. Pelanggan pabrik baja biasanya menuntut baja yang lebih bersih dengan ukuran inklusi makro dan kluster yang lebih kecil untuk kinerja yang lebih baik dari produk baja. Oleh karena itu, desain dan operasi sebuah tundish harus diarahkan untuk meminimalkan pembentukan inklusi makro dan kluster alumina, dan menghapusnya setelah terbentuk. Jika tidak, semua upaya yang dilakukan untuk membersihkan leleh dalam LF dan selama langkah proses lainnya tidak ada nilainya.

Dalam tahap awal perkembangannya, tundish dianggap tidak lebih dari sekadar reservoir untuk menampung cukup baja cair untuk memberikan head konstan di atas cetakan, dan untuk memungkinkan pertukaran tong terjadi tanpa gangguan pada pencetakan berurutan. Dengan penekanan yang berkelanjutan pada kualitas baja yang unggul, kini semakin jelas bahwa tundish pencetakan berkelanjutan memiliki fungsi yang jauh lebih penting sebagai reaktor berkelanjutan daripada yang sebelumnya diimajinasi. Tundish, yang merupakan kopler yang sangat penting dalam proses pencetakan berkualitas tinggi secara berkelanjutan, kini benar-benar diakui sebagai reaktor metalurgi kritis. Sebagai tali, ia adalah wadah di mana serangkaian operasi terjadi yang memerlukan kontrol kimia, termal, dan fisik.

Berbagai teknologi seperti nozel panjang atau pipa shrouding gas inerte telah diterapkan untuk mengurangi reoksidasi udara dan emulsifikasi escoria. Demikian pula, alat kontrol aliran leleh telah digunakan untuk meningkatkan floatasi inklusi yang terbentuk selama proses. Penerapan kontrol aktif suhu baja cair dalam tundish juga telah berkontribusi pada pencetakan baja bersih. Langkah-langkah ini telah terbukti cukup berhasil, setidaknya selama operasi tundish stabil, tetapi mungkin tidak cukup untuk operasi tidak stabil. Operasi tidak stabil adalah bagian integral dari pencetakan berurutan panjang untuk hasil logam yang lebih baik. Meskipun menginginkan pencetakan berkualitas tinggi, sebuah kompromi antara kualitas dan biaya selalu dicapai dalam setiap operasi tundish.

Kualitas baja cair yang diirikan dari tundish ke cetakan sangat bergantung pada tingkat dan kontrol interaksi fase escoria, gas, dan refraktori dengan baja cair. Sebuah tundish modern dirancang untuk memberikan kesempatan maksimal untuk melakukan berbagai operasi metalurgi seperti pemisahan inklusi, floatasi, alloing, modifikasi inklusi dengan perawatan kalsium, kontrol superheat, homogenisasi termal dan komposisi, yang mengarah pada perkembangan area terpisah dari pembuatan baja sekunder, yang disebut metalurgi tundish.

Tundish pencetakan berkelanjutan memiliki beberapa peran yang meliputi (i) tautan kritis dalam rantai kualitas pembuatan baja, (ii) pemurni berkelanjutan dan (iii) transmitter sinyal metalurgi. Intinya proses tetap bahwa tundish yang tidak dikontrol menjadi pencemar daripada pemurni. Tidak dapat dipungkiri bahwa tundish sama pentingnya dalam praktik baja bersih seperti tong sebelumnya dan cetakan yang berikutnya. Jika kualitas yang dibangun ke dalam baja dalam operasi pembuatan baja primer dan sekunder hilang di tundish, kemampuan untuk menghasilkan produk berkualitas yang memenuhi aplikasi yang dimaksud tergantung sepenuhnya pada pemulihan di cetakan. Ini adalah tugas yang jauh lebih sulit, mengingat waktu yang terbatas yang baja tinggal di dalam cetakan, yang memberikan kemampuan terbatas untuk membersihkan baja pada tahap akhir sebelum pengkristalan lengkap.

Banyak operator pabrik baja telah mempelajari tundish mereka untuk memaksimalkan manfaat waktu tinggal yang tersedia untuk floatasi dan assimilasi produk reaksi dari baja cair ke dalam fase escoria. Ini dapat menjadi produk deoksidasi, reoksidasi, presipitasi, emulsifikasi dan/atau penangkapan komponen refraktori ke dalam baja cair, dan oleh karena itu mencakup inklusi inhegen dan eksonogen. Berdasarkan pilihan desain tundish yang baik, operasi sebuah tundish perlu diarahkan kepada hal-hal berikut.

• Untuk mempromosikan floatasi inklusi dengan memaksimalkan waktu tinggal
• Untuk memastikan assimilasi inklusi oleh escoria yang captive dan nonkorosif
• Untuk mengurangi kerugian termal dan kimia dari baja cair
• Untuk meminimalkan short circuiting dan zona mati
• Untuk menawarkan operator desain optimal untuk kualitas dan hasil.

Pemisahan kontaminasi oleh udara dan/atau fase refraktori dan teknologi untuk mendukung praktik baja bersih adalah bagian yang tidak terpisahkan dari operasi tundish yang baik. Kriteria desain, pemodelan, kontrol aliran tundish, escoria, kontrol suhu dan perbaikan kebersihan, serta operasi tidak stabil adalah aspek penting dari metalurgi tundish. Setelah desain tundish telah diselesaikan untuk aplikasi tertentu, operator dalam posisi untuk memaksimalkan peningkatan kualitas ketika tundish dianggap dan dioperasikan sebagai pemurni berkelanjutan. Operator perlu menyadari bahwa penyimpangan dari praktik baja bersih yang dirinci dapat memiliki dampak merusak.

Dengan penekanan pada tingkat produktivitas yang lebih tinggi yang didorong oleh kecepatan pencetakan yang lebih besar, ketersediaan mesin yang lebih baik dan hasil produk yang ditingkatkan, tundish yang lebih besar dan lebih dalam telah menjadi norma di industri. Ini memberikan dampak yang menguntungkan pada kebersihan baja, karena pemisahan inklusi umumnya lebih mudah di dalam wadah tundish yang lebih tinggi dan lebih volumetrik, terutama jika perhatian diberikan agar inklusi tidak secara fisik tertangkap ke tingkat yang terlalu dalam.

Penurunan keinginan untuk kedalaman operasi tundish yang lebih besar tidak hanya menambahkan waktu tinggal logam, tetapi juga memberikan manfaat tambahan berupa pengurangan potensi vortexing escoria tundish, terutama selama kondisi transien seperti pertukaran tong. Ini benar terlepas dari jenis alat pemeteran tundish ke cetakan yang digunakan, yang dapat berupa lubang pemeteran sederhana, kontrol tongkat stopper, mekanisme gate geser multi plate atau kontrol presisi yang diperkenalkan lebih baru. Untuk menggunakan tundish sebagai wadah pemurni, maka kriteria berikut harus dipenuhi:

• Pemisahan sumber kontaminasi logam cair, misalnya erosi refraktori, reoksidasi, escoria tong carry over dan emulsifikasi escoria tundish.
• Promosi floatasi inklusi dan pemisahan dari baja cair melalui alat modifikasi aliran (FMDs), filter, dan escoria yang dirancang.
• Pengenalan teknologi seperti kontrol termal, transfer bebas escoria dan sistem pengiriman logam yang dioptimalkan ke cetakan.

Peran dan fungsi tundish dalam proses pencetakan berkelanjutan dan signifikan dalam produksi pencetakan baja bersih diringkas di bawah ini.

• Tundish menghubungkan tong dengan cetakan mesin pencetakan berkelanjutan. Ia menerima baja cair dari tong dan mengirimkannya ke cetakan pencetakan berkelanjutan dengan kontaminasi minimal, merata dan pada laju aliran serta suhu yang diinginkan.
• Tundish adalah wadah yang dilapisi refraktori yang terdiri dari bagian inlet dan outlet serta alat kontrol aliran, seperti bendungan dan weir atau baffle dengan lubang, sepanjang panjangnya. Sebuah tundish mungkin memiliki tutup yang dilapisi refraktori, dan memiliki port dasar yang dirakit dengan gate geser atau tongkat stopper di mana leleh diumpankan ke cetakan.
• Reoksidasi udara dari aliran baja cair masuk dicegah dengan penggunaan nozel panjang yang diendapkan ke dalam baja cair dalam tundish atau oleh pipa shrouded dengan aliran gas argon.
• Nozel panjang dan pipa shrouded juga berfungsi untuk mengurangi emulsifikasi escoria ke dalam baja cair.
• Alat kontrol aliran dalam tundish meningkatkan waktu tinggal baja cair dan membantu mengurangi inklusi makro yang berasal dari reoksidasi udara dan emulsifikasi escoria. Pada saat yang sama, kluster inklusi alumina yang mengaglomerasi dikurangi oleh floatasi inklusi ini.