Memahami Pengendapan Slag di Tungku Oksigen Dasar: Penyebab, Dampak, dan Mitigasi
Dalam pembuatan baja tungku oksigen dasar (BOF), aliran oksigen (O2) supersonik diinjeksi ke permukaan mandi besi panas. Elemen pengotor dalam mandi seperti karbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), dan fosfor (P) dioksidasi dan dihilangkan dari mandi dalam bentuk CO (karbon monoksida), CO2 (karbon dioksida), SiO2 (silika), MnO (oksida manganese), P2O5 (oksida fosfor pentoksida), dan oksida besi oleh O2 yang diinjeksi. Oksida gas, yang mengandung 90 % CO dan 10 % CO2, melarikan diri dari tungku dari atas dengan jumlah kecil oksida besi (FeO) dan debu kapur (CaO). Oksida cair lainnya melarut dengan flux yang ditambahkan membentuk slag cair yang kemudian memfasilitasi pemurnian mandi lebih lanjut.
Pengendapan adalah fenomena penting yang umum terjadi ketika gas ditiup melalui cairan viskos. Ini bermanfaat dalam pembuatan baja BOF karena membantu proses pemurnian dengan berbagai cara. Ini memberikan luas permukaan yang lebih besar untuk reaksi pemurnian dan melindungi mandi logam cair dari kontak langsung dengan atmosfer. Ini meningkatkan kinetika reaksi, transfer panas, dan efisiensi energi proses. Ini membentuk medium untuk post-combustion dan transfer panas. Ini melindungi lining refraktori dari efek pembakaran ekstrim dengan memberikan perisai untuk refraktori dan oleh karena itu memperpanjang umur lining refraktori. Ini bertindak sebagai penampung untuk oksida pengotor seperti Mn, Si, dan P, yang telah dioksidasi dari mandi cair. Selain itu, pengendapan slag mencegah mandi cair dioksidasi dan memungkinkan kontrol komposisinya. Ini juga bertindak sebagai isolator termal antara mandi panas dan lingkungan sekitar dan oleh karena itu mencegah kehilangan energi besar. Namun, pengendapan slag dalam pembuatan baja BOF dianggap sebagai fenomena yang perlu dikontrol ke volume terbatas untuk mendapatkan manfaatnya.
Pada dasarnya ada dua persyaratan untuk pengendapan slag. Ini adalah (i) reaksi atau proses yang menghasilkan gelembung gas kecil, dan (ii) properti slag yang sesuai untuk menjaga gelembung sebagai busa stabil. Biasanya, gas yang dihasilkan dari reaksi kimia cenderung membuat slag berbuih dengan gelembung lebih kecil, sedangkan injeksi fase gas seperti O2 dan Ar (argon) dll. menghasilkan gelembung yang lebih besar dan busa yang lebih tidak stabil.
Busa adalah hal yang umum terjadi di BOF yang dihasilkan oleh penangguhan gas dalam lapisan slag. Dengan kemajuan blowing, jumlah slag serta gas yang dihasilkan meningkat, dan oleh karena itu, pengendapan slag juga meningkat. Pengendapan slag dapat menjadi merugikan dan berbahaya ketika terbentuk dalam jumlah besar, dan meluap dari mulut konverter, yang disebut slopping mandi. Oleh karena itu, pengendapan slag harus dikontrol dengan baik untuk proses produksi yang berkelanjutan dan efisien. Dengan demikian, pemahaman yang menyeluruh tentang busa dan proses pengendapan diperlukan untuk mengoptimalkan proses dengan meminimalkan pengendapan slag.
Slag adalah bahan nonlogam yang dihasilkan dari produk reaksi oksidasi (SiO2, MnO, P2O5, dan FeO) dan flux yang melarut (kapur dan dolomit yang dibakar) selama proses pembuatan baja. Slag juga dapat mengandung senyawa oksida, gas terlarut, lining refraktori yang terlarut dan partikel padat dari flux yang tidak larut atau oksida/senyawa oksida yang terendap.
Slag memiliki densitas rendah dan oleh karena itu melayang di atas logam cair. Persyaratan utama dari slag dalam pembuatan baja BOF adalah untuk berfungsi sebagai kolam untuk oksida pengotor yang dioksidasi dan dihilangkan untuk terkumpul. Selain itu, komposisi dan suhu kolam slag ini membantu kemajuan reaksi pemurnian di konverter. Keuntungan lain dari memiliki lapisan slag di konverter yang beroperasi meliputi pelindungan mandi logam dari udara sekitar, menahan pelarutan lining refraktori konverter, dan mengontrol suhu mandi.
Komposisi slag (biasanya dalam sistem CaO–MgO–SiO2–FeO–Al2O3) secara langsung mempengaruhi viskositasnya, konduktivitas termal, densitas dan properti lainnya, yang menyebabkan dampak pada kemampuan slag untuk menghilangkan pengotor dari mandi logam cair. Slag umumnya tinggi viskositas dan rendah densitas, menyebabkan slag melayang di atas mandi logam massa. Sebagai hasil dari properti fisiknya, slag memiliki kemampuan untuk menangkap gelembung gas yang dihasilkan oleh reaksi kimia dan O2 yang diinjeksi, dan menghasilkan slag berbuih.
Slag berbuih (Gambar 1) dihasilkan ketika gas CO dihasilkan dan terjebak di dalam slag. Dekarburisasi baja adalah sumber untuk menghasilkan busa. Ketika jet O2 mengenai permukaan mandi, titik logam terpotong karena momentum tinggi dan akhirnya berada di dalam busa menciptakan emulsiona slag, gas dan titik logam. Dalam emulsiona, slag memiliki banyak permukaan titik logam untuk bereaksi, yang meningkatkan kinetika reaksi. Proses diharapkan akan jauh lebih lama jika tidak ada emulsiona. Emulsiona sangat penting untuk proses dan penting untuk memiliki komposisi slag yang tepat untuk menjaga pengendapan di bawah kontrol, dengan tingkat pengendapan yang tidak terlalu tinggi atau terlalu rendah. Waktu tinggal menentukan waktu reaksi yang mungkin antara slag dan titik logam yang bergerak dalam fase emulsiona.
Laju pembentukan gas memainkan peran penting dalam pembentukan dan pertumbuhan busa. Gas adalah produk dari proses dekarburisasi. Ini berlanjut (i) dengan oksidasi langsung di permukaan logam di titik panas sesuai persamaan [C] + 1/2O2(g) = CO(g), (ii) di dalam busa, secara tidak langsung oleh oksida besi bereaksi dengan titik logam sesuai persamaan [C] + (FeO) = CO(g) + {Fe} di mana (FeO) adalah produk oksidasi besi (Fe) oleh O2 murni sesuai persamaan {Fe} + 1/2 O2(g) = (FeO), dan (iii) di dalam leleh, oleh reaksi antara O2 terlarut dan C sesuai persamaan [C] + [O] = CO(g)..
Dekarburisasi sesuai reaksi di bawah (i), dan juga oksidasi Fe sesuai reaksi kedua di bawah (ii), dimulai segera dan berlanjut selama blowing, meskipun dalam kasus pertama dengan laju yang menurun, karena penurunan kontinu dalam kandungan C di permukaan logam. Laju oksidasi Fe lebih konstan, tetapi kandungan FeO yang dihasilkan di dalam slag akhirnya menurun karena konsumsi yang meningkat sesuai reaksi pertama di bawah (ii). Di akhir periode blowing kandungan FeO di dalam slag mulai meningkat lagi karena partisipasi FeO dalam proses dekarburisasi berkurang karena kandungan C rendah dari leleh. Di akhir blowing reaksi dekarburisasi yang mengendalikan adalah di antara C dan O2 terlarut di dalam leleh sesuai reaksi di bawah (iii). Oleh karena itu, laju dekarburisasi di akhir blowing bergantung pada transfer massa C dari bagian bawah ke bagian atas leleh dan O2 terlarut ke arah berlawanan. Reaksi utama yang terlibat dalam dekarburisasi leleh di konverter BOF ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Reaksi utama yang terlibat dalam dekarburisasi leleh di konverter BOF
Seperti yang ditunjukkan di kanan Gambar 1, laju dekarburisasi maksimum, dan oleh karena itu laju pembentukan gas maksimum, tercapai 25 % hingga 30 % ke dalam blowing, dan berlanjut secara besar di dalam busa sesuai reaksi pertama di bawah (ii). Laju cukup konstan dengan tingkat yang bergantung pada ketersediaan FeO dan pasokan titik logam yang dilempar dari zona impingement O2. Pada sekitar 80 % blowing laju pembentukan gas dengan cepat menurun karena kandungan C rendah di dalam leleh.
Slag berbuih bermanfaat untuk proses pembuatan baja dalam hal luas permukaan besar yang terbentuk dan perlindungan yang diberikan terhadap kontak langsung leleh dengan atmosfer. Biasanya, properti fisik slag berkembang mendukung pengendapan selama blowing, dan ketika coincided dengan laju produksi gas tinggi dari reaksi kimia, pengendapan slag dapat tidak terkendali dan meluap konverter menciptakan insiden slopping. Slopping adalah insiden yang merugikan, dan konsekuensinya meliputi kehilangan hasil, biaya kesehatan dan keselamatan, kerusakan peralatan dan polusi lingkungan.
Variabel proses yang mempengaruhi pengendapan di BOF adalah komposisi slag, kecepatan gas permukaan, suhu mandi, ukuran gelembung, dasaritas slag, densitas slag, viskositas slag, dan tegangan permukaan slag. Kecepatan gas permukaan biasanya diukur dalam meter per detik (m/s) dan merupakan kecepatan gas sebenarnya dikalikan dengan fraksi volume gas.
Komposisi slag adalah salah satu variabel proses yang paling penting yang mempengaruhi pengembangannya, yang berkembang selama blowing, umumnya, mendukung pengendapan. Ini karena fakta bahwa properti fisiko-kimia slag seperti densitas, viskositas, tegangan permukaan, dan dasaritas, bervariasi dengan komposisi slag. Pengendapan pada kecepatan gas permukaan yang sangat tinggi seperti yang ditemukan dalam pembuatan baja BOF (yaitu lebih dari 1 m/s), cairan dipegang oleh aliran gas. Diargumen bahwa dalam situasi ini fraksi void (VF) sangat bergantung pada kecepatan gas permukaan, sementara lemah bergantung pada properti fisik slag dan cairan. Lebih lanjut, pembentukan dan keberadaan penahanan gas ini diatur oleh gravitasi dan gaya drag pada cairan yang diberikan oleh gas.
Slag berbuih terbentuk ketika gas yang diinjeksi dan dihasilkan oleh reaksi pemurnian terjebak oleh slag selama proses. Untuk slag berbuih, jumlah gas yang terjebak oleh slag diukur oleh VF atau fraksi gas, dan VF umumnya bervariasi dalam rentang 0,7 hingga 0,9. Gambar 2 menunjukkan kolom busa tipikal dengan berbagai lapisan busa menurut VF. Efek gabungan dari properti fisik slag yang berkembang selama blowing adalah mendukung stabilisasi busa, dan ketika coincided dengan laju dekarburisasi yang tinggi di setengah pertama blowing, volume slag berbuih meningkat dengan cepat.
Gambar 2 Kolom busa tipikal yang menunjukkan struktur lapisannya
Indeks pengendapan (FI) adalah indikasi dari tingkat pengendapan dan adalah rasio antara tinggi busa dan kecepatan gas permukaan. Oleh karena itu, satuan FI adalah waktu yang biasanya dalam rentang 0,6 detik (s) hingga 1,3 s. Dengan demikian, FI dapat ditafsirkan sebagai ukuran waktu yang dibutuhkan gas proses untuk secara vertikal melewati busa. Dengan laju pasokan O2 konstan kecepatan gas dapat dianggap cukup konstan selama periode dekarburisasi utama blowing, yaitu tinggi busa proporsional langsung dengan FI.
Properti yang sangat penting terkait dengan FI adalah viskositas schijn dari emulsiona. Semakin tinggi viskositas schijn, semakin tinggi FI. Konsekuensi yang jelas adalah peningkatan viskositas schijn secara otomatis mengakibatkan peningkatan tinggi busa, dan dengan viskositas schijn yang cukup tinggi, busa akhirnya mulai mengalir di atas konverter, yaitu slopping terjadi. Salah satu parameter yang sangat mempengaruhi viskositas schijn adalah kehadiran partikel padat. Menurut sebuah studi, peningkatan fraksi partikel padat hanya 10 %, ada peningkatan viskositas schijn 50 % dan setidaknya peningkatan yang setara dalam tinggi busa.
Efek komposisi slag terhadap pengembangannya menjadi subjek studi eksperimental, menggunakan slag CaO-SiO2-FeO dalam rentang suhu 1.250 derajat C hingga 1.400 derajat C. Slag terkandung dalam timbaga alumina, dan gas argon (Ar) diinjeksi untuk membuat slag berbuih. Hasil yang diamati tentang efek parameter yang berbeda terhadap pengendapan slag diekspresikan menggunakan FI, yang pertama kali digunakan untuk sistem air. FI memiliki arti waktu perjalanan rata-rata gas melalui lapisan busa dan dapat diekspresikan dengan persamaan FI = delta h/delta Vg, dan Vg = Qg/A. Di sini delta h adalah perubahan tinggi slag, dan Vg adalah kecepatan gas permukaan, Qg adalah debit gas, dan A adalah luas penampang wadah. FI diamati berubah antara 0,3 s hingga 56 s untuk slag metalurgi dengan komposisi yang berbeda. Hubungan di atas dianggap valid ketika VF busa independen dari tinggi busa. Tingkat pengendapan slag sejak itu sering didefinisikan menggunakan FI.
Metode lain untuk menghitung FI dapat diekspresikan sebagai 'laju perubahan volume busa = laju pembentukan atau injeksi gas - laju perubahan volume akibat pecahnya gelembung'. Dengan demikian, FI juga dapat diekspresikan dalam bentuk persamaan FI = 1/k.e, di mana, 'k' adalah konstanta laju untuk pembusukan gelembung, dan 'e' adalah VF rata-rata. Namun, definisi FI ini adalah untuk sistem steady state, yang memiliki debit gas dan komposisi kimia yang hampir konstan. Namun, untuk menjelaskan kebusaan slag BOF, diperlukan FI dinamis yang mempertimbangkan sifat dinamis dari pembentukan gas dan komposisi slag yang direpresentasikan oleh FI(d) = f(r).FI di mana f(r) = (laju pembentukan gas + laju perubahan volume slag)/ laju perubahan volume slag. FI adalah properti slag yang berubah dengan waktu selama blowing dan melalui maksimum.
Dalam studi lain, telah ditunjukkan bahwa FI terkait dengan properti fisik slag. Hubungan ini menunjukkan bahwa FI meningkat dengan peningkatan viskositas slag, sementara berkurang dengan peningkatan densitas dan tegangan permukaan slag.
Efek kecepatan gas permukaan terhadap pengendapan slag
Efek kecepatan gas permukaan terhadap pengendapan slag CaO-SiO2-FeO, di mana busa dihasilkan dengan injeksi gas Ar telah diteliti. Teramati bahwa tinggi busa meningkat linier dengan peningkatan kecepatan gas permukaan.
Dalam proses peleburan reduksi, konverter beroperasi sekitar 0,3 m/s hingga 3,0 m/s kecepatan gas permukaan. Busa yang diamati pada kecepatan gas permukaan rendah berbeda dengan yang diamati pada kecepatan gas tinggi. Busa pada kecepatan gas permukaan tinggi (yaitu lebih dari 1 m/s) adalah slag yang diperluas, di mana seluruh volume cair diperluas secara merata dalam cara turbulen dan menggelegar. Tinggi campuran dan VF dari slag yang diperluas ini meningkat dengan peningkatan kecepatan gas permukaan, dan runtuh segera dengan penghentian aliran gas. Di sisi lain, busa yang dihasilkan pada kecepatan gas permukaan rendah (yaitu 0,01 m/s hingga 0,1 m/s) seperti busa sabun, dan busa ini runtuh secara bertahap dengan penghentian aliran gas. Pengamatan ini ditemukan valid untuk kecepatan gas permukaan yang lebih tinggi yang umum untuk proses peleburan reduksi, ketika tidak ada oksida yang tidak larut yang mengubah viskositas slag.
Di sisi lain, dalam salah satu studi, disarankan bahwa pengendapan pada kecepatan gas permukaan yang lebih tinggi seperti yang ditemukan dalam pembuatan baja BOF (yaitu lebih dari 1 m/s), cairan dipegang oleh aliran gas. Diargumen bahwa dalam situasi ini VF sangat bergantung pada kecepatan gas permukaan, sementara lemah bergantung pada properti fisik slag dan cairan. Lebih lanjut, pembentukan dan keberadaan penahanan gas ini diatur oleh gravitasi dan gaya drag pada cairan yang diberikan oleh gas.
Efek komposisi slag terhadap pengendapan slag
Komposisi slag adalah salah satu faktor paling penting yang mempengaruhi pengembangannya, yang berkembang selama blowing, umumnya, mendukung pengendapan. Ini karena fakta bahwa properti fisiko-kimia slag seperti densitas, viskositas, tegangan permukaan, dan dasaritas, bervariasi dengan komposisi slag.
Dalam salah satu studi, telah diperhatikan bahwa penambahan P2O5 sedikit menurunkan FI, sedangkan penambahan S secara marjinal menurunkan FI. FI ditemukan berkurang dengan penambahan CaF2 (kalium fluorida) secara signifikan, sementara meningkat secara signifikan dengan penambahan MgO. Pengamatan ini dibuat dalam studi untuk slag CaO-SiO2-FeO pada 1.400 derajat C, di mana injeksi gas Ar telah menghasilkan busa. Dalam studi ini, juga diamati bahwa FI meningkat dengan meningkatnya konsentrasi partikel.
Efek penambahan FeO dan MgO terhadap FI dari slag CaO-SiO2-FeO-MgO telah menjadi subjek studi lain. FI diamati berkurang dengan meningkatnya kandungan FeO hingga sekitar 20 % dari massa FeO dalam slag dan kemudian tetap konstan hingga konsentrasi massa sekitar 32 % FeO dalam slag. Penambahan MgO (oksida magnesium) juga menunjukkan tren yang sama dengan FeO dengan menurunkan indeks pengendapan dengan penambahannya ke slag 35 %CaO-35 %SiO2-30 %FeO.
Saat menganalisis evolusi FI dengan komposisi slag, efek penambahan MnO dan P2O5 terhadap FI juga layak dipertimbangkan. Efek penambahan MnO dan P2O5 ke slag CaO-SiO2-30FeO-MgOsaturated masing-masing telah menjadi subjek satu studi. Teramati bahwa FI sedikit berkurang dengan meningkatnya MnO dalam slag, sementara meningkat dengan penambahan P2O5 hingga 3 % dan kemudian berkurang dengan penambahan P2O5 lebih lanjut.
Efek suhu terhadap pengendapan slag
Peningkatan suhu slag telah diamati menurunkan indeks busa dari slag 35 %CaO-35 %SiO2-30 %FeO-10 %MgO selama studi yang dilakukan dalam rentang suhu 1.400 derajat C hingga 1.550 derajat C. Pengamatan ini dapat dikaitkan dengan koefisien suhu positif dari tegangan permukaan dan koefisien suhu negatif dari viskositas. Efek tegangan permukaan dan viskositas terhadap pengendapan slag adalah sehingga peningkatan tegangan permukaan mendesakkan busa sementara peningkatan viskositas menstabilkan busa. Oleh karena itu, efek gabungan dari dua properti di atas mengurangi FI dengan peningkatan suhu.
Efek ukuran gelembung terhadap pengendapan slag
Pengamatan umum adalah bahwa pengendapan slag berbanding terbalik dengan ukuran gelembung. Dengan kata lain, busa yang terdiri dari gelembung yang lebih besar runtuh lebih awal dibandingkan dengan yang terdiri dari gelembung yang lebih kecil. Pengamatan ini telah diteliti dalam studi dengan injeksi gas Ar melalui nozzle multi-orifis ke dalam leleh jenis peleburan. Pengendapan slag yang sama oleh gelembung yang dihasilkan dari reaksi antarmuka telah diteliti. Diameter gelembung rata-rata gelembung yang dihasilkan dari nozzle orifis tunggal telah 13,5 mm, sementara dari nozzle multi-orifis sekitar 7,5 mm. Teramati bahwa tinggi busa yang diukur ketika injeksi gas melalui nozzle multi-orifis sekitar 70 % lebih besar daripada yang diukur ketika injeksi gas melalui nozzle orifis tunggal. Gelembung yang lebih besar yang dihasilkan dari injeksi gas Ar melalui nozzle orifis tunggal, berbentuk poliedra. Di sisi lain, ketika gelembung dihasilkan dari CO yang dihasilkan oleh reaksi antarmuka, gelembung diamati sebagai gelembung gas sferika halus, dan busa yang dihasilkan relatif lebih stabil. Namun, dalam kedua kasus, ukuran gelembung berbanding terbalik dengan FI (Gambar 3).
Gambar 3 Efek diameter gelembung terhadap FI
Pengamatan ini telah dijelaskan oleh fakta bahwa peningkatan ukuran gelembung meningkatkan drainase. Terlihat bahwa area lintas batas platil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 mempengaruhi kecepatan drainase. Dengan kata lain, area lintas lebih besar untuk gelembung yang lebih besar meningkatkan drainase dibandingkan dengan gelembung yang lebih kecil. Pengaruh diameter gelembung terhadap FI menunjukkan proporsi terbalik antara ukuran gelembung dan FI, meskipun dengan tingkat pengaruh yang berbeda. Namun, dalam pembuatan baja BOF, slag berbuih terutama dihasilkan oleh penangguhan gas CO dalam lapisan slag, dan dalam hal ini, laju dan jumlah produksi CO, aliran fluida turbulen, dan tegangan permukaan adalah efek utama pada ukuran gelembung.
Efek dasaritas slag terhadap pengendapan slag
Dalam studi yang dilakukan pada slag CaO-SiO2-FeO untuk menyelidiki faktor yang mempengaruhi pengendapan, efek dasaritas slag terhadap pengembangannya telah diteliti. Pengamatan yang dibuat dalam studi adalah bahwa FI melalui minimum dengan peningkatan dasaritas. Ada penurunan awal FI dengan peningkatan dasaritas yang disebabkan oleh penurunan viskositas dan peningkatan tegangan permukaan, karena mereka memiliki efek negatif pada FI. Komposisi CaO pada minimum FI merujuk pada komposisi liquidus, yang terendap jika melebihi. Oleh karena itu, setelah komposisi liquidus, penambahan CaU lebih lanjut terendap sebagai partikel padat 2CaO.SiO2, meningkatkan viskositas dan oleh karena itu menstabilkan busa.
Efek densitas slag terhadap pengendapan slag
Densitas adalah properti fisik penting lainnya, yang memiliki efek yang besar pada pengendapan slag. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, densitas slag meningkat dengan akumulasi komponen slag seperti FeO, MnO, dan MgO, dan menurun dengan peningkatan SiO2 dan suhu.
Gambar 4 Densitas slag
Oleh karena itu, FI berkurang dengan akumulasi FeO, MnO, dan MgO, dan meningkat dengan peningkatan kandungan SiO2 dalam slag. Lebih lanjut, FeO juga dianggap mampu menurunkan viskositas dengan kandungannya yang meningkat dalam slag. Proporsi terbalik ini antara FI dan densitas slag ditunjukkan dalam beberapa studi dan jelas bahwa indeks pengendapan berkurang dengan peningkatan densitas slag, meskipun dengan tingkat pengaruh yang berbeda yang ditemukan dalam berbagai studi.
Efek viskositas slag terhadap pengendapan slag
Viskositas slag dan evolusinya selama blowing juga memainkan peran signifikan dalam pengendapan slag. Viskositas slag terutama diatur oleh pembentuk jaringan seperti SiO2, dan penambahan oksida logam, seperti FeO, MgO, MnO, dan CaO, memecah struktur jaringan dan mengurangi viskositas slag.
Pengamatan umum adalah bahwa slopping terjadi dalam beberapa menit pertama dari blowing selama proses pembuatan baja BOF. Ini adalah karena viskositas slag yang meningkat karena suhu rendah dan kehadiran partikel kapur yang tidak larut di awal proses, secara bersamaan dengan laju dekarburisasi yang tinggi. Lebih lanjut, jika jalur slag, turun di bawah suhu liquidus slag, partikel fase kedua terendap. Partikel fase kedua ini, yang ukurannya lebih kecil daripada gelembung busa, meningkatkan viskositas slag cair dan menstabilkan busa. Namun, volume busa meningkat dengan peningkatan viskositas hanya hingga nilai viskositas kritis, setelahnya gas mulai mengalir melalui slag tanpa busa. Telah ditunjukkan dalam beberapa studi bahwa FI meningkat dengan peningkatan viskositas slag.
Pada dasarnya, efek viskositas adalah pada drainase dan pecahan film gelembung di dalam busa. Peningkatan viskositas menstabilkan busa dengan meningkatkan ketebalan film gelembung untuk menahan penggabungan gelembung dan dengan mengurangi aliran cairan ke bawah (yaitu drainase cairan) dari film melalui batas platil.
Efek tegangan permukaan slag terhadap pengendapan slag
Tegangan permukaan cairan ada karena gaya kohesif yang diberikan pada molekul pada permukaan cairan oleh molekul lain dalam cairan. Sebagai hasilnya, tegangan permukaan bertanggung jawab atas pembentukan titik dan untuk mencegah molekul cairan melarikan diri dari cairan. Dalam kasus pembuatan baja BOF, pembentukan emulsiona slag/logam dan busa dipengaruhi oleh tegangan permukaan slag. Lebih lanjut, transfer massa antara slag dan logam juga dipengaruhi oleh tegangan permukaan slag dalam程度 yang cukup besar. Tegangan permukaan besi cair murni sekitar 1,8 N/m pada 1.550 derajat C, yang sekitar 25 kali lebih tinggi dari pada air. Di sisi lain, tegangan permukaan oksida cair murni dan slag sangat rendah, berkisar antara 0,20 N/m dan 0,70 N/m.
Tegangan permukaan slag cenderung bervariasi dengan suhu dan komposisi slag. Non-logam seperti S, P, O2, dan N2 (nitrogen) aktif permukaan dengan kekuatan yang berbeda dalam besi cair. Di sisi lain, oksida termasuk SiO2, P2O5, dan MnO, menurunkan tegangan permukaan slag, sementara Al2O3 (alumina) sedikit meningkatkan tegangan permukaan.
Tegangan antarmuka antara logam dan slag juga adalah faktor penting dalam proses pembuatan baja BOF, mirip dengan tegangan permukaan. Oleh karena itu, tegangan antarmuka mempengaruhi pembentukan emulsiona logam/slag dan transfer massa antara logam dan slag mirip dengan perilaku tegangan permukaan. Ketika tegangan antarmuka di antarmuka slag/logam rendah, proses pemurnian didorong melalui bantuan transfer massa antarmuka dan pembentukan busa/emulsiona, yang menguntungkan. Namun, tegangan antarmuka rendah juga dapat mendorong penangkapan titik slag oleh logam cair, dan aderasi yang kuat antara slag dan logam, yang membuat pemisahan fisik slag dari logam lebih sulit pada tahap tapping.
Berbagai elemen yang ditambahkan ke besi cair mempengaruhi berbagai tingkat pada tegangan antarmuka antara logam cair dan slag. Secara umum, hampir semua elemen yang ditambahkan menurunkan tegangan antarmuka besi cair. Dalam pembuatan baja BOF, O2 dan S dianggap sebagai elemen aktif permukaan terkuat dalam logam, yang menurunkan tegangan antarmuka secara luar biasa. Lebih lanjut, FeO dan MnO dianggap sebagai komponen oksida aktif permukaan dalam slag yang mengurangi tegangan antarmuka antara logam dan slag.
Agar slag peleburan mandi berbuih, kehadiran komponen aktif permukaan seperti P2O5, CaF2, Fe2O3 (oksida ferrik), V2O5 (oksida vanadium pentoksida), dan Na2O (oksida sodium) adalah penting. Senyawa aktif permukaan semacam itu memiliki kemampuan untuk mengurangi viskositas, dan yang terpenting dapat mengurangi tegangan permukaan slag, memungkinkan slag untuk menangkap gas dan menghasilkan busa.
Salah satu aspek pengaruh tegangan/tegangan antarmuka adalah kemampuannya untuk menentukan ukuran gelembung yang dihasilkan di antarmuka slag/logam. Oleh karena itu, peningkatan tegangan permukaan slag dan tegangan antarmuka slag/logam meningkatkan diameter gelembung, yang mendesakkan busa. Di sisi lain, busa ditstabilkan oleh gelembung kecil yang dihasilkan ketika tegangan permukaan logam meningkat. Lebih lanjut, gelembung dari busa yang sudah dihasilkan mengalami drainase film yang meningkat dengan peningkatan tegangan permukaan. Ini adalah karena sedotan cairan yang lebih besar dalam film menuju batas platil saat kelengkungan film gelembung meningkat dengan peningkatan tegangan permukaan.
