Bahan baku merupakan biaya variabel terbesar dalam peleburan induksi — dan variabel yang paling langsung memengaruhi laju peleburan, konsumsi energi, dan kualitas logam. Program pengelolaan bahan baku yang cermat dapat mengurangi konsumsi energi sebesar 10-15% dan meningkatkan laju peleburan dengan jumlah yang sebanding, dibandingkan dengan menggunakan bahan baku bekas apa pun yang tersedia.
MONTE INTELLIGENCE memberikan rekomendasi material muatan sebagai bagian dari pasokan tungku induksi kami. Artikel ini membahas prinsip-prinsip pemilihan, persiapan, dan pengelolaan muatan untuk peleburan induksi besi dan baja.
Bahan baku untuk peleburan induksi terbagi dalam beberapa kategori: barang sisa pengecoran (pintu gerbang, riser, dan sisa coran dari operasi pengecoran itu sendiri), besi bekas yang dibeli (dari pedagang besi bekas, biasanya dipilah berdasarkan kualitas), besi kasar (besi murni dari tanur tinggi atau reduksi langsung), dan tambahan paduan (ferroalloy, karburizer, dan bahan lain yang ditambahkan untuk menyesuaikan komposisi kimia).
Muatan ideal adalah campuran yang memberikan komposisi kimia target dengan koreksi minimal, meleleh secara seragam tanpa terjadi jembatan leleh, dan memiliki biaya paling rendah per ton logam cair. Mencapai kondisi ideal ini membutuhkan keseimbangan antara sifat metalurgi dan biaya setiap komponen muatan.
Distribusi ukuran muatan berpengaruh terhadap efisiensi peleburan dalam tungku induksi. Mekanisme pemanasan induksi — arus eddy yang dihasilkan oleh medan magnet bolak-balik — menembus muatan hingga kedalaman yang disebut kedalaman referensi, yang bergantung pada frekuensi dan sifat listrik material muatan. Untuk besi pada 1000 Hz, kedalaman referensinya sekitar 7 mm. Pemanasan terutama terjadi di lapisan permukaan ini, dan panas kemudian merambat ke bagian dalam.
Muatan yang terdiri dari potongan-potongan besar dan padat—misalnya, potongan baja berdiameter 200 mm—hanya memanas dalam jarak 7 mm dari permukaan hingga panas merambat ke bagian tengah. Permukaan dapat meleleh sementara bagian tengah masih dingin, yang menyebabkan terbentuknya jembatan di mana potongan yang sebagian meleleh membentuk lengkungan di dalam tungku yang menghalangi sisa muatan untuk turun ke dalam lelehan. Muatan dengan berbagai ukuran—dari potongan besi bekas berukuran 10 mm hingga besi bekas berat berukuran 150 mm—akan mengendap lebih seragam di dalam tungku dan meleleh lebih efisien karena potongan-potongan yang lebih kecil mengisi celah di antara potongan-potongan yang lebih besar dan meningkatkan rasio luas permukaan terhadap volume yang efektif.
Kebersihan muatan sangat penting untuk kualitas logam dan masa pakai lapisan tungku. Karat (oksida besi) meningkatkan volume terak, mengonsumsi energi (mereduksi Fe2O3 menjadi Fe membutuhkan karbon dan energi), dan menyerang lapisan silika (FeO adalah fluks untuk refraktori silika, mengurangi masa pakai lapisan). Minyak dan gemuk pada muatan menghasilkan asap selama peleburan — masalah lingkungan dan emisi di bengkel — dan dapat memasukkan hidrogen ke dalam logam, menyebabkan porositas pada pengecoran. Pasir dan kotoran pada muatan meningkatkan volume terak tanpa memberikan logam yang dapat dipulihkan.
Pemanasan awal muatan adalah teknik yang digunakan dalam tungku induksi yang lebih besar (di atas sekitar 5 ton) untuk meningkatkan efisiensi. Pemanasan awal muatan hingga 400-600°C sebelum dimasukkan menghilangkan kelembapan (menghilangkan risiko ledakan uap jika muatan basah bersentuhan dengan cairan leleh), membakar minyak dan kontaminan organik (mengurangi asap dan penyerapan hidrogen), dan mengurangi energi listrik yang dibutuhkan dalam tungku (pemanas awal menggunakan gas alam yang lebih murah daripada listrik). Pemanas awal muatan dapat mengurangi total biaya peleburan sebesar 5-10% tergantung pada harga relatif gas alam dan listrik.
Urutan pengisian memengaruhi laju peleburan dan keamanan. Pengisian pertama ke dalam tungku dingin harus berupa potongan-potongan yang lebih kecil yang dapat menempel dengan baik di sekitar dinding dan memberikan daya rekat yang baik pada kumparan — potongan-potongan ini memanas lebih cepat dan membantu menaikkan suhu lapisan tungku secara seragam. Setelah genangan cairan terbentuk, potongan-potongan yang lebih besar dapat ditambahkan karena logam cair di sekitarnya meningkatkan daya rekat. Pengisian terakhir harus menyisakan ruang bebas yang cukup (jarak dari permukaan lelehan ke bagian atas wadah) untuk pengadukan dan penambahan unsur paduan.
Jembatan (bridging) adalah masalah operasional yang dialami setiap tungku peleburan induksi. Sebagian muatan membentuk jembatan di atas diameter tungku di atas lelehan, mencegah muatan di atasnya turun ke dalam lelehan. Lelehan di bawahnya terus memanas dan dapat memanas hingga suhu yang merusak lapisan tahan api. Mencegah jembatan membutuhkan ukuran muatan yang tepat (tidak ada potongan yang lebih besar dari sekitar sepertiga diameter tungku), pengisian yang hati-hati (tidak ada satu potongan besar yang dijatuhkan secara datar), dan pemantauan yang cermat selama siklus peleburan.
Untuk pengecoran yang melebur berbagai paduan, kontaminasi silang antar paduan merupakan risiko kualitas. Tungku yang baru saja melebur besi ulet (mengandung magnesium) dan kemudian diisi dengan besi tua abu-abu (yang seharusnya tidak mengandung magnesium) dapat menghasilkan coran yang tidak sesuai spesifikasi jika lapisan tungku masih mengandung magnesium dari proses peleburan sebelumnya. Solusinya adalah menggunakan tungku khusus untuk setiap jenis paduan, atau membersihkan tungku secara menyeluruh di antara pergantian paduan, termasuk mengikis lapisan tungku untuk menghilangkan logam dan terak yang menempel.
MONTE INTELLIGENCE menawarkan konsultasi material muatan sebagai bagian dari proyek tungku induksi kami, termasuk spesifikasi skrap, optimasi campuran muatan, dan integrasi pemanas awal.
Untuk rekomendasi material pengisi untuk pengecoran Anda, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
