Peleburan baja: teknologi, metode, bahan baku

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 13:57

Bijih besi diperoleh dengan cara biasa: penambangan terbuka atau penambangan bawah tanah dan pengangkutan selanjutnya untuk persiapan awal, di mana material dihancurkan, dicuci dan diproses.

Bijih dituangkan ke dalam tanur tinggi dan diledakkan dengan udara panas dan panas, yang mengubahnya menjadi besi cair. Kemudian dikeluarkan dari dasar tungku ke dalam cetakan yang dikenal sebagai pigs, di mana didinginkan untuk menghasilkan pig iron. Ini diubah menjadi besi tempa atau diproses menjadi baja dalam beberapa cara.

Apa itu baja?

Pada awalnya ada besi. Ini adalah salah satu logam paling umum di kerak bumi. Ini dapat ditemukan hampir di mana-mana, dalam kombinasi dengan banyak elemen lain, dalam bentuk bijih. Di Eropa, pengerjaan besi dimulai pada 1700 SM

Pada tahun 1786, ilmuwan Prancis Berthollet, Monge dan Vandermonde secara akurat menentukan bahwa perbedaan antara besi, besi tuang, dan baja disebabkan oleh kandungan karbon yang berbeda. Namun demikian, baja, yang terbuat dari besi, dengan cepat menjadi logam terpenting dalam Revolusi Industri. Pada awal abad ke-20, produksi baja dunia adalah 28juta ton - ini enam kali lebih banyak daripada tahun 1880. Pada awal Perang Dunia I, produksinya mencapai 85 juta ton. Selama beberapa dekade, ia praktis menggantikan besi.

Kandungan karbon mempengaruhi karakteristik logam. Ada dua jenis utama baja: paduan dan tidak paduan. Paduan baja mengacu pada unsur kimia selain karbon yang ditambahkan ke besi. Jadi, paduan 17% kromium dan 8% nikel digunakan untuk membuat baja tahan karat.

Saat ini, ada lebih dari 3000 merek katalog (komposisi kimia), tidak termasuk yang dibuat untuk memenuhi kebutuhan individu. Semuanya berkontribusi menjadikan baja sebagai material yang paling cocok untuk tantangan masa depan.

Bahan baku pembuatan baja: primer dan sekunder

Melebur logam ini menggunakan banyak komponen adalah metode penambangan yang paling umum. Bahan muatan dapat berupa primer dan sekunder. Komposisi utama muatan, sebagai suatu peraturan, adalah 55% pig iron dan 45% dari sisa besi tua. Ferroalloy, besi tuang yang dikonversi, dan logam murni komersial digunakan sebagai elemen utama paduan, sebagai aturan, semua jenis logam besi diklasifikasikan sebagai sekunder.

Bijih besi merupakan bahan baku terpenting dan dasar dalam industri besi dan baja. Dibutuhkan sekitar 1,5 ton bahan ini untuk menghasilkan satu ton besi kasar. Sekitar 450 ton kokas digunakan untuk memproduksi satu ton besi kasar. Banyak pekerjaan besibahkan arang digunakan.

Air merupakan bahan baku penting bagi industri besi dan baja. Hal ini terutama digunakan untuk pendinginan kokas, pendinginan tanur tinggi, produksi uap pintu tungku batubara, operasi peralatan hidrolik dan pembuangan air limbah. Dibutuhkan sekitar 4 ton udara untuk menghasilkan satu ton baja. Fluks digunakan dalam tanur tinggi untuk mengekstrak kontaminan dari bijih peleburan. Kapur dan dolomit bergabung dengan pengotor yang diekstraksi untuk membentuk terak.

Tungku ledakan dan tungku baja dilapisi dengan refraktori. Mereka digunakan untuk menghadapi tungku yang dimaksudkan untuk peleburan bijih besi. Silikon dioksida atau pasir digunakan untuk pencetakan. Logam non-ferrous digunakan untuk memproduksi baja dengan berbagai tingkatan: aluminium, kromium, kob alt, tembaga, timah, mangan, molibdenum, nikel, timah, tungsten, seng, vanadium, dll. Di antara semua ferroalloy ini, mangan banyak digunakan dalam pembuatan baja.

Limbah besi dari bangunan pabrik yang dibongkar, mesin, kendaraan tua, dll. didaur ulang dan banyak digunakan di industri.

Besi untuk baja

Peleburan baja dengan besi tuang jauh lebih umum daripada dengan bahan lain. Besi tuang adalah istilah yang biasanya mengacu pada besi abu-abu, namun juga diidentifikasi dengan sekelompok besar paduan besi. Karbon membentuk sekitar 2,1 hingga 4 % berat sedangkan silikon biasanya 1 hingga 3 % berat dalam paduan.

Peleburan besi dan baja berlangsung pada suhutitik leleh antara 1150 dan 1200 derajat, yaitu sekitar 300 derajat lebih rendah dari titik leleh besi murni. Besi tuang juga menunjukkan fluiditas yang baik, kemampuan mesin yang sangat baik, ketahanan terhadap deformasi, oksidasi dan pengecoran.

Baja juga merupakan paduan besi dengan kandungan karbon yang bervariasi. Kandungan karbon baja adalah 0,2 hingga 2,1% massa, dan merupakan bahan paduan yang paling ekonomis untuk besi. Peleburan baja dari besi tuang berguna untuk berbagai keperluan teknik dan struktur.

Bijih besi untuk baja

Proses pembuatan baja diawali dengan pengolahan bijih besi. Batuan yang mengandung bijih besi dihancurkan. Bijih ditambang menggunakan rol magnetik. Bijih besi berbutir halus diproses menjadi gumpalan berbutir kasar untuk digunakan dalam tanur tinggi. Batubara dimurnikan dalam oven kokas untuk menghasilkan bentuk karbon yang hampir murni. Campuran bijih besi dan batu bara kemudian dipanaskan untuk menghasilkan besi cair, atau besi kasar, dari mana baja dibuat.

Dalam tungku oksigen utama, bijih besi cair adalah bahan baku utama dan dicampur dengan berbagai jumlah baja bekas dan paduan untuk menghasilkan berbagai tingkat baja. Dalam tungku busur listrik, potongan baja daur ulang dilebur langsung menjadi baja baru. Sekitar 12% baja terbuat dari bahan daur ulang.

Teknologi peleburan

Smelting adalah proses di mana logam diperoleh baik dalam bentuk unsur,baik sebagai senyawa sederhana dari bijihnya dengan pemanasan di atas titik lelehnya, biasanya dengan adanya zat pengoksidasi seperti udara atau zat pereduksi seperti kokas.

Dalam teknologi pembuatan baja, logam yang digabungkan dengan oksigen, seperti oksida besi, dipanaskan hingga suhu tinggi, dan oksida tersebut terbentuk dalam kombinasi dengan karbon dalam bahan bakar, yang dilepaskan sebagai karbon monoksida atau karbon dioksida. Kotoran lain, yang secara kolektif disebut urat, dihilangkan dengan menambahkan aliran yang dengannya mereka bergabung untuk membentuk terak.

Pembuatan baja modern menggunakan tungku reverberatory. Bijih dan aliran yang terkonsentrasi (biasanya batu kapur) dimuat di bagian atas, sedangkan matte cair (senyawa tembaga, besi, belerang, dan terak) diambil dari bagian bawah. Perlakuan panas kedua dalam tungku konverter diperlukan untuk menghilangkan besi dari lapisan matte.

Metode konvektor oksigen

Proses BOF adalah proses pembuatan baja terkemuka di dunia. Produksi baja konverter dunia pada tahun 2003 sebesar 964,8 juta ton atau 63,3% dari total produksi. Produksi konverter merupakan sumber pencemaran lingkungan. Masalah utama dari ini adalah pengurangan emisi, pembuangan dan pengurangan limbah. Esensi mereka terletak pada penggunaan energi sekunder dan sumber daya material.

Panas eksotermis dihasilkan oleh reaksi oksidasi selama blowdown.

Proses utama pembuatan baja menggunakan kami sendiristok:

• Besi cair (kadang-kadang disebut logam panas) dari tanur tinggi dituangkan ke dalam wadah berlapis tahan api besar yang disebut sendok.
• Logam di sendok dikirim langsung ke produksi baja utama atau tahap pra-perawatan.
• Oksigen dengan kemurnian tinggi pada tekanan 700-1000 kilopascal disuntikkan dengan kecepatan supersonik ke permukaan penangas besi melalui tombak berpendingin air yang digantung dalam wadah dan dipegang beberapa kaki di atas penangas.

Keputusan pra-perawatan tergantung pada kualitas logam panas dan kualitas baja akhir yang diinginkan. Konverter bawah pertama yang dapat dilepas yang dapat dilepas dan diperbaiki masih digunakan. Tombak yang digunakan untuk meniup telah diubah. Untuk mencegah macetnya tombak selama peniupan, digunakan kerah berlubang dengan ujung tembaga yang panjang meruncing. Ujung ujungnya, setelah pembakaran, membakar CO yang terbentuk saat ditiup menjadi CO_{2 dan memberikan panas tambahan. Panah, bola tahan api dan detektor terak digunakan untuk menghilangkan terak.}

Metode konvektor oksigen: kelebihan dan kekurangan

Tidak memerlukan biaya peralatan pemurnian gas, karena pembentukan debu, yaitu penguapan besi, berkurang 3 kali lipat. Karena penurunan hasil besi, peningkatan hasil baja cair diamati sebesar 1,5 - 2,5%. Keuntungannya adalah intensitas tiupan dalam metode ini meningkat, yang memberikankemampuan untuk meningkatkan kinerja konverter sebesar 18%. Kualitas baja lebih tinggi karena suhu di zona pembersihan lebih rendah, yang menghasilkan lebih sedikit pembentukan nitrogen.

Kekurangan metode peleburan baja ini menyebabkan penurunan permintaan konsumsi, karena tingkat konsumsi oksigen meningkat sebesar 7% karena tingginya konsumsi bahan bakar pembakaran. Ada peningkatan kandungan hidrogen dalam logam daur ulang, itulah sebabnya diperlukan beberapa saat setelah akhir proses untuk melakukan pembersihan dengan oksigen. Di antara semua metode, pengubah oksigen memiliki pembentukan terak tertinggi, alasannya adalah ketidakmampuan untuk memantau proses oksidasi di dalam peralatan.

Metode perapian terbuka

Proses perapian terbuka untuk sebagian besar abad ke-20 adalah bagian utama dari pemrosesan semua baja yang dibuat di dunia. William Siemens, pada tahun 1860-an, mencari cara untuk menaikkan suhu dalam tungku metalurgi, menghidupkan kembali proposal lama untuk menggunakan panas buangan yang dihasilkan oleh tungku. Dia memanaskan batu bata ke suhu tinggi, lalu menggunakan jalur yang sama untuk memasukkan udara ke dalam tungku. Udara yang dipanaskan sebelumnya meningkatkan suhu nyala api secara signifikan.

Gas alam atau minyak berat yang diatomisasi digunakan sebagai bahan bakar; udara dan bahan bakar dipanaskan sebelum pembakaran. Tungku diisi dengan besi kasar cair dan skrap baja bersama dengan bijih besi, batu kapur, dolomit dan fluks.

Kompor itu sendiri terbuat daribahan yang sangat tahan api seperti batu bata perapian magnesit. Tungku perapian terbuka memiliki berat hingga 600 ton dan biasanya dipasang dalam kelompok, sehingga peralatan bantu besar yang diperlukan untuk mengisi tungku dan memproses baja cair dapat digunakan secara efektif.

Meskipun proses perapian terbuka telah hampir sepenuhnya digantikan di sebagian besar negara industri dengan proses oksigen dasar dan tungku busur listrik, proses ini menghasilkan sekitar 1/6 dari semua baja yang diproduksi di seluruh dunia.

Kelebihan dan kekurangan metode ini

Keuntungannya meliputi kemudahan penggunaan dan kemudahan produksi baja paduan dengan berbagai aditif yang memberikan berbagai sifat khusus pada material. Aditif dan paduan yang diperlukan ditambahkan segera sebelum akhir peleburan.

Kerugiannya termasuk pengurangan efisiensi dibandingkan dengan metode pengonversi oksigen. Selain itu, kualitas baja lebih rendah dibandingkan dengan metode peleburan logam lainnya.

Metode pembuatan baja listrik

Metode modern peleburan baja menggunakan cadangan kami sendiri adalah tungku yang memanaskan bahan bermuatan dengan busur listrik. Tungku busur industri memiliki berbagai ukuran dari unit kecil dengan kapasitas sekitar satu ton (digunakan dalam pengecoran untuk produksi produk besi) hingga 400 ton unit yang digunakan dalam metalurgi sekunder.

Tungku busur,digunakan di laboratorium penelitian mungkin memiliki kapasitas hanya beberapa puluh gram. Temperatur tungku busur listrik industri dapat mencapai hingga 1800 °C (3, 272 °F), sedangkan instalasi laboratorium dapat melebihi 3000 °C (5432 °F).

Tungku busur berbeda dari tungku induksi dalam hal bahan pengisi langsung terkena busur listrik, dan arus di terminal melewati bahan bermuatan. Tungku busur listrik digunakan untuk produksi baja, terdiri dari lapisan tahan api, biasanya berpendingin air, berukuran besar, ditutup dengan atap yang dapat dibuka.

Oven terutama dibagi menjadi tiga bagian:

• Cangkang yang terdiri dari dinding samping dan mangkuk baja bawah.
• Perapian terdiri dari refraktori yang menarik keluar mangkuk bawah.
• Atap yang dilapisi refraktori atau berpendingin air dapat dibuat sebagai bagian bola atau kerucut terpotong (bagian kerucut).

Kelebihan dan kekurangan metode

Metode ini menempati posisi terdepan di bidang produksi baja. Metode peleburan baja digunakan untuk membuat logam berkualitas tinggi yang sama sekali tidak mengandung, atau mengandung sejumlah kecil pengotor yang tidak diinginkan seperti belerang, fosfor, dan oksigen.

Keuntungan utama dari metode ini adalah penggunaan listrik untuk pemanasan, sehingga Anda dapat dengan mudah mengontrol suhu leleh dan mencapai tingkat pemanasan logam yang luar biasa. Pekerjaan otomatis akan menjaditambahan yang menyenangkan untuk peluang bagus untuk pemrosesan berkualitas tinggi dari berbagai besi tua.

Kekurangannya termasuk konsumsi daya yang tinggi.