Jika ada satu hal yang membedakan pemanasan EAF yang lancar dari yang buruk, itu adalah kualitas bahan baku. Ember skrap Anda adalah bahan baku termurah—dan terkadang yang paling bermasalah. Jika bebannya tepat, peleburan akan berjalan lancar; jika salah, Anda akan berjuang melawan lonjakan fosfor, waktu antar-penambahan yang berlebihan, dan kehilangan paduan. Panduan ini membahas apa yang sebenarnya masuk ke dalam EAF, apa yang perlu diperhatikan, dan bagaimana operator berpengalaman mengelola variabel-variabel tersebut.
Besi Tua: Inti dari Proses Ini
Mengapa Mengontrol Kualitas Barang Bekas?
Di sebagian besar bengkel EAF, skrap logam merupakan 60 hingga 100 persen dari muatan logam. Itu berarti komposisi kimia, kepadatan, dan kebersihan skrap Anda secara langsung menentukan bagaimana proses peleburan berlangsung. Seember skrap yang disortir dengan baik dan memiliki kualitas yang diketahui akan meleleh lebih cepat, membutuhkan lebih sedikit bahan kimia korektif, dan menghasilkan baja yang lebih bersih. Seember skrap yang tidak jelas komposisinya? Itu adalah pertaruhan yang akan Anda bayar dengan waktu dan bahan tambahan.
Intinya bukan hanya soal teori. Kualitas limbah memengaruhi:
- Seberapa cepat Anda meleleh (kepadatan dan ukuran sangat berpengaruh)
- Seberapa banyak fosfor dan sulfur yang Anda lawan dalam periode oksidasi
- Apakah unsur residu (Cu, Sn, Cr, Ni) menyebabkan Anda keluar dari spesifikasi?
- Seberapa banyak hidrogen yang Anda kumpulkan (rongsokan berkarat dan berminyak adalah masalah nyata)
- Seberapa aman Anda dapat mengisi daya (wadah tertutup dapat membunuh orang)
Memilah Barang Bekas: Barang yang Dibeli vs. Barang Retur dari Rumah
Dalam praktiknya, limbah terbagi menjadi dua kategori besar, dan Anda mengelolanya dengan cara yang sangat berbeda.
Besi tua yang dibeli berasal dari mana pun pedagang besi tua menemukannya—lokasi pembongkaran, kendaraan yang sudah habis masa pakainya, tempat pembongkaran mesin. Komposisinya apa saja, dan Anda mungkin tidak tahu persis seperti apa komposisinya. Dalam besi tua yang dibeli, beberapa subkategori penting:
- Besi tua berat: Pelat, batangan, bagian struktural dengan ketebalan lebih dari 6 mm. Padat, lambat meleleh, tetapi hasil tinggi. Cocok untuk bagian bawah ember.
- Besi tua ukuran sedang: ketebalan 3–6 mm. Baja profil, pipa, suku cadang mesin. Ini adalah material andalan Anda untuk pengisian bahan bakar.
- Besi tua ringan: Lembaran tipis, plat timah, kawat. Kepadatan rendah, volume tinggi. Kemas terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam ember, atau Anda akan menghabiskan waktu seharian untuk menagih.
- Besi tua yang dicacah: Bodi mobil dan sejenisnya, diproses melalui mesin pencacah. Ukuran konsisten, kepadatan curah sedang, relatif bersih. Banyak bengkel menghargainya karena perilaku lelehnya yang konsisten.
Limbah hasil pengolahan sendiri (juga disebut limbah internal) adalah sisa hasil panen, barang yang ditolak, dan sisa penggulungan yang dihasilkan pabrik Anda sendiri. Komposisi kimianya sudah diketahui karena Anda yang pertama kali memproduksi baja tersebut. Ini adalah bahan baku premium—terutama untuk jenis paduan di mana Anda ingin memulihkan unsur-unsur mahal seperti nikel, molibdenum, atau kromium. Pisahkan berdasarkan jenisnya, simpan secara terpisah, dan gunakan dengan bijak. Seember limbah baja tahan karat 304 yang digunakan dalam proses peleburan baja 304 pada dasarnya adalah limbah pra-paduan. Itu adalah penghematan uang yang nyata.
Seperti apa rupa Scrap yang bagus sekali?
Pembeli barang bekas berpengalaman akan memiliki kemampuan untuk mengenali hal ini, tetapi berikut adalah hal-hal yang tidak dapat ditawar:
Permukaan bersih, karat minimal. Karat berarti kelembapan, dan kelembapan berarti penyerapan hidrogen. Lebih buruk lagi, air yang terperangkap dan berubah menjadi uap dalam cairan leleh dapat menyebabkan letusan hebat—bahaya keselamatan yang nyata. Besi tua yang berminyak juga tidak lebih baik; ia terbakar menjadi asap dan memenuhi kantung filter Anda. Bengkel terbaik memiliki tempat penyimpanan besi tua yang terlindungi dari cuaca. Jika Anda membeli besi tua yang telah terkena hujan, Anda mencari masalah.
Tidak ada logam non-ferrous. Tembaga dan timah adalah musuh utama. Mereka tidak larut dalam tungku—apa yang masuk akan tetap di dalam. Kandungan tembaga di atas sekitar 0,3% mulai menyebabkan masalah kerapuhan panas dalam proses penggulungan. Timah memperburuknya. Aluminium, timbal, seng—tidak satu pun dari logam ini boleh ada di dalam ember Anda. Tempat pengumpulan besi tua yang baik menjalankan sistem pemisahan, tetapi sebagai pabrik, Anda perlu melakukan inspeksi penerimaan sendiri. Pengujian percikan api dan spektrometri bukanlah pilihan; itu adalah kontrol kualitas dasar.
Sama sekali tidak boleh ada wadah tertutup. Ini adalah aturan keselamatan, bukan aturan kualitas, tetapi perlu dicantumkan di sini karena konsekuensinya sangat serius. Pipa atau tabung gas yang tertutup rapat akan memanas, tekanan meningkat, dan dapat meledak di dalam tungku. Orang-orang telah meninggal karena hal ini. Setiap tempat pengumpulan barang bekas yang memasok bengkel EAF (Electric Arc Furnace) memerlukan protokol inspeksi dan penyortiran yang ketat. Tidak ada pengecualian.
Komposisi kimia yang diketahui. Untuk besi tua yang dibeli, ini adalah bagian yang sulit. Anda dapat menguji kandungan karbon dan paduan secara kasar menggunakan uji percikan api. Anda dapat menjalankan spektrometer pada sampel. Tetapi untuk muatan campuran, Anda sering kali bekerja dengan data yang tidak lengkap. Pisahkan berdasarkan kualitas jika memungkinkan. Untuk yang lainnya, pisahkan sampai Anda tahu apa yang Anda miliki.
Ukuran dan kepadatan curah yang wajar. Besi tua yang terlalu panjang tidak akan bisa melewati pintu tungku dan dapat membentuk jembatan di dalam ember atau tungku—menciptakan lengkungan besi tua yang menolak untuk meleleh. Sebagai aturan, tidak ada yang boleh melebihi sekitar sepertiga hingga setengah diameter mulut tungku. Kepadatan curah juga penting: terlalu ringan dan Anda harus mengisi tiga ember untuk satu kali pemanasan; terlalu padat dan busur tidak dapat menembus, meninggalkan material yang tidak meleleh di bagian bawah. Titik idealnya kira-kira 0,6 hingga 1,5 t/m³.
Pengendalian sulfur dan fosfor. Idealnya, skrap biasa harus memiliki kandungan sulfur di bawah 0,05% dan fosfor di bawah 0,05%. Skrap dengan kandungan fosfor tinggi bukanlah masalah besar, tetapi akan memperpanjang periode oksidasi dan menghabiskan lebih banyak material pembentuk terak. Ketahui apa yang Anda beli.
Paduan Material: Mendapatkan Komposisi Kimia yang Tepat
Apa Fungsi Sebenarnya dari Benda-Benda Ini?
Bahan paduan menyesuaikan komposisi kimia baja cair Anda sehingga produk akhir memenuhi spesifikasi. Beberapa di antaranya terutama berfungsi sebagai penghilang oksida yang juga menambah kandungan paduan (silikon, mangan). Lainnya adalah tambahan paduan murni (nikel, molibdenum, kromium). Kuncinya adalah menambahkannya pada waktu yang tepat, dalam proporsi yang tepat, untuk mencapai target tanpa membuang unsur-unsur yang mahal.
Paduan Ferro Umum
Jika Anda pernah bekerja di gudang ferroalloy, Anda pasti tahu daftar inventarisnya panjang. Berikut adalah beberapa item yang akan Anda gunakan di setiap proses peleburan:
Ferrosilikon (FeSi). Grade 75% Si adalah yang paling umum digunakan. Bahan ini mendeoksidasi dan menambahkan silikon. Ukuran sangat penting—terlalu besar dan tidak akan larut sebelum proses pengetatan; terlalu halus dan akan hilang bersama pengumpul debu. Ukuran 10–50 mm adalah ukuran standar.
Ferromangan (FeMn). Tersedia dalam tingkatan karbon tinggi (2–8% C), karbon menengah (0,7–2% C), dan karbon rendah (≤0,7% C). Pilihan Anda bergantung pada tingkat karbon yang dapat Anda toleransi saat menambahkannya. Jika Anda menyelesaikan proses peleburan dengan kandungan karbon rendah, FeMn dengan kandungan karbon tinggi bukanlah pilihan yang baik.
Ferrochrome (FeCr). Sangat penting untuk semua proses pemanasan baja tahan karat atau baja paduan. Tersedia berbagai jenis dengan kandungan karbon tinggi, sedang, rendah, dan sangat rendah. Bengkel baja tahan karat menggunakan ferrochrome rendah karbon dalam jumlah yang sangat banyak. Harganya mahal—gunakan dengan hati-hati.
Ferromolybdenum (FeMo). Kira-kira 55–65% Mo. Digunakan dalam baja struktural paduan dan baja perkakas. Molibdenum harganya mahal; pemulihan sangat penting. Tambahkan setelah proses deoksidasi berjalan dengan baik, atau Anda akan kehilangan terlalu banyak karena oksidasi.
Paduan ferro khusus lainnya. Ferrotungsten untuk baja kecepatan tinggi. Ferrovanadium untuk paduan mikro (kekuatan dan ketangguhan). Ferrotitanium untuk deoksidasi dan penghalusan butir. Ferroboron untuk penambahan boron dalam jumlah kecil. Masing-masing memiliki ceruknya sendiri.
Logam Murni
Terkadang paduan besi (ferroalloy) tidak cukup. Anda membutuhkan unsur murni:
- Nikel: Pelat atau pelet nikel elektrolitik. Penting untuk jenis yang mengandung Ni. Tidak mudah teroksidasi, sehingga dapat ditambahkan sejak awal.
- Aluminium: Deoksidator yang ampuh. Ditambahkan dalam bentuk kawat, butiran, atau batangan. Ditambahkan di tahap akhir—aluminium mudah teroksidasi dan Anda akan kehilangan apa yang ditambahkan terlalu awal.
- Mangan metalik: Digunakan ketika Anda membutuhkan mangan tanpa karbon yang terdapat pada ferromangan berkadar karbon tinggi.
Cara Memilih dan Menangani Material Paduan
Beberapa prinsip yang dianut oleh para ahli peleburan berpengalaman:
- Pahami analisis Anda. Setiap batch paduan memerlukan sertifikat pabrik. Jika pemasok tidak dapat menyediakannya, cari pemasok lain.
- Pilih ukuran yang sesuai. Tidak ada yang boleh melebihi sekitar 100 mm. Anda ingin agar bahan tersebut larut dengan cepat dan sepenuhnya di dalam bak mandi.
- Jaga agar tetap kering. Kelembapan berarti hidrogen. Panggang paduan sebelum dimasukkan ke dalam tungku atau sendok peleburan. Ini sangat penting terutama untuk paduan halus seperti ferrovanadium atau aluminium.
- Pertimbangkan biaya. Jika Anda dapat mencapai deoksidasi yang sama dengan paduan silikon-mangan daripada penambahan ferrosilikon dan ferromangan secara terpisah, lakukanlah. Biasanya lebih murah dan selalu lebih sederhana.
Bahan Pembentuk Terak: Memanfaatkan Terak untuk Keuntungan Anda
Mengapa Terak Lebih Penting dari yang Anda Bayangkan
Para pemula fokus pada baja cair. Para ahli peleburan yang berpengalaman fokus pada terak. Terak adalah tempat terjadinya metalurgi sesungguhnya—fosfor dan sulfur keluar melalui terak, inklusi terserap, busur terlindungi, dan lapisan terlapisi terlindungi. Jika Anda salah dalam menangani terak, maka hal lainnya tidak akan berjalan dengan benar.
Kapur (CaO): Fondasinya
Kapur adalah bahan pembentuk terak terpenting dalam tungku busur listrik (EAF). Anda membutuhkan kapur bakar lunak (aktif)—yang dikalsinasi pada suhu 900–1100°C, berpori, memiliki luas permukaan tinggi, dan cepat larut. Kapur bakar keras (1200–1400°C) lebih padat dan lebih lambat bereaksi. Kapur keras memang berfungsi, tetapi akan mempersulit pekerjaan Anda.
Hal yang perlu diperhatikan pada jeruk nipis Anda:
Target Parameter
Kandungan CaO ≥85% (≥90% untuk kapur aktif)
SiO₂ ≤3%
Sulfur ≤0,05%
Ukuran partikel 10–50 mm
Pembakaran kurang/pembakaran berlebih Minimal
Jika pemasok kapur Anda mengirimkan bahan yang terlalu gosong, bicarakan hal ini dengannya. Hal ini memengaruhi waktu pembentukan terak dan efisiensi desulfurisasi Anda.
Fluorspar (CaF₂): Fluks
Fluorspar menurunkan titik leleh dan viskositas terak. Anda membutuhkannya untuk mempercepat pembentukan terak pada periode peleburan dan menjaga agar terak reduksi tetap cair. Namun, gunakanlah dengan bijak—lebih dari 15 hingga 20 persen dari berat kapur Anda akan mulai merusak lapisan tungku dan memasukkan fluorin ke dalam sistem pengumpul debu. Peraturan lingkungan di banyak wilayah sekarang membatasi emisi fluorin, sehingga ini semakin menjadi masalah kepatuhan serta masalah refraktori.
Dolomit (CaCO₃·MgCO₃): Perlindungan Pelapis Tungku
Dolomit yang dikalsinasi menambahkan MgO ke terak Anda. Mengapa itu penting? Karena lapisan tungku Anda berbahan dasar magnesium oksida. Terak yang rendah MgO akan melarutkan lapisan Anda untuk memenuhi keseimbangannya sendiri. Terak dengan MgO yang cukup tidak akan merusak lapisan Anda. Ini adalah konsep sederhana yang memberikan keuntungan dalam hal umur pakai material tahan api.
Bahan Terak Lainnya
Batu kapur (CaCO₃) dapat digunakan sebagai pengganti kapur jika diperlukan, tetapi batu kapur mengalami dekomposisi endotermik di dalam tungku, menyerap panas. Gunakanlah dengan hemat.
Potongan batu bata tanah liat kadang-kadang digunakan dalam penyesuaian terak periode reduksi ketika Anda perlu menurunkan kebasaan.
Bauksit (Al₂O₃) dapat menstabilkan terak dan meningkatkan kinerjanya dalam peleburan paduan tinggi tertentu.
Zat Pengoksidasi: Mendorong Reaksi Pembersihan
Oksigen: Alat Utama
Oksigen ditiupkan melalui nosel ke dalam bak. Oksigen melakukan tiga hal secara bersamaan: dekarburisasi (menghasilkan CO yang mendidihkan bak), mengoksidasi fosfor untuk dihilangkan, dan melepaskan panas yang membantu melelehkan skrap. Tungku busur listrik modern menggunakan beberapa titik injeksi oksigen—nosel, injektor dinding, bahkan pengadukan bawah—untuk mendapatkan kontak bak yang menyeluruh.
Tekanan dan laju aliran oksigen disesuaikan dengan tahap pemanasan. Jika terlalu agresif terlalu dini, baja cair akan berhamburan keluar dari tungku. Jika terlalu sedikit, periode oksidasi akan berlangsung lama.
Bijih Besi dan Kerak Pabrik
Bijih besi (Fe₂O₃) menambahkan oksigen dengan cara tradisional—ia terurai dalam cairan panas dan melepaskan oksigen. Prosesnya lebih lambat daripada oksigen yang ditambahkan melalui tombak, tetapi berguna sebagai oksidator tambahan, terutama pada tahap awal peleburan ketika terbentuk terak pengoksidasi.
Kerak pabrik (Fe₃O₄) adalah kerak oksida yang terlepas selama proses penggulungan. Harganya murah, merupakan oksidator, dan pembentuk terak. Banyak bengkel memperlakukannya sebagai produk sampingan gratis. Manfaatkanlah.
Penggunaan Oksidator Secara Aman dan Efektif
Beberapa aturan yang mencegah sakit kepala:
- Jangan menuangkan oksidator sebelum terbentuk genangan lelehan. Oksidator dingin pada besi tua padat hanya akan terserap dan tidak memberikan manfaat apa pun.
- Tambahkan bijih besi sedikit demi sedikit. Menuangkan sejumlah besar material dingin ke dalam cairan panas dapat menyebabkan suhu turun drastis.
- Kendalikan aliran oksigen Anda. Pendidihan yang kuat itu baik; baja cair yang menyembur keluar dari tungku bukanlah hal yang baik.
Deoksidator: Membersihkan Bak Mandi
Spektrum Kekuatan
Deoksidan tersedia dalam berbagai tingkatan, dari yang kuat hingga yang ringan. Anda menggunakannya dalam urutan yang terencana:
Bahan penghilang oksida yang kuat — Aluminium adalah yang utama. Memiliki afinitas yang sangat besar terhadap oksigen. Biasanya ditambahkan sebagai penghilang oksida akhir, 0,1 hingga 0,3% dari berat panas. Komposit aluminium-mangan-besi menggabungkan kekuatan aluminium dengan nilai paduan mangan.
Bahan penghilang oksidan berkekuatan sedang — Ferrosilikon (75% Si) adalah bahan penghilang oksidan presipitasi standar. Ferromangan memiliki fungsi ganda sebagai bahan penghilang oksidan dan tambahan paduan. Paduan silikon-mangan (SiMn) adalah komposit yang bekerja lebih baik daripada dua tambahan terpisah — pemulihan lebih baik, pembentukan inklusi lebih sedikit.
Deoksidator lemah — Karbon, melalui reaksi C–O, adalah alat deoksidasi difusi klasik untuk periode reduksi. Mangan lemah tetapi membantu membentuk produk deoksidasi sehingga lebih mudah dihilangkan.
Bagaimana Deoksidasi Sebenarnya Bekerja dalam Praktik
Anda memiliki dua mekanisme mendasar, dan Anda biasanya akan menggunakan keduanya:
Deoksidasi presipitasi berarti menambahkan zat pereduksi langsung ke dalam baja cair. Produk deoksidasi terbentuk dan mengapung keluar. Proses ini cepat dan mudah, tetapi beberapa produk pasti akan terperangkap sebelum dapat mengapung keluar.
Deoksidasi difusi berarti menambahkan deoksidator ke terak, bukan ke baja. Dengan mengurangi aktivitas oksigen dalam terak, Anda menciptakan gaya dorong agar oksigen berdifusi keluar dari baja dan masuk ke dalam terak. Proses ini lebih lambat tetapi menghasilkan baja yang lebih bersih.
Praktik modern hampir selalu menggabungkan keduanya: pengendapan-deoksidasi terlebih dahulu untuk mendapatkan reduksi oksigen yang cepat, kemudian difusi-deoksidasi di bawah terak pereduksi yang terjaga dengan baik untuk mendapatkan cairan hasil peleburan sebersih mungkin.
Rekarburisasi: Saat Anda Membutuhkan Lebih Banyak Karbon
Opsi Umum
Terkadang larutan karbon yang Anda terima kurang dari seharusnya. Anda perlu menambahkan karbon, dan Anda menginginkan pemulihan yang baik. Pilihan Anda:
- Limbah elektroda: Grafit, karbon tinggi (≥95%), sulfur rendah, pemulihan sangat baik. Ini adalah pilihan premium.
- Kokas minyak bumi: Kandungan karbon tinggi, kadar abu rendah, tingkat pemulihan cukup baik. Perhatikan kandungan sulfurnya.
- Kokas aspal: Kandungan karbon yang baik, kadar abu rendah, kinerja pemulihan padatan yang baik.
- Besi kasar: Menambahkan karbon (3,5–4,5%) dan juga membawa silikon serta unsur-unsur lainnya. Merupakan jalur rekarburisasi tidak langsung tetapi terkadang bermanfaat.
Membuat Rekarburisasi Berfungsi
Tingkat pemulihan berkisar antara 80 hingga 95 persen, tetapi itu tergantung pada cara Anda melakukannya. Tambahkan zat pereduksi karbon saat Anda sudah mengaduk cairan dengan baik—Anda ingin zat tersebut larut dengan cepat dan terdistribusi secara merata. Keringkan terlebih dahulu. Tambahkan dalam jumlah besar secara bertahap; menuangkan semuanya sekaligus dapat melebihi target Anda dan menyebabkan pemanasan yang terlalu banyak karbon, yang merupakan kesalahan yang sangat mahal.
Sisa Inventaris
Bahan Perbaikan Tungku
Setelah setiap pemanasan (atau setiap beberapa pemanasan, tergantung pada keausan), Anda menambal bagian bawah dan dinding. Magnesit (MgO) dan dolomit adalah bahan perbaikan standar. Tar atau natrium silikat berfungsi sebagai pengikat. Penyemprotan bahan tahan api ke dinding tungku panas adalah standar modern untuk perbaikan area luas. Metode ini cepat dan bekerja dengan panas sisa untuk menyinter bahan perbaikan di tempatnya.
Logam Panas sebagai Komponen Muatan
Hal ini layak mendapat perhatian lebih daripada yang didapatkan di banyak buku teks. Menambahkan 20 hingga 40 persen logam panas ke muatan EAF Anda benar-benar mengubah segalanya:
- Panas sensibel ditambah panas kimia dari oksidasi karbon dan silikon dapat mengurangi konsumsi daya sebesar 100–200 kWh per ton.
- Waktu respons antar ketukan berkurang 10–20 menit.
- Logam panas melarutkan unsur-unsur sisa dari barang rongsokan, sehingga menghasilkan komposisi kimia yang lebih bersih sebagai bahan awal.
Kelemahannya adalah Anda membutuhkan sumber logam panas—baik dari tanur tinggi Anda sendiri atau dari pabrik terintegrasi terdekat. Namun, jika tersedia, pengisian logam panas telah menjadi praktik standar untuk bengkel EAF (Electric Arc Furnace) berproduktivitas tinggi modern.
Pengelolaan bahan baku tidak akan pernah menjadi bagian yang glamor dalam pembuatan baja. Tetapi jika dilakukan dengan benar, semuanya akan menjadi lebih mudah. Pabrik-pabrik yang memperlakukan penyortiran besi tua, inventaris paduan, dan praktik penanganan terak sebagai disiplin teknis inti—bukan hanya keputusan pembelian—adalah pabrik-pabrik yang secara konsisten mencapai target kualitas, biaya, dan produktivitas mereka.
