Tungku induksi banyak digunakan di pengecoran dan produksi baja khusus karena kelebihannya, seperti pemanasan yang cepat, pengadukan elektromagnetik yang kuat, dan kemudahan kontrol suhu dan komposisi. Tugas inti metalurgi mereka dapat diringkas sebagai berikut Meleleh, Pengilangan, dan Pengkondisian. Diantaranya, deoksidasi, paduan, dan pengendalian elemen adalah langkah penting untuk mencapai kualitas produk akhir.
Ⅰ. Deoksidasi
Deoksidasi adalah langkah penting dalam proses peleburan. Kandungan oksigen yang berlebihan dalam baja atau paduan cair akan bereaksi dengan unsur-unsur seperti besi, silikon, dan karbon selama pendinginan dan pemadatan, membentuk inklusi oksida (MISALNYA., FeO, SiO2, Al2o3). Inklusi ini sangat menurunkan ketangguhan material, kekuatan, dan kinerja kelelahan.
Sumber Oksigen:
- Bahan Pengisian: Karat (Fe2O3) pada permukaan baja bekas dan material kembali.
- Suasana: Kontak antara permukaan bak cair dan udara selama peleburan.
- Refraktori: Oksida tertentu yang tidak stabil di dalam lapisan tungku.
Metode dan Urutan Deoksidasi: Deoksidasi biasanya dilakukan dengan menggunakan deoksidasi presipitasi. Ini melibatkan penambahan unsur-unsur dengan afinitas yang lebih kuat terhadap oksigen daripada besi, menyebabkannya membentuk oksida stabil yang mengapung sebagai inklusi ke dalam terak yang akan dihilangkan.
Pemilihan dan penambahan urutan deoxidizer mengikuti prinsip “deoksidasi berurutan,” umumnya dimulai dari zat deoksidasi yang paling lemah hingga yang paling kuat:
- mangan (M N) Deoksidasi: ferromangan (FeMn) ditambahkan pada pertengahan tahap peleburan. Mangan memiliki kekuatan deoksidasi sedang, mampu menghilangkan sebagian besar oksigen. Produk reaksinya, mangan silikat (MnO⋅SiO2), mempunyai titik leleh yang rendah, sehingga mudah melayang ke permukaan.
- Reaksi Kimia: [Fe]+[HAI]→(FeO)
- [M N]+(FeO)→(MnO)+[Fe]
- Silikon (Dan) Deoksidasi: Ferrosilikon (Menanggapi) ditambahkan setelah deoksidasi mangan. Silikon merupakan deoxidizer kuat yang dapat menurunkan kandungan oksigen ke tingkat yang lebih rendah.
- Reaksi kimia: [Dan]+2(FeO)→(SiO2)+2[Fe]
- Aluminium (Al) Deoksidasi (Deoksidasi Akhir): Aluminium metalik ditambahkan sesaat sebelum disadap. Aluminium adalah deoxidizer yang sangat kuat yang mampu menurunkan kandungan oksigen dalam baja ke tingkat yang sangat rendah (khas < 20 ppm). Namun, perlu dicatat bahwa produk tersebut, Alumina (Al2o3), mempunyai titik leleh yang tinggi dan dapat berbentuk halus, inklusi terdispersi yang dapat merusak fluiditas baja cair jika tidak dikontrol dengan benar. Karena itu, aluminium biasanya ditambahkan pada tahap akhir, baik sebelum mengetuk atau di sendok.
- Reaksi kimia: 2[Al]+3(FeO)→(Al2o3)+3[Fe]
Poin Operasional Utama:
- Waktu: Deoksidasi awal harus diselesaikan sebelum menambahkan unsur paduan utama, terutama yang mudah teroksidasi.
- Mengaduk: Pengadukan elektromagnetik dalam tungku induksi membantu tumbukan, pengelompokan, dan flotasi produk deoksidasi.
- Penghapusan Terak (Deslagging): Terak yang terbentuk dari reaksi ini harus segera dihilangkan untuk mencegah oksigen masuk kembali ke dalam lelehan (pengembalian).
Ⅱ. Paduan
Paduan adalah proses penambahan unsur tertentu ke logam cair untuk menyesuaikan komposisi kimianya, sehingga mencapai sifat mekanik dan fisik yang diinginkan (seperti korosi atau tahan panas).
Kunci Penambahan Paduan yang Tepat:
- Tingkat Hasil (Pemulihan): Ini adalah konsep yang paling penting. Tingkat hasil mengacu pada persentase unsur paduan tambahan yang benar-benar larut ke dalam logam cair. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor:
- Afinitas Kimia: Unsur yang mudah teroksidasi, seperti aluminium (Al), titanium (Dari), dan boron (B), memiliki tingkat hasil yang lebih rendah dan kurang stabil. Sebaliknya, unsur yang tidak mudah teroksidasi, seperti nikel (Di dalam), molibdenum (Mo), dan tembaga (Cu), mempunyai tingkat hasil yang sangat tinggi (typically >95%).
- Suhu leleh: Semakin tinggi suhunya, semakin mudah unsur-unsur tersebut teroksidasi, mengakibatkan tingkat hasil yang lebih rendah.
- Kondisi Meleleh: Semakin baik deoksidasi lelehannya, semakin tinggi tingkat hasil untuk selanjutnya ditambahkan, unsur yang mudah teroksidasi.
- Metode dan Urutan Penjumlahan: Menambahkan paduan ke dalam wadah yang terdeoksidasi dengan baik dengan penutup terak pelindung membantu meningkatkan tingkat hasil.
- Urutan Penambahan:
- Unsur yang tidak dapat teroksidasi: Nikel (Di dalam), molibdenum (Mo), tembaga (Cu), dll., dapat ditambah dengan bahan muatan awal.
- Unsur yang Cukup Teroksidasi: Kromium (Cr), mangan (M N), dan silikon (Dan) biasanya ditambahkan setelah muatan meleleh dan deoksidasi awal selesai.
- Unsur yang Sangat Dapat Teroksidasi: Aluminium (Al), titanium (Dari), boron (B), zirkonium (Zr), dll., harus ditambahkan pada saat-saat terakhir, setelah deoksidasi akhir dan sesaat sebelum penyadapan, untuk meminimalkan kerugian oksidasi.
- Menghitung Jumlah Penambahan: Perhitungan paduan yang akurat sangat penting untuk memenuhi spesifikasi kadar.
- Jumlah Penambahan=Kandungan Elemen dalam Paduan%×Tingkat Hasil%(Target%−% Aktual)×Berat Logam Cair
- Contoh: Untuk 1 ton (1000 kg) panas baja, kandungan mangan targetnya adalah 1.5%, dan analisis saat ini menunjukkan 0.3%. Ferromangan dengan 75% Konten mn digunakan, dengan perkiraan tingkat hasil sebesar 90%.
- Berat Mn murni yang dibutuhkan: (1.5%−0,3%)×1000kg=12kg
- Berat FeMn yang akan ditambahkan: 75%×90kg≈17,8kg
- Kontrol proses:
- Analisis Pendahuluan: Gunakan spektrometer untuk mengambil sampel selama proses peleburan untuk memantau komposisi kimia secara real-time dan melakukan penyesuaian sesuai kebutuhan.. Ini penting untuk pengendalian yang tepat.
- Kontrol suhu: Kontrol secara ketat suhu penyadapan. Temperatur yang terlalu tinggi akan mempercepat hilangnya elemen dan dapat merusak lapisan tungku.
Ⅲ. Kontrol Elemen
Selain unsur paduan utama, mengendalikan unsur-unsur seperti karbon, sulfur, dan fosfor sama pentingnya.
Karbon (C):
- Karburasi (Meningkatkan Karbon): Ketika kandungan karbon rendah, bahan karburasi seperti grafit, kokas minyak bumi, atau batubara antrasit dapat ditambahkan. Untuk meningkatkan penyerapan, mereka harus ditambahkan setelah lelehan memanas tetapi sebelum deoksidasi. Pengadukan elektromagnetik secara signifikan mendorong pembubaran dan difusi karbon.
- Dekarburasi (Mengurangi Karbon): Tungku induksi tidak memiliki kemampuan dekarburisasi oksidatif seperti konverter. Hilangnya karbon terutama terjadi melalui reaksi dengan oksigen: [C]+[HAI]→{BERSAMA}. Jika kandungan karbon perlu diturunkan, biasanya dikelola dengan pemilihan biaya (menggunakan skrap rendah karbon) atau, dalam kasus-kasus khusus, dengan tusukan oksigen (yang, Namun, mempercepat erosi lapisan).
Sulfur (S): Desulfurisasi merupakan tantangan dalam tungku induksi, terutama dengan lapisan asam (pasir silika, SiO2).
- Prinsip Desulfurisasi: Reaksi desulfurisasi memerlukan a sangat mengurangi atmosfer Dan terak dengan basa tinggi.
- Reaksi kimia: [S]+(O2−)→(S2−)+[HAI] atau lebih spesifiknya: [FeS]+(CaO)→(CaS)+[FeO]
- Metode Implementasi:
- Lapisan Dasar: Untuk mencapai desulfurisasi yang efektif, sebuah dasar (Magnesia, Mgo) atau netral (Alumina, Al2o3) lapisan harus digunakan. SiO2 dalam lapisan asam akan bereaksi dengan terak basa, mengurangi efisiensinya.
- Terak sintetis: Yang sudah dicairkan sebelumnya, terak sintetik dengan basa tinggi (MISALNYA., Sistem CaO−Al2O3−CaF2) ditambahkan ke permukaan lelehan.
- Deoksidasi Mendalam: Reaksi desulfurisasi menguntungkan dalam lingkungan rendah oksigen. Karena itu, itu harus dilakukan setelah deoksidasi mendalam. Semakin rendah kandungan oksigen dalam baja, semakin efektif penghilangan belerang ke dalam terak. Belerang biasanya dihilangkan secara efektif hanya setelah deoksidasi akhir dengan aluminium.
Fosfor (P): Defosforisasi umumnya tidak dapat dilakukan dalam tungku induksi. Penghapusan fosfor membutuhkan atmosfer pengoksidasi dengan suhu rendah, potensi oksigen yang tinggi, dan terak dengan basa tinggi. Kondisi ini merupakan kebalikan dari lingkungan peleburan reduksi normal dalam tungku induksi. Karena itu, pengendalian fosfor bergantung sepenuhnya pada secara ketat memilih bahan baku rendah fosfor.
Ringkasan: Alur Operasional untuk Memenuhi Persyaratan Kelas Tertentu
Menggabungkan poin-poin di atas, Proses peleburan khas dalam tungku induksi yang bertujuan untuk menghasilkan baja paduan berkualitas tinggi adalah sebagai berikut:
- Perhitungan Biaya: Hitung secara akurat dan pilih bersih, rendah sulfur, dan bahan bermuatan fosfor rendah berdasarkan tingkat target dan tingkat hasil elemen.
- Meleleh: Lelehkan bahan pengisi daya dengan cepat, menambahkan paduan yang tidak dapat teroksidasi (Di dalam, Mo, dll.) dengan biaya tersebut.
- Pemanasan dan Karburasi: Naikkan suhu ke target proses dan tambahkan bahan karburasi sesuai kebutuhan.
- Deoksidasi Awal dan Penyesuaian Komposisi: Ambil sampel untuk dianalisis. Kemudian, tambahkan ferromangan, ferrosilikon, dll., untuk deoksidasi awal dan menyesuaikan elemen paduan utama seperti kromium.
- Deslagging dan Pemurnian: Hapus terak awal. Jika perlu (MISALNYA., untuk desulfurisasi), tambahkan terak pemurnian baru.
- Komposisi Akhir dan Penyesuaian Suhu: Ambil sampel lain untuk dianalisis dan lakukan penyesuaian mikro akhir pada komposisi. Sesuaikan suhu dengan suhu sadapan target.
- Deoksidasi Akhir dan Penambahan Unsur Khusus: Sesaat sebelum disadap atau di dalam tungku, tambahkan aluminium untuk deoksidasi akhir dan lakukan penambahan elemen paduan mikro seperti titanium dan boron pada menit-menit terakhir.
- Penyadapan: Tuangkan logam cair, yang kini memenuhi seluruh komposisi, suhu, dan spesifikasi kemurnian, ke dalam sendok atau cetakan.
Melalui pengendalian deoksidasi secara sistematis, paduan, kimia terak, suhu, dan metode analitis, tungku induksi sepenuhnya mampu menghasilkan bahan logam berkualitas tinggi yang memenuhi berbagai persyaratan mutu yang menuntut.
