Proses CLU untuk Baja Karang: Pengangkatan Karbon Efisien & Penglogaman

Proses produksi baja karang memiliki beberapa fitur dasar seperti pengangkatan karbon (C), deoksidasi, dan desulfurisasi. Dalam proses produksi, operasi ini biasanya digabungkan dengan beberapa penglogaman dengan bahan padat serta kontrol nitrogen (N2). Persyaratan ini dipenuhi dengan berbagai cara dalam berbagai proses yang digunakan untuk produksi baja karang.

Proses CLU mirip dengan proses AOD (argon oxygen decarburization) untuk pembuatan baja karang. CLU merujuk pada proses Creusot-Loire Uddeholm untuk produksi baja karang. Ini juga menggunakan baja cair dari tungku arc listrik (EAF) atau tungku pembuatan baja primer serupa lainnya. Dorongan utama untuk pengembangan proses CLU adalah ide untuk menggunakan uap superpanas sebagai gas pengencer alih-alih gas argon (Ar) yang digunakan dalam proses AOD. Uap superpanas telah digunakan sebagai gas proses dalam produksi baja karang sejak awal 1970-an ketika teknologi ini dikembangkan di pabrik baja Uddeholms Degerfors di Swedia. Di Prancis perkembangan serupa terjadi dalam kelompok Creusot-Loire. Proses yang dikembangkan dinamakan proses Creusot Loire Uddeholm (CLU).

Konverter yang awalnya digunakan dalam proses CLU adalah konverter ditiup bawah sehingga membedakannya dari konverter ditiup samping AOD. Namun, saat ini proses CLU dengan penggunaan konverter ditiup samping juga tersedia.

Pabrik komersial pertama yang menggunakan proses CLU dibangun pada tahun 1973 oleh Uddeholm. Antara 1973 dan 2003 baja karang diproduksi di pabrik baja Uddeholms Degerfors dalam konverter 80 ton di mana uap superpanas, Ar, N2, oksigen (O2) dan udara terkompresi digunakan sebagai gas proses. Konverter di pabrik baja Degerfors dioperasikan selama 30 tahun sebagai proses CLU untuk produksi baja karang sebelum dicabut pada tahun 2003. Potongan lintang konverter ditiup bawah CLU ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1 Potongan lintang konverter CLU

Selama bertahun-tahun teknologi mengalami ekspansi yang sedang. Secara total tujuh pabrik telah menggunakan uap superpanas sebagai gas proses secara industri. Proses ini juga digunakan oleh Samancor Ferro metals di Afrika Selatan untuk produksi ferrochrome (Fe-Cr) karbon sedang (C). Acerinox Columbus Stainless di Middleburg, Afrika Selatan memilih proses ini untuk konverter 110 ton mereka di pabrik baja karang mereka. Antara 1995 dan 2002 Columbus Stainless menggunakan uap super panas dalam konverter selama proses pemurnian. Namun pada tahun 2002 keputusan diambil untuk menghilangkan kapasitas tiupan uap karena pasar pada saat itu menyediakan cukup Ar untuk memenuhi permintaan lokal dan pada saat yang sama beberapa peralatan boiler asli sudah aus. Praktik tiupan uap superpanas dalam konverter diperkenalkan kembali pada tahun 2008 dan menjadi mungkin bagi Columbus Stainless untuk mengoperasikan dua konverter dengan uap secara bersamaan. Menurut manajemen Columbus Stainless motivasi utama untuk memasang kembali kapasitas tiupan uap dalam konverter mereka adalah untuk mengurangi puncak Ar dan mengurangi konsumsi Ar keseluruhan untuk mencocokkan pasokan Ar dari pasar lokal dengan cara yang lebih baik.

Proses CLU

Seperti proses AOD, proses CLU juga menggunakan teknik pengenceran. Proses ini didasarkan pada prinsip bahwa dekarburisasi harus terjadi pada tekanan parsial karbon monoksida (CO) yang berkurang karena kesetimbangan karbon-kromium dalam kolam baja sangat bergantung pada tekanan parsial CO dalam gelembung yang dibuat selama dekarburisasi. Kesetimbangan karbon-kromium pada dua suhu dan tekanan berbeda ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar 2 Kesetimbangan Karbon – Kromium pada dua suhu dan tekanan berbeda

Penggunaan gas iners menurunkan tekanan parsial CO dalam kolam, sehingga memungkinkan konten kromium (Cr) lebih tinggi untuk berada dalam kesetimbangan dengan konten C yang lebih rendah. Insentif awal untuk mengembangkan teknologi CLU adalah keinginan untuk menurunkan tekanan parsial CO dengan bantuan pembuangan dengan gas iners yang lebih murah dan untuk mengurangi kebutuhan akan kuantitas Ar yang mahal dan ketersediaannya juga langka.

Periode dekarburisasi terdiri dari injeksi campuran oksigen-uap. Latar belakang dasar penggunaan uap dalam konverter terletak pada pengurangan uap yang direpresentasikan oleh persamaan berikut.

H2O (g) + 241.9 kJ/mol = H2 (g) + 0.5 O2 (g)

Uap terdisosiasi dalam baja, dan hidrogen (H2) bertindak sebagai gas pembuang dengan cara yang sama seperti Ar dalam proses AOD, dan O2 bertindak sebagai medium pemurnian. Proses disosiasi uap adalah endotermik dan mengambil panas dari kolam baja. Ini membantu dalam mengontrol suhu kolam baja.

Dalam proses mereka, Creusot-Loire juga mempertimbangkan kemampuan penggunaan tuyere dengan perlindungan bahan bakar, yang akan memungkinkan tiupan O2 murni dan adopsi teknik modern untuk pemurnian baja karbon. Dengan demikian, pemurnian dapat dilakukan dengan kecepatan tinggi dari konten C dan silikon (Si) awal yang sangat tinggi.

Penggunaan 1 kg uap superpanas menggantikan 1,25 N Cum Ar (atau N2), 0,625 N Cum O2 dalam hal gas proses dan 10 kg logam bekas dalam hal kapasitas pendingin. Uap superpanas terutama digunakan untuk menggantikan pendingin taktis dalam kasus di mana strategi yang diterapkan berarti konverter beroperasi dekat kapasitas maksimumnya. Uap superpanas juga dapat digunakan untuk pendinginan dalam kasus di mana pendingin yang sesuai tidak tersedia atau tidak dapat ditangani logistik.

Hidrogen (H2) dari uap larut dalam baja dengan cara yang mirip dengan N2. Tidak seperti N2, pengeliminasinya adalah sangat cepat hingga di bawah tingkat yang kritis dalam baja karang. Meski H2 dapat menjadi masalah untuk banyak jenis baja, untuk baja karang tidak dan tingkat H2 5 hingga 6 ppm (bagian per juta) adalah normal saat penapisan konverter untuk standar kelas baja karang 304 terlepas dari pemrosesan CLU atau AOD. Cetakan baja karang umum dapat dilakukan dengan baik di atas 10 ppm.

Keuntungan dan Karakteristik Proses Lainnya

Keuntungan utama proses CLU adalah suhu operasi yang lebih rendah dalam konverter (50 derajat C hingga 100 derajat C lebih rendah) dibandingkan suhu operasi dalam proses AOD. Kerugian kromium (Cr) tambahan yang mungkin timbul dari proses ini dapat diatasi dengan penambahan ferrosilicon (Fe-Si) tambahan untuk reduksi lumpur. Keuntungan utama lainnya dari proses ini adalah sebagai berikut.

• Kemungkinan untuk mengontrol suhu selama dekarburisasi (tanpa penggunaan tambahan pendingin) dengan variasi hubungan antara O2 dan uap.
• Biaya gas pengencer rendah. Ini memiliki efek signifikan pada biaya produksi baja karang.
• Proses menggunakan ferrochromium (Fe-Cr) berharga rendah dengan konten Si dan C yang tinggi.
• Suhu operasi yang rendah dan fakta bahwa konverter ditiup bawah menghasilkan umur lapisan yang lebih tinggi dan biaya refraktori yang lebih rendah

Kondisi desulfurisasi sekitar sama dengan dalam proses AOD. Dari sudut pandang desulfurisasi, konten Si yang tinggi adalah keuntungan dalam operasi tungku arc. Namun, konten Si yang lebih tinggi dalam baja cair harus dikompensasi dengan kapur tambahan untuk mempertahankan keasaman lumpur pada tingkat optimal.

Untuk menghilangkan H2 yang larut dalam baja pada akhir periode pemurnian, sekitar 1,5 Cum Ar per ton baja ditiupkan.

Oksidasi Cr lebih tinggi dari dalam proses AOD ketika dekarburisasi dilanjutkan di bawah 0,18% C. Meskipun ada persyaratan Si yang lebih tinggi dalam proses masih ada penghematan biaya karena konsumsi Ar berharga rendah lebih rendah. Selain itu, penggunaan uap selama seluruh periode juga dapat menghasilkan konten H2 yang tidak diinginkan dalam baja yang dipurnai jika tidak dikontrol dengan baik. Oleh karena itu, praktik yang sesuai harus dikembangkan dan mekanisme kontrol harus diintegrasikan dalam proses untuk penggunaan berbagai jumlah uap, Ar, dan N2.

Parameter Biasa

Parameter biasa dan kondisi untuk kelas baja karang 304 dan 409 untuk proses CLU diberikan dalam Tab 1.

Tab 1 Parameter dan kondisi biasa untuk kelas 304 dan kelas 409
Parameter	Unit	Kelas 304	Kelas 409
Carbon target	%	0,03	0,01
Nitrogen target	ppm	350	100
Carbon masuk	%	1,65	0,96
Silikon masuk	%	0,2	0,13
Oksigen	N Cum/ton	27,7	22,4
Nitrogen	N Cum/ton	13,5	1,7
Uap	N Cum/ton	10,4	6
Hidrogen	ppm	5,9	3,8
Argon	N Cum/ton	7	17,1
Silikon (reduksi)	Kg/ton	15,5	15,9