Ada ritme tersendiri dalam mengoperasikan tungku busur listrik yang hanya bisa Anda pahami setelah menghabiskan waktu di bengkel peleburan. Setiap proses pemanasan mengikuti urutan tertentu, tetapi perbedaan antara pemanasan 45 menit dan pemanasan 90 menit biasanya bergantung pada seberapa baik Anda menjalankan prinsip-prinsip dasarnya. Panduan ini akan membahas setiap tahap proses oksidasi—yang masih menjadi standar bagi sebagian besar bengkel—dan menjelaskan tidak hanya apa yang harus dilakukan, tetapi juga mengapa hal itu penting.
Proses Oksidasi: Tetap Menjadi Mesin Utama
Mengapa Metode Oksidasi Mendapatkan Tempatnya?
Jika Anda melebur baja karbon atau baja paduan rendah, atau jenis baja apa pun di mana pengendalian gas dan inklusi penting, metode oksidasi adalah yang akan Anda gunakan. Ciri khasnya adalah periode oksidasi khusus di mana Anda meniupkan oksigen, menghilangkan karbon, dan membiarkan gelembung CO yang dihasilkan membersihkan cairan peleburan. Aksi pembersihan tersebut menarik hidrogen, nitrogen, dan inklusi non-logam dengan cara yang tidak dapat ditandingi oleh bagian lain dari proses tersebut.
Anda akan menjalankan pemanasan oksidasi ketika:
- Anda sedang memproduksi baja karbon atau baja paduan rendah
- Baja tersebut membutuhkan pengendalian gas dan inklusi yang ketat.
- Limbah Anda merupakan campuran atau komposisinya tidak diketahui (sehingga Anda memerlukan pembersihan yang dilakukan dengan oksidasi).
- Penghilangan fosfor dan sulfur sama-sama merupakan persyaratan.
Urutan Enam Tahap
Setiap proses oksidasi mengikuti kerangka yang sama:
Perbaikan tungku → Pengisian → Peleburan → Oksidasi → Reduksi → Pengeluaran
Setiap tahapan memiliki tugas yang berbeda. Mari kita bahas satu per satu.
Tahap 1: Perbaikan Tungku
Mengapa Anda Tidak Bisa Melewatkan Ini
Lapisan tungku mengalami kerusakan setiap kali pemanasan—guncangan termal, benturan mekanis dari pengisian bahan bakar, serangan kimia dari terak, dan radiasi busur listrik sepanjang hari. Jika tidak diperbaiki secara sistematis, bagian bawah tungku akan rusak, dinding akan jebol, atau lubang keran akan runtuh. Semua perbaikan tersebut tidak murah.
Praktik perbaikan yang baik melakukan beberapa hal sekaligus:
- Memperbaiki area yang rusak sebelum menjadi kerusakan permanen
- Mempertahankan bentuk tungku sehingga kedalaman kolam lelehan Anda tetap konsisten
- Menutup celah yang memungkinkan baja cair menembus ke cangkang tungku.
- Memperpanjang masa kampanye, yang merupakan tempat anggaran refraktori Anda dialokasikan
Cara Melakukannya dengan Benar
Pengaturan waktu. Lakukan selagi lapisan masih panas. Panas sisa membantu proses sintering material perbaikan di tempatnya. Dalam praktiknya, Anda ingin perbaikan selesai dalam waktu 10 hingga 15 menit setelah pengetapan. Jika lebih lama, lapisan akan cukup dingin sehingga material perbaikan Anda tidak akan tersinter dengan benar.
Bahan-bahan. EAF berbasis magnesium menggunakan magnesit (MgO) atau dolomit (MgO·CaO) dengan pengikat—baik tar atau natrium silikat. Partikel kasar untuk perbaikan besar, bubuk halus untuk pekerjaan detail.
Metode. Anda memiliki beberapa pilihan tergantung pada situasi:
- Melemparkan bahan perbaikan ke titik panas dan membiarkannya mengeras karena panas—cepat, kasar, dan halus untuk keausan ringan.
- Menambal kerusakan lokal menggunakan alat yang tepat.
- Penyemprotan panas—menyemprotkan bubur tahan api ke dinding dengan menggunakan tombak. Ini adalah standar modern untuk segala hal selain perbaikan titik. Metode ini cepat, mencakup area luas secara merata, dan bekerja dengan panas tungku.
Hal yang perlu diperhatikan. Lubang keran dan garis terak adalah zona yang paling aus. Periksa setiap kali proses peleburan. Jaga agar lapisan perbaikan tidak lebih dari 30 hingga 50 mm per aplikasi—jika terlalu tebal, lapisan tersebut tidak akan tersinter dengan benar sebelum Anda melakukan peleburan ulang.
Tahap 2: Pengisian Daya
Aturan-aturan yang Benar-Benar Penting
Cara Anda memuat skrap menentukan bagaimana keseluruhan proses pemanasan berjalan. Tata letak ember yang buruk berarti terjadinya penyumbatan, peleburan yang lambat, dan pemborosan waktu.
Prinsip-prinsipnya sederhana:
- Kepadatan itu penting. Anda ingin busur listrik menembus muatan, bukan hanya menari di atasnya.
- Sebarkan, jangan dikumpulkan. Menumpuk semua besi tua yang berat di satu tempat akan menciptakan titik dingin yang sulit meleleh.
- Berat di bawah, ringan di atas. Kedengarannya jelas, tetapi seringkali dilanggar. Lapisan bawah: sisa material berat. Tengah: sedang. Atas: sisa material ringan dan material lepas.
- Masukkan bahan tambahan Anda. Kapur, kokas, bahan pengisi ulang karbon—sebarkan semuanya ke dalam ember, jangan semuanya dalam satu tumpukan.
Bagaimana Toko Modern Menetapkan Harga
Dua metode mendominasi.
Pengisian dengan atap ayun adalah metode yang paling banyak digunakan di bengkel. Angkat atapnya, ayunkan hingga terbuka, lalu turunkan embernya. Cepat, fleksibel, dan Anda bisa melihat apa yang Anda lakukan. Sebagian besar pemanasan membutuhkan dua atau tiga ember.
Pengelasan baja (pengisian kontinu) adalah hal yang berbeda. Besi tua terus menerus masuk dari sisi tungku melalui konveyor saat proses peleburan berlangsung. Dikombinasikan dengan penyadapan bawah eksentrik (EBT), proses ini memungkinkan Anda untuk beroperasi hampir tanpa henti. Busur api tidak pernah padam. Kehilangan panas menurun drastis. Jaringan listrik juga lebih ramah lingkungan karena bebannya lebih stabil. Kelemahannya adalah biaya modal dan kompleksitas proses, tetapi untuk pabrik dengan kapasitas produksi tinggi, metode ini sulit ditandingi.
Berapa Biaya yang Harus Dikenakan
Kapasitas tungku dan daya transformator Anda menentukan batas atasnya. Usahakan mencapai 85 hingga 110 persen dari kapasitas nominal pada panas lelehan. Jika kurang, Anda akan membuang kapasitas transformator. Jika terlalu penuh, Anda akan mengalami korsleting atau tumpah.
Saat Anda menakar bahan dalam ember, pertimbangkan hal-hal berikut:
- Jenis-jenis besi tua apa yang Anda miliki dan kepadatannya?
- Apakah Anda menyertakan logam panas (dan berapa banyak)?
- Seperti inilah tampilan inventaris pengembalian paduan logam Anda
- Dari mana karbon, fosfor, dan sulfur Anda berasal?
Tahap 3: Meleleh
Mengapa Tahap Ini Paling Mahal Bagi Anda
Periode pencairan es adalah saat 50 hingga 60 persen waktu yang Anda butuhkan untuk mengisi daya hilang dan 60 hingga 70 persen listrik Anda dikonsumsi. Jika Anda mencari peningkatan produktivitas, inilah tempat pertama yang harus Anda perhatikan.
Tahap peleburan memiliki empat fase berbeda, dan masing-masing membutuhkan penanganan yang berbeda.
Serangan Busur
Daya dinyalakan. Elektroda diturunkan. Elektroda menyentuh besi tua, arus mengalir, lalu elektroda terangkat dan busur api terbentuk. Dalam beberapa menit pertama, busur api benar-benar terbuka—memancar lurus ke atas menuju atap dan ke samping menuju dinding. Gunakan tegangan yang lebih rendah di sini. Beberapa operator menambahkan kokas atau besi tua elektroda ke zona percikan api untuk membantu menstabilkan busur api. Ini adalah detail kecil yang sangat bermanfaat untuk memperpanjang umur atap.
Pembentukan Lubang Bor
Busur api membakar ke dalam material bekas, menciptakan lubang bor. Anda ingin ini terjadi dengan cepat—biarkan busur api terbenam di dalam muatan di mana panasnya benar-benar bermanfaat. Setelah elektroda menembus, Anda dapat menggunakan daya yang lebih tinggi tanpa membakar atap Anda. Di sinilah pengaturan elektroda dengan sensitivitas tinggi menjadi penting. Respons elektroda yang lambat di sini akan membuang waktu Anda.
Pembentukan Kolam Lelehan
Saat besi tua meleleh, kolam Anda akan bertambah besar. Sekarang tambahkan kapur pertama Anda. Anda ingin terak menutupi bak sesegera mungkin—ini mengurangi penyerapan gas, mengurangi kehilangan panas, dan memulai penghilangan fosfor. Setelah kolam cukup dalam, mulailah meniup oksigen. Ini mempercepat pelelehan dan membuat Anda memasuki periode oksidasi lebih cepat.
Peleburan komprehensif
Setelah terbentuk kolam peleburan yang solid, tingkatkan oksigen dan gunakan pembakar oxy-fuel jika Anda memilikinya. Terus sesuaikan kebasaan dan fluiditas terak agar Anda siap saat periode oksidasi dimulai. Bak peleburan yang disiapkan dengan baik di akhir proses peleburan berarti periode oksidasi yang singkat dan bersih.
Memanfaatkan Waktu Sesaat dari Pencairan
Beberapa hal yang benar-benar memberikan dampak signifikan:
- Tata letak bucket yang baik untuk meminimalkan waktu pengeboran.
- Bantuan oksigen-bahan bakar untuk memanaskan besi tua yang tidak dapat dijangkau oleh busur listrik.
- Terak berbusa sedini mungkin untuk memerangkap panas busur di dalam bak
- Jaga agar atap tetap tertutup. Setiap kali Anda membukanya, Anda membuang panas. Rencanakan penambahan bangunan agar Anda tidak perlu membuka atap secara tidak perlu.
- Sesuaikan kurva daya Anda. Menjalankan daya maksimum saat busur api sepenuhnya terbuka hanya akan merusak atap Anda. Pelajari profil daya optimal tungku Anda untuk setiap tahap.
Tahap 4: Oksidasi
Apa yang Sebenarnya Anda Lakukan di Sini
Periode oksidasi adalah saat pekerjaan metalurgi yang berat terjadi. Anda memiliki lima tugas yang berbeda:
Defosforisasi — menurunkan kadar fosfor di bawah spesifikasi (biasanya ≤0,025%).
2. Dekarburisasi — tiup oksigen, jatuhkan karbon ke target.
3. Penghilangan gas — biarkan gelembung CO membersihkan H₂ dan N₂ dari bak.
4. Penghilangan inklusi — Gelembung CO membawa inklusi ke permukaan.
5. Kenaikan suhu — reaksi C–O bersifat eksotermik; setiap 0,01% karbon yang Anda hilangkan akan menaikkan suhu bak sekitar 2–3°C.
Defosforisasi: Menghilangkan Fosfor
Penghilangan fosfor adalah permainan kimia terak. Anda membutuhkan empat hal:
- Kebasaan tinggi. Usahakan rasio CaO/SiO₂ antara 2,5 hingga 4,0.
- Terak oksidasi. Kandungan FeO dalam terak harus 15 hingga 25 persen. Tanpa itu, fosfor akan tetap berada di dalam logam.
- Turunkan suhu di awal. Distribusi fosfor lebih menguntungkan terak pada suhu yang lebih rendah. Mulailah proses penghilangan fosfor saat cairan masih relatif dingin, kemudian buang terak yang kaya fosfor sebelum dipanaskan untuk dekarburisasi.
- Jumlah terak yang cukup. Jika volume terak dikurangi, maka jumlah fosfor yang dapat diserap oleh terak akan terbatas.
Tips praktis: mulailah membangun terak dengan kebasaan tinggi dan kandungan oksida besi tinggi di akhir periode peleburan. Gerakkan fosfor sejak dini. Setelah fosfor keluar, singkirkan terak tersebut sebelum memulai dekarburisasi berat. Jika tidak, fosfor akan kembali—fosfor akan kembali dari terak ke dalam logam ketika kimia terak berubah selama dekarburisasi. Ini adalah kesalahan klasik dan sepenuhnya dapat dihindari.
Dekarburisasi: Perebusan CO
Peniupan oksigen mendorong karbon ke bawah. Gas CO yang terbentuk menciptakan pendidihan yang kuat—dan pendidihan itu melakukan lebih dari sekadar menghilangkan karbon. Pendidihan tersebut mengaduk cairan (menghomogenkan suhu dan komposisi kimia), membawa hidrogen dan nitrogen keluar saat gelembung pecah di permukaan, dan membawa inklusi ke terak tempat inklusi tersebut diserap.
Beberapa panduan:
- Lakukan dekarbonisasi setidaknya 0,2% jika Anda menginginkan manfaat pembersihan gas. Dekarbonisasi sebesar 0,05% saja tidak akan memberikan banyak pengaruh.
- Kendalikan laju semburan. Terlalu agresif dan baja cair akan terciprat keluar dari tungku. Terlalu lemah dan proses pendidihan tidak efektif.
- Perhatikan titik akhir Anda. Ambil sampel sebelum Anda merasa sudah selesai. Jika kurang dari yang seharusnya, Anda akan mengebor baja karbon tinggi. Jika lebih dari yang seharusnya, Anda akan melakukan rekarburisasi—yang memang berhasil, tetapi akan memakan waktu dan mengurangi jumlah paduan logam.
Manajemen Suhu dalam Oksidasi
Anda ingin mengakhiri periode oksidasi sekitar 10 hingga 20°C di bawah suhu penyadapan Anda. Mengapa? Karena periode reduksi melibatkan penambahan paduan dan deoksidator, dan itu bersifat endotermik. Cairan Anda akan sedikit mendingin. Mengakhiri oksidasi pada suhu sekitar 1550 hingga 1600°C (tergantung pada jenis logam) biasanya akan memberikan hasil yang tepat.
Penghilangan Terak
Setelah oksidasi selesai, singkirkan terak oksidasi tersebut. Semuanya. Terak itu mengandung banyak fosfor dan oksida besi, dan jika tetap berada di dalam tungku selama reduksi, akan merugikan Anda—refosforisasi, reoksidasi, semuanya. Singkirkan dengan cepat, lalu buat terak reduksi baru secepat mungkin.
Tahap 5: Pengurangan
Empat Tugas Reduksi
Periode reduksi adalah tahap di mana Anda menyelesaikan proses pembuatan baja:
Deoksidasi — kurangi oksigen terlarut hingga ke tingkat terendah yang bisa Anda capai.
2. Desulfurisasi — di bawah terak pereduksi yang terawat dengan baik.
3. Paduan — tambahkan unsur paduan untuk mencapai komposisi kimia yang diinginkan.
4. Penyesuaian suhu — atur suhu yang Anda inginkan.
Deoksidasi: Kombinasi Presipitasi + Difusi
Praktik modern menggunakan kedua mekanisme tersebut. Tepat setelah penghilangan terak, tambahkan deoksidator kuat (aluminium, silikon-mangan) langsung ke cairan yang terpapar. Itu adalah deoksidasi presipitasi—cepat, menurunkan oksigen dengan cepat. Kemudian buat terak pereduksi (terak putih atau terak karbida) dan pertahankan. Terak secara bertahap menarik lebih banyak oksigen keluar dari cairan melalui deoksidasi difusi. Kombinasi ini menghasilkan baja yang lebih bersih daripada salah satu metode saja.
Terak putih (berbasis CaO, rendah FeO, tampak putih) dan terak karbida (mengandung CaC₂, tampak abu-hitam) sama-sama mampu melakukan deoksidasi. Terak putih lebih umum ditemukan. Terak karbida memiliki daya deoksidasi yang lebih kuat tetapi lebih sulit untuk dipelihara.
Desulfurisasi
Sulfur muncul di bawah:
- Kebasaan tinggi (≥3,0)
- Kandungan FeO rendah (≤1% — inilah mengapa Anda membutuhkan terak pereduksi yang baik)
Suhu tinggi (mendukung reaksi kinetik)
- Pengadukan yang baik (menjaga agar baja dan terak tetap bersentuhan)
Di bawah terak putih, Anda dapat menghilangkan 50 hingga 70 persen sulfur. Reduksi yang dilakukan dengan baik dapat menghasilkan kadar sulfur di bawah 0,02% pada baja akhir.
Pencampuran: Menambahkan Unsur-unsur dalam Urutan yang Tepat
Tidak semua paduan logam memiliki risiko oksidasi yang sama. Aturannya: tambahkan elemen yang tahan oksidasi di awal, dan elemen yang mudah teroksidasi di akhir.
Contoh Risiko Oksidasi Kapan Harus Menambahkan
Rendah (pemulihan ~100%) Nikel, ferromolybdenum, tembaga Akhir oksidasi atau awal reduksi
Ferromangan, ferrochrome, ferrosilicon sedang setelah pra-deoksidasi dalam reduksi
Kandungan aluminium tinggi, ferrotitanium, ferroboron 5–10 menit sebelum air mengalir
Penanganan sangat tinggi/khusus Unsur tanah jarang Dalam sendok tuang selama proses penyadapan
Setelah menambahkan paduan, aduk larutan dan ambil sampelnya. Konfirmasi komposisi kimianya sebelum Anda mengambil sampel. Pengambilan sampel ulang lebih murah daripada meleset dari target.
Menentukan Suhu Keran yang Tepat
Suhu lelehan Anda bergantung pada jenis logam, metode pengecoran, dan langkah selanjutnya (LF? Pengecoran kontinu? Ingot?). Ukur suhunya. Jika terlalu panas, Anda dapat mematikan daya dan menunggu, atau menambahkan sedikit skrap ringan untuk mendinginkan lelehan. Jika terlalu dingin, nyalakan daya—dengan hati-hati, karena lelehan dingin yang Anda panaskan di akhir reduksi adalah lelehan yang lebih rentan terhadap kontaminasi inklusi akibat waktu penahanan yang lama.
Tahap 6: Mengetuk
Kapan Harus Mengetuk
Jangan sentuh sampai Anda yakin:
- Kimia sesuai spesifikasi (atau lebih baik, sesuai target internal Anda)
- Suhu sesuai dengan persyaratan penyadapan
- Anda telah menahan reduksi terak setidaknya selama 10 menit (waktu perawatan terak putih)
- Bak mandi sudah terdeoksidasi dengan baik
Cara Mengetuk
Tungku busur listrik modern menggunakan sistem pengeluaran terak dari bawah secara eksentrik (EBT). Dengan memiringkan tungku, baja akan mengalir keluar melalui lubang pengeluaran terak eksentrik di bagian bawah, dan sebagian besar terak tetap berada di dalam tungku. Ini adalah desain yang jauh lebih baik daripada sistem pengeluaran terak model lama—lebih sedikit terak yang terbawa, lebih sedikit tekanan mekanis pada tungku, dan pengeluaran terak lebih cepat.
Selama proses penyadapan, tambahkan deoksidator terakhir (biasanya kawat aluminium) ke aliran sendok tuang. Setelah peleburan selesai, miringkan sendok tuang, periksa lapisan sendok tuang, dan bersiaplah untuk peleburan berikutnya.
Dua Proses Alternatif yang Patut Diketahui
Metode Non-Oksidasi (Muatan)
Lewati periode oksidasi sepenuhnya. Lelehkan muatan Anda, lalu langsung ke reduksi. Keuntungannya: siklus pendek (20 hingga 30 persen lebih cepat daripada pemanasan oksidasi), konsumsi daya rendah, dan pemulihan paduan pada dasarnya 100 persen (tidak ada yang teroksidasi). Kekurangannya: Anda tidak dapat menghilangkan fosfor, Anda tidak dapat membersihkan gas dan inklusi dengan pendidihan CO, dan Anda membutuhkan skrap bersih dengan komposisi yang diketahui. Metode ini bekerja dengan baik ketika Anda melebur skrap dengan kualitas yang diketahui menjadi skrap dengan kualitas yang sama—misalnya, skrap stainless steel menjadi skrap stainless steel.
Metode Pengembalian Oksigen
Metode hibrida. Gunakan sisa paduan sebagai bahan baku utama, lebur, lalu lakukan pemanasan singkat dengan oksigen—hanya 0,1 hingga 0,3% dekarburisasi. Anda mendapatkan pendidihan CO singkat untuk menghilangkan gas dan inklusi, tetapi Anda tidak mengoksidasi sejumlah besar unsur paduan yang mahal. Ini adalah pendekatan standar untuk baja tahan karat dan baja perkakas kecepatan tinggi di mana Anda menginginkan pembersihan oksidasi tanpa kehilangan unsur paduan.
Tungku Basa vs. Tungku Asam
Mengapa Basic Mendominasi
Tungku busur listrik dasar (lapisan magnesit atau dolomit, terak berbasis CaO) dapat melakukan defosforisasi dan desulfurisasi. Kemampuan tunggal itu saja sudah cukup untuk menentukan pilihan bagi sebagian besar pabrik. Tungku dasar dapat mengolah skrap dengan kandungan fosfor tinggi, dapat menghasilkan baja bersih, dan dapat menangani hampir semua jenis baja.
Ya, bahan tahan api basa memang lebih mahal dan masa pakainya lebih pendek daripada bahan tahan api asam. Tetapi fleksibilitas prosesnya sepadan. Tungku basa mencakup lebih dari 90 persen dari semua tungku busur listrik (EAF) yang beroperasi.
Di mana Asam Masih Ada
Tungku asam (lapisan silika, terak SiO₂) tidak dapat melakukan defosforisasi atau desulfurisasi. Bahan baku Anda harus bersih. Sebagai gantinya, Anda mendapatkan kenaikan suhu yang cepat, masa pakai lapisan yang lama, dan waktu pemanasan yang singkat. Beberapa pengecoran masih menggunakan tungku busur listrik asam untuk aplikasi pengecoran tertentu, tetapi untuk pabrik baja, ini menjadi pilihan yang semakin jarang.
Suhu dan Terak: Tuas Tersembunyi
Pengendalian Suhu Melalui Panas
Suhu sangat memengaruhi seluruh proses. Terlalu dingin dan reaksi akan terhenti, terak tidak akan mengalir, dan paduan tidak akan larut. Terlalu panas dan Anda akan merusak lapisan cetakan, menyerap gas, dan mungkin merusak cetakan mesin pengecoran kontinu Anda jika Anda memasukkan material secara langsung.
Inilah target yang ingin dicapai oleh para ahli peleburan:
Kisaran Suhu Tahap
Titik leleh berakhir pada suhu 1500–1550°C.
Oksidasi 1550–1650°C
Reduksi 1550–1650°C
Penyadapan 1580–1680°C (tergantung tingkatannya)
Dasar-Dasar Pengendalian Terak
Terak terkadang disebut sebagai elemen ketiga dalam pembuatan baja, dan itu bukan berlebihan. Daftar periksa pengendalian terak Anda:
- Kebasaan: 2,5–4,0 dalam oksidasi, 3,0–4,0 dalam reduksi
- Volume terak: 2–5% dari berat baja cair
- Kekentalan: Sesuaikan dengan fluorspar, tetapi jangan berlebihan.
- Karakter oksidasi vs. reduksi: FeO tinggi pada oksidasi, FeO rendah pada reduksi. Transisi ini—pembuangan terak bersih diikuti oleh terak reduksi baru—adalah tindakan terpenting dalam seluruh periode reduksi.
- Kedalaman terak berbusa: Pada tungku UHP, lapisan terak yang diinginkan adalah 1,5 hingga 2 kali panjang busur. Hal ini akan menutupi busur dan melindungi dinding tungku.
Setiap operator EAF mengembangkan ritme dan aturan praktis mereka sendiri. Namun, prinsip dasarnya sama di mana pun: hormati periode oksidasi, jaga terak Anda, dan jangan pernah mengabaikan hal-hal mendasar. Teknologinya terus berkembang—bahan bakar oksigen, otomatisasi terak berbusa, pengisian berkelanjutan—tetapi urutan dasarnya tidak berubah selama beberapa dekade, karena memang efektif.
