PENGGUNAAN REFRAKTORI
VI.2. Penggunaan Pada Basic Oxygen Furnace
Proses Basic Oxygen Furnace merupakan proses yang paling umum digunakan untuk memproduksi baja. Fungsi utama Basic Oxygen Furnace adalah
unntuk proses dekarburisasi logam panas dengan menggunakan gas oxygen murni. BOF membentuk bejana yang dilapisi batu refraktori. Lapisan bejana tersebut terdiri dari tar yang diikat dolomite/magnesia carbon brick atau refraktori lain. Bejana tersebut dapat dirotasi 360° dari sumbunya. Alat pembantu meliputi peluncur untuk memasukkan scrap, hopper, untuk alloy dan fluks, lance untuk menginjeksikan gas oksigen murni, sublance untuk mengukur temperatur dan kosentrasi karbon pada molten steel, peralatan lifting untuk lance dan sublance, peralatan untuk memiringkan bejana, dan peralatan untuk me-recover dan membersihkan gas buang.
Pada top blown BOF
Oksigen murni diinjeksikan dengan kecepatan tinggi pada permukaan logam panas, sehingga terjadi penetrasi ke dalam metal bath dengan kedalaman tertentu. Permasalahan top blown BOF adalah pengoksidasian besi ketika kosentrasi karbon rendah dan menghasilkan laju dekarburisasi yang semakin menurun. Ketika kandungan besi oksida dalam slag meningkat secara berlebihan, maka besi oksida itu sangat cepat akan bereaksi dengan karbon dalam molten steel. Hal ini dapat menyebabkan pembentukan gas dengan tiba- tiba, yang berbentuk campuran slag dan molten steel, dan dapat meletus dari bejana. Fenomena ini disebut slopping atau spitting. Fasilitas pada BOF.
Proses dimana gas oksigen murni diinjeksikan kedalam logam panas dari bagian bawah BOF. Bottom blowing ini meningkatkan stirring hot metal dan mempersingkat waktu pencampuran dalam molten steel bath, serta menghasilkan transfer karbon dalam bath, mencegah over oksidasi pada slag, yang merupakan penyebab terjadinya slopping dan spitting. Sebagai konsekuensinya, bottom blowing meningkatkan efisiensi dekarburisasi, terutama pada kandungan karbon yang rendah.
Pada top dan bottom blown BOF
Merupakan kombinasi dari kedua prose diatas. Kombinasi tersebut adalah penggunaan gas inert dalam tempat gas oksigen dan stirring. Proses ini paling menonjol dalam pembuatan baja menggunakan oksigen. Secara umum, pengoperasian BOF diawali dengan memiringkan bejana. Scrap dan logam panas dimasukkan kedalam bejana, kemudian bejana dibalik ke posisi tegak lurus, dan multi hole lance untu top blowing oksigen murni dimasukkan dari throat dan diturunkan ke permukaan logam panas. Skema proses BOF.
Mekanisme perusakan refraktori dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti slag, temperatur, oksidasi atmosfer dan abrasi. Batuan refraktori yang umum digunakan dalam BOF adalah magnesia yang dapat dihasilkan dari mineral dan seawater. Selain itu, dolomite juga dapat digunakan sebagai pelapis bejana pada BOF. Pada magnesia, jika kandungan boron oksida dan tingkat impurities rendah maka kekuatan panas refraktorinya akan semakin bagus. Karbon ditambahkan sebagai tar atau grafit.
Refraktori jenis magnesia lime yang digunakan pada lapisan bejana dipilih sesuai dengan tingkat basic finishing slag yang dibutuhkan untuk mengurangi dan menahan kandungan fosfor dalam larutan. Pada saat refining, refraktori dihadapkan pada berbagai kondisi slag dengan basasitas antara 1-4 karena silicon dioksidasi dari bath dan berkombinasi dengan lime. Kandungan besi oksida pada bath meningkat dengan waktu peniupan terutama pada saat kandungan karbon dalam baja dibawah 0,2% dan Fe dioksidasi. Walaupun seluruh material refraktori larut oleh FeO, MgO membentuk solid solution dengan FeO, yang berarti kedua senyawa tersebut saling berdampingan sebagai padatan pada range temperature tertentu. Kosentrasi FeO yang tinggi dapat memperlambat blow sehingga akan mengoksidasi karbon di dalam refraktori.
Kini lining refractory diikat dengan resin magnesia karbon brick yang dibuat dengan kualitas sintering magnesia yang tinggi dan kemurnian grafite flake yang juga tinggi. Resin bonded brick tidak dapat terbakar serta mengandung 5-25% grafit flake dengan kemurnian tinggi dan satu atau lebih serbuk logam. Brick ini membutuhkan curing sederhana pada 350-400 F untuk termoset resin yang membuat brick ini sangat kuat sehingga mudah ditangani saat pemasangan. Kehalusan meliputi penggunaan prefused grain dalam campuran. Penambahan sedikit aditif logam melindungi grafit dari oksidasi karena aditif tersebut lebih diinginkan untuk dioksidasi. Karbida, nitrida, dan magnesium aluminat spinel dapat mengisi kekosongan serta menambah kekuatan dan ketahanan terhadap slag. Laju larutan pada refraktori sangat bergantung pada propertiesnya. Properties ini secara langsung dihubungkan dengan kemurnian dan ukuran kristal dari bahan- bahan awalnya. Penambahan grafit dengan kemurnian tinggi hingga 15 % ke refraktori MgO-carbon akan meningkatkan ketahanan korosi. Penetrasi
slag dan logam diantara butir-butir refraktori, mechanical erosion oleh pergerakan liquid, dan serangan slag secara kimia berkontribusi terhadap kehilangan dari material pelapis. Profile refraktori pada BOF.
Pada saat peniupan konverter pertama, senyawa-senyawa kimia pada slag menjadi sangat tinggi dalam FeO dan kemungkinan bersifat asam. Ketika panas semakin meningkat, maka basasitas harus ditingkatkan untuk mengurangi kandungan fosfor dan sulfur. Kemudian temperatur ditingkatkan diatas 1700° C untuk menghilangkan kadar karbon. Sejak akhir 1970-an sampai awal 1980-an perbaikan konverter life terus dikembangkan.
Slag splashing seperti namanya menunjukan pemanfaatan slag sisa dari proses pembuatan baja untuk memberikan suatu coating pada lapisan refractori. Molten slag dimasukkan dengan tekanan gas yang tinggi ke dalam bagian paling atas pada vessel berbentuk kerucut dimana slag tersebut menjadi lebih kental dan menempel pada converter working lining. Slag splashing membutuhkan konverter untuk menjadi sidelined dari pembuatan baja selama beberapa menit saat proses terjadi.
Bottom
Converter bottom merupakan bagian BOF yang secara konstan kontak dengan molten metal dan proses oksidasi bukan merupakan penyebab utama pada keausan. Pada saat pemasukan scrap beberapa refraktori loss dengan terjadinya impak, tetapi resilience magnesite carbon biasanya cukup untuk
menahan major loss. Magnesite carbon baik dengan penambahan logam ataupun pitch impregnation memberikan kinerja yang ekonomis.
Tuyures dan lingkungannya
Bottom blowing dan bath agitation yang melalui tuyures berkontribusi dalam membatasi wear pada komponen-komponen refraktori. Wear berhubungan dengan aliran turbulen pada molten metal yang memberikan peningkatan erosi pada refraktori , dan tegangan termal yang disebabkan oleh lintasan gas dingin. Densitas yang tinggi serta porositas pitch bonded yang rendah, mengharuskan penggunaan magnesite carbon berdasarkan pada fused magnesia.
Charge pad
Charge pad pada converter selalu berlawanan arah dengan taphole, charging, dan tapping dilakukan pada satu sisi bejana. Charge pad mendapatkan impak dari penjatuhan scrap, kadang- kadan heavy gauge seperti bloom, dan tererosi oleh molten iron. Material untuk charge pad awalnya menggunakan pitch impregnated fired magnesite, namun untuk meningkatkan umur pakai digunakan material magnesite carbon. Material ini memiliki ketahanan impak yang bagus, kuat, dan tahan terhadap slag.
Tapping pad
Tapping pad rentan tererosi oleh baja pada tempratur tinggi , dan terkorosi oleh molten slag. Karena proses wear dominan terjadi pada tapping pad yang meliputi serangan slag pada temperatur tinggi, material magnesit dengan ukuran kristal besar sangat diperlukan. Pitch bonded dan impregnated materials ditemukan untuk memberikan kinerja tapping pad yang superior, sementara untuk mengurangi penetrasi slag oksida dapat digunakan karbon pada porositas bricknya
Slag Zone Crossover
Area pada converter yang terjadi pada pertemuan antara lower tapping pada dan upper lever pada ststic bath, sangat rentan terhadap berbagai macam serangan. Serangan slag, temperature tinggi dan erosi, merupakan serangan yang paling umum terjadi. Pitch bonded, impregnated magnesit karbon dengan
ukuran kristal yang besar, grafit flake dengan kemurnian tinggi dan mengandung logam tambahan.
Trunnions
Area trunnion pada converter sangat sulit untuk di maintenance, karena area ini berotasi, dan slagnya tidak dapat dibersihkan.
Knuckle
Area knuckle di dalam converter merupakan area yang paling aus. Area knuckle sangat rentan terhadap slag, sehingga membutuhkan material refraktori yang memiliki ketahanan terhadap korosi slag dan erosi slag bagus. Upper sidewall
Upper sidewall pada converter selain rentan terhadap slag, tapi juga rentan terhadap siklus temperatur yang berbeda. Material dengan ketahanan slag sangat dibutuhkan, tetapi pada area ini lapisan refraktori sebaiknya harus di coating.
Cone
Area cone dihadapkan pada erosi temperatur tinggi dengan menggunakan gas yang berkecepatan tinggi yang membawa bersama partikel-partikel yang terperangkap. Material resin bonded magnesit karbon memberikan kinerja bagus di area cone.
Upper cone
Pada upper cone mekanisme wear dimodifikasi dengan kehilangan material refraktori saat skull removal. Kerusakan refraktori pada upper cone terjadi saat diskulling baik kehilangan ujung-ujung brick saja ataupun kerusakan pada seluruh brick. Material dengan resilience yang tinggi, dikombinasikan dengan kekuatan dan ketahanan oksidasi merupakan prasyarat untuk area ini. Pitch bonded, impregnated magnesit, comoulded metal plate, yang berekspansi saat oksidasi dankerapatan ring brick merupakan produk yang sangat sesuai.
Untuk mencegah terjadinya lining wear, critical wear zone dalam furnace harus menggunakan brick dengan kualitas terbaik. Dolomite ditambahkan dalam fluks untuk menghasilkan slags dengan MgO. Selain penggunaan brick, refraktori pada BOF dapat juga terbuat dari monolitik refraktori yaitu,
stainless steel fibres. Hal ini karena fibres ductile pada temperatur kamar dan digunakan untuk reinforce sprayed refractories.