Solusi Lining Refraktori untuk Tundish Penyamburan Berkelanjutan
Lining Refraktori Tundish Penyamburan Berkelanjutan
Dalam continuous casting (CC) baja, tundish adalah wadah yang dilapisi refraktori yang berfungsi sebagai buffer yang terletak antara ladle dan CC mould. Tundish berfungsi sebagai reservoir dan wadah distribusi. Selama bertahun-tahun, telah terjadi perubahan dramatis pada CC tundish. Dari sekadar reservoir dan wadah distribusi, tundish saat ini dianggap sebagai wadah pemurnian baja dan bidang baru yang sepenuhnya baru dalam proses teknologi pembuatan baja telah muncul yang dikenal sebagai tundish metallurgy. Tundish saat ini juga memenuhi beberapa fungsi metalurgi seperti feeding baja cair ke mould dengan laju yang terkontrol, dan homogenisasi termal dan kimia, dll. Ini juga berfokus pada perbaikan berkelanjutan dari banyak parameter terkait kualitas seperti fluid dynamics, isolasi termal, floatasi dan pengeliminasi inklusi, dan penyerapan hidrogen, dll.
Berbagai refraktori yang terkait dengan tundish mencakup tundish lining materials (baik permanent dan working lining), dams dan weirs, impact pad, flow control system (monoblock stopper atau slide gate), pouring stream protection antara tundish dan mould (shroud atau submerged entry nozzle, SEN), tundish nozzle, dan seating block. Dams dan weirs terbuat dari papan magnesite (MgO) atau bata alumina (Al2O3). Baja cair dari tundish ke mould diumpankan oleh nozzle yang terendam dalam baja cair di mould. SEN harus tahan terhadap korosi dan pelupasan. Nozzle clogging juga penting. Isostatic pressed SEN dengan alumina graphite-fused silica umumnya digunakan.
Gambar 1 menunjukkan tundish typis bersama dengan refraktori-nya.
Gambar 1 Tundish typis beserta refraktori
Desain lining refraktori dan kualitas refraktori yang digunakan untuk lining memiliki pengaruh besar pada parameter operasional mesin CC seperti super heat requirements, kecepatan mesin, fenomena seperti initial cold running stopper, nozzle clogging, tundish through, dll. Karena suhu ekstrim yang terlibat, lining refraktori tundish harus dirancang untuk menahan thermal shock, mencegah kerugian panas, mencegah oksidasi, dan menahan erosi dan korosi sambil mencegah baja cair terkontaminasi dengan impuritas yang tidak diinginkan. Seleksi refraktori untuk tundish juga kritis karena urutan penamburan yang panjang, waktu turnaround tundish yang lebih cepat, umur kampanye yang lebih tinggi, kebersihan baja, dan karena refraktori tundish membentuk biaya spesifik tinggi dalam operasi CC.
Bahan lining tundish memiliki pengaruh langsung pada kualitas baja cair, karena dekat dengan tahap pengesahan. Tundish working lining tetap dalam kontak dengan baja dan erosi dimulai di antarmuka baja cair-air dengan fluktuasi tingkat baja cair di tundish. Oksida logam yang berbeda yang ada dalam baja cair adalah agen erosi primer untuk lining refraktori tundish. Escoria yang berkontak dengan refraktori tundish selama penamburan dan tundish covering powder juga bertanggung jawab atas erosi. Titik awal erosi adalah pembentukan 'hair cracks' di antarmuka baja cair-air karena thermal spalling. Penetrasi baja cair dan escoria terjadi melalui hair cracks ini dan kemudian erosi terjadi. Selanjutnya, interaksi kompleks di antarmuka refraktori-baja cair juga dapat menurunkan kualitas baja karena terbentuknya inklusi. Erosi yang lebih rendah pada working lining memastikan kurang inklusi non-logam dalam baja.
Lining refraktori tundish memiliki umur yang ditentukan tergantung pada kualitas lining dan jenis escoria tundish. Reaksi kimia antara lapisan working lining refraktori dan escoria tundish sangat penting terutama dalam kasus di mana ada urutan penamburan. Lining refraktori working di tundish tunduk pada berbagai stres yang timbul dari beban termo-kimia. Kimia escoria dan viskositas escoria memainkan peran penting dalam aus lining refraktori. Dalam praktis komposisi escoria tundish bervariasi secara luas bahkan dalam durasi satu urutan. Oleh karena itu, tidak ada komposisi refraktori yang memberikan performa yang baik dengan semua jenis escoria tundish yang biasanya ditemui selama operasi.
Diinginkan agar lining refraktori tundish memenuhi sejumlah fungsi yang berbeda yang mencakup resistensi terhadap baja cair (suhu solidus tinggi), resistensi terhadap escoria tundish, konduktivitas termal rendah (properti isolasi termal yang baik), stabilitas yang baik (tidak ada aus refraktori selama penamburan), resistensi tinggi terhadap thermal shock, inert kimia, harus dapat dibuang setelah penggunaan, dan harga yang wajar. Selanjutnya lining refraktori tundish harus memiliki potensi oksigen yang rendah, resistensi mekanis yang baik, penyerapan hidrogen yang rendah oleh baja, dan mudah deskulling.
Ada beberapa praktis lining refraktori tundish yang digunakan. Ini mencakup (i) brick lining, (ii) gunnable lining, (iii) tundish board lining, (iv) sprayable tundish lining, dan (v) dry tundish lining. Setiap praktis memiliki keuntungan dan kerugian baik dalam hal operasi dan dampak pada kualitas baja. Praktis lining tundish ini dijelaskan di bawah ini.
Brick lining
Brick lining tundish hadir bersama dengan pengenalan teknologi CC untuk penamburan baja cair pada tahun 1960. Ini pada dasarnya perluasan praktis refraktori ladle ke tundish. Dalam jenis lining ini, bata alumina tinggi biasanya digunakan. Bata dalam kontak langsung dengan baja cair, setelah preradehang.
Keuntungan jenis lining ini adalah risiko rendah penyerapan hidrogen oleh baja cair, inventaris rendah, tidak ada investasi dalam peralatan lining khusus, dan risiko rendah wash out lining.
Kerugian brick lining adalah persyaratan curing yang intensif, waktu persiapan tundish yang lama, intensitas tenaga kerja tinggi, isolasi buruk, konduktivitas termal tinggi yang berkontribusi pada kehilangan suhu yang lebih tinggi, tidak ada kemungkinan cold start, kemungkinan tundish through karena kehadiran joint yang lemah, stripping lining yang sulit yang sudah digunakan, dan persyaratan jumlah besar tundish.Gunnable lining
Gunnable lining di tundish diperkenalkan awalnya oleh industri baja Jepang untuk mengatasi masalah brick lining. Dalam metode ini, bubuk refraktori kering dengan komposisi yang tepat setelah fluidisasi dipindahkan dan dipasang pada dinding tundish dengan menggunakan mesin gunning untuk mendapatkan lining monolitik. Awalnya ini berbasis alumino-silicate dan kemudian dikonversi ke jenis basa (berbasis magnesite) untuk membantu praktis metalurgi. Conventional tundish gunning materials dirancang untuk memiliki kekuatan rendah antara 1000 derajat C hingga 1250 derajat C.
Fitur ini membantu pembentukan zona lemah antara backup lining dan sintered zone, yang ganti-ganti memfasilitasi deskulling yang mudah. Salah satu banyak kerugian tundish gunning material adalah penyusutan pada suhu tinggi yang menurunkan performa gunning material. Penyusutan yang tinggi menyebabkan stres tinggi dan pembentukan retakan yang berikutnya selama operasi sedangkan penyusutan yang rendah dapat menjadi hambatan untuk deskulling yang mudah.
Jenis lining ini menyediakan struktur monolitik tanpa joint dan operasi deskulling yang relatif ditingkatkan tetapi sedikit yang diperoleh dengan rigu waktu preradehang atau kehilangan panas karena kepadatan tinggi dari gunned linings. Jenis lining ini cenderung retakan dan pelupasan selama preradehang cepat dan oleh karena itu tundish dengan gunnable lining tidak dapat diadopsi dalam praktis cold start.
Keuntungan gunnable lining adalah risiko rendah penyerapan hidrogen oleh baja cair, inventaris rendah, tidak ada joint, lebih sedikit intensif tenaga kerja, pemasangan yang relatif mudah dalam waktu lebih singkat, dan relatif lebih mudah untuk deskull.
Kerugian jenis lining ini adalah persyaratan curing yang intensif, pemborosan tinggi karena rebound losses, isolasi buruk, tidak ada kemungkinan cold start, risiko wash out yang tinggi, stabilitas termal rendah, masalah debu, intensitas energi, biaya tinggi, kesulitan dalam menerapkan ketebalan yang bervariasi, dan investasi yang diperlukan untuk peralatan gunning.Tundish board lining
Sekarang setelah pengenalan continuous casting, disadari bahwa beberapa jenis lining yang dapat dibuang diperlukan untuk mengurangi biaya refraktori dan meningkatkan isolasi termal. Bata dan produk gunning konvensional tidak andal dan tidak memberikan isolasi termal. Pengenalan tundish boards yang padat rendah, dapat dibuang, dibentuk sebelumnya dan dikuring sebelumnya pada pertengahan tahun 1970 menawarkan isolasi termal yang baik dan konsumsi refraktori yang rendah. Namun tundish board linings memiliki kerugian yaitu lebih banyak tenaga kerja dan waktu yang diperlukan untuk persiapannya.
Lining ini dengan papan berbasis silika (SiO2) telah menjadi populer di area di mana biaya tenaga kerja rendah dan teknologi aplikasi tidak mudah tersedia. Popularitas tundish board lining juga karena biaya rendah, tidak perlu investasi dalam peralatan, dan mudah deskull. Penggunaan papan berbasis SiO2 hanya memungkinkan praktis cold start. Pada tahun 1980 papan berbasis magnesite (MgO) diperkenalkan untuk memenuhi persyaratan preradehang untuk praktis hot start yang diperlukan untuk pertimbangan hidrogen rendah dalam pembuatan baja alloy berkualitas tinggi. Papan berbasis SiO2 digunakan untuk mild steel dan papan MgO untuk special steels dan untuk baja dengan kandungan kalsium yang tinggi. Alasannya adalah silika diserang oleh kapur, alumina dan oksida besi yang ada dalam baja.
Keuntungan tundish board lining meliputi inventaris tundish yang lebih rendah, penyerapan hidrogen yang rendah dalam kasus papan dengan hot start, bentuk lining yang seragam, tidak perlu curing, isolasi yang baik, kemungkinan cold start dan consequently hemat energi, deskulling yang lebih mudah, kebutuhan energi yang rendah, tidak perlu investasi dalam peralatan, risiko wash out yang rendah, dan lingkungan kerja yang lebih baik.
Kerugian tundish board lining meliputi kehadiran joint, sand backing, bahaya penyerapan hidrogen dalam kasus cold start, intensif tenaga kerja, kebutuhan inventaris yang tinggi, masalah penanganan/kerusakan, dan biaya tinggi dalam kasus papan berbasis magnesite.Sprayable tundish lining
Sprayable tundish lining pertama kali dikembangkan pada 1982 dan digunakan luas sejak pertengahan tahun 1980. Saat ini digunakan di lebih dari 50 persen tundish di seluruh dunia. Jenis lining ini berhasil menggabungkan banyak keuntungan tundish board lining dan gunnable lining, sambil menghilangkan kerugian seperti joint, sand backing, rebound losses, masalah debu, dan isolasi buruk, dll. Kualitas lining tergantung pada keterampilan operator spraying dan peralatan pengeringan.
Dalam sprayable tundish lining, slurry kental bahan refraktori dicampur secara menyeluruh dan diangkut serta ditumpahkan pada tundish setelah diatomisasi dengan udara terkompresi. Bahan refraktori yang digunakan terutama adalah MgO dan SiO2. Kandungan MgO biasanya dalam kisaran 70 persen hingga 90 persen dengan persentase sisa SiO2. Untuk durasi urutan penamburan yang lebih lama, jumlah MgO yang lebih tinggi bersama dengan ketebalan lining yang lebih tinggi diperlukan. Operasi lining juga dapat dilakukan dengan sistem aplikasi robot.
Karena pencampuran homogen dilakukan dalam lining ini sebelum produk diterapkan, penggabungan aditif kimia khusus memungkinkan yang membantu untuk meningkatkan properti stabilitas termal lining dan memberikan fleksibilitas yang baik. Untuk bonding kimia dalam massa yang di-spray, preradehang pada sekitar 1000 derajat C diperlukan.
Sprayable tundish lining memiliki keuntungan signifikan berupa kepadatan lining yang lebih rendah dan kontrol yang lebih baik atas ketebalan lining dibandingkan dengan gunnable linings. Dalam jenis lining ini biasanya serat dan kimia lain ditambahkan ke massa refraktori. Lining di-preradehang dalam kasus hot start tundish, atau diizinkan untuk mendingin ke suhu ruangan dan diambil sebagai cold start tundish. Integritas lining harus dijamin selama curing dan ini memerlukan deposit bahan lining pada tundish permanent lining setelah suhunya di bawah 100 derajat C. Sebagai proses basah yang menggunakan hingga 30 persen air dan dengan kehadiran selang dan tumpahan, proses ini menciptakan masalah kesehatan dan keselamatan kerja.
Keuntungan sprayable tundish lining meliputi risiko rendah penyerapan hidrogen, tidak ada joint, inventaris rendah, lebih sedikit intensif tenaga kerja, mudah deskull, properti isolasi yang baik, kemungkinan cold start, dan ketebalan lining yang dapat dikontrol.
Kerugian lining meliputi kebutuhan investasi dalam peralatan, kebutuhan curing yang intensif, dan risiko wash out yang sedang.Dry tundish lining
Dry tundish lining dikembangkan pada saat yang sama dengan sprayable tundish lining. Namun, harga phenolic resin powder yang tinggi dan masalah kesehatan dan keselamatan yang terkait telah mengakibatkan dry tundish linings hanya digunakan di sejumlah pabrik baja. Terakhir, sistem binder bebas resin (sodium silicate binder, atau glucose binder) telah menghilangkan masalah kesehatan dan keselamatan dan selain itu generasi kedua dari produk dry tundish telah diperkenalkan dengan waktu persiapan tundish yang signifikan dikurangi.
Proses dry tundish lining berbeda dari proses lining lainnya karena diterapkan dalam bentuk bubuk kering dan tidak memerlukan penambahan air. Biasanya lining ini menggunakan perekat resinous. Resin yang ditambahkan diaktifkan dengan memberikan sejumlah panas kecil. Pembentukan lining dilakukan dengan menggunakan former dan memberi makan bubuk kering dalam celah antara permanent lining dan former. Susunan pengeringan khusus diperlukan untuk mengeringkan massa ini pada sekitar 300 derajat C selama 24 jam untuk mengembangkan polimerisasi resin yang memberikan kekuatan padanya. Untuk aktivasi resin untuk mengembangkan ikatan, udara panas pada sekitar 400 derajat C diperlukan.
Kebutuhan akan getaran bubuk kering tergantung pada produk yang digunakan. Dry tundish lining memiliki isolasi yang relatif lebih rendah karena kepadatannya yang lebih tinggi. Ini memerlukan layanan crane tundish bay untuk pemasangannya. Dalam kasus dry lining karena tidak ada air yang digunakan, tidak ada adhesi langsung ke permanent tundish lining. Ini membantu deskulling yang baik dan memperpanjang umur tundish lining.
Satu keuntungan dry tundish lining adalah bahwa ia memastikan penyerapan hidrogen yang lambat dalam baja karena tidak memerlukan air untuk aplikasi. Sekitar 0,7- 0,9 ppm penyerapan hidrogen dilaporkan dibandingkan dengan 1,8 – 2,4 ppm dalam sprayable tundish lining. Finishing yang halus pada dry lining dan kemampuan untuk secara konsisten mereproduksi geometri lining menawarkan perbaikan kualitas baja dan resistensi erosi yang lebih baik sehingga berpotensi meningkatkan panjang urutan. Karena jenis produk ini adalah bubuk free-flowing, peralatan instalasi relatif sederhana dan mudah dirawat. Keuntungan lain dari dry lining adalah lining monolitik, inventaris rendah, lebih sedikit intensif tenaga kerja, waktu persiapan tundish yang lebih rendah, risiko wash out yang lebih rendah, mudah deskull karena tidak ada adhesi langsung ke permanent lining, aplikasi ramah lingkungan, kemungkinan urutan panjang, dan instalasi yang mudah dan cepat.
Kerugian lining meliputi investasi yang tinggi diperlukan, isolasi lebih rendah dan ketergantungan pada shop crane.
