Mengenali proses ‘refining’ dalam ‘electric arc furnace’.

Mengenali proses ‘refining’ dalam ‘electric arc furnace’.

Muhammad Nuruddin Bashah

Bc Hons Engineering (material) University Of Malaya

Kali ini saya ingin berkongsi pula salah satu metod ulung dalam perleburan keluli. Keluli yang ingin dibahaskan di sini ialah keluli Low Alloy Steel dan metod yang saya maksudkan ialah boiling.

Istilah ‘boiling’ kadangkala dijumpai dalam buku Foundry method ataupun mana-mana penulisan umum dengan menggunakan istilah ‘carbon boil’ atau ‘refining’.

Menggunakan electric arc furnace (dapur) memerlukan proses refining dilakukan dan inilah kelebihan dapur ini berbanding dapur-dapur lain. Pendek kata letak besi buruk, tin milo, rangka basikal pun dapur ini dapat leburkan, ‘refine’ menjadi keluli menepati spesifikasi aloi yang kita mahu. Cuma kerja sahaja perlu lebih.

Boiling dilakukan untuk menurunkan kandungan karbon dalam keluli. Apabila kita masuk besi skrap (buruk) dalam dapur, kandungan karbon dalamnya pelbagai, ada tinggi ada rendah. Sebelum masak juga kita ada memasukkan serbuk grafit (graphite) untuk membantu proses deoxidization (penyah oksida) iaitu proses membuang oksigen berlebihan dalam besi lebur itu. Suhu bagi low alloy steel yang sesuai untuk dilakukan boiling ialah sekitar 1560 C.

Jadi kandungan karbon pasti agak tinggi. Jadi kita akan ‘inject’ oksigen melalui besi hos yang panjang (oxy-lance) dan pastikan besi itu masuk sepanjang 1 kaki ke dalam permukaan besi lebur.

Sebelum karbon diturunkan kandungannya, (karbon bertukar menjadi CO2), Silikon akan hilang dahulu kerana silikon lebih cenderung untuk dioksidakan berbanding karbon. Selepas hilang asap putih (SiO2), api akan marak, besi bergelombang dalam dapur bermakna karbon mula teroksida.

Inilah saat paling penting di mana melter kena kawal lance jangan bagi bergoyang-goyang.

Saya dah ada pengalaman melecur api di lengan semasa membuat proses ini beberapa bulan yang lalu. Saya kena tahu buat semua kerja pekerja saya jadi setiap minggu akan ada beberapa tugas yang akan saya buat bersama pekerja. Suhu besi lebur yang terpercik ke tangan saya itu ialah 1600 C.

Bolehkah proses ini diabaikan? Jawapannya boleh, apabila besi skrap yang kita guna rendah kandungan karbon, silikon dan tiada aloi asing dalamnya. Tetapi ia tidak baik dari segi kehomogenannya kerana besi tidak sebati baik dan suhu tidak sesuai untuk mengaduk aloi tambahan kelak. Sebab itulah proses ini dinamakan refining.

Berapa lama ‘boiling’ untuk menurunkan karbon?

Selepas kita masukkan lance ke dalam besi lebur. Tunggu hingga asap putih hilang. Api mulai marak dan iatu bermulanya boil. Setiap minit selepas itu akan menurunkan 0.05% Karbon. Jadi boil sahaja sehingga karbon turun kepada tahap yang kita inginkan. Bagi besi lebur 5 tan ke bawah, 1 minit akan menurunkan 0.07% karbon. Selalunya saya melebur lebih kurang 6 atau 7 tan besi sesuai dengan kapasiti dapur saya.

Proses perleburan keluli adalah proses ‘roasting’ atau pengoksidaan untuk membuang bahan asing dari keluli. Kemudian barulah proses penurunan (reduction) dilakukan untuk membuang gas berlebihan dan membuang sulfor dan fosforus berlebihan.

Berbeza dengan proses ‘smelting’ iaitu pengekstrakan bijih besi atau timah ke bentuk ingot yang lebih tulen, ia selalunya hanya melibatkan proses penurunan.

(FeO) = [Fe] + [O] besi ferum teroksida dan ada yang akan bercantum dengan slag. Disini peranan karbon untuk menurunkan semula FeO menjadi Fe dan kembali ke besi lebur.

Oksigen larut dalam CO2, fosforus, silikon dan juga manganese sebelum dan semasa proses boiling berlaku.

[C] + [O] = {CO} hilang ke udara atau tidak stabil dan bertukar menjadi CO2 atau lebih buruk terperangkap juga dalam besi lebur membentuk ‘blow hole’ pada casting.

[Si] + {O2} = (SiO2) hilang ke udara atau terperangkap dalam slag dan dibuang.

[Mn] + 1/2{O2} = (MnO) terperangkap dalam slag dan perlu dibuang. Manganese kembali dalam besi lebur selepas proses penurunan berlaku selepas boiling selesai.

2[P] + 5/2{O2} = (P2O5)

CO dalam bentuk ‘buble’ yang terjadi semasa boiling ini juga berperanan membawa keluar non-metallic inclusion dan hidrogen keluar dari besi lebur dan inilah salah satu proses refining dalam besi lebur tadi.

Setakat ini dahulu isu ini dibincangkan. Dalam artikel akan datang rahsia boiling akan terus dipaparkan untuk kita mengetahui keindahan proses kimia dalam perleburan besi yang cukup panas ini.

Gambar di bawah adalah gambar saya sedang melakukan proses boiling dengan ada seorang pekerja Nepal memegang penhadang api (lebih kurang perisai kami jugak) yang dibuat dari papan diseliputi kain 'carwool' kaca.